引言
高性能混凝土是由美國國家標準與技術研究所(NIST)與美國混凝土協(xié)會(ACI)于1990 年在美國馬里蘭州召開的討論會上提出的：高性能混凝土是具有所要求性能和勻質性的混凝土，必須采用嚴格的施工工藝，優(yōu)質材料配制的，便于施工，不離析，力學性能穩(wěn)定，早期強度高，具有較好韌性和體積穩(wěn)定性等性能的耐久的混凝土，特別適用于高層建筑、橋梁以及暴露在嚴酷環(huán)境中的建筑結構。高性能混凝土改變了人們一直將注意力集中在不斷提高混凝土強度上面的觀念，強調了混凝土建筑應具備優(yōu)越耐久性，以滿足建筑物長期使用的需求。近年來，高性能能混凝土以其較高的耐久性，良好的工作性和適宜的強度，在我國得到了較為快速的普及和發(fā)展。但隨著建筑工程量及混凝土用量的不斷增加，涉及混凝土收縮開裂引起裂縫問題的工程事故不斷增多，并且大多數(shù)發(fā)生在混凝土應用面較大的大中城市及大中型工程中。嚴重影響混凝土建筑的安全性和使用壽命。高性能混凝土具有的良好的混凝土體積穩(wěn)定性是其高耐久性的主要因素之一。混凝土的抗收縮開裂性能則是混凝土體積穩(wěn)定性的重要方面。可見，高性能混凝土收縮開裂性能的研究對于解決混凝土開裂等問題，是較為關鍵且迫切的。
近年來，國內外許多學者及工程技術人員對混凝土抗裂性問題十分關注，并在這方面進行了研究和探索，取得了不少有意義的成果?？v觀國內外有關混凝土抗裂性的研究，眾多的研究成果對于揭示混凝土開裂原因、尋求解決措施發(fā)揮了重要作用。
2 目前研究存在的局限性問題
盡管已經(jīng)做了許多混凝土抗裂性研究方面的工作，但是國內外對這一問題的高度關注只是近若干年才開始，所以對該問題的研究與工程實踐還不夠全面、深入，要比較徹底解決混凝土工程裂縫問題，尚有許多問題需要研究：
2.1 混凝土收縮性能和抗裂性能測試技術研究
我國長期以來，混凝土質量基本上是以強度值的高低來衡量，而忽視其變形性能等方面的問題，導致混凝土的體積穩(wěn)定性缺乏有效的測試方法和控制指標，混凝土生產廠家在此方面基本上處于無約束狀態(tài)，也很少做這方面的檢驗測試工作，指導施工的工法與措施大多數(shù)是經(jīng)驗的總結。所以，在混凝土收縮性能和抗裂性能測試技術方面，尚有許多工作需要進行：
2.1.1 混凝土收縮性能測試技術
目前有關混凝土自由收縮測試儀無法測量早齡期收縮值（例如我國GBJ82-85 中規(guī)定的混凝土收縮試驗方法[13]）。國標中混凝土收縮的測量方法存在一定的局限性：
2.1.1.1 按GBJ82-85 規(guī)定，只能測量標養(yǎng)3 天后的混凝土試件的長度變化，無法反映出早齡期3 天內試件的長度變化情況。而這一階段混凝土、特別是大流動性混凝土的變形性能變化最為頻繁與復雜，包括塑性沉降收縮、自生收縮、水泥水化的化學收縮以及混凝土表面失水產生的干燥收縮均發(fā)生在此階段。因此了解混凝土早期收縮對于研究早期開裂，以及通過優(yōu)化結構設計和施工方法以減少早期開裂都具有重要的意義。我國學術界對于混凝土早期收縮的研究還存在一定的局限性，主要是測量手段比較落后、測量方法不統(tǒng)一、沒有統(tǒng)一的測試規(guī)范、相互之間數(shù)據(jù)的可比性差，所以應進一步加強該類問題的研究，以期能盡快找出相對統(tǒng)一的辦法，指導工程實踐。
2.1.1.2 我國現(xiàn)行GBJ82-85 中混凝土收縮試驗方法，一臺測試儀多個試件移動測試，造成
測試系統(tǒng)誤差大，所得數(shù)據(jù)難以指導工程實踐。
2.2.1 混凝土抗裂性能測試技術測試評價混凝土的抗裂性能，不僅要測試混凝土在自由狀態(tài)下的變形性能，還應測試混凝土在約束狀態(tài)下的變形性能，后者更接近混凝土在實際工程中的使用狀況。目前，國內外檢驗評價混凝土在約束狀態(tài)下的抗裂性能的方法主要是圓環(huán)法、平板法和棱柱體法。這些方法也都存在著各自有優(yōu)缺點。
