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止于至善

有混凝土的地方,就会有我

 
 
 

日志

 
 
关于我

闻宝联,工学博士,教授级高工,天津市市政工程研究院副总工程师,同济大学、天津大学、河北工大、北京交大硕士导师,新加坡《urban transportation &construction》杂志副主编,中国土木工程学会混凝土质量专业委员会委员、混凝土耐久性专业委员会委员,全国混凝土标准化技术委员会委员,中国建筑业协会混凝土分会专家组成员,中国腐蚀与防护学会建筑工程专业委员会委员,中国商品混凝土企业联合会专家委员会主任委员,中国硅酸盐学会混凝土与水泥制品协会理事,数十项国家重点工程混凝土专项技术指导。

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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!  

2017-02-16 13:49:36|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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  摘自 砼行之声 

混凝土收缩裂缝的控制是长期困扰建筑界的技术难题。作者在工程实践中对收缩裂缝进行了十多年的应用研究,提出了完美湿养护控制收缩裂缝的新方法,提出了高抗渗防裂的最新抗裂理念,取得了显著的防裂效果。收缩裂缝的形成实际上是应力作用的结果,收缩裂缝的出现表明混凝土硬化不良。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

收缩裂缝的控制被认为是长期困扰建筑界的技术难题。现在我们认为,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。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。由此作者认为,质量优良的硬化混凝土应该是“无裂缝”、“零缺陷”的混凝土,应该有很高的抗渗性。混凝土抗渗性能降低以及早期裂缝的产生,是因为配合比和施工养护工艺可能都不够合理,背离了混凝土的生长发育规律和硬化规律的结果。这些新的观点是在工程实践中产生的。

1 产生新观点的技术背景

1997年公司投产之初,泵送混凝土频发的早期开裂现象,其普遍性和严重性出人意料,引起业界和社会的广泛关注。业界一致认为早期开裂是混凝土收缩过大造成的。减小收缩或补偿收缩就成为当时防裂的主方向。但不管配合比如何变化,早期裂缝总是难以控制,仍然是社会反映强烈的突出问题。已有文献资料找不到针对性的解决方法。于是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,如图1[5]所示。



图1明显表示,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胶凝材料水化反应的需要;②拌合物施工流动性的需要;③维持混凝土体系的平衡,保持混凝土体积稳定的需要。前两个作用人们已经十分熟悉,但后一个作用还未引起人们的注意,尚未得到重视。


以往观念认为,由于硅酸盐水泥完全水化的理论水灰比只有0.227,实际工程中的混凝土配合比,现场搅拌的普通混凝土的水灰比一般在0.5以上,现在的商品混凝土、高性能混凝土的水胶比一般也在0.3以上,多余的水完全是施工流动性的需要。因此,混凝土密实成型以后,这多余的水势必会蒸发出来,造成混凝土中大量的毛细孔隙缺陷的存在是难免的,正常的。


这一观念的形成是因为对混凝土的生长发育规律缺乏研究、尚未摸清混凝土的硬化规律的结果。正是由于混凝土失水,连续的失水在混凝土中形成失水通道,成为收缩内应力产生的母体,混凝土收缩。大量的失水通道在混凝土内积蓄着很高的应力,使混凝土体系成为不稳定的体系,混凝土的体积也因此变得不稳定。拌合水损失是混凝土抗渗性能降低和收缩裂缝形成的直接原因。因此,拌合水在混凝土密实成型以后不可以损失。混凝土不失水,水化产物才可以将充水空间完全填充密实,使混凝土实现高抗渗。高抗渗混凝土内部缺陷小,内应力小,混凝土体系就成为稳定的体系。


(4)施工中要严控拌合水不得损失,不应放任混凝土失水。

混凝土失水就会产生缺陷,缺陷的严重程度视乎失水的多少。要实现硬化混凝土的“零缺陷”,从浇筑成型开始,严控拌合水不得损失。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,之后防止混凝土继续失水,就可以很好地防裂,实现“零缺陷”。


现在实际工程中普遍存在放任失水的现象,导致混凝土收缩裂缝问题“剪不断,理还乱”。很多施工单位仍采用浇水养护,这是典型的放任失水现象。每天浇水3~5次,不利的气候环境下,其保湿时间大约只有2~3小时。假如这段时间内混凝土不失水,那么每天有超过20小时混凝土都处于失水状态,这就是商品混凝土推广之初早期裂缝频发的直接原因。现在浇水养护次数增加了,时间延长了。但浇水养护不能有效防止拌合水损失,早期裂缝总难以控制。气候与环境条件不同,失水的程度不同,裂缝也时轻时重。


为了防止失水,建议采用覆盖或蓄水养护的方法。覆盖物最好有良好的吸水性,并且相互衔接,养护过程中覆盖物要“饱水”(脚踩覆盖物有水流淌),才能有效防止失水。如果混凝土已经失水,则初凝前必须采取二次抹压或二次振动工艺,将失水缺陷彻底消除,紧接着对混凝土立即加以覆盖。抹压覆盖完成后,也可以蓄水养护。只有这样严密操作,才能有效防止混凝土失水,收缩裂缝才能得到有效控制。


