廉慧珍

（清華大學(xué)土木水利學(xué)院，北京100084)

1 樹木和森林

人人皆知，森林由樹木組成，但是并非種了大量的樹木就能形成森林。多年以前，《中國(guó)青年報(bào)》曾刊登過(guò)一則驚人的報(bào)道，題為《綠色長(zhǎng)城的垮塌》，內(nèi)容摘要如下：

20 幾年投資上百億資金營(yíng)造了綿延千里的三北防護(hù)林，但是由于沒(méi)有顧及當(dāng)?shù)氐乃?、氣象和地貌的條件以及適地、適樹、適草的自然規(guī)律，單一品種的楊樹發(fā)生蟲害時(shí)無(wú)法抵御，一倒一大片。許多楊樹長(zhǎng)成不死不活的 “小老頭樹”，達(dá)不到防護(hù)效果。因此北京每年春天仍要迎接沙塵暴。

當(dāng)然，此后我國(guó)已正在改造治理。

這樣問(wèn)題的出現(xiàn)，從根本上來(lái)說(shuō)，是緣于一種分解論方法。

天然森林的特點(diǎn)是長(zhǎng)期形成完整的、穩(wěn)定的群落結(jié)構(gòu)：茂密的林冠──灌木叢──草本層──落葉層和苔蘚植被，相輔相成，形成一種大自然的發(fā)展的生物鏈，能保持水土和營(yíng)養(yǎng)，保護(hù)生物的多樣性和可再生資源，具有自我調(diào)節(jié)和抵御外來(lái)因素破壞的自我保護(hù)機(jī)制，在受損時(shí)有很強(qiáng)的自我修復(fù)及還原的功能。

人造林的失敗就在于 “南方沙家浜(沙木)，西北楊家將(楊樹)，東南馬家軍(馬尾松)，東北蓮花落(落葉松)”的單一品種：沒(méi)有不同高度植物的互補(bǔ)，地表植被差，水土保持能力弱；單一樹種無(wú)法給不同動(dòng)物提供適宜的生存和繁衍的環(huán)境，生物多樣性水平極低；缺少落葉改良土壤，營(yíng)養(yǎng)循環(huán)過(guò)程被阻斷，土壤營(yíng)養(yǎng)日益匱乏；生態(tài)狀況脆弱，缺少病蟲害的天敵；隨著樹木的成長(zhǎng)，單一元素在土壤中高度聚集易產(chǎn)生毒素。在狹隘的經(jīng)濟(jì)利益驅(qū)使下，巴西亞馬遜雨林和我國(guó)云南、海南，“用經(jīng)濟(jì)林代替雜木林”，大量熱帶雨林被砍掉，種植橡膠、香蕉等經(jīng)濟(jì)作物。在種植橡膠樹時(shí)，為了高產(chǎn)而嚴(yán)格清除林下植物，結(jié)果引起水土流失甚至山洪爆發(fā)的災(zāi)難。

人們處理任何事物都是基于對(duì)客觀世界的認(rèn)識(shí)。事物的發(fā)生和發(fā)展都有其客觀規(guī)律，但是對(duì)客觀規(guī)律的認(rèn)識(shí)和研究的方法有關(guān)，而研究方法和思維方法有關(guān)。思維和研究的基本方法是整體論和分解論(又稱還原論)。森林是由樹木組成的，但是并不是種了樹就一定成林，而是要根據(jù)“當(dāng)?shù)氐乃?、氣象和地貌的條件以及適地、適樹、適草的自然規(guī)律”規(guī)劃建設(shè)。這就是整體論的方法，而分解論的方法則是“只見樹木不見林”。然而，畢竟森林由樹木組成，按自然規(guī)律認(rèn)真研究每一種樹木的特性和生長(zhǎng)規(guī)律，保證成活率，是造林的先決條件。20 世紀(jì)以來(lái)，相對(duì)論、量子論和系統(tǒng)論的出現(xiàn)，認(rèn)為世界是非機(jī)械的、相互聯(lián)系的、不可分解的有機(jī)整體。科學(xué)家開始看到整體論的重要性。這兩種方法有什么區(qū)別、什么關(guān)系？如何取舍？這是涉及人們認(rèn)識(shí)世界的重要問(wèn)題。

