控制混凝土早期裂缝需要转变防裂观念

甘昌成

（高级工程师，鹤山市建力混凝土有限公司）

控制混凝土早期裂缝需要转变防裂观念

甘昌成

（高级工程师，鹤山市建力混凝土有限公司）

特别策划：混凝土早期裂缝

编者按：混凝土结构物在工程中的重要性以及混凝土材料应用的普遍性，使其耐久性能的评价逐渐成为本行业的迫切要求。混凝土的早期抗裂性能是耐久性能评价的一个指标，众所周知，混凝土的早期开裂对其整体性能、力学性能和耐久性能会产生一定的影响，早期裂缝的研究也就成为当前混凝土材料界和工程界的热点问题。

早期裂缝指的是混凝土结构在尚未完全硬化之前就出现的裂缝，即塑性收缩裂缝。根据形状有表面型的和贯穿型的，根据变动形态则可以分为愈合、闭合、稳定和不稳定等形式。据以往的理论观点，混凝土结构的早期裂缝主要由混凝土拌合物硬化过程中失水引起，一般发生在混凝土初凝到终凝时间段，故多采取加强养护的方式来作为主要的防裂方法，但始终未能根治混凝土的裂缝问题。是否存在新的方法和观点来对待早期裂缝的问题？一般对于混凝土生产企业来说，如何在最大程度上避免此类裂缝的发生？在施工过程中，又有哪些措施可以避免？另外针对发生的此类裂缝，一般施工单位和混凝土生产企业如何进行处理？众多问题都成为了目前混凝土早期裂缝问题关注的焦点。本期将针对这些问题征求各位专家的意见，以期给一些从事混凝土生产和施工的技术人员予以参考借鉴。

建力混凝土公司筹建于1996年下半年，1997年初投产，正值全国商品混凝土刚刚进入快速发展期。产品主要为泵送施工。泵送混凝土的早期裂缝问题成为当时的社会热点，引起广泛关注。业内普遍认为早期裂缝是由于混凝土收缩过大造成的，减小收缩或补偿收缩就成为混凝土公司防裂的主方向。但不管配合比如何变化，总难以取得明显效果，早期裂缝总是难以控制。已有文献资料找不到有针对性的解决办法。混凝土公司承受着巨大的社会压力，公司技术人员甚至在三更半夜也被从家里呼唤到工地。没有更好的解决办法，只好经常跑工地，长时间观察裂缝的形成过程。逐渐发现了早期裂缝形成的一些规律，提出了控制的新方法，改变了防裂的主方向。所幸的是我们的建议得到上级主管部门的重视，从而得到有关各方的支持和配合，很快扭转了被动的局面。改变防裂方向后，早期裂缝的控制，效果显著。在此基础上，我们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，混凝土的抗渗等级轻轻松松就可以达到P30级以上的高抗渗，而且无需28天，只要3～7天。抗裂与抗渗效果如此明显，我们很自然就将两者联系在一起：原来好的防裂效果是因为混凝土实现了高抗渗，原来混凝土实现了高抗渗就可以防裂。由此，我们确认了混凝土的抗裂与抗渗存在着密切的内在联系，不可分割。进一步地，通过理论分析，并用试验结果证实，现在的混凝土都可以实现高抗渗，从而建立了高抗渗防裂的最新抗裂理念。参加工程实践之初，并没有想到今后要写论文。2003年发表我们的第一篇工程实践论文，是因为看到刊物上很多关于混凝土早期裂缝控制的文章，觉得有话要说。至今已发表混凝土创新论文十余篇。写文章的过程，也是总结经验的过程，分析研究的过程。文章结合工程实际，总结出一套行之有效的混凝土早期裂缝控制新方法，以抗裂抗渗为核心，表达了提高现代混凝土质量的若干新观点新技术，从理论上对防裂新方法加以论证。下面是我们对早期裂缝控制的一些看法。

1 控制混凝土的早期裂缝首先应转变防裂观念

（1）控制早期裂缝，主要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。

混凝土的收缩不是主动收缩，因此收缩并不是收缩开裂的源头。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。只有找到应力源，采取有效措施避免或减小应力的产生，才能有效控制混凝土的收缩开裂。我们所采用的减小或补偿收缩的抗裂技术，如果不能减小内应力的产生，混凝土的裂缝控制就很难得到我们想要的效果。相反，即使没有添加抗裂的特种材料，只要有效控制了混凝土的收缩应力，也会取得很好的防裂效果。