我们明确拌合水损失是收缩裂缝产生的主要原因,因此要注意混凝土浇筑成型后的失水方式。混凝土可能存在不同的失水方式,同一构件甚至可能存在多种失水方式。对于暴露面大的混凝土,失水的主要方式是蒸发失水,按照上述方法操作即可以防裂。对于剪力墙、结构梁等直立薄壁构件或悬挂构件,除了蒸发失水外,还存在模板吸水、重力失水等失水方式[5],并且在混凝土硬化前,其主要的失水方式为后二者。采用低坍落度、避免混凝土泌水离析是防止重力失水的有效方法。消除模板吸水和重力失水所形成的混凝土缺陷,最好采用初凝前的二次振动。模板吸水和重力失水造成的混凝土缺陷,同样在混凝土中积蓄着应力,是很多施工单位反映对剪力墙的养护很到位,但剪力墙还是要开裂的重要原因。对于厚大结构的大体积混凝土,还要注意水化热的热应力将加速混凝土的失水。大体积混凝土防止失水、防止开裂最好的养护方法是对混凝土采取即时水养护或二次抹压覆盖完成后立即蓄水养护。


实际施工中,判断一种养护工艺是不是合理,能不能有效控制混凝土的收缩开裂,就看是不是能够有效防止混凝土失水,是不是能够有效将失水缺陷彻底消除。凡能够有效防止混凝土失水和彻底消除失水缺陷的方法和措施,都属于完美湿养护的范畴。


(5)要遵循裂缝控制的完美湿养护时间原则。

完美湿养护的时间原则是:“湿养护7天,关键前3天,最关键第1天”。这一原则是从工程实践中总结出来的,也符合胶凝材料的水化硬化规律。这一原则对于混凝土的早期裂缝控制非常重要。因为浇筑后的第1天,是混凝土的充水空间刚刚开始被水化产物填充、但还远没有被完全填充、最容易失水的一天。如果放任失水,混凝土就可能因失水过多,形成严重的缺陷。如果第1天的失水缺陷过于严重,那么1天之后的养护不管再怎么充分,实际上已很难弥补;同时,第1天也是水化产物生长发育最快的一天,第1天不失水,不发生水的迁移,就给水化产物切断毛细孔通道、实现充水空间的完全填充创造了条件。所以第1天一定不能够失水,是收缩裂缝控制最关键的一天。混凝土在正常硬化温度下,3d强度一般可达28d强度的40%~60%左右,如果配合比合理,混凝土3d就可以实现高抗渗,表明前3天是混凝土水化产物生长的极盛时期。这期间混凝土不失水,其充水空间就容易被水化产物完全填充密实,使混凝土实现高抗渗,同时取得显著的防裂效果。所以提高硬化混凝土质量关键是前3天。一定要采取有效措施,防止拌合水损失。7d强度一般为28d强度的65%~85%,如果能维持混凝土7d不失水,混凝土将更密实,高抗渗的可靠性提高,混凝土的耐久性质量也进一步提高。


(6)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,通过提高混凝土的抗裂能力而达到防止渗漏的目的。这种观点认为,混凝土的抗渗性能再好,一旦开裂,混凝土也就失去了整体防水功能。因此,要提高混凝土的防渗能力,就必须提高它的抗裂能力。“抗裂是抗渗的前提”,“抗裂比抗渗更重要”。这一观点的形成,是因为人们尚未认识混凝土的抗裂与抗渗之间存在着联系,抗裂与抗渗被割裂的结果。抗裂不抗渗,由于混凝土抗渗性能降低,混凝土内部存在着大量连通的孔隙缺陷,这些连通的孔隙缺陷就成为收缩内应力产生的母体。由于内应力的产生和积蓄,使收缩裂缝的控制变得困难。只有通过高抗渗才能切断毛细孔通道,消除或极大地减小收缩内应力产生的条件。所以高抗渗防裂认为,混凝土要防裂就必须抗渗,不抗渗则难以防裂。


(7)膨胀混凝土也必须要实现高抗渗才能防裂。

膨胀混凝土的应用,是在混凝土中加入膨胀组分,使混凝土在硬化期间产生一定的膨胀,以抵消或补偿混凝土的收缩,得到一种无收缩或收缩很小的混凝土,借此提高混凝土的抗裂能力。从其应用原理来看,显然是服从于材料收缩理论。但膨胀混凝土使用过程中也不乏开裂的案例,应用材料收缩理论很难做出合理的解释,因而也很难提高人们对膨胀抗裂的信心。实际上,膨胀混凝土也服从高抗渗防裂的规律,膨胀混凝土也必须要实现高抗渗才能防裂。如果膨胀混凝土浇筑成型以后拌合水损失,同样存在失水通道,存在连通的毛细孔隙缺陷,存在内应力。失水越严重,内应力积蓄越高,膨胀混凝土就很难逃脱开裂的命运了。因此,膨胀混凝土也需要完美湿养护。只有实行完美湿养护,膨胀混凝土才能实现高抗渗,才能发挥它的抗裂作用。


