混凝土收缩裂缝控制及提高硬化混凝土质量的新观点

混凝土收缩裂缝控制及提高硬化混凝土质量的若干新观点！本文介绍了以抗裂抗渗为核心的混凝土工程实践创新成果，表达了控制收缩裂缝及提高硬化混凝土质量的若干新理论、新观点和新技术。指出实际施工中，普遍存在放任失水的现象，背离了混凝土正常生长发育的规律，背离了抗裂与抗渗不可分割的辩证关系，是长期以来混凝土工程裂与渗质量通病的根源所在。”前言以往认为收缩裂缝是混凝土的收缩造成的，收缩是混凝土的材料特性。混凝土的收缩增大，就容易开裂。抗裂技术着力于减小、补偿或抑制混凝土的收缩。作者在减小或补偿收缩的抗裂实践中经历了曲折，不得不改变防裂方向，并取得了显著的防裂效果。1产生新观点的技术背景作者对早期裂缝的形成过程做了长时间的跟踪观察。逐渐发现裂缝形成的一些规律。根据这些规律，作者判断，早期裂缝的形成乃混凝土失水所致。于是与施工单位一起作了试验：混凝土初凝前，二次抹压之后立即覆盖湿麻袋并接着浇水，防止混凝土失水。试验立即见到成效：混凝土没有开裂。后来的多次试验也都没有开裂，即使坍落度很大，防裂作用也很明显。在上级主管部门的大力支持下，防止失水的防裂方法，逐步得到推广，早期裂缝得到了有效的控制[1,2]。事实表明，混凝土的早期开裂确乃失水所致。作者要求覆盖物相互衔接，并且要“饱水”，才能防止混凝土失水。但实际施工中为了省钱、省时、省工，很难做到，因此开裂仍时有发生。于是作者进一步思考：覆盖只是减少了失水，还不能避免失水。“避免失水”是否比“减少失水”有更好的防裂效果呢？作者想到了即时水养护。只有即时水养护，才能避免混凝土失水。作者从理论上分析了即时水养护的可行性。1998年的上半年，花了半年多的时间作了即时水养护的各种试验，效果都很好，硬化很正常，强度也很正常。即时水养护于1998年8月首次应用于泵送混凝土现浇楼面板并取得成功，硬化正常，没有发现任何可见裂缝。此后即时水养护多次在工程中应用，包括大型承台、地下室底板和楼面板等，无一开裂。实践表明，“避免失水”确实比“减少失水”有更好的防裂效果。作者同时也作了混凝土的抗渗试验研究。在以往的科研、教学和质检工作中，曾经发现混凝土的抗渗性能波动很大。混凝土公司刚刚成立的时候，即带领试验人员作了大量的抗渗试验，目的是为了保证今后可能大量施工的地下室等防水工程的质量。由于当时试验室和标准养护室都在建设中，临时试验室无保温保湿设施，混凝土的抗渗等级大起大落，较以往波动更大[1]。作者曾为之困惑不已，也倍感压力。抗裂问题基本解决之后，作者突然想到：抗渗等级波动如此之大，莫非也是因为混凝土失水所致？接下来的试验证实了作者的推断。抗渗试件成型后立即养护，或二次抹压后立即养护，防止混凝土失水，混凝土的抗渗等级都达到了P30级以上的高抗渗[1]。由于即时养护，作者在混凝土抗裂、抗渗的应用研究中取得了重大进展，突破了以往抗裂、抗渗的传统理念，明确并树立了混凝土配合比的拌合用水在混凝土浇筑成型后不可以损失的观念。即时养护是工程应用系列研究成果以及新观点形成的起点。2工程实践的最新研究成果以下的研究成果是参加工程实践以后，理论紧密联系实际的结果。它的产生过程，也是它的应用过程。实际工程是直接的和客观的鉴定者。（1）实现了混凝土抗渗技术的重大突破。抗渗技术的突破性进展表现在以下几方面：①发现了混凝土高抗渗的形成规律，无需添加任何抗渗的特种材料，只采用常规材料，混凝土的抗渗等级都可以达到P30级以上的高抗渗[1,3]；②混凝土实现高抗渗，正常硬化条件下只要3d~7d，无需28d[3]；③对混凝土的抗渗构成机理做出了科学的解释[4]，提出了混凝土实现高抗渗必须满足的三个基本条件[3]。遵从这三个基本条件，现在的混凝土都可以实现高抗渗，为抗渗混凝土从特种混凝土向通用混凝土转变、为实际工程全面实现高抗渗创造了条件。（2）实现了混凝土抗裂技术的重大进展。