圓環(huán)限制收縮開裂試驗方法（圓環(huán)法）最早由MIT（美國麻省理工學院）的Roy Carlson于1942 年提出[14]。近幾年國內有學者也采用此類方法對混凝土的抗裂性能進行了試驗研究。圓環(huán)試驗方法主要問題是，測試時間長，敏感性差。采用圓環(huán)法測試時，試件通常要經(jīng)過較長時間才會出現(xiàn)初始裂縫，有時甚至因敏感性差而不會出現(xiàn)。
平板法最早由Kraai 于1985 年發(fā)明[4]，存在的主要問題是試模制作要求高，可重復性差，結果統(tǒng)計處理復雜。因裂縫產生的無規(guī)律性使得無法精確對混凝土開裂進行評價，使其在裂縫的量化與后期處理方面存在不足，而且平板試驗方法只能提供部分的不均勻的約束。棱柱體法是20 世紀60 年代，德國慕尼黑技術大學建筑材料和構件檢測研究所的Springenschmid 根據(jù)道路和水工工程建設的需要，研制的一套開裂實驗框架來研究混凝土的開裂趨勢[3]。存在的主要問題是，不便于進行現(xiàn)場檢測，且儀器靈敏度要求高，造價較高。
總之，長期以來，我國研究混凝土的強度及密實性的工作進行的較多，而對體積穩(wěn)定性的研究工作則相對較少；并且，由于試驗條件及驗收標準的限制，在混凝土開裂趨勢增加的情況下，大部分混凝土攪拌站等混凝土生產單位在混凝土變形方面的試驗工作仍基本不做，從而導致了混凝土在實際工程應用中出現(xiàn)了因其體積穩(wěn)定性差而引起的混凝土裂縫等問題，影響了混凝土工程質量。因此，進一步深入研究混凝土的變形性與抗裂性測試方法，并在大量研究的基礎上，相對統(tǒng)一測試評價方法，是很有必要的。
2.2 有關混凝土抗裂性影響因素及影響機理、抗裂性變化規(guī)律等方面的研究成果不深入系統(tǒng)，大多是經(jīng)驗的總結，制約了混凝土抗裂性的控制措施研究。
國際上對混凝土的延伸性的研究還很不深入，直接開展開裂試驗研究的較少。我國這方面的工作也才剛剛展開，混凝土原材料性能及配合比對其開裂性能的影響不夠明確，需要作進一步的研究。目前對高性能混凝土收縮開裂的研究，只是沿用普通混凝土的方法做了一些工作，但對其收縮特點特別是早期收縮特點缺乏足夠的認識。且混凝土原材料性能及配合比與混凝土收縮開裂之間的關系還不很明確，使人們無法在進行配合比設計時，把收縮開裂較明確的考慮進去。因此結合商品混凝土系統(tǒng)抗裂性能進行綜合分析評價是非常必要的。
2.3 高性能混凝土抗裂性的綜合控制技術研究方面
高性能混凝土與傳統(tǒng)混凝土在原材料、配合比參數(shù)、拌合物性能等諸多方面存在著差別，有關傳統(tǒng)混凝土抗裂性的研究結果并不能完全移植。截至目前，國內專門關于商品混凝土抗裂性的研究相對還是較少，研究的深度有限，這與我國商品混凝土年用量迅猛發(fā)展、抗裂性題日益突出的現(xiàn)狀不相適應。其次，專門有關高性能混凝土抗裂性變化規(guī)律及變化機理的研究也不完善，從而導致控制其抗裂性的技術措施研究長期停留于難治標、更不治本，控制技術缺乏可靠性、系統(tǒng)性、綜合性和全面性[15-16]。
3 國內外研究現(xiàn)狀綜述
3.1 國內外混凝土收縮性能測試技術研究現(xiàn)狀
3.1.1 固定接觸式混凝土收縮性能測試方法研究現(xiàn)狀
3.1.1.1 國內外相關標準中固定接觸式混凝土收縮測量方法主要區(qū)別與比較
固定接觸式測量混凝土收縮的方法，是通過預埋測頭或者后粘測頭，用與測頭接觸的測長儀器來測量試件的尺寸變化，是使用最為普遍的方法。目前有關固定接觸式混凝土收縮的試驗方法，各國研究較早，都已經(jīng)形成相對比較成熟的方法，并且寫入各國有關混凝土收縮性能測試方法的標準中，國內主要在國標GBJ 82-85[13]、中國交通JTJ270-98、中國電力行業(yè)標準DL/T5150-2001；國外主要的混凝土收縮試驗標準，主要有美國ASTM C157 /C157M-2003，歐洲EN 標準草案 EN480-3，英國BS 標準 BS1881：Part5，日本JIS 標準JISA 1129：2001[21-27]等。