(8)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。


人们都很重视混凝土的体积稳定性,认为混凝土之所以容易收缩,容易开裂,是因为混凝土的体积不稳定。如果体积稳定,混凝土的抗裂能力就强,不容易开裂。这是从材料学的角度研究混凝土的材料特性。


实践表明,混凝土的体积稳定性仅从材料学的角度研究是不够的。这种研究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,但是高性能混凝土失水后也容易发生早期开裂。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,体积才能稳定。处于平衡状态的混凝土,失水后,缺陷产生内应力,使体系偏离原来的平衡,体系开始变得不稳定。失水越多,缺陷越严重,内应力积蓄越高,体系越不稳定,由此混凝土的体积也越不稳定。同样地,存在连通缺陷的混凝土,环境有害介质容易侵入混凝土内部,使水化产物受蚀变质,产生膨胀,膨胀应力也将干扰体系的平衡,混凝土体积变得不稳定,容易发生膨胀变形而破坏。如果在混凝土的生长发育阶段实现高抗渗,就不存在连通的孔隙缺陷,最大限度地减小了收缩内应力的产生,混凝土体系就成为良好的平衡体系。体系稳定,混凝土体积也就稳定,由此混凝土的抗裂能力得到增强。


所以,要保持混凝土体积的稳定,不仅仅是混凝土材料本身的体积稳定问题,重要的是实现高抗渗,提高体系抗不平衡因素干扰的能力,保持混凝土在环境中的体系平衡,才能保持混凝土体积的稳定。


(9)混凝土中后期的收缩裂缝控制,同样要通过高抗渗来进行防裂。

混凝土中后期的抗裂能力,与早期的抗渗抗裂能力密切相关。早期实现了高抗渗的混凝土,没有裂缝,没有连通的孔隙缺陷,内部应力小。高抗渗大大减缓了中后期拌合水的损失。中后期失水少,产生的应力也小,前后叠加的应力就很小,由此大大提高了混凝土中后期的抗裂能力。早期抗渗性能差的混凝土,存在大量连通的毛细孔隙缺陷,或者还存在可见与不可见裂缝,混凝土内积蓄着很高的应力。这些裂缝和孔隙缺陷又加剧了中后期拌合水的损失。中后期损失的拌合水,主要为附着水、层间水和结晶水,同样会引起混凝土的充水空间变形,产生内应力。因此,抗渗性能差的混凝土,前后的应力都大,由于应力的叠加,混凝土中后期的开裂就很难避免了。


所以,混凝土配合比的拌合用水,在混凝土的生长发育早期不可以损失,在混凝土的中后期同样不可以损失。要提高混凝土中后期的抗裂能力,首先要提高其早期的抗裂能力,在混凝土的硬化期间实现高抗渗。其次,要保持混凝土在中后期始终处于高抗渗的状态。最好对混凝土表层利用特种材料进行封闭处理,或对混凝土外加保护层,以阻止内部拌合水的损失及外部环境介质的侵入。致密的外层及后续水化产物对充水空间的不断填充,使混凝土长期处于高抗渗的状态,混凝土的体系就成为长期稳定的、具有高平衡度的平衡体系,将大大提高混凝土中后期收缩裂缝的控制能力。

4 提高硬化混凝土质量的新观点

从事混凝土施工操作多年的一线人员,都知道高抗渗的预拌混凝土与现场搅拌的普通混凝土硬化后质量上的差别。一港资企业厂房有30多根柱子,C25混凝土,完成一半后,由于某种原因,混凝土供应由现场搅拌转为预拌混凝土。后因柱子偏高,需要人工打掉部分柱头。香港老板观看了两种混凝土柱头被打掉的过程。操作工左手执钢钎,右手挥榔头。钢钎响处,现场搅拌的普通混凝土一块一块往下掉,锤击钢钎声音沉闷,看不到火花;高抗渗的预拌混凝土,锤击声音清脆,钢钎击打混凝土后立即弹开,火花四溅。在混凝土表面同一个点击打几十下,打成一个浅洞,混凝土也没有往下掉。用操作工的话说,这种混凝土“特别韧”。香港老板看到这种场景后,对施工单位提出要求,指定今后必须使用这种预拌混凝土。某小区要打掉地下车道一个过高的门顶,C30混凝土,两名操作工足足打了两天,两手都蹭出了血泡。据操作工反映,同样体积的现场搅拌混凝土,不到半天就可以打掉。类似的例子很多,询问过不同的操作工,他们的体会完全一致:最不愿意打高抗渗混凝土的桩头、柱头,即使比现场搅拌的普通混凝土多付三倍的工钱,他们也不愿意打这种混凝土。高抗渗防裂促进了地区建筑质量的提高。有业主反映,即使房价高一些,也愿意购买这种质量放心的商品房。