混凝土内连通的毛细孔隙缺陷是收缩内应力产生的母体，要控制收缩内应力的产生，就要控制连通的毛细孔隙缺陷的生成。

（2）控制混凝土早期裂缝，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。

混凝土施工中，湿养护结束后，如果没有发现可见裂缝，按照以往观念，会认为混凝土的保养质量很好；即使发现少量裂缝，如果裂缝短小，也不会介意，同样认为混凝土的质量很好。但是站在高抗渗防裂的角度，即使没有发现可见裂缝，也不能说明混凝土的质量是好的，混凝土的表面和内部都有可能存在大量不可见的连通的毛细孔隙缺陷和不可见裂缝。这些不可见的连通的孔隙缺陷和裂缝，既是混凝土中后期不利环境下继续失水的通道，也是环境有害介质入侵的通道。混凝土中后期损失的拌合水，往往是附着水、层间水和结晶水，同样会引起混凝土的收缩，造成混凝土中后期开裂；环境有害介质进入混凝土中，侵蚀混凝土的水化产物，亦使混凝土发生膨胀破坏。故这种混凝土中后期开裂的几率很大。混凝土开裂，钢筋也容易生锈，混凝土耐久性降低。王铁梦教授认为，轻微收缩裂缝（0.2～0.3mm）的处理与修补不是“质量事故”。如果将这种宽度的裂缝界定为无害裂缝，实际工程中很多裂缝的宽度都大于这个宽度，说明我们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范围内。并且，裂缝的“无害”只是从结构使用安全的角度考虑。从耐久性的角度考虑，所有裂缝，包括可见与不可见的裂缝，都是有害的，都应该得到控制。只有有效地控制不可见裂缝，才能更有效地控制可见裂缝的出现，不但使可见裂缝的数量大大减少，也容易控制在“无害”的范围内，这道理是不言而喻的；只有有效地控制不可见孔隙缺陷，才能有效地控制不可见裂缝的生成，因为这些连通的孔隙缺陷是收缩内应力产生的母体。

（3）不是防渗必须抗裂，而是防裂必须抗渗。

抗裂防渗，是从材料学的角度，提高混凝土材料本身的抗裂能力而达到防止渗漏的目的。“不裂就不渗”。由于以往技术条件的限制，抗裂与抗渗是被割裂了的，对一般工程只要求抗裂，不要求抗渗。抗裂不抗渗，就为收缩内应力的滋生创造了条件，增加了收缩裂缝控制的难度。

通过工程实践，以及对混凝土高抗渗形成规律的试验研究，我们对混凝土收缩开裂的全过程有了新的认识。其过程可以简单描述为：混凝土密实成型、失水形成失水通道（连通的毛细孔隙缺陷）、毛细孔液面降低产生收缩应力、毛细孔收缩、混凝土收缩、约束条件下混凝土开裂。从其过程可以看出，形成失水通道的过程，就是混凝土的抗渗性能降低的过程，也是收缩内应力产生的过程。内应力迫使混凝土收缩，混凝土的收缩受到约束，便产生裂缝，以释放应力。混凝土继续失水，内应力继续产生和积蓄，裂缝不断扩展。初始裂缝是不可见的。混凝土不断失水的过程，就是内应力不断产生和积蓄的过程；裂缝的扩展过程，就是内应力不断释放的过程。混凝土不断失水，过程不断进行，直至裂缝贯穿。混凝土失水越多，连通的毛细孔隙缺陷也越多，越深，这过程始终伴随着混凝土抗渗性能的不断降低。

由此可见，混凝土抗渗性能的降低和混凝土的收缩开裂，皆起源于混凝土密实成型以后拌合水的损失。高抗渗防裂则强调混凝土的拌合水不得损失。混凝土成型后不失水，就不会形成水的迁移通道，水化产物就可以将充水空间完全填充密实。混凝土的孔结构得到充分细化，并且由于没有形成水的迁移通道，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，内应力得到极大的减小，从而有效地控制了混凝土的收缩开裂。

（4）要严控拌合水不得损失，而不应放任混凝土失水。

根据高抗渗防裂的原理，明确了混凝土配合比的拌合水在混凝土浇筑成型后不可以损失。同时明确，一旦失水，不管多少，混凝土都会产生缺陷，产生内应力。对失水的混凝土，初凝前必须采取有效措施将缺陷彻底消除，并防止混凝土继续失水，就可以很好地防裂。所以我们在理论上一定要树立成型后的混凝土拌合水不得损失的观念，施工中要严控失水。完全不失水的养护，彻底消除了失水缺陷的养护，称之为完美湿养护。