2 混凝土工程中分解論和整體論

2.1 分解論（又稱還原論，Reductionism）

分解論是一種把復(fù)雜的系統(tǒng)（或者現(xiàn)象、過(guò)程）分解為其組成部分的過(guò)程。分解論認(rèn)為復(fù)雜系統(tǒng)各個(gè)組成部分的行為可以反映系統(tǒng)的性質(zhì)，將系統(tǒng)簡(jiǎn)化成各個(gè)要素,分別研究其主要行為和性質(zhì)，然后將這些性質(zhì)“組裝”起來(lái)形成對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的描述。例如，從對(duì)水泥熟料單礦物水化的研究，來(lái)研究水泥的水化，用以指導(dǎo)混凝土材料的工藝；又如在研究影響混凝土性質(zhì)的諸多因素中，每次只變動(dòng)一個(gè)因素的研究方法等等。分解論是研究本質(zhì)，是科學(xué)發(fā)展所必須的，但不是最終的和整體的，其研究的結(jié)果不能直接用于整體。例如據(jù)Goldman A 和Bentur 報(bào)道，在0.33 的相同水灰比下，硅灰摻量對(duì)砂漿標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試件的抗壓強(qiáng)度影響很小，而對(duì)混凝土則影響顯著，見圖1[1]所示。如果按分解論的觀點(diǎn)，水泥砂漿由水泥漿體和砂子組成，混凝土由砂漿和石子組成，砂子和石子都是惰性的,那么水泥砂漿的性質(zhì)就能代表混凝土的性質(zhì)，而按整體論來(lái)看，混凝土和砂漿的區(qū)別在于因石子的存在而多了一個(gè)組分相，即和石子的界面，如圖2 所示。盡管水泥砂漿也存在界面問(wèn)題，而砂漿和石子組成混凝土后，漿體和石子的界面要比和砂子的界面在尺度上和作用上要大得多。當(dāng)水泥中摻有不同混合材時(shí)，這種差別在宏觀上就表現(xiàn)得更加明顯。

圖4 不摻粉煤灰的不同強(qiáng)度混凝土強(qiáng)度發(fā)展[3]

圖5 摻粉煤灰的不同強(qiáng)度混凝土強(qiáng)度發(fā)展[3]

當(dāng)混凝土已澆筑并硬化成構(gòu)件后，就無(wú)法知道其內(nèi)部究竟發(fā)生了什么。這時(shí)，就需要分解論了，而分解論方法是否可行，還是方法的問(wèn)題。例如，當(dāng)前水泥混凝土的檢測(cè)都是按各自的標(biāo)準(zhǔn)條件進(jìn)行的，將這樣檢測(cè)出的結(jié)果用于評(píng)價(jià)工程構(gòu)件中混凝土的性質(zhì)進(jìn)行驗(yàn)收。這是一種以“靜止的、孤立的”觀念的分解。實(shí)際上，這樣把混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件分解成小試塊后，其所處環(huán)境條件都不一樣了，工程中的構(gòu)件尺寸比實(shí)驗(yàn)室小試件的大得多，水泥水化產(chǎn)生的熱量使混凝土內(nèi)部的溫度很高，和實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)條件下小試件實(shí)驗(yàn)的結(jié)果有很大的差別。因?yàn)榛炷翗?gòu)件從表面到內(nèi)部的溫度是變化的，按照監(jiān)測(cè)實(shí)際構(gòu)件中的溫度變換混凝土試件養(yǎng)護(hù)水的溫度，則檢測(cè)該養(yǎng)護(hù)條件下混凝土的強(qiáng)度，就可以反映實(shí)際構(gòu)件中混凝土強(qiáng)度。如圖3 所示為水膠比為0.4 的混凝土，分別摻入粉煤灰0%、30%、40%、50%和60%，當(dāng)溫度≤20℃時(shí)，各組混凝土抗壓強(qiáng)度均隨齡期而增長(zhǎng)；當(dāng)溫度達(dá)到40℃時(shí)，摻粉煤灰的混凝土抗壓強(qiáng)度均隨齡期而增長(zhǎng)，而不摻粉煤灰的混凝土在7 天以后增長(zhǎng)減速；當(dāng)溫度達(dá)到85℃時(shí)，摻粉煤灰的混凝土抗壓強(qiáng)度仍均隨齡期而增長(zhǎng)，而不摻粉煤灰的混凝土則在7 天以后，其抗壓強(qiáng)度隨齡期而下降。該試驗(yàn)應(yīng)當(dāng)也屬于分解論方法，是一種用實(shí)驗(yàn)室小試件對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件中混凝土的模擬實(shí)驗(yàn)。當(dāng)前較大尺寸構(gòu)件混凝土內(nèi)部溫度遠(yuǎn)高于20℃，對(duì)于不摻粉煤灰的混凝土，用實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)的強(qiáng)度驗(yàn)收是不安全的；對(duì)于粉煤灰摻量大于30% 的混凝土，用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)強(qiáng)度驗(yàn)收則是保守的。