混凝土高抗渗防裂的硬化质量得到了社会的普遍认同。

混凝土实现高抗渗必须满足的三个基本条件[3],反映了配合比的合理性和施工养护工艺的合理性。也就是说,提高硬化混凝土质量必须要有合理的配合比和合理的施工养护工艺。上一节讨论了满足混凝土正常生长发育需要的工艺条件,是提高硬化混凝土质量合理的工艺措施。本节继续讨论与硬化混凝土质量和耐久性相关的一些新观点。


(1)岩石风化的启示:只有实现了高抗渗的混凝土,才能称得上质量优良的硬化混凝土。

以前,人们以为天然岩石是亘古不变的。现在我们知道,大自然通过对岩石的风化和剥蚀,可以将高山夷为平地。大自然对岩石的风化作用分为物理风化和化学风化,所有处于地表条件下的岩石都会风化。但风化有难易快慢之分,差别很大。岩石的风化速率与气候条件和环境条件、与岩石的矿物组成和结构构造有关,也与岩石本身的抗渗透能力有关。抗渗性能差的岩石,在不利的气候及环境条件下,由于环境介质的物理和化学作用而分解,分解层向岩石的纵深发展可形成巨厚的风化层。当风化层被风雨、冰雪等剥蚀之后,新的岩层被暴露出来,加速了岩石的风化。但是有些岩石十分坚固,其组成矿物的溶解性极小,抗渗透能力很强,风雨及环境有害介质都不能侵入岩石内部,只能在岩石表面进行微风化。这些岩石可以抵挡数百年的风化剥蚀而不碎裂。

混凝土是一种人造岩石,具有天然岩石相似的性质。相对于天然岩石而言,其生长发育周期极短,如果不满足其生长发育必须满足的基本条件,混凝土内部容易形成比天然岩石更多的缺陷。抗渗性能降低则是缺陷的主要表现形式。混凝土收缩裂缝的形成就源于连通毛细孔隙缺陷的生成,源于抗渗性能的降低。由于抗渗性差,环境有害介质容易渗透进入混凝土内部,降低了混凝土的抗腐蚀性,使混凝土在自然环境下比天然岩石更容易“风化”和“剥蚀”。因此,混凝土抗渗性能降低是混凝土耐久性降低的根源。以往都是以可见裂缝或可见有害裂缝为硬化混凝土质量的控制目标,但没有裂缝的混凝土,其质量未必优良。混凝土不但要实现“无裂缝”,还要实现“零缺陷”,才是质量优良的硬化混凝土。高抗渗防裂使硬化混凝土“无裂缝”、“零缺陷”成为可能。混凝土实现了高抗渗防裂,提高了抗腐蚀能力,提高了耐久性,才称得上是质量优良的硬化混凝土。


(2)只有实现高抗渗防裂,才能提高硬化混凝土的抗碳化性能和护筋性能。

现代建筑中,混凝土离不开钢筋,就像肌肉离不开骨头一样。混凝土有了钢筋的配合,铸造了现代建筑的辉煌。现代建筑的寿命,取决于混凝土的耐久性和钢筋的耐久性。钢筋的耐久性则取决于混凝土保护钢筋不生锈的能力。钢筋表面的纯化膜只有在碱性环境下才能稳定存在,因此混凝土的抗碳化性能得到了人们的重视,是混凝土耐久性的重要指标。人们普遍认为混凝土的抗碳化性能取决于混凝土中的碱度,故近年来大掺量掺合料混凝土的抗碳化问题引起了关注,认为粉煤灰和矿粉的大量掺入降低了混凝土的抗碳化能力。


作者认为,混凝土的抗碳化能力固然与混凝土中的碱度,即与混凝土中的水泥用量有关,但也与混凝土的抗渗能力有关,关键还是混凝土的抗渗性。如果混凝土的抗渗性很差,环境中的CO2很容易渗透进入混凝土,混凝土中的碱度再高,也有消耗殆尽的时候。因此,不管混凝土的水泥用量多少,或掺合料掺量多少,要提高混凝土的抗碳化能力,关键是提高混凝土的抗渗性。为了验证这一推断,作者专门做了试验。123kg/m3的水泥用量,300kg/m3的掺合料,连同水泥中的混合材,混凝土中的掺合料掺量达到76.7%,由于混凝土7d达到了P30级以上的高抗渗,混凝土136d自然碳化的深度为0。而水泥用量220kg/m3的混凝土,由于抗渗性能差,39d自然碳化深度达到6mm[10](表1)。实际工程中也出现了272kg/m3水泥用量的混凝土,28d 的自然碳化深度达到2~5mm[10]。质监部门在长期的建筑质量跟踪检测中,肯定了高抗渗混凝土的碳化深度很小。生产试验和工程实际都验证了作者的推断。