各國標準混凝土試驗方法中都有測量混凝土長度變形的內容，都是側重對混凝土自由收縮進行測量的試驗方法。各國標準中所用儀器也存在著一些差異，美國ASTM C157 采用比長儀進行測量；英國標準受美國的影響較大；日本JIS A 1129 提供三套測量方法來測量混凝土試件的變形。歐洲采用接觸式傳感器來測量。我國國標采用臥式收縮儀來測量混凝土的收縮。
(1) 初始長度測量時間與恒溫恒濕條件
在試件初始長度測量時間方面各國的標準差異很大：我國國標取在3 天齡期（從加水攪拌開始）；美國ASTM 選用23±0.5h 拆模，然后浸入23±0.5℃飽和石灰水中，30min 后取出初測；歐洲EN480-3 采用水養(yǎng)護三天拆模，立即測量；日本JIS A 1129，24h 拆模后初測，水養(yǎng)7 天再測，以7 天測值為基準值.目前各國混凝土試驗標準中的恒溫恒濕條件，溫度方面差異不大；濕度方面，國外取值一般在50±5%，我國國標和交通、水電標準的濕度取值60±5%，取值相對比高。
(2) 測長變化儀器原理
1）百分/千分表
我國標準中收縮儀的測長原理基本上是使用百分表或千分表來測量長度變化，收縮儀基本是臥式結構。美國ASTMC157，英國BS1881 試驗方法使用的比長儀也是使用千分表來測量長度變化，都屬于立式結構。千分表測量長度變化，優(yōu)點在于人工測量，易于操作，設備經(jīng)濟，直觀；不足在于需要被測體有一定強度，試驗測量受條件影響較大。
2）應變計（我國電力行標DL/T5150-2001 測自縮，日本JIS A 1129）
優(yōu)點在于精度較高，而且數(shù)字顯示，不受人為因素影響；不足在于無足夠強度，彈性模量低，應變計與混凝土無法同步變形，無法保證測量初期應變計與混凝土成為一個整體，造價較高，無法重復利用；
(3）國家標準GBJ82-85 收縮試驗方法在以下幾個方面存在問題
1） 收縮的初測時間
應用GBJ82-85 規(guī)定，在試件標養(yǎng)3 天并且拆模后測量體積變形的方法，只能測量從標室移入恒溫恒濕室開始，試件的長度變化，無法反映出早齡期3 天內階段的長度變化情況。對于某些水灰比較低的高性能混凝土，早期自收縮在1 天齡期（齡期從攪拌混凝土加水時算起）已經(jīng)開始產生，并且很大部分都是在這期間產生的。目前收縮的測量方法也無法反映出類似混凝土的真實體積變形。因此GBJ82-85 常規(guī)收縮試驗的測定值，并不包括初始的早齡期收縮值，因此對設計和研究造成一些不利的影響。國外標準收縮試驗方法中，同樣存在類似的問題。
2）混凝土收縮測量儀器
國標采用混凝土收縮儀(帶有百分表或測微器)測定收縮，但是這種方法不僅精度低，而且無法測量混凝土早期的收縮。
3）操作混凝土收縮儀測定收縮率時，系統(tǒng)誤差較大
GBJ82-85 收縮試驗方法中，測長儀器采用混凝土收縮儀，該儀器并非固定，在操作中，同一臺收縮測試儀，多個試件測試時，受到多次搬動操作以及環(huán)境的影響，造成測試的系統(tǒng)誤差較大。
3.1.1.2 國內外文獻研究中的固定接觸式混凝土收縮測量方法研究現(xiàn)狀
國內外文獻研究中，美國Purdue大學土木系的Jason W、eiss和西北大學的Surendra Shah采用了混凝土收縮接觸式測試方法[29] (如下圖)，試件長度為400mm，試模內埋有測頭。測長儀器采用千分表，千分表與測頭相接觸。缺點是無法保證測頭與早期混凝土的同步變形。
