混凝土收缩裂缝的控制——混凝土硬化技术<br/>

混凝土收缩裂缝的控制——混凝土硬化技术

2011-01-13甘昌成

商品混凝土 2011年1期

关键词：内应力抗渗水化

甘昌成

（鹤山市建力混凝土有限公司，广东鹤山 529721）

混凝土收缩裂缝的控制
——混凝土硬化技术

甘昌成

（鹤山市建力混凝土有限公司，广东鹤山 529721）

混凝土收缩裂缝的控制是长期困扰建筑界的技术难题。本文从新的角度，比较详细地分析讨论了收缩裂缝的形成过程以及控制的新方法。收缩裂缝的控制，实际上是如何才能使混凝土得到正常生长发育的硬化技术问题。混凝土的收缩并不是收缩开裂的主因。拌合水损失后缺陷产生的内应力，是混凝土收缩开裂真正的源头，防止拌合水损失才是最有效的防裂方法。防止拌合水损失同时也使混凝土实现了高抗渗，从而揭示了混凝土抗裂与抗渗之间不可分割的内在联系。高抗渗就成为这一防裂方法的理论依据，完美湿养护是具体的操作方法。高抗渗防裂成本最低、操作最简单、效果最显著，实现了混凝土抗收缩开裂复杂问题简单化，实现了混凝土抗裂技术的重大进展。

混凝土收缩裂缝；失水缺陷；高抗渗防裂；完美湿养护

0 前言

为了经济的可持续发展，作为基本建设最大宗的建筑材料，混凝土的耐久性问题已引起国内外的广泛关注。混凝土应该是一种耐久性很好的建筑材料，质量良好的混凝土，几十年后强度和性能都还在增长，寿命至少应在100年以上[1]。但实际工程中混凝土的平均寿命只有40年左右[2]，一些重要工程的混凝土使用寿命还不到20年[1]。造成混凝土耐久性降低的原因是混凝土过快的劣化。混凝土硬化早期形成大量连通的毛细孔隙缺陷和裂缝，成为环境有害介质入侵的通道，水化产物受有害介质侵蚀，使混凝土从外到内变质劣化而剥离崩溃。早期形成的孔隙缺陷和裂缝，表明混凝土硬化质量不良，我们也称之为发育不良[3]。

提高混凝土的抗渗性和抗裂性，就可以提高其耐久性。流态混凝土、水胶比小的混凝土容易发生早期开裂。我们把收缩裂缝的出现判定为混凝土发育不良，是根据其形成机理[4，5]进行判定的。发育良好的混凝土，密实度高，抗渗透能力强，裂缝得到有效控制，硬化质量优良，耐久性高。我们对收缩裂缝进行控制，就是让混凝土得到正常的生长发育。高抗渗防裂[5]是混凝土发育良好的表现，是提高硬化混凝土质量的混凝土硬化技术。

1 裂与渗长期以来是混凝土工程的质量通病

裂与渗长期以来是混凝土工程的质量通病，各地或多或少存在这些质量病害。据调查，某市近十几年施工的公共和高层建筑中，有一半以上的工程地下室存在不同程度的渗漏现象，而这些工程基本上都是采用膨胀剂配制的自防水混凝土；某市一高层建筑的地下室，混凝土开裂严重，连续修补几年也没有“搞定”；某市一个教师住宅小区，普遍出现开裂和渗漏，事件反映到市人大，成为社会关注热点；由于屋面结构层开裂造成的屋面渗漏，更是让住户饱受雨季到来的烦恼，是受理较多的质量投诉案件；由于各楼层楼面板的开裂，裂缝处理不好，造成生活用水渗漏的上下层邻里之间的纠纷也时有发生。

混凝土工程裂与渗的质量问题，不但给建筑界带来困扰，也给社会带来困扰。这些质量病害多是混凝土硬化早期形成的。要根治这些质量病害，应从提高硬化混凝土质量着手，提高混凝土的硬化技术水平。

2 与以往收缩理论相关的几个值得讨论的问题

混凝土技术的发展，是国内外混凝土前辈专家们长期努力的结晶。前辈专家在混凝土理论领域的研究，有所发现，有所创新，逐渐丰富了混凝土理论体系的内容。后人有责任使理论更符合实际，更能准确反映事物的客观规律。

根据工程实践观察到的事实，对以往收缩理论中相关的几个问题，作者认为值得商讨。

（1）“混凝土收缩是造成收缩开裂的主要原因”。这一观点在学术界和工程界都已形成共识，转变这一观念将很难很难。从收缩开裂的过程来看，收缩与收缩开裂确实也存在前后的因果关系。以往的防裂方法以减小混凝土的收缩或补偿混凝土的收缩作为防裂的主方向，利用了这种关系，把收缩看成是开裂的源头。作为混凝土防裂的主方法，减小或补偿收缩应用了多少年，始终未能根治混凝土的裂与渗，以至于仍然成为质量通病。这一主因值得质疑。这一理论观点很难解释以下现象：①按照收缩理论，同条件生产、同条件使用的混凝土，其收缩值应该相同。如果收缩是收缩开裂的主因，同一搅拌站生产的混凝土，同样的原材料，同样的配合比，同样的坍落度，同一天施工，为什么有的工地开裂了，而且开裂很严重，而有的工地却完全没有开裂呢？②按照收缩理论，如果原材料相同，各原材料的用量也相同，坍落度大者（水胶比大）其收缩也大；坍落度小者（水胶比小）其收缩也小。如果收缩是收缩开裂的主因，为什么实际施工中会出现收缩大者不裂、收缩小者反而开裂了呢？③膨胀剂是用来补偿混凝土收缩的。如果收缩是收缩开裂的主因，为什么同一个搅拌站生产的混凝土，原材料相同，强度等级也相同，同一天施工，没掺膨胀剂的混凝土没有裂，掺了膨胀剂的混凝土反而开裂了呢？