根据现行国家规范，混凝土终凝以后开始养护，或12h以内开始养护，都不能满足混凝土抗渗防裂的要求。现在国内在建工程对混凝土的养护大多仍采用浇水养护，不覆盖。这样，不管是养护之前，还是养护的过程中，混凝土都普遍存在放任失水现象。当气候条件或环境条件很不利时，这种失水将加剧。另外，减水剂的应用使混凝土向流态化方向发展，大大方便了施工，这是一种很好的现象。但大坍落度对混凝土质量不利的一面似乎还没有引起人们的重视。同一个配合比，不同坍落度对混凝土质量的影响，从理论上讲，仅就耐久性质量而言，在能够振得出浆的前提下，坍落度越低越好。但现在追求大坍落度、高流动性成为一种时尚，认为是混凝土高性能化的一个标志。这种时尚迎合了混凝土操作工的心理，150～160mm的坍落度，甚至170～180mm的坍落度还要加水，因为流动性越大，操作更省力，更省工。当前建筑大多为低强度混凝土，胶凝材料用量偏低，虽然用水量不大，但水胶比较大。砂率高，为了获得大的坍落度，减水剂用量也高。这种混凝土净浆层较薄，大坍落度和高减水剂用量很容易造成泌水离析，对于直立构件有可能发生较多的重力失水。操作工如果随意加水，又使重力失水加重。重力失水也是放任失水的一种方式。

放任失水，在失水较多的情况下，混凝土内部布满失水通道，形成严重的缺陷，积蓄了很高的内应力，即使用了抗裂特种材料，要想混凝土不开裂也很难了。

所以，混凝土密实成型后，一定要严控失水，不可放任失水。控制失水，就要注意混凝土的失水方式。混凝土可能同时存在多种失水方式，除了蒸发失水和重力失水外，还可能存在模板吸水、热应力失水等失水方式。只有有效防止各种形式的失水，才能有效防止早期裂缝的产生。

（5）混凝土的体积稳定性仅从材料学角度研究是不够的，应放到系统中去研究，从混凝土在环境中的体系平衡来把握。

人们很重视混凝土的体积稳定性，都希望得到体积稳定的混凝土，认为混凝土容易发生早期开裂，是因为收缩大，体积不稳定。如果体积稳定，抗裂能力就强，不容易开裂。这是从材料学的角度研究混凝土的材料特性。

其实，仅从材料学的角度研究材料的特性是不够的，其结论有可能陷入片面性。这种片面性只注意了环境影响的结果，没有注意环境影响的过程，而不同的过程其结果可能是不一样的。例如，一般认为，高性能混凝土拌合物的体积稳定性较好，但是高性能混凝土也容易发生早期开裂，开裂了的混凝土就不能说是稳定的了。高性能混凝土为什么也容易早期开裂呢？因为高性能混凝土水胶比小，表面失水后，内部的水迁移补充慢，表面收缩层很薄，表层混凝土的收缩受到内层强烈的约束，故其容易开裂。混凝土密实成型后不失水，它就不会开裂。同样的混凝土，失水则裂，不失水则不裂，怎么评定它的体积稳定性呢？混凝土的体积是否稳定，实际上是混凝土在环境中的体系平衡问题。体系平衡则稳定，体系不平衡则不稳定。研究混凝土的体积稳定性，只有结合混凝土体系的平衡状态来分析，才能更正确地把握其体积稳定性的问题。

在混凝土的生命过程中，混凝土的体系始终是一个平衡与不平衡相互转化的体系。平衡是相对的，不平衡则是绝对的。泌水离析较重的混凝土，其拌合物是一个很不稳定的体系，密实成型后，可以得到瞬时的平衡。之后在重力作用下，体系发生泌水和离析，结束之后，各物料颗粒位置相对固定，我们得到一个相对稳定的平衡体系。但这种平衡也是暂时的。如果混凝土失水，不管什么形式的失水，都会形成失水通道，形成连通的毛细孔隙缺陷，产生收缩内应力，混凝土收缩，约束条件下产生应力集中。这一过程，体系逐渐偏离原来的平衡，又成为一个不平衡的体系，不稳定的体系。失水越多，内应力积蓄越高，体系越不稳定。当体系的不平衡达到极限，原来的平衡就被打破，积蓄的能量得到释放。能量释放之后，体系达到新的平衡，或者说，又建立了新的平衡。混凝土继续失水，继续产生新的应力，新的不平衡运动继续开始。就这样周而复始，直至混凝土破坏。