美國的J.G.Cabrera， F.H.Wittmann 采用了如下測量方法，用位移傳感器測量兩個插入混凝土試件中探針的相對距離變化[30-31]（見下圖），模具尺寸為150mm×150mm×710mm，
用聚四氟乙烯表里，涂上凡士林，再在其上鋪一層防水油紙以最大限度地減少摩擦限制。探
針插入混凝土中 2cm 深處，傳感器與PC 系統(tǒng)相連，可以不斷地輸出實驗結果，但缺點是只能反映混凝土表面2cm 高度位置的收縮情況，無法反映其內部收縮變化程度且與混凝土試件同步變化性能差。
芬蘭建筑交通技術研究中心的Erika Holt和Olivia Schodet采用以下方法測量收縮[32]，將混凝土做成板狀，體積約為7.3升，最大骨料粒徑為20mm，用兩個鋼架托著四個側板，每個側板上放置一個位移傳感器，使用這四個位移傳感器對混凝土板狀試件進行水平位移測量，但同樣也無法保證埋入混凝土中的側板與試件同步移動且始終保持統(tǒng)一方向，而且在沉降過程中，混凝土與側板間的摩擦力也使位移傳感器產生位移變化。
另外我國水工混凝土試驗規(guī)程中采用埋入差動式應變計的方法測定收縮[22]，雖然埋入應變計的方法精度較高，但是早期混凝土尚無足夠強度(彈性模量低時，應變計無法與混凝土同步變形。另外，這種應變計不僅價格高，而且無法重復利用，因此試驗代價高。近年來部分學者在借鑒國外試驗方法的基礎上嘗試了新的試驗方法，但也無法解決早期混凝土尚無足夠強度時的收縮測定問題，其測長儀器與測頭接觸也會對測頭同步位移產生影響。
3.1.2 國內外非接觸式混凝土收縮性能測試方法進展研究
非接觸式測量混凝土收縮的方法，是指測長儀器不與測頭接觸來測量試件的尺寸變化。非接觸式測定混凝土收縮應滿足混凝土在早期尚無強度的時候能夠測定其收縮，并且測定精度要求高。
挪威Oyvind Bjantegaard與Erik J. Sellevold在1999年引入浮力測量砂漿的體積變化[36]，也是一種非接觸式的測量方法。將混凝土或砂漿裝入膜中，放入水里，通過測量混凝土或砂漿的體積變化產生的浮力變化，測量其體積變化，但應用在混凝土測量時，膜容易被骨料磨破，且膜若做得很厚，無法靈敏反應混凝土的體積變化。
美國Kim.B和Weiss， W. J，采用被動式聲能傳感器來測量試件的長度變化[37]，采用聲發(fā)生裝置以及連接電腦的聲波采集分析系統(tǒng)，對混凝土長度變化，引起的聲波的大小波動進行分析，從而建立聲能變化試件的長度的對應關系，研究混凝土的變形。
瑞典Roger Zurbriggen 博士及其所在研究所開發(fā)了為測試薄層砂漿自由收縮的試驗裝
置（如下圖）[38]，將兩束激光水平照射到放置在新鮮砂漿表面的一對輕質反射物上。兩個
相互不接觸的激光裝置可以在反射物放置在新澆注的砂漿上后立即開始測試。由于激光器可
以移動，因此對試樣的尺寸沒有限制。不過我們通常攪拌600g 干砂漿，加入適量的水，將
其澆注到10x78cm 大的區(qū)域，這樣獲得的砂漿層厚度約為4-5mm。由于在干燥過程中砂漿層
的邊緣會翹起來，輕質反射物放置在試樣內部三分之一處，間距大約為25cm。該方法目前
只適用于薄層砂漿，對混凝土采用方法還存在一些問題，如只能反映混凝土表面收縮，無法
反映其內部收縮變化，輕質反射裝置容易產生旋轉，混凝土硬化過程產生的大量泌水影響輕
質反射裝置的正確位置，激光測長儀器造價頗高。
國內的哈爾濱工業(yè)大學的巴恒靜教授的位移傳感器法[8]，采用測長儀器固定，將數(shù)個等
距試件依次通過絲杠控制傳動，分別測長，但絲杠控制試件移動，無法使試件中測頭與測長
儀器精準對應，產生測量誤差，且此方法造價很高。
關于混凝土在約束狀態(tài)下抗裂性能的評價方法，國內外的研究人員都作了一些研究工
作，形成了一系列的方法，綜合起來可以分為三大類：它們?yōu)槠桨宸?、圓環(huán)法及棱柱體法。
3.2.1 平板式限制收縮開裂試驗方法〔平板法〕
平板式限制收縮開裂試驗方法中試件為平板狀，試件的變形受到底部或者兩端鋼模板或
