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摘 要：早期塑性收缩是混凝土出现塑性裂缝的主要原因。通过参考大量文献分析了塑性收缩的成因，提出了抵抗塑性开裂的改善措施，对国内外混凝土塑性抗裂性能的评价方法进行了概述，最后指出了目前研究中存在的主要问题。
关键词：水泥混凝土;塑性收缩;抗裂;改善措施
水泥混凝土是当今世界上最大宗的建筑材料之一。迄今已有一百多年的应用历史，随着科学技术的不断发展和工程实践的不断深人，水泥混凝土的应用将愈来愈广泛。长期以来强度一直是混凝土性能的重要指标，多年来混凝土的发展也是不断提高强度指标的努力过程。而混凝土收缩的研究一直受到国内外学术界和工程界的重视，因为实际工程中处于不同约束状态下的混凝土结构往往因收缩大而产生开裂，从而对结构安全性和耐久性构成威胁。
一、塑性收缩与开裂
当混凝土处于半流态或塑性阶段，由于沉降运动、毛细管压力、早期化学收缩以及自收缩等引起的收缩叫塑性收缩。混凝土浇筑后，在最初几个小时的养护阶段因表面水分蒸发速度大于内部分泌水速度，浆体发生紧缩。这个阶段称为混凝土的塑性收缩。
根据收缩原因和时间的不同，可将塑性收缩划分为以下四个阶段
（1）塑性沉降阶段。新拌混凝土的固体颗粒之间完全被水所充满，浇筑后固体颗粒下沉，水分上升，在混凝土表面形成泌水薄层。这一阶段混凝土的体积变化一般很小。
（2）主要塑性收缩阶段--泌水收缩阶段。混凝土表面水在热、风的作用下逐渐蒸发，当水分蒸发速度大于泌水速度时，混凝土出现体积收缩。这一收缩贯穿于凝结硬化的整个过程，通常认为是中于水分蒸发使毛细管压力增大所致。该阶段为主要塑性收缩阶段，收缩值可大于数千微应变。
（3）自收缩阶段。随着水泥水化反应的进行，水化产物形成井包裹和填充固体粒子之间原来为水所充满的空间，水化反应使无水的水泥矿物变成水化产物，同时伴随着水化热的释放和绝对体积的化学减缩。在这个阶段中，塑性沉降和水收缩逐渐减弱，自收缩逐渐发展、虽然化学缩减最大值可达水泥与水总体积的8%-10% ，但在塑性阶段自缩量并不大，通常小于凡占个微应变、混凝土的自收缩主要发生在凝结硬化以后。
（4）次要塑性收缩阶段。此阶段混凝土开始硬化，水泥水化速度减慢，塑性收缩逐渐停止，混凝土强度开始增长。通常观察到的塑性收缩是上述塑性沉降、泌水收缩和自收缩的总和。这个阶段混凝土本身强度很低，当毛细管负压产生的收缩应力大于混凝土此时的抗拉强度时，混凝土表面开始出现裂缝，因此把这种收缩裂缝称为塑性收缩裂缝。
早期塑性收缩是高性能混凝土出现塑性裂缝的主要诱因，也是高性能混凝土普遍存在的问题，混凝土早期裂缝加速了混凝土劣化的进程，对裂缝的形成及发展也有着极为重要的影响，严重影响了混凝土的耐久性。
塑性收缩是由于混凝土终凝以前表面失水引起毛细管压力而产生的表面收缩，裂缝在混凝土之前形成，一般分布不规则，易出现龟裂状。
二、混凝土塑性抗裂的改善措施
工程实践表明，在混凝土中掺人粉煤灰或细磨矿渣粉，对降低水化热十分有利，可减少温差收缩，且可降低成本，这已成为大体积混凝土和商品混凝土传统的抗裂措施。但是，HPC掺人粉煤灰和矿渣粉后，并不能完全解决起其收缩开裂，当矿渣掺量和细度超出一定范围时甚至有加大收缩开裂的趋势。
国外对混凝土早期开裂问题的研究相当早。20世纪30年代在北美一座坝体的施工过程中，人们就已经认识到大体积水工混凝土会因水泥水化放热而产生明显的温升，并在降温过程中因体积收缩受约束而产生开裂，此后又发现大面积混凝土结构若失水收缩也会出现显著的裂缝，并开始根据施工经验采用掺火山灰、浇水、潮湿覆盖养护等预防措施。
主要预防措施：一、选用干缩值较小早期强度较高的硅酸盐或普通硅酸盐水泥。二、严格控制水灰比，掺加高效减水剂来增加混凝土的坍落度和和易性，减少水泥及水的用量。三、浇筑混凝土之前，将基层和模板浇水均匀湿透。四、及时覆盖塑料薄膜或者潮湿的草垫、麻片等，保持混凝土终凝前表面湿润，或者在混凝土表面喷洒养护剂等进行养护。五、在高温和大风天气要设置遮阳和挡风设施，及时养护。
三、混凝土塑性抗裂性能的评价方法