（2）引起混凝土收缩的原因很多，林林总总不下几十种，到底哪一种原因造成开裂，实际工程中不易操作。按照收缩理论，已有文献资料把混凝土的收缩分为塑性收缩、干燥收缩、自收缩、温差收缩、化学收缩、碳化收缩等多种；对不同原材料、不同原材料特性以及不同的配合比对混凝土收缩性能的影响也进行了大量的研究。这些研究对于了解混凝土的收缩规律是很有必要的，今后还会不断有新的原材料应用，这些研究还应继续。问题是，人们很难利用这些成果有针对性地解决工程实际问题。是否存在引发收缩开裂的总源头呢？因为原因太多，一旦发生收缩开裂，很难准确找到导致开裂的具体原因。有泵送混凝土的现浇楼面板发生了较为严重的早期开裂，施工单位认为是混凝土收缩过大造成的，是混凝土质量问题，并以现场搅拌的普通混凝土作对比佐证。混凝土公司排查了所有原材料，不知何种材料造成收缩过大，调查发现当天同条件浇筑的其他楼面板并没有开裂，因此认为配合比并没有问题。质量监督管理部门也难辨其责，最终只好各打五十大板。有施工人员反映，与收缩裂缝打了十几年的交道，因为引发收缩的原因太多，每次开裂，主因到底是什么，一直很迷茫。有人说，具体情况具体分析，但不同的专家分析却有不同的结果，这就使人感到困惑。

（3）以往对混凝土收缩裂缝的控制，是以可见裂缝或可见有害裂缝为控制目标。如果不允许出现裂缝，则要在配筋设计、原材料质量和配合比方面提出很高的要求，或者还要添加一种或多种抗裂的特种材料。这样会使裂缝控制成本大幅增加，经济代价太大。并且从结构安全使用角度考虑，少量裂缝的出现并不影响建筑质量，花这样的经济代价也没必要。“收缩开裂是混凝土的特性”，“混凝土是带裂缝工作的，混凝土有裂缝是正常的”，这些观点逐渐成为建筑界的共识。

久之，这些认识可能也在一定程度上淡化了部分人裂缝控制的意识。实际上，很多收缩裂缝通过努力是可以得到控制的。有一新入驻施工单位，混凝土公司进行技术交底要求加强裂缝控制时，显得很是不以为然：“裂缝我们见得多啦！我们是国家一级企业，到过很多大城市，建过很多房，建一百栋，一百栋都有裂缝。专家都说了，混凝土有裂缝是绝对的，没有裂缝是相对的，有裂缝很正常嘛！有点裂缝并不影响建筑质量”。专家的话没有错，由于收缩裂缝的成因很多，现场情况很复杂，谁也不能保证绝对不会出现裂缝。但如果我们不加强裂缝的控制，就不能实现专家所要求的将裂缝控制在无害的范围内。

（4）以往的理论研究，对硬化以后的混凝土性能研究较多，对浇筑之前混凝土拌合物性能的研究也不少，但是对密实成型后混凝土失水对硬化混凝土的性能有什么影响，以及混凝土的生长发育早期水化产物对充水空间的填充规律、填充方式，以及填充的密实程度与完全程度对硬化混凝土的性能又有什么影响，这方面的研究基本上还是空白。因为1d龄期内，混凝土或处于流态，或没有强度，或强度还很低，研究有困难。但恰恰这1d龄期内混凝土硬化之前其性能的变化对硬化后混凝土的各种性能都有着非常重要的影响，特别是对混凝土的抗渗抗裂能力起着决定性的作用。水化产物对充水空间的填充规律及其对硬化混凝土性能的影响，将成为今后混凝土学科领域研究的重要内容。如果我们不加强这方面的研究，就不能摸清混凝土的硬化规律，不能真正掌握混凝土的硬化技术。

3 作者关于混凝土收缩裂缝控制的新观点

（1）收缩裂缝是可以控制的，而且也不难控制，关键是防裂观念要转变。混凝土的可见裂缝是由不可见裂缝扩展而来的，因此，混凝土收缩裂缝的控制，应是以不可见裂缝和不可见孔隙缺陷作为控制目标，而不是以往的以可见裂缝或可见有害裂缝作为控制目标[4]。只有以不可见裂缝作控制目标，才能大大提高建筑工程中无裂缝优质工程的比例，也使可见裂缝数量大大减少，容易控制在“无害”的范围内。只有以不可见孔隙缺陷作为控制目标，才能有效控制不可见裂缝的生成。这就是混凝土工程“无裂缝”、“零缺陷”的质量控制，可以使收缩裂缝得到最大限度的控制。这种“无裂缝”质量控制，并不需要特殊的配筋设计，一般情况下也不需要添加抗裂的特种材料，只采用常规材料，因此并不需要付出高昂的经济代价。相反，它是成本最低，操作最简单，而防裂效果又是最显著的一种防裂方法。

（2）混凝土的收缩并不是收缩开裂的主因，因为它不是收缩开裂的源头。如果收缩是收缩开裂的源头，混凝土的收缩就是主动收缩，我们采取的减小收缩或补偿收缩的防裂措施不管在什么场合都应该奏效。实际上混凝土的收缩是被动的，它是在收缩应力的作用下被迫收缩。因此，只有找到应力源，采取相应措施避免或减小应力的产生，才是最有效的防裂方法。

（3）混凝土的收缩应力来自连通的毛细孔隙缺陷失水后液面的降低，这是前人的研究成果[6]。作者对混凝土的早期开裂曾作过长时间的跟踪观察[7]，并结合自己的试验研究，以及前人的成果，分析开裂的机理，重新认识混凝土收缩开裂的全过程，如图1所示。