(3)混凝土的生产和施工满足了高抗渗的三个基本条件[3],就可以提高硬化混凝土的质量。


“混凝土的充水空间要足够小”和“胶凝材料要有足够填充充水空间的水化产物”,是混凝土实现高抗渗必须满足的一、三基本条件。基本条件二完美湿养护则是高抗渗的保证条件。基本条件一、三反映了配合比的合理性,基本条件一、二反映了施工养护工艺的合理性。在进行配合比设计时,要辩证地看待高抗渗的一、三基本条件,协调好两者的关系。①如果完美湿养护条件下混凝土3~7d实现了高抗渗,我们就说配合比同时满足了高抗渗的一、三基本条件,配合比是合理的。如果二次抹压后的完美湿养护,混凝土不能实现高抗渗,但初凝前的二次振动可以使混凝土实现高抗渗,我们仍然可以认为配合比是合理的,但施工中混凝土初凝前必须实施二次振动工艺。混凝土实现了高抗渗,表明在给定胶凝材料条件下,混凝土的充水空间达到了足够小;或在给定水胶比条件下,胶凝材料有足够填充充水空间的水化产物。所谓“足够填充”,是指水化产物可以将充水空间完全填充密实,混凝土达到了该强度等级应具有的高抗渗密实度。②在完美湿养护条件下,如果混凝土不能实现高抗渗,表明混凝土的充水空间未能达到足够小,或胶凝材料不能产生足够填充充水空间的水化产物。这时应减小水胶比,以减小混凝土的充水空间;或提高胶凝材料的活性,以增加水化产物总量。或者两者并用,提高实现高抗渗的可靠性,提高配合比的合理性。③这种充水空间的大小以及水化产物的总量是否足够,对于不同的强度等级以及不同的抗渗介质也是相对的。例如,对于抗水介质渗透达到了足够小的充水空间,当转为抗氯离子等强渗透介质时,这样的充水空间就未必是足够小了。


混凝土浇筑密实成型后,至初凝前,如果由于坍落度过大,充水空间过大,混凝土出现了泌水离析,或者由于混凝土失水,内部充满了缺陷。粗大的泌水通道水化产物不能完全填充密实;失水通道缺水不能生成水化产物,不能实现充水空间的完全填充。如果不采取适当的工艺措施,让混凝土这样地进入硬化阶段,硬化后的混凝土内部就会充满缺陷,积蓄内应力。这样的工艺就是不合理的工艺。应在初凝前对混凝土实施二次振动,使混凝土重新密实,将粗大的泌水通道和失水通道封闭,消除离析形成的薄弱结构,使混凝土的充水空间变得足够小,重新被拌合水充盈,水化产物就可以将充水空间完全填充密实,混凝土就可以实现高抗渗。所以,实现高抗渗的基本条件一,既反映了配合比的合理性,也反映了施工养护工艺的合理性。


(4)降低水泥用量是混凝土技术发展的必然趋势,但混凝土的胶凝材料用量应该适宜,不应偏低。

随着熟料质量和水泥等级的提高,混凝土中的水泥用量在逐渐降低。这是符合保护生态和发展低碳经济的可持续发展方向的。水泥和混凝土都是自然资源消耗量很大的建筑材料。有资料报道,烧制水泥的石灰石储量只够水泥工业生产使用40~50年[11]。随着石灰石资源的逐渐减少,低水泥用量是混凝土技术发展的必然趋势。但是,要提高硬化混凝土的质量就必须实现混凝土的高抗渗,混凝土的胶凝材料用量就不宜偏低。大掺量掺合料混凝土胶凝材料的总体活性较低,生成的水化产物总量较少,如果胶凝材料用量偏低,可能会同时存在充水空间过大和水化产物总量不足的问题。这将导致混凝土抗渗性能变差,耐久性降低。


适宜的胶凝材料用量对提高硬化混凝土的质量十分重要。适宜的胶凝材料用量是为了使混凝土的充水空间足够小,胶凝材料能够产生足够填充充水空间的水化产物,满足高抗渗必须满足的基本条件。只要混凝土容易实现高抗渗,我们就说胶凝材料的用量是适宜的。适宜的胶凝材料用量与混凝土的坍落度和砂率等因素有关。坍落度大,砂率大,适宜的胶凝材料用量也大,反之则少。从高抗渗提高耐久性的角度来说,低胶凝材料用量只适宜用于低砂率、低坍落度的混凝土。例如,300kg/m3的胶凝材料用量,对于干硬性和半干硬性的道路混凝土来说是适宜的,但对于大流动度的泵送混凝土来说就不是适宜的了。我们曾把泵送混凝土胶凝材料用量为380~450kg/m3的范围看作是适宜的[9](当时C40以下的低强度混凝土主要使用P·O32.5水泥),是因为用量不小于下限时,混凝土比较容易实现高抗渗,其上限则是从经济性考虑;把350kg/m3以下的胶凝材料用量看作偏低,是因为随着用量的降低,高抗渗将逐渐变得困难。泵送混凝土的胶凝材料用量偏低,不但硬化混凝土的抗渗性能变差,拌合物的泵送施工性能也将变差,混凝土生产和施工中抗质量波动的能力也将变差。随着技术的进步和建筑效率的提高,泵送施工和大流动度的混凝土应用越来越广泛。低胶凝材料用量混凝土的抗渗性和耐久性问题,应引起关注。