1981年，RILEM 所创建的42-CEA委员会针对混凝土早期特性出版了专题论文集，推荐了混凝土的试验方法，并阐述了这个领域的研究状况。1994年，RILEM的TC-119委员会召开了“避免混凝土早期热裂缝”的国际研讨会，为研究混凝土早期开裂提供了丰富的信息。10多年来，主要开展了两方面的研究工作：
（1）探讨早期混凝土水化度、热力学性能、变形性能，尤其是混凝土早期粘弹性和徐变、强度、弹性模量以及损伤等随时间发展的规律。
（2）关于早期混凝土开裂问题的研究，工作涵盖了混凝土早期非荷载应力或应变计算，选择混凝土开裂评价指标和建立评价准则以分析混凝土是否开裂，采用概率论、可靠性分析、有限元等先进理论和方法对实际混凝土结构进行计算和分析，检验开裂计算模型，进一步指导工程结构物的设计、施工和养护等内容。同时，混凝土的受约束试验方法，尤其是适用于早期混凝土的试验方法也随之不断发展，为进行混凝土早期性能的研究奠定了基础。
加拿大的Cussion等以桥梁的混凝土防护栏作为研究对象进行观测，并用ACI规范中的公式计算其外部约束，分析早期混凝土抗拉强度、松弛、收缩、温度随时间的变化，利用叠加原理积分计算混凝土总拉应力与时间的关系，对早期混凝土的开裂进行估算。
四、结论
全社会对水泥混凝土工程质量要求不断提高，能源和矿产资源日益短缺，环境问题愈来愈受到重视。为使我国水泥混凝土行业可持续发展，水泥混凝土必须发展“绿色”的、“生态化”的高性能水泥、混凝土，在大幅度提高水泥性能的同时增加工业废渣的掺量，消纳更大量固态工业废弃物，提高它们的利用效率，降低资源和能源消耗。塑性收缩开裂是引起水泥混凝土产生裂缝的主要原因之一，裂缝能够在比开裂应力小得多的应力作用下扩展延伸，从而使得混凝土结构耐久性下降甚至引起结构破坏，因而系统研究水泥的干燥收缩（包括干燥收缩特性、机理及测定方法）十分必要。
参考文献：
[1]全世海.混凝土塑性收缩开裂影响因素及防治措施研究[J].长江大学学报（自科版），2014
[2]王凡超.浅谈水泥混凝土路面断板的成因及预防措施[J].山东工业技术，2015
[3]高培伟.大型隧道薄壁混凝土衬砌变形性能研究[J].公路工程，2015
作者信息：
卢建伟（1986～），男，河北唐山人，河北工业大学硕士研究生，华北理工大学轻工学院助教，主要研究方向：材料物理与化学。
关键词：水泥混凝土;塑性收缩;抗裂;改善措施
水泥混凝土是当今世界上最大宗的建筑材料之一。迄今已有一百多年的应用历史，随着科学技术的不断发展和工程实践的不断深人，水泥混凝土的应用将愈来愈广泛。长期以来强度一直是混凝土性能的重要指标，多年来混凝土的发展也是不断提高强度指标的努力过程。而混凝土收缩的研究一直受到国内外学术界和工程界的重视，因为实际工程中处于不同约束状态下的混凝土结构往往因收缩大而产生开裂，从而对结构安全性和耐久性构成威胁。
一、塑性收缩与开裂
当混凝土处于半流态或塑性阶段，由于沉降运动、毛细管压力、早期化学收缩以及自收缩等引起的收缩叫塑性收缩。混凝土浇筑后，在最初几个小时的养护阶段因表面水分蒸发速度大于内部分泌水速度，浆体发生紧缩。这个阶段称为混凝土的塑性收缩。
根据收缩原因和时间的不同，可将塑性收缩划分为以下四个阶段
（1）塑性沉降阶段。新拌混凝土的固体颗粒之间完全被水所充满，浇筑后固体颗粒下沉，水分上升，在混凝土表面形成泌水薄层。这一阶段混凝土的体积变化一般很小。
（2）主要塑性收缩阶段--泌水收缩阶段。混凝土表面水在热、风的作用下逐渐蒸发，当水分蒸发速度大于泌水速度时，混凝土出现体积收缩。这一收缩贯穿于凝结硬化的整个过程，通常认为是中于水分蒸发使毛细管压力增大所致。该阶段为主要塑性收缩阶段，收缩值可大于数千微应变。
（3）自收缩阶段。随着水泥水化反应的进行，水化产物形成井包裹和填充固体粒子之间原来为水所充满的空间，水化反应使无水的水泥矿物变成水化产物，同时伴随着水化热的释放和绝对体积的化学减缩。在这个阶段中，塑性沉降和水收缩逐渐减弱，自收缩逐渐发展、虽然化学缩减最大值可达水泥与水总体积的8%-10% ，但在塑性阶段自缩量并不大，通常小于凡占个微应变、混凝土的自收缩主要发生在凝结硬化以后。