鋼架的約束，平板法的主要特點是比較易于操作，能迅速有效的研究混凝土和砂漿的塑性干
縮性能。但這種方法只能對混凝土收縮提供部分的不均勻的收縮變形。國內外主要的實驗方
法有：
（1）Kraai 法（美國）
此種研究混凝土抗裂性的平板試驗裝置及測試方法由圣約瑟(San Jose)州立大學的由
Kraai 提出[4]，由放置在周邊的L 形鋼筋網(wǎng)提供約束，試模內部底面鋪一層塑料薄膜以減少
對混凝土的約束，試件澆筑后，用太陽燈和電風扇模擬工作環(huán)境，收縮24 小時后，測定裂
縫長度和寬度，試模尺寸厚度為19mm，比較薄，只適合用于研究砂漿和篩出石子后的混凝
土的收縮開裂，后經(jīng)過其改進，可以用來測試混凝土的抗裂性能。
此方法在美國ACI 協(xié)會報告中（ACI 544.2R-89 Measurement of Properties of Fiber
Reinforced Concrete）中推薦為測試合成纖維混凝土抗裂性能的一種方法[39]。
(2) ICBO 標準法
在對混凝土抗塑性收縮和干燥收縮開裂的研究中，Parviz Soroushian 的研究小組(美
國密西根州立大學)采用了一種彎起鋼板約束的平板式試驗裝置[40] (裝置見下圖)；這種方
法，采用單槽誘導裂縫出現(xiàn)，使試驗效果更加突出，更加迅速的評價混凝土的抗裂性能，結
合一些必要的圖像分析和處理方法，能提供一套粗略定量評價混凝土抗裂性能的體系方法。
此方法也被ICBO(International Conference Of Building Officials)的合成纖維混凝土
標準（Acceptance Criteria For Concrete With Synthetic Fibers）推薦為檢測混凝土抗
裂性能的方法[41]。
試模尺寸560 mm×365 mm×114mm，用彎起的波浪形的薄鋼板提供約束，混凝土填充在
模具中，上表面外露，風速為9.5m/s，相對濕度40%，持續(xù)3 小時，試模尺寸厚度為114mm，
可用于研究混凝土和砂漿塑性收縮和干燥收縮引起的開裂。美國的Purdue 大學在這方面的
工作開展得很多。但此種方法，僅設一道單槽刀口誘導裂縫，僅僅表征刀口處的混凝土的抗
裂性能，另外考慮到骨料在混凝中的不均勻分布，因此，單槽刀口誘導產生的裂縫，影響因
素較多，代表性偏小。
以上這兩種試驗方法采用相同的開裂評價指標，即收縮裂縫指數(shù)。根據(jù)裂縫的寬度，將
裂縫分為大(大于3mm)、中(2-3mm)，小(1-2mm)，細(小于1mm)四種類型，定義其度量指數(shù)
分別為3，2，1，0.5，每一度量指數(shù)乘以其相應的裂縫長度，相加后即為該試件的收縮裂
縫指數(shù)。用裂縫控制率來評價對混凝土和砂漿抗裂性的改善程度[41]。
裂縫控制率：
K=(1-m/m0)×100%
其中： K — 裂縫控制率；
m — 為改性后的砂漿的裂縫指數(shù)；
m0 — 為基準砂漿的裂縫指數(shù)。
平板試驗方法具有簡單易操作的特點，能迅速有效的研究混凝土和砂漿的塑性干縮性
能。但其在裂縫的量化與后期處理方面存在不足，因裂縫產生的無規(guī)律性使得無法精確對混
凝土開裂進行評價，而且平板試驗方法只能提供部分的不均勻的約束。
除了以上描述的平板試驗方法外，目前圓環(huán)試驗方法也是各國研究者普遍采用的一種
方法。圓環(huán)試驗方法最早由MIT(麻省理工學院)的Roy Carlson 于1942 年提出[14]，當時用
來研究水泥凈漿和砂漿的抗裂性。后來，Karlwieghnk[42]和McDonald[43]在研究混凝土的抗裂
性時也采用了這套裝置，但是由于使用了不同粒徑的粗集料，試模尺寸有了較大的改動。水
泥凈漿、砂漿和混凝土的圓環(huán)試驗裝置結構類似，只是尺寸有所不同。裝置由一個鋼制圓環(huán)