抗裂技术的重大进展又表现在以下几方面：①一般情况下无需添加抗裂的特种材料，只采用常规材料，可以实现对收缩裂缝的有效控制；②发现了混凝土抗裂与抗渗之间存在着不可分割的内在联系，提出了高抗渗防裂的最新抗裂理念[3]；③提出了防裂的总原则、防裂的理论依据、防裂的时间原则以及防裂的具体操作方法[5]。有了这些原则和方法，收缩裂缝的控制技术就变得十分明确，我们的防裂工作就可以变被动为主动，从而实现对收缩裂缝的有效控制；④形成了全天候、全方位的收缩裂缝控制新技术。即无论是高温暴晒天气，还是低温干燥天气，无论是高空作业，还是大风地域作业，无论是薄壁构件，还是大体积混凝土，只要遵从上述的防裂原则和方法，就可以实现对收缩裂缝的有效控制；⑤实现了混凝土抗收缩开裂复杂问题简单化。高抗渗防裂可以不细分以往收缩理论确定的收缩种类和造成收缩增大的诸多原因，而把拌合水损失看作是收缩开裂的总源头。混凝土浇筑成型后，只要有效防止拌合水损失，混凝土就可以实现高抗渗，就可以有效防止开裂。（3）提出了完美湿养护的概念，提出了完美湿养护的三大原则[6]。完美湿养护顺应了混凝土的生长发育规律和硬化规律，是混凝土实现高抗渗的保证条件[3]，是科学合理的混凝土施工养护新工艺。实际施工中，可以根据湿养护的完美程度，判定施工养护工艺操作的合理程度，据此评估硬化混凝土的质量。（4）论证了现在的混凝土都可以实现高抗渗，指出抗渗混凝土应是通用混凝土而不应再是特种混凝土[2,3]。论证的方法是，先经过理论分析，再用试验结果证实[3]。指出应在实际工程中全面实现混凝土的高抗渗，利用高抗渗进行防裂，才能全面提高建筑质量，提高建筑物的安全性和使用寿命。这一论证为实际工程全面实现混凝土的高抗渗提供了可行性。（5）论证了混凝土抗裂与抗渗之间存在着不可分割的内在联系[2,3]，混凝土配合比的拌合用水是将两者联系起来的唯一桥梁。拌合水损失，这道桥梁就被中断，抗裂与抗渗就被割裂，收缩裂缝就难以控制；拌合水不损失，混凝土就容易实现高抗渗和防裂。这一论证为解决长期困扰建筑界的技术难题提供了新的思路。同时指出，正是由于抗裂与抗渗长期被割裂，对一般工程只要求抗裂，不要求抗渗，这才是混凝土工程裂与渗质量通病的根源所在。（6）论证了混凝土的各种性能与抗渗性的关系，指出抗渗性是混凝土最重要的性能[7]。因为混凝土的抗渗性反映了充水空间被水化产物填充的密实程度和完全程度，而充水空间被填充的密实程度和完全程度又决定了硬化混凝土几乎所有的性能。容易实现高抗渗的混凝土，其拌合物的性能及硬化混凝土的各种性能都得到提高，耐久性提高。（7）对混凝土的生长发育规律和硬化规律进行了研究，提出了混凝土的水化产物填充理论[4]。混凝土的生长发育和正常硬化都遵循着一定的规律，实际工程不能背离这些规律。高抗渗的三个基本条件满足了这些规律。高抗渗防裂的实现表明混凝土发育正常，硬化质量优良。而混凝土抗渗性能降低以及可见不可见收缩裂缝的形成，表明混凝土硬化不良，发育不良。（8）对混凝土的体积稳定性进行了研究，提出了混凝土的体系平衡理论[8]。指出混凝土的体积稳定性，仅从材料学的角度研究是不够的。混凝土的体积稳定问题，实际上是混凝土在环境中的体系平衡问题。体系平衡则体系稳定，混凝土体积也稳定；体系不平衡则体系不稳定，混凝土体积也不稳定。处于平衡状态的混凝土体系，总是要受到不平衡因素的干扰。只有排除不平衡因素的干扰，提高体系抗不平衡因素干扰的能力，才能保持混凝土体积的稳定，提高其抗裂能力。（9）提出了混凝土配合比合理性的评价方法[3,9]。高耐久性是人们追求的混凝土最终质量目标，只有能够实现高抗渗的混凝土，才有可能获得高的耐久性。故以能否实现高抗渗作为混凝土配合比合理性的评价方法，是科学实用的评价方法。（10）提出了硬化混凝土缺陷的分类方法[9]。硬化混凝土缺陷的主要表现形式是不可见的连通的毛细孔隙缺陷以及可见与不可见裂缝，宏观上表现为混凝土抗渗性能降低和开裂。这些缺陷是混凝土耐久性降低的根源。根据不同的形成机理将这些缺陷分为两类：先天缺陷和后天缺陷。先天缺陷是由于配合比不合理造成的，后天缺陷是由于施工养护工艺不合理造成的。