从图1可以看出，要控制混凝土的收缩开裂，必须控制不可见裂缝。初始裂缝的形成，是因为毛细孔的收缩应力迫使混凝土收缩，在约束条件下，产生了应力集中的结果。连通的毛细孔隙缺陷又是由于混凝土连续失水造成的。要避免或减小收缩内应力的产生，就要防止连通的毛细孔隙缺陷的生成，就要在混凝土密实成型后，防止混凝土失水。工程实践证明，只要有效控制拌合水的损失，就可以有效控制混凝土的收缩开裂，因此，拌合水损失才是混凝土收缩开裂的总源头。防止失水的防裂方法，才是治本的防裂方法。

（4）以往关于混凝土收缩理论的研究，虽然明确了毛细孔失水产生收缩内应力的原理，但是并没有指出是否应该避免或减小内应力的产生，也没有指出如何才能避免或减小内应力的产生，更没有发现抗裂与抗渗之间密切的内在联系，混凝土的抗裂与抗渗长期被割裂。这是对混凝土生长发育早期水化产物对充水空间的填充规律缺乏研究的结果。后来的研究，人们利用抗渗剂（防水剂）堵塞毛细孔，藉以提高混凝土的抗渗性；或利用钙矾石类水化产物的膨胀作用抑制充水空间（毛细孔）的变形，藉以提高混凝土的抗裂性。这两类特种材料使用过程中如果不能有效控制拌合水的损失，那么仍然存在失水通道，存在毛细孔隙缺陷，存在内应力。这就是以往工程中为什么用了防水剂或膨胀剂之后，混凝土的抗渗性能还是达不到要求，或者混凝土还是要开裂的道理。

（5）混凝土高抗渗形成规律的发现[3]，使我们对水化产物填充的一般规律有了初步的认识，也使我们找到了消除或减小收缩内应力的方法。混凝土只要配合比合理，充水空间足够小，在不失水的情况下，水化产物就可以将充水空间完全填充密实，使混凝土实现高抗渗。所谓完全填充密实，并不是说混凝土内部不存在孔隙，而是孔结构得到充分的细化；并且由于不失水，不会形成水的迁移通道，这些孔对外都是封闭的，孔与孔之间也是不连通的，或极少连通的。这样不但极大地提高了混凝土的抗渗性，也使收缩内应力的生成条件得到极大的消除，收缩内应力因此得到极大的减小，从而实现最大限度地控制混凝土的收缩开裂。由此我们也发现了混凝土抗裂与抗渗之间不可分割的内在联系，提出了高抗渗防裂的最新抗裂理念。工程实践表明，高抗渗防裂效果显著。图2为混凝土高抗渗防裂控制收缩裂缝示意图。

（6）混凝土的收缩因受约束而开裂。实际工程中，混凝土的约束条件除了人们熟知的钢筋约束、支座约束、地面约束（基础约束、底座约束）等的约束之外，还有混凝土的自身约束。表层混凝土因失水而收缩，内层混凝土没有失水，没有收缩。表层混凝土的收缩受内层混凝土的约束而开裂，故混凝土的收缩开裂总是从表面开始。混凝土的流动度越大，表面失水越快；水胶比越小，水迁移速度越慢，表面收缩层越薄，混凝土表面越容易开裂，裂缝数量也越多。因此，流态混凝土、高强混凝土、高性能混凝土、自密实混凝土，都容易发生早期开裂。控制早期开裂的方法，就是控制混凝土的早期失水，实现高抗渗防裂。

以往现场搅拌的普通混凝土，一般为非泵送，集料多，浆量少，不容易发生早期开裂，给人们的印象是这种混凝土的抗裂能力强。用以往的收缩理论解释，是因为集料多，集料是抑制收缩的组分；浆量少，浆量是产生收缩的组分，故这种混凝土的收缩小，抗裂能力强。但是，从内应力迫使混凝土收缩的角度来分析，其早期之所以不容易开裂，是因为这种混凝土强度低，水胶比大，混凝土充水空间大，失水后毛细孔单孔收缩力小；胶凝材料用量低，毛细孔数量少，约束条件下的宏观收缩力小。另一方面，水胶比大，毛细孔大，水迁移速度快，表面收缩层厚。混凝土表面收缩层越厚，表面开裂越迟缓。这种混凝土虽然早期不容易开裂，但不能表明它的质量就是好的，其后期开裂的几率非常大。因为它的抗渗性能很差，受役期间，在不利气候环境下，拌合水继续损失，水化产物的晶格间水和分子层间吸附水因蒸发损失而引起显著的水泥石压缩，产生“吸附收缩”[8]等后期收缩而使混凝土易于开裂。由于抗渗性能差，环境有害介质容易渗透进入混凝土内部，使胶凝材料的水化产物受有害介质侵蚀而变质，充水空间受膨胀应力作用而变形，使混凝土崩裂而破坏。

混凝土在湿养护期间实现高抗渗，不但可以有效防止混凝土的早期开裂，也可以有效控制混凝土的后期开裂。由于高抗渗，环境有害介质不容易渗透进入混凝土内部，大大提高了混凝土抗腐蚀介质侵蚀的能力。由于高抗渗，减缓和减少了混凝土后期拌合水的损失，早期未被水化利用的拌合水仍然滞留在混凝土的充水空间，使混凝土后期的水化反应得以继续进行，水化产物继续填充充水空间，混凝土的密实度不断提高，强度不断提高。