和聚氯乙烯外環(huán)模組成，兩個環(huán)被固定在木制底板上，混凝土在兩環(huán)中成型為環(huán)狀試件。拆
模時間可依據(jù)研究的需要確定，拆除外模后，試件頂部用硅橡膠密封，因此只允許試件外表
面收縮。試件養(yǎng)護于20℃和相對濕度50%的條件下，裂縫寬度用專門設計的顯微鏡測量。測
試指標是混凝土總收縮引起開裂的裂縫寬度。
1999 年美國道路工程師協(xié)會(AASHTO)推薦了一個標準[44]?；炷镰h(huán)尺寸：外直徑為
457mm，內直徑為305mm，高度為152mm，鋼環(huán)厚度12.7mm±0.4mm。澆注后，試件的開裂時間通過貼在鋼環(huán)上的4 個應變計監(jiān)測鋼環(huán)的應變發(fā)展，每30min 記錄1 次應變，并觀測裂縫
是否產生。應變計的應變值出現(xiàn)下降的時間為混凝土開裂的時間，記錄開裂后裂縫的寬度及
開裂模式。試件開裂后再觀測15d，記錄應變的發(fā)展過程和裂縫的寬度。然后用100 倍顯微
鏡沿環(huán)高度方向觀測裂縫寬度，將環(huán)的高度等分為三份，即沿環(huán)高度方向平均取三點（33mm，
76mm，114mm）三個寬度讀數(shù)的平均值為此裂縫的寬度。測定裂縫的長度和寬度，用裂縫的
開裂面積(或寬度)表述混凝土的抗裂性能。
大量的研究實踐表明，圓環(huán)試驗在研究水泥漿和砂漿的抗裂性時，由于水泥漿和砂漿環(huán)
的收縮能沿環(huán)比較均勻的分布，所以試驗效果明顯；而混凝土中由于粗集料的存在，使混凝
土環(huán)表面水份蒸發(fā)受到一定的阻礙，從而使混凝土的外表面不能沿環(huán)均勻的收縮，再加上粗
集料對裂縫的限制分散作用，使混凝土表面容易形成不可見的微裂紋，釋放一部分收縮應力，
從而，使可見裂紋的最大寬度對混凝土的抗裂性評價受到影響。圓環(huán)試驗方法存在以下缺點：
測試時間長，敏感性差。采用圓環(huán)法測試時，試件通常要經(jīng)過較長時間才會出現(xiàn)初始裂縫，
有時甚至因敏感性差而不會出現(xiàn)。
3.2.3 棱柱體式限制收縮開裂實驗方法
棱柱體法也是一種普遍采用的研究收縮開裂的試驗方法，20 世紀60 年代，德國慕尼黑
技術大學建筑材料和構件檢測研究所的Springenschmid 根據(jù)道路和水工工程建設的需要，
研制了一套開裂實驗框架來研究混凝土的開裂趨勢[3]（裝置見下圖）。并且由RILEM-TC119
制定了開裂試驗架的推薦性標準[45]。
開裂試驗框架由通過兩根縱向鋼筋相連的兩塊鋼橫頭組成，縱向鋼筋由熱膨脹系數(shù)很低
的鋼材制成。這樣在混凝土試件硬化過程中，兩塊橫頭之間的間距保持一致，混凝土梁既不
會膨脹也不會收縮?？裳芯?00%約束條件下的約束應力。
可調的橫梁通過步進電機進行控制。同時混凝土的早期彈性模量也能夠通過這類裝置進
行測定。在試驗架中，水平澆筑1.5m 長，橫截面積為150×150mm2.的試件。梁的兩端固定
在十字頭中，一個十字頭可調。兩根鋼棒混凝土澆筑橫向連在試件主軸上，鋼棒間距500mm。
在試樣兩側用碳纖維棒上的傳感器測量鋼棒的距離。傳感器的靈敏度為0.0001mm。當混凝
土變形超過0.001mm，可調十字頭就開始移動，保持總變形為0，模擬完全約束狀態(tài)。橫頭
之間的縱向框架有絕熱層和冷卻系統(tǒng)，其上還放置了應變儀以測定混凝土的縱向應力。試驗
時，在開裂試驗框架內澆注和振搗混凝土拌合物，硬化過程中防止水分蒸發(fā)。進行試驗時；
混凝土溫度在半絕熱條件下升高，四天之后開始人工降溫，直到縱向應力下跌，表明混凝土
己經(jīng)開裂。以色列的Bloom 和Bentur[46]在研究中改進了試驗裝置，用電腦控制拉應力的測
量，從而可以明確知道混凝土的開裂時間。
單軸約束試驗方法通常用于評估因為溫度作用而引起的開裂，單軸約束試驗結果能夠為