这样的分类方法有利于从混凝土的生产和施工对缺陷分别进行控制。如果配合比合理，施工养护工艺也合理，我们就有可能得到“无裂缝”、“零缺陷”的质量优良的硬化混凝土，使混凝土工程裂与渗的质量问题得到根治。3混凝土收缩裂缝控制的新观点（1）混凝土收缩裂缝的控制，主要的不是减小或补偿混凝土的收缩，而是要控制混凝土的收缩内应力。传统的收缩理论认为，收缩是混凝土的材料特性，混凝土收缩是造成收缩开裂的主要原因。要控制收缩裂缝，主要方法是减小、补偿或抑制混凝土的收缩。这一理论我们可称之为材料收缩理论。按照材料收缩理论，混凝土的收缩受到约束，便会产生应力，当收缩应力大于混凝土的实时抗拉应力时，混凝土便会开裂。而没有约束的收缩称为自由收缩，自由收缩混凝土是不会开裂的。按照材料收缩理论，混凝土的收缩形成在先，应力产生在后，混凝土的收缩属于主动收缩，因此采用减小收缩或补偿收缩的防裂方法，理论上是合理的。以往人们对混凝土的收缩规律进行了大量的研究，报道了很多造成收缩增大的原因，容易造成收缩开裂。但是，“收缩造成开裂”却很难解释实际工程中的一些现象：同一个搅拌站生产的混凝土，原材料和配合比都相同，坍落度也相同，同一天施工，其收缩值应该相同，为什么有的工地开裂了，而且开裂比较严重，而有的工地却完全没有开裂呢？为什么收缩小（坍落度小）的混凝土开裂了，而收缩大（坍落度大）的混凝土反而没有开裂呢？为什么补偿收缩的混凝土开裂了，而没有补偿收缩的混凝土反而没有开裂呢？这些现象不是个别的偶然现象，而是在不同的施工队伍中比较容易出现的现象。作者在搅拌站成立之初的抗裂实践中，对这些现象也深感困惑。直到后来明确了早期裂缝是因为混凝土失水过多所致，并对这一机理进行了深入研究，才重新认识了混凝土收缩裂缝形成的全过程。收缩裂缝形成过程中，是收缩应力形成在先，混凝土的收缩产生在后，是应力迫使混凝土收缩。因此混凝土的收缩是被动的，而不是主动的。如果把这种收缩理论称为应力收缩理论，其与材料收缩理论最大的不同点是收缩与收缩应力孰先孰后的问题。应力收缩理论认为应力是造成混凝土收缩开裂的主要原因，只有找到应力源，采取有效措施消除或减小应力的产生，这才是最有效的防裂方法。（2）控制混凝土的收缩裂缝，应是以不可见裂缝和不可见孔隙缺陷为控制目标，而不是以可见裂缝或可见有害裂缝为控制目标。长期以来，对硬化混凝土的质量评估，都是以可见裂缝或可见有害裂缝为控制目标。只要不出现可见裂缝，或可见裂缝比较轻微，在“无害”范围内，就认为硬化混凝土的质量很好。但大量的工程现实表明，以可见裂缝或可见有害裂缝为控制目标，就很难控制不出现可见裂缝，很难将裂缝控制在“无害”的范围内。从高抗渗防裂的角度，硬化混凝土即使没有发现可见裂缝，也不能说明它的质量是好的。混凝土浇筑成型后及硬化阶段如果不能有效防止失水，混凝土表面和内部都存在大量连通的毛细孔隙缺陷，使混凝土的抗渗性能降低；由于毛细孔的应力作用，或已经产生不可见裂缝。这些失水缺陷在混凝土内积蓄着内应力，混凝土的体系成为不稳定的体系。连通的毛细孔隙和不可见裂缝，将加剧混凝土的中后期失水，产生新的应力，前后应力叠加，不可见裂缝很容易扩展成为可见裂缝。工程中很多混凝土养护结束时没有开裂，但半个月以后，或一两个月以后陆续出现裂缝，就是这个道理。混凝土的可见裂缝是由不可见裂缝扩展而来的，不可见裂缝又是由连通的毛细孔隙缺陷产生的收缩应力引发的。要控制混凝土的可见裂缝，就应控制不可见裂缝的形成；要控制不可见裂缝的形成，就应控制连通的毛细孔隙缺陷。这就是从源头上控制的防裂方法。高抗渗的实现，表明混凝土中的毛细孔隙已经被水化产物切断，使之成为对外封闭、各自独立的孔，或极少连通的孔，从而消除或极大地减小了收缩应力产生的条件，大大提高了混凝土的抗裂能力。（3）在学术界和工程界最先明确提出了“混凝土配合比的拌合用水在混凝土浇筑密实成型后不可以损失”的学术观点。混凝土配合比的拌合用水是混凝土的重要组成部分，它在混凝土中有三大作用：①胶凝材料水化反应