因此，高抗渗防裂是全面提高建筑质量、提高混凝土耐久性的有效途径；高抗渗防裂是满足混凝土早期生长发育需要、遵循混凝土硬化规律的混凝土硬化新技术。

4 混凝土收缩裂缝控制的新方法

4.1 防裂总原则

混凝土的收缩开裂是失水造成的，理论上要树立混凝土密实成型后其拌合水不可以损失的观念，施工中必须防止拌合水的损失。混凝土的失水方式最常见为蒸发失水，此外还有模板吸水、重力失水、热应力失水等其他失水方式。分析混凝土在不同的构件、不同的使用场合以及不同的环境条件，可能存在不同的失水方式，针对不同的失水方式采取相应的防失水措施，是我们在混凝土防裂施工中应遵循的防裂总原则。

4.2 防裂的理论依据

防止失水的防裂方法，理论依据是混凝土的高抗渗防裂。从高抗渗的形成规律我们得知，只有在不失水、不发生水迁移的条件下，水化产物才可以将充水空间完全填充密实。混凝土实现了高抗渗，其不可见裂缝和不可见孔隙缺陷都得到了有效的控制，也就有效地控制了可见裂缝的发生。高抗渗防裂还有另外一层意思，通过高抗渗的实现控制混凝土的收缩内应力。我们强调是收缩内应力迫使混凝土收缩，只有防止或减小混凝土的收缩内应力，才能防止或减小混凝土的收缩。连通的毛细孔隙缺陷是产生收缩内应力的母体，混凝土实现了高抗渗，其充水空间被水化产物完全封闭，没有形成连通的毛细孔隙缺陷，这样就从源头上最大限度减小了内应力的产生，从而最大限度地减小了混凝土的收缩开裂。

以往施工中，不管是否使用特种材料，都没有强调拌合水不得损失，实际工程中普遍存在放任失水的现象。混凝土连续失水过多，混凝土内连通的毛细孔隙缺陷丰富，抗渗性能不断降低，约束条件下，内应力在混凝土内不断积蓄，最终造成混凝土开裂。因此，混凝土的抗裂与抗渗是不可分割的，要防裂就必须抗渗，不抗渗则难以防裂。

4.3 混凝土高抗渗防裂施工湿养护的时间原则

我们已经明确，混凝土的收缩裂缝能否得到有效控制，关键是密实成型后能不能有效控制混凝土失水。混凝土开裂的严重程度与失水的多少有关。混凝土失水的快慢与多少，既与气候环境条件有关，也与成型后的时间顺序有关。时间越靠前，混凝土越容易失水。这里就有一个非常重要的时间原则。这个时间原则总结起来，就是十六个字：“湿养护7天，关键前3天，最关键第1天”[4]。

这一原则是在工程实践中总结出来的，也符合水泥水化和混凝土硬化的规律。第1天是水泥水化最活跃、产生水化产物最多的一天，但也是充水空间刚开始被填充、还远没有被完全填充、最容易失水的一天。混凝土硬化过程如果连续失水，就会形成水的迁移通道，水化产物就不能将充水空间完全填充，形成连通的毛细孔隙缺陷，使混凝土抗渗性能降低，同时产生内应力，混凝土发生收缩。这种失水是由表及里的，缺陷的产生也是由表及里的，所以必须对表面缺陷进行及时的处理，以除后患。根据作者的试验研究和对工程的跟踪观察，如果错过了第1天，在很不利的气候环境下，混凝土由于失水过多造成了严重的缺陷，其抗渗性能的降低或过大的裂缝，以后的养护不管再怎么充分，也将很难补救。因此第1天是最关键的一天。前3天是混凝土强度增长最快的阶段，抗渗试验表明，如果前3天不失水，正常硬化温度下混凝土3d龄期的抗渗等级就可以达到P30级以上的高抗渗[5]，表明前3天是水化产物填充充水空间速度最快的阶段，并且只用3天水化产物就可以将充水空间封闭。所以前3天防止拌合水损失是保证混凝土得到正常生长发育的关键。工程实践表明，前3天不失水，已经取得很好的防裂效果。按规范养护足7天，如果这7天都不失水，一方面提高了实现高抗渗的可靠性，另一方面混凝土将更密实，抗渗性能、耐久性能都将进一步提高。

现行国家规范规定混凝土硬化以后开始养护，或12h以内开始养护，都不能满足抗渗防裂的要求，以至于实际工程中普遍存在放任失水现象。放任失水就是放任裂缝的生成。施工中的放任失水往往错过了防裂最关键的第1天，混凝土收缩裂缝的控制因此成为建筑技术难题。

有资料要求延长混凝土的湿养护时间，要求养护14d，28d甚至更长时间，但却没有对前3d提出特别要求。至于养护多长时间为合适，作者认为不失水的养护应延续至混凝土实现高抗渗。如果配合比合理，正常硬化温度下这个时间一般为3～7天。对高强混凝土而言可能就是1天，这也进一步证明了第1天最关键。所谓“高强混凝土、高性能混凝土更容易出现早期开裂”，实际上是按常规方法施工，在最关键的第1天没有做好防裂工作。对于气温较低的气候环境，水泥水化比较缓慢，或对于水泥用量很少、掺合料用量很高的混凝土（绿色高性能混凝土），胶凝材料水化进程较慢，湿养护时间应适当延长，直至混凝土实现高抗渗。过长的养护时间，只对愈合早期的微缺陷有利，对比较严重的缺陷是弥补不了的，关键是做好前3天的湿养护工作，不使混凝土失水，不使产生失水缺陷。

4.4 混凝土高抗渗防裂施工的操作方法

4.4.1 完美湿养护的概念

完美湿养护就是混凝土不失水的养护，不产生泌水缺陷和失水缺陷的养护。完美湿养护的三大原则[4]完整地表达了完美湿养护的实质内涵。完美湿养护是混凝土正常生长发育的需要。混凝土在失水状态下都得不到正常的生长发育，不可见孔隙缺陷以及可见与不可见裂缝的生成，都是混凝土发育不良的表现。高抗渗的实现表明混凝土的充水空间被水化产物完全填充密实，是混凝土发育良好的表现。完美湿养护是混凝土实现高抗渗的保证条件。