道路混凝土、大體積混凝土等混凝土結構的配合比設計及施工提供數(shù)據(jù)，提高混凝土的抗裂
性能。但其存在的主要缺點是，不便于進行現(xiàn)場檢測，且儀器靈敏度要求高，造價較高。
4 研究進展情況
針對高性能混凝土收縮開裂性能的研究,我們采取了以下的技術路線:
4.1 混凝土收縮性能測試技術及評價方法的研究進展—非接觸式混凝土早齡期收縮測定儀
的研制
混凝土收縮開裂與混凝土早齡期收縮性能密切相關。傳統(tǒng)的收縮變形性能測試方法無法
檢測混凝土早齡期3 天以內的收縮變形。我們研制成功的非接觸式混凝土收縮率測定儀（見
下圖）是的基本原理是選用非接觸式位移傳感器（精度0.001mm），固定在10×10×51.5cm
的試模上，用非接觸的方式測量混凝土試件的長度變化，避免了測量儀器與測頭直接接觸造
成的不利影響。測頭間的距離變化數(shù)據(jù)信號直接通過非接觸式位移傳感器傳送到PC 或者巡
檢儀進行即時分析統(tǒng)計，還可利用專門軟件結合電腦自動記錄分析數(shù)據(jù)變化情況。本套儀器
可以檢測混凝土從澆筑到試模到規(guī)定時間內全過程的收縮變形性能，尤其能精確反映出混凝
土早齡期的收縮變化情況，經(jīng)多次實際使用，證明該測定儀完全滿足測量精度的要求。
我們采用非接觸式凝土早期收縮率測定儀測定了添加不同外加劑的高性能混凝土1
型與2 型的72 小時（3 天）收縮值變化，結果如下圖所示：
可見非接觸式混凝土早齡期收縮測定儀能夠很好的記錄反映出從開始澆筑到3 天內早齡
期過程中混凝土的體積收縮變化情況。而這段期間對于高性能混凝土的體積變化研究是至關
重要的。
4.2 混凝土在約束狀態(tài)下抗裂性能測試技術及評價方法研究進展——新型平板式混凝土抗
裂性測定儀的研制測試評價混凝土的抗裂性能，不僅要測試混凝土在自由狀態(tài)下的變形性能
，還應測試混凝土在約束狀態(tài)下的變形性能，后者更接近混凝土在實際工程中的使用狀況。
為更有效的研究混凝土在約束狀態(tài)下的抗開裂性能，我們研制成功了新型平板式混凝
土抗裂性測定儀，為評價約束狀態(tài)下混凝土的抗裂性能提供了更加快捷有效的方法。其基本
原理是在平板試模中采用并行平鋪的鋼制裂縫發(fā)生器，對裂縫實施等效的誘導發(fā)生，能在相
同的試驗條件下使試件快速準確的產生的開裂效果，該儀器采用收縮裂縫指數(shù)作為開裂評價
指標，對于在施工現(xiàn)場或攪拌站等地方迅速準確得檢測對比混凝土的抗裂性能有著重要的指
導意義。經(jīng)多次實際工程使用，證明該測定儀完全滿足使用要求。
本新型平板式混凝土抗裂性測定儀實物照片及試驗結果舉例如下
從圖中可看出：該儀器能在相同條件下使試件快速準確的產生的開裂效果4.3 商
品混凝土收縮裂縫控制技術研究進展
4.3.1 合成纖維控制混凝土早期裂縫
4.3.1.1 合成纖維混凝土抗裂機理分析
合成纖維混凝土是指在普通混凝土中添加一定量的合成纖維而配制成的特種混凝土，它
將化學合成纖維和傳統(tǒng)的混凝土材料相結合, 對混凝土性能的影響是全面的、綜合性的，概
括起來，主要有以下幾點：
1、合成纖維對混凝土拌合物性能的影響：
（1）大大減少了混凝土的沉降、分層、離析，增加了混凝土拌合物的和易性；
（2）增加混凝土的粘聚性，降低混凝土的坍落度，坍落度經(jīng)時損失也有所增加。
2、合成纖維對凝結硬化混凝土性能的影響：
（1）有效減少混凝土早期收縮裂縫。
（2）顯著提高混凝土的抗沖擊性能。
（3）提高混凝土的抗疲勞性能。
（4）在低摻量條件下，對混凝土的抗壓、抗折等強度無明顯影響。
但我們認為，比普通混凝土具有更高的早期抗裂性，是合成纖維混凝土的重要特點，合
成纖維的摻入，對早齡期混凝土體積穩(wěn)定性的提高，進而降低混凝土早期收縮裂縫這一特點
的應用價值最高，特別是對于量大面廣的房屋建筑而言.