过分强调配合比的经济性以及低胶凝材料用量对混凝土的抗裂作用,在认识上是个误区,我们为此付出的代价是沉重的。长期以来,我国“混凝土材料设计仅是满足强度达标和坚持节约资金。混凝土超强和后期强度增长部分,被讥为浪费,都必须用大水灰比”[12]。我国坝工混凝土的水胶比,大坝外部为0.6~0.7,内部为0.7~0.8;美国则为0.4~0.45和0.5~0.55。美国的胡佛大坝运作了50年依然如新,被各国坝工专家一致认定为长寿坝;而我国上世纪五六十年代相继建成的皖西五大名坝,曾为我国坝工专家引以为骄傲,运作40年以后,已积劳成疾,陷入危境[12]。其中的佛子岭大坝于1954年建成不久,即发现坝体产生多处裂缝[12]。


混凝土的抗渗性能和抗碳化性能取决于水化产物生成密度的大小,即混凝土的致密程度。一般而言,复合胶凝材料用量越大,水化产物总量越大;水胶比越小,充水空间越小。由此水化产物的生成密度越大,混凝土越致密。只有适宜的胶凝材料用量,才能保证混凝土一定的致密度。作者对胶凝材料用量不同的大掺量掺合料混凝土的抗碳化性能进行了研究,结果表明,混凝土的抗渗性高,其抗碳化能力就强[10]。试验结果见表1。表1的序号1水泥用量虽然只有123kg/m3,但因为胶凝材料用量较高,水胶比较小,混凝土的充水空间很小;掺合料的活性较高,可以产生足够的水化产物将充水空间完全填充密实。混凝土的致密度很高,7d达到了P30级以上的高抗渗,混凝土136d的自然碳化深度为0。序号2和序号1一样采用完美湿养护,由于硬化期间不失水,混凝土的抗渗能力也很强,但是由于胶凝材料用量较低,混凝土的充水空间较大,水化产物的致密程度,或者说混凝土的抗渗透能力不及序号1,106d自然碳化深度为1.8mm。序号3的配合比与序号2相近,但序号3在硬化期间放任失水,存在大量连通的失水通道,抗渗性能很差,短短39d的自然碳化深度达到了6mm。阎培渝教授的试验[13]也表明,混凝土的抗渗透能力随胶凝材料用量的降低而降低。当胶凝材料从486kg/m3降至360kg/m3时,混凝土氯离子的迁移系数提高了一倍半(为原来的2.5倍)。

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! - 闻宝联技术空间 - 止于至善
 
注:水泥品种为P·O42.5;掺合料掺量包括了水泥中20%的混合材;迁移系数为RCM——非稳态氯离子迁移系数;试件龄期和碳化龄期为d。


胶凝材料用量越低,高抗渗的一、三基本条件越不容易满足。应该转变以仅满足强度达标的经济性原则来评价配合比合理性的观念。我们的国家规范和我们的高级专家都不宜过分强调配合比的经济性,因为这可能对行业做出误导。其实,容易实现高抗渗的适宜的胶凝材料用量与仅满足强度达标的低胶凝材料用量相比,所增加的材料成本在建筑总成本中所占的比例是很小的,但高抗渗提高建筑物耐久性的经济回报却是巨大的。如果因小失大,我们今后还将为此付出沉重代价。混凝土搅拌站由于企业经营的利益驱使,是要强调配合比的经济性,但这种经济性原则必须建立在混凝土可以实现高抗渗的基础上。如果混凝土偏离高抗渗太远,表明混凝土的充水空间太大,或水化产物总量太少,混凝土生产中和施工中抗质量波动的能力将变得很敏感,质量的风险加大,企业有可能付出的代价更大。注:水泥品种为P·O42.5;掺合料掺量包括了水泥中20%的混合材;迁移系数为RCM——非稳态氯离子迁移系数;试件龄期和碳化龄期为d。


值得指出的是,适宜的胶凝材料用量是使混凝土容易实现高抗渗,并不是说其配合比就一定合理;也不是说胶凝材料用量偏低其配合比就一定不合理。配合比合理不合理,应以完美湿养护条件下混凝土3~7d能否实现高抗渗进行判定。