完美湿养护又是混凝土高抗渗防裂施工具体的操作方法。完美湿养护是评估施工养护质量的一个尺度，它对硬化混凝土质量有着极大的影响。实际施工中，湿养护即使难以达到完美程度，也应该努力接近，不应该放任偏离。越接近完美湿养护（混凝土失水越少），硬化混凝土质量越好；偏离完美湿养护越远（混凝土失水越多），混凝土的开裂将越严重，抗渗性能也越低。

4.4.2 混凝土的湿养护必须“即时”和“充分”

所谓“即时”，以湿养护开始时，混凝土不失水或失水缺陷已得到有效消除为原则。即时养护，即混凝土成型后立即进行养护，混凝土没有失水，这时的养护是及时的。如果是初凝前才开始养护，由于混凝土从振实抹平至初凝前这一段时间已经失水，这时的养护是不及时的；但如果养护前对混凝土进行二次抹压，将已经产生的失水缺陷彻底消除，这时开始的养护又是及时的。如果已过初凝，临近终凝了，才开始二次抹压，这时的缺陷已经较深，混凝土表面硬度增加，无法彻底消除缺陷，这时开始的养护就不能说是及时了。所谓“充分”，以湿养护过程中，混凝土不失水，不出现失水缺陷为原则。养护时间越长，不能表明混凝土的养护越充分。养护时间的长短，根据水化硬化的需要、实现高抗渗的需要和实际工程的可操作性。除了蒸发失水以外，要考虑是否还存在其他的失水方式，采取有效措施，确保施工养护过程中拌合水不损失，这样的养护才算“充分”。

4.4.3 必须重视二次抹压

对没有采用即时养护的混凝土，或不适宜即时养护的混凝土，必须适时进行二次抹压。二次抹压是完美湿养护不可缺少的组成部分。二次抹压的作用是彻底消除混凝土由于失水已经形成的缺陷，从而消除由这些缺陷带来的内应力。二次抹压要掌握好适宜的时机。抹压过迟，混凝土表面干硬，缺陷较深，难以消除。二次抹压最好采用圆盘式抹光机（图3），效率高，消除缺陷也比较彻底。对于凝结较慢的混凝土表面，为避免时间过长，裂缝及孔隙缺陷过深，应进行三次甚至多次抹压。

图3 圆盘式抹光机正在进行二次抹压

4.4.4 二次振动的应用

二次振动应在初凝前进行，或在坍落度降低至10～40mm时进行。从高抗渗的原理来看，即使对于高强混凝土、高性能混凝土，其充水空间已经足够小，但大流动度的混凝土如果能进行二次振动，其充水空间将更小，填充会更密实，有利于混凝土的耐久性进一步提高。对于低强度混凝土，二次振动显得更必要。二次振动提高了实现高抗渗的可靠性，硬化混凝土的质量，混凝土耐久性的质量都会明显提高。对于大流动度的低胶凝材料用量的大掺量掺合料混凝土，可能同时兼备充水空间过大和水化产物不足两方面的不利因素，难以实现高抗渗。从耐久性的角度来说，这样的配合比是不合理的，二次振动有可能使这些配合比由不合理变成合理[5]。

4.4.5 防止混凝土失水的养护方法

混凝土失水的方式可能有多种。混凝土密实成型后，凡是能防止拌合水损失的方法，以及消除失水缺陷的措施，都属于完美湿养护的范畴。这里只介绍防止蒸发失水及消除其缺陷的一般常用方法。

（1）即时水养护[3，9]。强度较高、水胶比较小的混凝土，可采用即时水养护。即时水养护可有效防止拌合水损失。混凝土振动密实后，可一边进行一次抹平，一边进行蓄薄水养护。浇筑完成后，随即慢慢加大蓄水深度，至混凝土表面最高处的水深不少于10mm为止。对厚大结构的混凝土，蓄水深度应加大。由于混凝土未凝结，蓄水后不得以任何方式触动混凝土。泌水明显的混凝土不宜采用即时水养护。对强度较低、水胶比较大的混凝土，特别是胶凝材料用量偏低、掺合料掺量又大的混凝土，即时水养护应通过试验。

（2）二次抹压后立即覆盖或蓄水养护[3，9]。这种方法施工操作比较方便，是目前用得最多的完美湿养护方法。值得注意的是，二次抹压后要立即覆盖，也就是一边抹压一边覆盖。如果抹压后不立即覆盖，对于较大面积的混凝土，在不利气候环境下，当抹压终了时，开始抹压的部分由于失水，可能已经开裂，即使没有开裂也会生成大量的孔隙缺陷和不可见裂缝，为后期的开裂和渗漏埋下隐患。应采用吸水性良好的覆盖物，覆盖前充分润湿，覆盖后有专人跟着给覆盖物浇水。抹压完成后，可立即蓄水养护（图4）。如果不蓄水，可浇足水养护（图5），以混凝土表面低处有积水，高处的覆盖物脚踩有水流淌为足水原则[9]。

（3）二次抹压后立即覆盖薄膜养护。这是一种更便捷、更省工的快速覆盖养护方法。有些施工单位覆盖后，认为可以不浇水或少浇水，这不好。即使没有出现可见裂缝，不能表明养护已达到要求。覆盖只是减少了失水，但未能防止混凝土失水。混凝土表面仍有可能存在大量的孔隙缺陷和不可见裂缝。不利气候环境下，或混凝土内部水化热较高时，这种失水将加速，混凝土表面仍有可能开裂。建议二次抹压后，立即对混凝土表面浇一次水，紧接着覆盖薄膜。离抹光机较远已覆盖的区域，继续浇水，让水从薄膜之间的缝隙或破孔处渗流至混凝土表面，保证混凝土表面有足够的水分。注意不要让养护水流至正在抹压或未经抹压的混凝土表面。抹压和覆盖全部完成后，对混凝土表面要浇足水分。太阳猛烈或风大干燥时，最好蓄水养护。