德國,丹麥等國的研究認為: 合成纖維可以提高混凝土的抗裂性能,抑制混凝土早期裂縫
的產生。多年以來，中國建筑科學研究院對纖維在混凝土中的應用開展了大量研究工作與工
程實際應用。實驗與工程實踐都表明，聚丙烯纖維對控制、減少硬化混凝土早期裂縫的產生
有較大作用，并且不但能減少混凝土在澆注和凝結硬化過程中可能產生的早期裂縫，進而提
高其耐久性,而且能增加硬化混凝土的抗沖擊性能和在長期動荷載作用下的抗裂性能。
混凝土的早齡期收縮，是指混凝土澆注后的塑性狀態(tài)和硬化初期時產生的收縮，一般指
混凝土在澆注后2～3 天的時間內產生的收縮，這類收縮產生的裂縫多在混凝土表面出現(xiàn)，
形成不規(guī)則的、長短寬窄不一的龜紋狀裂縫。當混凝土處于干濕和凍融環(huán)境中時，這些裂縫
的擴展可導致板的破壞。合成纖維的一般特點是細度高、數(shù)量多、在混凝土中的纖維間距小，
與混凝土中的砂漿之間有一定的粘結強度，這些特點使得聚合成纖維能有效限制早齡期混凝
土由于離析、泌水、收縮等因素形成的原生裂隙的發(fā)生和發(fā)展，減小原生裂隙的數(shù)量和尺度。
而原生裂隙通常是混凝土破壞或性能劣化的起源,其阻裂效應阻止了早期混凝土塑性裂縫的
發(fā)生和發(fā)展，還通過提高材料介質的連續(xù)性，使硬化后混凝土的性能得到一定改善。
圖3.2.2 基準混凝土與纖維混凝土3d收縮值變化
4.3.1.2 合成纖維混凝土的工程應用
在大量試驗與論證的基礎上，近兩年以來，我們在下列工程中應用或幫助應用了合成纖
維混凝土，取得了較好的效果，獲得了用戶好評，也積累了一定的應用經(jīng)驗。具體舉例如下：
（1） 河南某服裝廠工業(yè)地面，混凝土強度等級C30，厚度4CM，選用的是長度為19mm 的
單絲聚丙烯纖維,摻量為1.2kg/m3 混凝土,共施工4.5 萬平方米,地面分倉尺寸為
6×6m，地面無收縮裂縫。
（2） 河南鄭州某大型倉儲商場5 萬平米屋面剛性混凝土防水層，混凝土強度等級C30，
厚度6CM，選用的是長度為19mm 的單絲聚丙烯纖維,摻量為1.0kg/m3 混凝土,共施工
5 萬平方米,屋面分倉尺寸為6×6m，無收縮裂縫產生。
（3） 北京新盧溝橋橋面合成纖維混凝土工程，混凝土強度等級C30，厚度4CM，選用的是
長度為19mm 的單絲聚丙烯纖維,摻量為0.9kg/m3 混凝土,共施工2 萬平方米,橋面混
凝土無收縮裂縫。
（4） 秦皇島市奧林匹克體育場看臺面層合成纖維混凝土工程, 混凝土強度等級C30，厚
度4CM，選用的是長度為19mm 的單絲聚丙烯纖維,摻量為1.0kg/m3 混凝土,共施工
2.3 萬平方米,看臺面層分倉尺寸為1×6m，看臺地面無收縮裂縫。
（5） 東北大學秦皇島分校體育館看臺面層合成纖維混凝土工程, 混凝土強度等級C30，
厚度4CM，選用的是長度為19mm 的單絲聚丙烯纖維,摻量為2.7kg/m3 混凝土,共施工
0.3 萬平方米,看臺面層分倉尺寸為1×6m，看臺地面無收縮裂縫。
4.3.1.3 關于合成纖維控制混凝土收縮開裂的幾點結論
(1) 合成纖維的加入,對砼性能的影響是全面的、綜合性的；但其對早齡期混凝土體積穩(wěn)定
性的提高，進而降低混凝土早期收縮裂縫這一特點的應用價值最高。合成纖維的加入
主要是對混凝土早齡期體積穩(wěn)定性的提高具有良好效果，目前較為成功的應用是在大
面積混凝土結構中，即合成纖維混凝土可用于阻止或盡量減少大面積薄層混凝土結構
中早期收縮裂縫的產生。
(2) 在混凝土中摻加一定量的合成纖維，是降低混凝土收縮裂縫特別是早期收縮裂縫的新
的重要手段之一。但要最終盡量降低甚至基本消除混凝土裂縫的產生，必須在水泥、
砂石、外加劑等原材料選擇、配合比確定、施工工藝、后處理、養(yǎng)護等多方面采取綜
合而系統(tǒng)的措施。
(3) 根據(jù)合成纖維彈性模量對于混凝土基體相對較低以及低摻量纖維對新拌及硬化混凝土
性能的影響，大量試驗結果與工程實踐表明:相對于大體積混凝土來說，合成纖維混凝
土更適合用于大面積混凝土結構中，即它可用于阻止或盡量減少大面積混凝土結構中
裂縫的出現(xiàn)。具體應用范圍可列如下：
（1）大型商場地面、停車場地面、現(xiàn)澆樓板、工業(yè)廠房地面等。
（2）公路路面、公路鐵路橋梁橋面板、機場跑道等。
（3）屋面剛性混凝土防水層。
（4）內、外墻水泥砂漿層。
（5）污水處理池、排灌溝槽等。
（6）噴射混凝土。
(4) 對于大體積混凝土，底層采用普通混凝土，面層約10 ㎝左右采用合成纖維混凝土，分
層同期澆注，以減少混凝土表面早齡期收縮裂縫的產生，同時，有關大體積混凝土施工
的一系列常規(guī)技術措施必須采取，切不可因使用了纖維而省略。
4.3.2 提高混凝土抗裂性能的高性能外加劑研究
目前該項工作正在進行之中。主要是研制出聚羧酸系高性能減水劑。