(5)混凝土的高性能与高抗渗是不可分割的。

高性能混凝土是现代混凝土技术发展的重要方向,混凝土都应该高性能化。对高性能混凝土的研究风靡国内外,见解甚多。但高性能混凝土必须有高的耐久性,这一认识则是一致的。然而高性能混凝土在使用过程中也容易发生早期开裂,失去了高性能的特性,引起了人们的反思[14]。作者阐述了混凝土的高性能与高抗渗的关系,认为高性能与高抗渗不可分割[7]。高性能混凝土是容易实现高抗渗的,但如果混凝土浇筑成型以后拌合水损失,这部分混凝土的抗渗性能也会降低。失水通道产生内应力,迫使混凝土收缩而开裂。这反映出高性能混凝土也必须要实现高抗渗才能防裂,才能提高耐久性,才能得到最终的高性能。所以混凝土的高性能与高抗渗是不可分割的。


另一方面,容易实现高抗渗的混凝土,因为充水空间足够小,避免或大大减少了混凝土拌合物的泌水离析,提高了混凝土的匀质性和稳定性;适宜的胶凝材料用量保证了集料间一定的净浆层厚度,混凝土拌合物就具有良好的流动度和良好的流变特性[4],从而保证了混凝土的高工作性;有足够填充充水空间的水化产物,混凝土3~d实现了高抗渗,容易获得必要的早期强度。高抗渗混凝土的这些特性使混凝土具有明显的高性能特征。高抗渗的混凝土,硬化以后“无裂缝”,“零缺陷”,硬化质量优良。这种混凝土内应力小,平衡度高,体系稳定,体积稳定,耐久性好。因此混凝土的高性能与高抗渗是不可分割的。


(6)建立和保持混凝土的体系平衡,是提高硬化混凝土质量和耐久性的关键。

混凝土的理论研究应重视体系的平衡问题。混凝土早期裂缝的发生,中后期的开裂和破坏,都是体系的平衡失调、不平衡得到发展的结果。混凝土的体积稳定性问题,实际上是体系的稳定、体系的平衡问题。把握好混凝土生命过程各个阶段的体系平衡,就能够提高硬化混凝土的质量,提高耐久性。


a. 混凝土浇筑成型后拌合物的体系平衡问题

泌水离析较重的混凝土,拌合物体系是一个不稳定的体系。由于充水空间较大,充水空间充盈的拌合水不能承受体系的自重。在自重作用下,多余的拌合水被挤压排出,直至充水空间小到可以承受体系的自重。这是体系由不平衡向平衡转化的一个过程。但是这种平衡是短暂的。泌水离析使混凝土内部存在粗大的泌水通道和很多薄弱结构,破坏了混凝土的匀质性。这些泌水通道和薄弱结构很难被水化产物填充密实,容易滋生内应力,破坏体系的平衡。


高性能混凝土拌合物则是一个稳定性好的平衡体系。其水胶比小,不泌水,不离析,匀质性好。充水空间足够小,能够承受体系自重,在自重作用下保持着混凝土的匀质性。这时的混凝土没有内应力,体系稳定。但是混凝土浇筑成型后如果体系失水,存在失水通道,就会产生内应力,使体系偏离原来的平衡,体系就变得不稳定。这就是高性能混凝土也容易发生早期开裂的原因。


因此,初凝前为混凝土建立一个稳定的平衡体系,对于提高硬化混凝土的质量非常重要。对于高性能混凝土,可以采用即时养护,防止拌合水损失,就可以保持体系的平衡。如果混凝土已经失水,不管失水多少,初凝前都应该采用二次抹压将失水缺陷彻底消除。消除了失水通道也就消除了内应力。失水部位的混凝土,经过抹压之后更密实,充水空间重新被拌合水全部充盈,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。泌水混凝土由于存在泌水通道,不宜采用即时养护。要及时将泌出在表面的水排走,初凝前对混凝土表面反复抹压,将泌水通道和失水通道封闭消除。泌水离析较严重的混凝土,内部充满缺陷,对这种混凝土最好采用二次振动工艺。只有初凝前的二次振动,才能比较彻底地消除内部深处的缺陷,提高了拌合物的匀质性,并使混凝土的充水空间变得足够小。缺陷消除了,内应力也消除了,初凝前的混凝土体系就成为一个稳定的平衡体系。


b. 混凝土硬化过程中的体系平衡问题

初凝前的拌合物体系平衡,为建立硬化混凝土的体系平衡奠定了基础。从初凝开始,混凝土进入硬化阶段。这一阶段内应力的产生主要是由于拌合水损失引起的。因此,二次振动和二次抹压之后,一定要严控拌合水损失。我们强调要一边抹压一边覆盖,并接着浇水保湿,让覆盖物饱水,就是不让拌合水损失。二次抹压和覆盖完成后,对混凝土要浇足水养护,或蓄水养护3~7d,确保养护期间混凝土不失水,混凝土的整体就可以实现高抗渗,从而最大限度地消除或减小混凝土的应力。这样我们就为硬化混凝土建立了一个稳定性好的平衡体系。


c. 混凝土受役期间的体系平衡问题

湿养护结束,混凝土实现了高抗渗,以良好的平衡状态进入受役期。我们所得到的混凝土,内部缺陷和应力都被减到最小,是“无裂缝”、“零缺陷”的质量优良的硬化混凝土。受役阶段的主要任务,就是努力保持硬化混凝土的体系平衡。