这种方法也有较好的防裂效果，但养护质量不及覆盖吸水性良好的覆盖物。

不同的施工单位，可能有不同的养护方法。判断一种养护方法是不是合理，效果好不好，以及对硬化混凝土质量的评估，就看它是不是能够有效防止混凝土失水。因此，不管采用什么养护方法，都要达到不失水的目的。混凝土在养护过程中，或早期硬化过程中，失水越少，缺陷消除越彻底，这种养护越接近完美湿养护；失水越多，缺陷越严重，则越偏离完美湿养护。

图4 二次抹压后立即蓄水养护（蓄水后可取走覆盖物）

图5 二次抹压后覆盖浇足水养护

4.5 一些特殊工程或构件的收缩裂缝控制

（1）大体积混凝土。这里所谓的大体积混凝土，是指厚大结构的混凝土。厚大结构混凝土突出的特点是水化热高。传统的防裂方法已为业界所熟悉，防裂思路是采取有效措施降低水化热峰值和减小混凝土内外温差，以控制混凝土的温度裂缝。在配合比设计方面，要多用掺合料，少用水泥，减小混凝土的水化热；在混凝土中布置冷却水管，利用流水带走部分水化热，降低其峰值；在混凝土表面覆盖两层麻袋或草席，用以提高混凝土表面温度和保湿。在北方寒冷季节，有主张对混凝土表面加温，以减小温差。

作者认为，大体积混凝土的裂缝控制，防止拌合水损失仍然是第一位的，居主导地位的，保温是起辅助作用的。提出这样的观点理由有二：①大体积混凝土的裂缝控制同样没有跳出高抗渗防裂的规律。温度裂缝之所以成为大体积混凝土的突出问题，是因为在热应力作用下，混凝土失水加快，失水量加大，故开裂性增大。如果有效控制拌合水的损失，就可以有效控制混凝土的开裂。②能够有效防止大体积混凝土失水的养护措施，对混凝土也有良好的保温作用。相反，着重对混凝土进行保温的措施，不一定能够有效防止拌合水损失。如果不能有效防止拌合水损失，就不能有效防止开裂。因此大体积混凝土的裂缝控制，防止失水仍然是第一位的。

大体积混凝土采用覆盖浇水养护，大大减小了温差开裂的几率，但还不是最好的养护方法。覆盖浇水养护，混凝土表面有可能水分不足，混凝土内部温度较高时，在热应力作用下，混凝土表面仍然容易蒸发失水。最好的养护方法应是蓄水养护。混凝土表面有一定深度的养护水，混凝土内的拌合水就不会蒸发损失。混凝土升温过程中，水化热源源不断地被养护水吸收，水温逐渐升高，混凝土表面温度也跟着升高，既降低了水化热峰值，也减小了混凝土内外温差。蓄水养护要注意，一定要在混凝土发热之前蓄水，不要等到发热峰值到来时才蓄水。或者采用即时蓄水养护，或者在二次抹压覆盖完成后立即蓄水养护。如果采用二次抹压，仍要一边抹压一边覆盖保湿，这道工序不能省。这种施工养护工艺对大体积混凝土的防裂效果显著。多年来，作者在实际工程中对大体积混凝土一直推荐这种养护工艺。凡采用这种养护工艺的大体积混凝土工程，无一开裂。

（2）胶凝材料用量偏低的大掺量掺合料混凝土。以下四方面因素的组合使这种混凝土在低强度混凝土中的应用可能会越来越广泛：①熟料质量及水泥等级的提高，使低强度混凝土中的水泥用量大大降低；②混凝土掺合料的供应尚未形成产业化，质量稳定的掺合料的供应还远远赶不上混凝土市场的需要，混凝土胶凝材料用量的增加会使掺合料的供应更加紧张；③由于混凝土市场的恶性竞争，混凝土生产商迫于成本压力，想方设法降低胶凝材料用量；④规范规定泵送混凝土的胶凝材料用量不低于300kg/m3，门槛太低，从高抗渗提高耐久性的角度看是不适宜的。用量规定的过低为低胶凝材料用量找到了依据。

大掺量掺合料混凝土应成为绿色高性能混凝土，符合低碳可循环经济及可持续发展的大方向，因而也是混凝土技术发展的大方向。但是大掺量掺合料混凝土如果不耐久，它就不能成为高性能混凝土。这种混凝土水泥用量少，碱度低，如果抗渗性能差，混凝土将很容易碳化，钢筋锈蚀，水化产物也容易受环境有害介质侵蚀，混凝土的寿命可能很短。要提高它的耐久性，就要提高其早期和后期的抗裂抗渗透能力，解决这一问题最有效的途径是实现混凝土的高抗渗防裂。

作者曾把泵送混凝土胶凝材料用量350kg/m3以下看作偏低[10]，是因为随着用量的降低，混凝土性能逐渐变差，高抗渗将逐渐变得困难。其配合比是否合理，应以完美湿养护条件下3d～7d能否实现高抗渗来判定。如果试配时通过二振才能实现高抗渗，则施工中必须采用二次振动工艺。如果试配时实施二振也不能实现高抗渗，表明这样的配合比不符合耐久性要求，混凝土在生产中和施工中抗质量波动的能力也较差，风险较大。