因此，我们要保持混凝土体积的稳定，仅靠材料本身良好的特性是不够的，重要的是维持混凝土在环境中体系的相对平衡，尽量延长其平衡周期，才能保持混凝土体积的稳定。收缩内应力是破坏体系平衡的重要因素，而收缩内应力是由于混凝土失水引发的。所以混凝土配合比的拌合水，不仅是胶凝材料水化硬化的需要，拌合物施工流动性的需要，也是混凝土生命过程中维持体系平衡、保持体积稳定的需要。而后者还没有引起人们的重视。所以我们反复强调，配合比的拌合用水，在混凝土浇筑密实成型后，在混凝土的生命过程中，都不可以损失。实现了高抗渗的混凝土，没有连通的毛细孔隙缺陷，或极少连通缺陷，最大限度地消除了内应力的生成条件，收缩内应力被减到最小，因而其体系是一个相对稳定的平衡体系。

2 混凝土施工中应遵循防裂的总原则以及湿养护的时间原则

防裂总原则就是防止混凝土密实成型后各种形式的失水。混凝土施工应遵循防裂总原则，严格控制，不让拌合水损失。根据湿养护的时间原则，控制混凝土失水，关键是前3天，最关键是第1天。因为第1天最容易失水，也是水化产物生长发育最快的一天。第1天容易失水过多，对混凝土的生长发育造成严重影响，使混凝土得不到正常发育，硬化不正常。所以第1天一定不能够失水。要谨慎处理好浇筑后的混凝土，不让混凝土失水，不使产生失水缺陷。密实成型后即时养护，可防止混凝土失水。如果不即时养护，则要在初凝前将已经失水形成的缺陷彻底消除，方法是适时进行二次抹压或二次振动。消除缺陷以后必须立即养护，防止混凝土继续失水。

除了防止蒸发失水外，直立薄壁一类如剪力墙、梁、柱等构件，还要特别注意模板吸水、重力失水等失水方式。减小重力失水最好的办法，是采用低坍落度、低流动性混凝土，这些混凝土不泌水，不离析，拌合物是相对稳定的体系。要求流动性好，坍落度必须要大时，水胶比要小，混凝土应高性能化，减小泌水离析。如果不是特别需要，坍落度控制以≤150mm为宜。并且尽量采用低减水剂用量、低砂率。消除重力失水、模板吸水形成的缺陷，较好的办法是二次振动。

混凝土浇筑后的第1天，可能存在的失水方式最多。浇筑之前，应仔细分析混凝土在该构件中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，关系防裂工作的成败。混凝土不失水，正常硬化温度下3天就可以实现高抗渗。实现高抗渗之后，不利环境下混凝土拌合水损失的速度就会大大减缓。所以前3天的防裂工作很关键。最好能维持7天不失水，混凝土的充水空间被水化产物填充得更完全、更密实，混凝土发育得更充分，抗渗抗裂能力都将得到进一步提高。据此，混凝土高抗渗防裂完美湿养护应遵循的时间原则就是：“湿养护7天，关键前3天，最关键第1天”。

3 防裂观念不转变，新技术推广困难，混凝土公司任重而道远

有混凝土公司的技术人员反映，完美湿养护的防裂作用是容易理解的，但他们到施工现场去推广，却不容易被接受，混凝土开裂比较严重时，却又把责任推给混凝土公司，为此感到苦恼。这并不奇怪。笔者曾遇到这样的事例：甲方对技术交底很认同，要求施工方按技术交底的方法做。施工方却说：“我是听建设部的还是听他的？”“给多少钱，干多少事”。这两句话的意思都是说：我只能按规范做。工程建设资金是按预算拨付的，工程项目预算价格是按规范确定的，你让我多做些事，就多拨些钱来。