如同再坚硬的岩石也要被风化一样,再坚硬的混凝土也要被腐蚀。坚硬的岩石,环境介质不能渗透进内部,只能在表面微风化,这样的岩石非常耐久。我们也希望暴露在大气中的混凝土,也只能在表面微腐蚀。如此,混凝土也将如坚硬岩石般耐久。很显然,受役期间不但要保持混凝土的高抗渗,还应不断提高混凝土的密实度,不断提高抗渗性,才可以长久地维持体系的平衡,提高耐久性。


暴露在大气中的混凝土,中后期在不利的气候环境下,其拌合水仍然会损失。虽然失水不像早期那么快,尽管非常缓慢,但持续时间长,终会形成失水通道。先是表面的,再是表层的,接着向纵深发展。中后期损失的附着水、层间水、结晶水会产生更大的收缩[15],也就是会产生更大的收缩应力。另一方面,失水通道为环境有害介质进入混凝土提供了方便,水化产物受有害介质侵蚀而变质,也会产生很大的膨胀应力。这是混凝土中后期破坏体系平衡的应力来源。只有采取有效措施,防止拌合水损失,才能防止或减小应力的产生,保持体系的平衡与稳定。


从延长混凝土的平衡周期、提高耐久性的角度考虑,混凝土湿养护结束实现高抗渗以后,应对混凝土表层作封闭处理,使表层混凝土达到高的致密度,以提高其抗不平衡因素干扰的能力。在进行混凝土的配合比设计时,应充分考虑胶凝材料中后期的反应能力。混凝土硬化早期与受役阶段都不失水,就有充裕的拌合水提供后续的反应,就可以延长混凝土的生长发育期。混凝土生长发育期越长,混凝土越密实,抗渗性越强,平衡度越高,体系越稳定,耐久性越好[4,8]。


5 结语

(1)混凝土的产品质量最终体现为硬化混凝土的质量。质量优良的硬化混凝土应是“无裂缝”、“零缺陷”的混凝土。混凝土抗渗性能降低以及早期裂缝的出现,表明混凝土发育不良,硬化不良。裂缝控制问题,说到底是混凝土的硬化技术问题。应对水化产物对混凝土充水空间的填充规律作深入研究,摸清混凝土的硬化规律,才能真正掌握混凝土的硬化技术。


(2)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。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有效控制,使硬化混凝土“无裂缝”、“零缺陷”成为可能,从而最大限度地控制了混凝土收缩开裂。高抗渗的混凝土体系,内部应力小,平衡度高,抗不平衡因素干扰能力强。这样的混凝土体系稳定。体系稳定,体积才能稳定,如此便大大提高了混凝土的抗裂能力。


(3)材料收缩理论把混凝土的收缩分成若干种,造成收缩增大的原因更是繁多,难数其详。这些研究对于了解混凝土的收缩规律是很必要的,但很难针对性地用于解决工程实际问题。减小或补偿收缩应用了多少年,始终难以根治混凝土工程的裂与渗。高抗渗防裂则认为,收缩是应力作用的结果,应着力减小应力而不是收缩,并把拌合水损失看成是收缩开裂的总源头,因为失水通道是收缩内应力产生的母体。工程实践表明,只要有效防止拌合水损失,就可以有效防止开裂。这样就实现了混凝土抗收缩开裂复杂问题简单化。


(4)混凝土收缩裂缝的控制之所以成为长期困扰建筑界的技术难题,是因为施工中混凝土浇筑成型后,普遍存在放任失水的现象,背离了混凝土的生长发育规律,背离了抗裂与抗渗不可分割的辩证关系,使混凝土得不到正常的生长发育。只有在理论上树立拌合水在混凝土成型后不得损失的观念,实际施工中严控拌合水损失,才有可能使混凝土工程裂与渗的质量问题得到根治。如此,混凝土耐久性的质量也会大大提高。


(5)混凝土实现高抗渗必须满足的三个基本条件,反映了配合比和施工养护工艺的合理性。换言之,只要配合比和施工养护工艺都合理,我们就可以得到质量优良的硬化混凝土,可以全面提高建筑质量,促进国民经济的可持续发展。


配合比和施工养护工艺是否合理,以混凝土能否实现高抗渗和完美湿养护作衡量尺度。若生产用的配合比偏离高抗渗太远,施工养护偏离完美湿养护太远,其硬化混凝土的质量风险必然加大。
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