低胶凝材料用量的大掺量掺合料混凝土的防裂施工，采用二次抹压或多次抹压后立即覆盖浇足水养护或蓄水养护，比较可靠。如果采用即时水养护，应先通过试验。

（3）混凝土剪力墙的裂缝控制。剪力墙的裂缝控制是混凝土收缩裂缝控制中的难点，其防裂原则仍然是防止拌合水的损失。但剪力墙的失水方式比较复杂，除了蒸发失水外，还有模板吸水、重力失水等多种失水方式。只有有效防止各种形式的失水，才能有效控制剪力墙混凝土的收缩开裂。剪力墙的裂缝控制，作者已有专文阐述[11]，本文不再赘述。

（4）混凝土结构柱的裂缝控制。结构柱是混凝土工程的承重构件，质量应更加重视。结构柱和剪力墙一样都是直立构件，失水方式与剪力墙基本相同。与剪力墙不同的是，它不属于薄壁结构，它应划入厚大结构的范围。由于它的结构特点，一般不会出现贯穿性裂缝。但模板吸水和重力失水较重时，四周表层可能存在大量的孔隙缺陷，或者还会出现可见与不可见裂缝。这些缺陷我们统称为失水缺陷，将造成结构柱的钢筋保护层很快碳化，危及建筑结构的安全。所以结构柱混凝土的配合比务必能实现高抗渗，以提高混凝土的抗碳化能力。在保证施工性能的前提下，应采用较低的砂率和较低的坍落度。施工中严格控制坍落度和用料时间。严禁操作工随意加水增加坍落度，用料时间越快越好。用料越快，质量越有保证。很多工地没有抓紧用料时间，坍落度损失后，操作工随意加水增加坍落度，不仅影响混凝土质量，也降低了混凝土的抗碳化能力。因此，浇注结构柱的混凝土应“原汁原味”使用，这就要抓紧用料时间。

浇筑完成后，可在柱顶蓄薄水养护，但应防止养护水顺模板缝隙流下，带走水泥浆。混凝土凝结后，派人加水，使水从模板顶端溢出，保持模板潮湿。拆模后，用吸水性良好的麻袋或棉布包裹柱子，向包裹物浇水，保持润湿。有施工单位用塑料薄膜包裹，也是较好的养护方法，减少了拌合水的损失。包裹好后，最好派人往柱顶浇水，使水在薄膜和混凝土侧表面之间的缝隙从上往下流，以润湿混凝土的表面。现在还有不少施工单位拆模后不进行包裹养护，仍按传统方法浇水养护，不能防止拌合水损失，对硬化混凝土质量将有不良影响。强度越低，胶凝材料用量越少，泌水离析越明显，抗渗越差，影响越大。

（5）混凝土结构梁的裂缝控制。结构梁也是混凝土的承力构件。王铁梦教授把梁划分为薄壁构件[12]，薄壁构件容易出现贯穿性裂缝。对于混凝土强度较高的大梁，表面失水后混凝土截面内部还存在较大面积的高抗渗防裂区，因此单纯就混凝土收缩而言，如果梁的长度不是很长，一般不会出现贯穿性的裂缝，可以划入厚大结构的大体积混凝土范畴，应注意其水化热对早期开裂的影响。但是结构梁和结构柱又不同，它是水平结构，收缩应力很容易受到竖直方向的荷载应力的叠加，当叠加的应力较大，超过混凝土的抗拉应力时，虽然仍存在高抗渗防裂区，还是会出现贯穿性裂缝。出现贯穿性裂缝之后，混凝土内部失水加快，如果任其发展下去，将会走上加快劣化的恶性循环。因此，重要部位的结构梁，特别是裸露在大气中的结构梁，出现深度裂缝，尤其是贯穿性裂缝，一定要及早封闭，并增加保护层，避免混凝土继续失水。

用于结构梁的混凝土配合比，应该是容易实现高抗渗的配合比。施工中，结构梁的失水方式与剪力墙相似，存在着多种失水方式。因此收缩裂缝的控制与剪力墙基本相同。坍落度不宜过大，防止泌水离析，以减小重力失水；提倡二次振动，以减小模板吸水对收缩开裂的影响，使混凝土更容易实现高抗渗；在混凝土表面蓄水养护或覆盖较厚的覆盖物，覆盖物要相互搭接，不得有暴露面，以防止不利气候环境和热应力双重因素造成混凝土的蒸发失水。如此，结构梁的裂缝控制才会取得较好的防裂效果。

5 结论

（1）混凝土收缩裂缝的控制，不仅是全国性的难题，也是世界性的难题[12]。裂与渗长期成为混凝土工程的质量通病。因此，实现对混凝土收缩裂缝的有效控制，是全面提高建筑质量、提高建筑物的使用寿命、促进国民经济可持续发展的重大经济技术课题。

（2）混凝土的收缩是被动收缩，而不是主动收缩。因此收缩并不是收缩开裂的源头。要有效控制混凝土的收缩开裂，关键是防止或减小迫使混凝土收缩的内应力的产生。我们所采用的减小或补偿混凝土收缩的抗裂技术，如果不能减小内应力的产生，混凝土的裂缝控制就很难达到预期效果。

（3）混凝土高抗渗形成规律的发现，以及高抗渗防裂技术在实际工程中的成功应用，使我们找到了防止或减小混凝土内应力产生的方法。连通的毛细孔隙缺陷是混凝土收缩内应力产生的母体。由于高抗渗的实现，混凝土的充水空间被水化产物完全填充密实，一方面细化了混凝土的孔结构，另一方面切断了毛细孔通道，使其成为对外封闭的孔，消除或者极大地削弱了混凝土内应力产生的条件。