作为工程技术人员，应该模范执行国家工程技术规范，这无可厚非。我们执行规范的目的，是为了确保工程质量。当规范已经部分地不适应技术的发展，不能更好地保证质量，而实践中却已找到更能保证质量的办法时，我们又必须敢于突破规范，提高工程质量。完美湿养护在拌合水不得损失以及湿养护开始的时间这两个问题上，对现行规范是最大的突破。也正因为如此，才有明显的防裂效果。要推广应用这一新工艺，不是那么容易的，笔者的历程是一样的。新方法抗收缩开裂已经不止“八年抗战”了，推广应用也有十几年了，但真正符合完美湿养护的，少之又少，能达到六、七成就很不错了。这也看到了效果，早期裂缝得到了有效的控制。人们已经看到，越接近完美湿养护，硬化混凝土的质量就越好，对早期裂缝的控制已心中有数。至于控制到什么程度，涉及到很多问题，有规范的问题，认识的问题，经济利益的问题，施工进度的问题，人工投入的问题，等等。关键是利益问题。因为施工进度和人工投入都涉及经济利益。实际上，这些问题通过合理安排和合理调配是可以得到解决的，影响是不大的。完美湿养护的投入，比之使用特种材料和裂缝的修补，费用少得多，其长期的经济效益和社会效益，更应引起重视。因此，认识问题，重视程度问题所涉及的深层次问题，才是问题的根本。

尽管如此，工程质量毕竟是参与建设各方共同追求的目标。从这一点来说，各方都存在着共同点，这就是我们宣传和推广应用防裂新技术的基础。为了减少混凝土早期裂缝带给搅拌站的麻烦，混凝土公司应主动宣传防裂新技术。技术人员首先了解完美湿养护，熟悉它的操作方法，确认它的防裂效果；对每一工程要做好技术交底，如果施工偏离技术交底太远造成严重开裂，混凝土公司也尽了自己应尽的责任；技术人员尽量多跑工地，与各方技术人员特别是施工人员交朋友，尊重他们，与他们多接触，多沟通，多宣传防裂新观念和防裂新技术。要有耐心。应该说，绝大多数技术人员对防裂新方法都是接受的，能不能执行，执行到什么程度，还有很多细节问题。不接受的只是少数。这也不奇怪，但对自己要有信心。笔者曾在施工现场认识一位老施工，别的施工员说他很有经验。第一次与他接触，话也很投机，但谈到防裂新观念新方法时，他却说“打死我也不相信”。遇到这种情况，不用着急，意思表达清楚就行了，给时间让他去认识。一年后，笔者在工地再次遇到他，已经自觉地采用完美湿养护方法了。用他自己的话说，这是对老板负责。

4 国家规范应尽快完善混凝土施工防裂的技术措施

常说建筑质量百年大计，但有资料表明，以往现场搅拌的普通混凝土建筑物，平均寿命只有40年左右。近年有媒体报道，混凝土的平均寿命只有30年。混凝土耐久性似乎继续在降低。有些重要工程，混凝土的使用寿命不到20年。一般认为，混凝土开裂是耐久性降低的主要原因。实际上，不管混凝土开不开裂，耐久性降低的根源都在于混凝土抗渗性能的降低。从混凝土收缩开裂的过程来看，总是连通的毛细孔隙缺陷形成在先，裂缝的生成在后。因此，裂缝的周围总存在着大量连通的毛细孔隙缺陷，使混凝土的抗渗性能降低。这些连通的毛细孔隙缺陷就成为腐蚀介质入侵混凝土的通道，使混凝土一层层地劣化破坏。因此，抗渗性能降低才是混凝土耐久性降低的真正根源，开裂只是增加了混凝土的被腐蚀面，加速了混凝土的劣化。

混凝土抗渗性能的降低和早期裂缝的生成，都是混凝土在生长发育早期形成的质量缺陷，我们把它看作是混凝土的生长发育不良，硬化不良。与之对应，混凝土在硬化阶段实现了高抗渗防裂，表明混凝土的充水空间已经被水化产物完全填充密实，混凝土的生长发育实现了“零缺陷”，我们就说混凝土生长发育良好，硬化正常。

开裂了的混凝土，抗渗性能降低的混凝土，可以认为是病态的混凝土，或亚健康的混凝土。要全面提高建筑质量，提高建筑物的使用寿命，就必须在硬化阶段实现混凝土的高抗渗防裂，我们才能得到发育良好的混凝土，硬化正常的混凝土，健康的混凝土。要实现混凝土的高抗渗并不难，只需做到两点：其一是配合比要合理，其二是混凝土密实成型后拌合水不可以损失。方法虽然简单，目前要真能落实还有困难。只有标准规范才能将各方统一起来。混凝土技术发展了，但我们的标准规范几十年不变。如果防裂新技术能够得到规范认同，实际工程利用高抗渗进行防裂，以高抗渗作为混凝土质量和工程质量验收的依据，那么全面提高建筑质量，实现建筑质量的百年大计，就不只是一句口号了。届时，混凝土公司也就没那么大的压力了。