（4）次要塑性收缩阶段。此阶段混凝土开始硬化，水泥水化速度减慢，塑性收缩逐渐停止，混凝土强度开始增长。通常观察到的塑性收缩是上述塑性沉降、泌水收缩和自收缩的总和。这个阶段混凝土本身强度很低，当毛细管负压产生的收缩应力大于混凝土此时的抗拉强度时，混凝土表面开始出现裂缝，因此把这种收缩裂缝称为塑性收缩裂缝。
早期塑性收缩是高性能混凝土出现塑性裂缝的主要诱因，也是高性能混凝土普遍存在的问题，混凝土早期裂缝加速了混凝土劣化的进程，对裂缝的形成及发展也有着极为重要的影响，严重影响了混凝土的耐久性。
塑性收缩是由于混凝土终凝以前表面失水引起毛细管压力而产生的表面收缩，裂缝在混凝土之前形成，一般分布不规则，易出现龟裂状。
二、混凝土塑性抗裂的改善措施
工程实践表明，在混凝土中掺人粉煤灰或细磨矿渣粉，对降低水化热十分有利，可减少温差收缩，且可降低成本，这已成为大体积混凝土和商品混凝土传统的抗裂措施。但是，HPC掺人粉煤灰和矿渣粉后，并不能完全解决起其收缩开裂，当矿渣掺量和细度超出一定范围时甚至有加大收缩开裂的趋势。
国外对混凝土早期开裂问题的研究相当早。20世纪30年代在北美一座坝体的施工过程中，人们就已经认识到大体积水工混凝土会因水泥水化放热而产生明显的温升，并在降温过程中因体积收缩受约束而产生开裂，此后又发现大面积混凝土结构若失水收缩也会出现显著的裂缝，并开始根据施工经验采用掺火山灰、浇水、潮湿覆盖养护等预防措施。
主要预防措施：一、选用干缩值较小早期强度较高的硅酸盐或普通硅酸盐水泥。二、严格控制水灰比，掺加高效减水剂来增加混凝土的坍落度和和易性，减少水泥及水的用量。三、浇筑混凝土之前，将基层和模板浇水均匀湿透。四、及时覆盖塑料薄膜或者潮湿的草垫、麻片等，保持混凝土终凝前表面湿润，或者在混凝土表面喷洒养护剂等进行养护。五、在高温和大风天气要设置遮阳和挡风设施，及时养护。
三、混凝土塑性抗裂性能的评价方法
1981年，RILEM 所创建的42-CEA委员会针对混凝土早期特性出版了专题论文集，推荐了混凝土的试验方法，并阐述了这个领域的研究状况。1994年，RILEM的TC-119委员会召开了“避免混凝土早期热裂缝”的国际研讨会，为研究混凝土早期开裂提供了丰富的信息。10多年来，主要开展了两方面的研究工作：
（1）探讨早期混凝土水化度、热力学性能、变形性能，尤其是混凝土早期粘弹性和徐变、强度、弹性模量以及损伤等随时间发展的规律。
（2）关于早期混凝土开裂问题的研究，工作涵盖了混凝土早期非荷载应力或应变计算，选择混凝土开裂评价指标和建立评价准则以分析混凝土是否开裂，采用概率论、可靠性分析、有限元等先进理论和方法对实际混凝土结构进行计算和分析，检验开裂计算模型，进一步指导工程结构物的设计、施工和养护等内容。同时，混凝土的受约束试验方法，尤其是适用于早期混凝土的试验方法也随之不断发展，为进行混凝土早期性能的研究奠定了基础。
加拿大的Cussion等以桥梁的混凝土防护栏作为研究对象进行观测，并用ACI规范中的公式计算其外部约束，分析早期混凝土抗拉强度、松弛、收缩、温度随时间的变化，利用叠加原理积分计算混凝土总拉应力与时间的关系，对早期混凝土的开裂进行估算。
四、结论
全社会对水泥混凝土工程质量要求不断提高，能源和矿产资源日益短缺，环境问题愈来愈受到重视。为使我国水泥混凝土行业可持续发展，水泥混凝土必须发展“绿色”的、“生态化”的高性能水泥、混凝土，在大幅度提高水泥性能的同时增加工业废渣的掺量，消纳更大量固态工业废弃物，提高它们的利用效率，降低资源和能源消耗。塑性收缩开裂是引起水泥混凝土产生裂缝的主要原因之一，裂缝能够在比开裂应力小得多的应力作用下扩展延伸，从而使得混凝土结构耐久性下降甚至引起结构破坏，因而系统研究水泥的干燥收缩（包括干燥收缩特性、机理及测定方法）十分必要。
参考文献：
[1]全世海.混凝土塑性收缩开裂影响因素及防治措施研究[J].长江大学学报（自科版），2014
[2]王凡超.浅谈水泥混凝土路面断板的成因及预防措施[J].山东工业技术，2015
[3]高培伟.大型隧道薄壁混凝土衬砌变形性能研究[J].公路工程，2015
作者信息：
卢建伟（1986～），男，河北唐山人，河北工业大学硕士研究生，华北理工大学轻工学院助教，主要研究方向：材料物理与化学。