（4）为了有效控制混凝土的收缩开裂，混凝土的施工养护应以不可见裂缝和不可见孔隙缺陷为控制目标。连通的毛细孔隙缺陷是由于混凝土失水、发生拌合水的迁移造成的。混凝土浇筑成型后，只要不失水，不发生水的迁移，水化产物就容易将充水空间完全填充密实。高抗渗的实现，表明混凝土的不可见裂缝和不可见孔隙缺陷都得到了有效的控制，从而有效控制了混凝土的收缩开裂。因此拌合水损失才是混凝土收缩开裂真正的源头。防止失水的防裂方法，是治本的防裂方法。

（5）混凝土的施工养护，长期存在放任失水的现象，致使裂与渗成为混凝土工程的质量通病；混凝土商品化以后，同样存在放任失水的现象，混凝土早期开裂加剧，一度严重影响工程质量。施工养护中采取了防失水措施，混凝土就实现了高抗渗，有效控制了开裂[4，5]。混凝土抗渗性能降低和收缩裂缝的出现，表明混凝土早期发育不良，硬化不良；只有充水空间被完全填充，实现了高抗渗防裂，混凝土才称得上发育良好，硬化正常。前后硬化质量的对比，昭示了混凝土的硬化技术应被提上混凝土理论研究的议事日程。

（6）混凝土不失水的养护，不产生失水缺陷的养护，称为完美湿养护。完美湿养护是控制混凝土收缩开裂的有效方法，是混凝土得到正常发育的合理的施工养护新工艺。完美湿养护应维持至混凝土实现高抗渗，这个时间一般为7天，但关键是前3天，最关键是第1天。第1天拌合水损失的程度，对混凝土硬化以后的抗渗抗裂能力，甚至整体的性能，都起着决定性的作用，所以第1天一定不能够失水。混凝土密实成型以后拌合水损失对硬化混凝土性能有着如此重要的影响，这恰恰是以往混凝土理论研究的一块空白。

（7）防止混凝土失水是我们施工中应遵循的防裂总原则。凡是防止拌合水损失和消除失水缺陷的有效措施，都属于完美湿养护范畴。混凝土最常见的失水方式为蒸发失水。防止蒸发失水和消除失水缺陷的完美湿养护方法，可以分为即时养护和二次抹压后立即养护两大类。前者防止失水，后者消除失水缺陷以后防止继续失水。实际施工中，可根据不同的配合比、不同的构件、不同的环境条件选择适宜的养护类别和方式。不管采取什么方法，都要达到不失水的目的。除了蒸发失水外，混凝土可能还存在其他形式的失水，同样要采取有效的防失水措施。

（8）不管什么因素造成混凝土的收缩，只要初凝前有效消除失水缺陷，并防止混凝土继续失水，就能有效控制混凝土的收缩开裂。这一方法不需要特殊的配筋设计，一般情况下也不需要添加抗裂的特种材料。多年来的工程实践表明，防止失水的防裂方法，是成本最低、操作最简单、防裂效果最显著的防裂方法。这一方法利用了高抗渗防裂的原理，利用了抗裂与抗渗不可分割的辩证关系，实现了混凝土抗收缩开裂复杂问题简单化，实现了混凝土抗裂技术的重大进展。

（9）混凝土发生收缩的影响因素很多，混凝土的收缩是绝对的。在现在的技术条件下，谁也不能保证混凝土绝对不裂，因此混凝土的开裂也是绝对的[8]。但是我们不能因此放松对混凝土收缩裂缝的控制。我们完全可以通过努力使混凝土的收缩裂缝得到最大限度的控制。高抗渗的防裂方法，防止失水的防裂方法，就是最大限度控制混凝土收缩开裂的方法。按照现行国家规范规定的方法养护，还存在着放任失水的现象；按照传统习惯的方法养护，存在着更严重的放任失水现象。放任失水就是放任混凝土抗渗性能的降低，放任失水就是放任混凝土收缩裂缝的生成。实际施工中，控制混凝土失水并不是很难，因此收缩裂缝的控制也不是很难，难的是防裂观念的转变。

[1]刘崇熙，汪在芹，李珍.坝工混凝土耐久寿命问题[J].长江科学院院报，2000（1），（2）.

[2]吴之乃，郑念中.我国混凝土工程技术的现状及发展[J].混凝土，2000（11）：3～7.

[3]甘昌成，李建庭，吕伟强，等.低强度高抗渗混凝土的试验研究与应用[J].混凝土，2003（12）：37～41.

[4]甘昌成，李建庭，吕伟强，等.论商品混凝土的湿养护[J].商品混凝土，2006（3）：5～11

[5]甘昌成，李建庭，吕伟强，等.混凝土高抗渗防裂[J].混凝土，2007（9）：16～21

[6]重庆建筑工程学院，南京工学院.混凝土学[M].中国建筑工业出版社，1981.

[7]甘昌成，关志文，张子庚，等.混凝土抗裂与抗渗的辩证关系[A].崔源声，孙继成主编.中国与世界混凝土进展2008[C].中国新闻联合出版社，2008，10：139～145.

[8]王铁梦.工程结构裂缝控制[M].中国建筑工业出版社，1999.

[9]甘昌成，关志文，郭梓钱，等.泵送混凝土屋面抗裂防渗漏施工技术[J].混凝土与水泥制品，2005（3）：48～51

[10]甘昌成，李建庭，吕伟强，等.大掺量掺合料混凝土配合比的合理性评价[J].粉煤灰综合利用，2008（3）：6～11

[11]甘昌成，关志文，李建庭，等.混凝土剪力墙的裂缝控制[A].崔源声，孙继成主编.中国混凝土进展2010[C].中国新闻联合出版社，2010，10：93～102.

[12]王铁梦.钢筋混凝土结构的裂缝控制[J].混凝土，2000（ 5）：3～6.