上述實(shí)驗(yàn)方法是在恒溫條件下進(jìn)行的，而實(shí)際構(gòu)件并非恒溫。實(shí)際工程中的混凝土溫度不僅不同于標(biāo)準(zhǔn)條件的溫度，而且在澆筑的初期，依混凝土的原材料、配合比、構(gòu)件尺寸和環(huán)境溫度而不同，隨環(huán)境溫度而波動(dòng)。實(shí)測(cè)構(gòu)件內(nèi)部溫度發(fā)展歷程，跟蹤變換養(yǎng)護(hù)水溫度[2]，應(yīng)該能更準(zhǔn)確地了解構(gòu)件混凝土的強(qiáng)度發(fā)展。雖然，一方面，養(yǎng)護(hù)溫度的變換滯后于構(gòu)件混凝土溫度信號(hào)的傳遞；另一方面，試件內(nèi)部溫度的變換滯后于養(yǎng)護(hù)水溫度的變換。由于只能如此“跟蹤”而非同步，所測(cè)構(gòu)件內(nèi)部混凝土強(qiáng)度隨溫度的發(fā)展也是滯后的。然而，畢竟是一種整體論的思維，在定性上亦可以指導(dǎo)生產(chǎn)。Dhir R K和Jonesmann M R 配制相同強(qiáng)度等級(jí)的C20、C40 和C60 摻粉煤灰和不摻粉煤灰的混凝土，用跟蹤養(yǎng)護(hù)的方法（temperature match condition）和標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)方法檢測(cè)其強(qiáng)度隨齡期的發(fā)展，分別示于圖4 和圖5[3]。由圖4 和圖5 可見，不摻粉煤灰時(shí)，C40 以上的混凝土在齡期為3 天以前、C20 混凝土在7 天以前，跟蹤養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度都比標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度高，此后，則標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的強(qiáng)度都比跟蹤養(yǎng)護(hù)的強(qiáng)度高，強(qiáng)度等級(jí)越高、齡期越長(zhǎng)，高得越多；摻粉煤灰時(shí)，各強(qiáng)度等級(jí)混凝土跟蹤養(yǎng)護(hù)的強(qiáng)度始終高于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的強(qiáng)度，強(qiáng)度等級(jí)越高差別越大。在過(guò)去，混凝土不摻用礦物摻和料而強(qiáng)度等級(jí)普遍較低時(shí)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)條件養(yǎng)護(hù)的試件強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)收，由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)引入安全系數(shù)，影響還不是很大?，F(xiàn)時(shí)混凝土強(qiáng)度普遍提高，更加之構(gòu)件尺寸的增大、水泥水化發(fā)熱量的提高等因素，分解論的驗(yàn)收方法，就會(huì)影響或者混凝土不摻粉煤灰時(shí)結(jié)構(gòu)的安全性，或者摻粉煤灰時(shí)的經(jīng)濟(jì)性。

2.2 整體論(holism，又稱機(jī)體論，organismic model)

整體論認(rèn)為整體不等于組成部分個(gè)體的簡(jiǎn)單算術(shù)和，即，由部分構(gòu)成整體時(shí)，出現(xiàn)組成部分所沒(méi)有或?qū)M成部分來(lái)說(shuō)無(wú)意義的性質(zhì)，同時(shí)失去組成部分單獨(dú)存在時(shí)所具有的某些性質(zhì)。例如玻璃纖維布和樹脂熱壓制成的玻璃鋼，不再具有玻璃的性質(zhì)（例如透明）和樹脂原有的性質(zhì)（例如可塑性）而成為一種新的材料。系統(tǒng)的整體性質(zhì)或功能是由各組成部分相互聯(lián)系和作用所造成。單個(gè)組成的性質(zhì)無(wú)法解釋整體的行為。例如，混凝土結(jié)構(gòu)耐久性不等于混凝土各項(xiàng)“耐久性指標(biāo)”之和。不同層次系統(tǒng)的規(guī)律不能簡(jiǎn)單地外推。其原因是：

2.2.1 條件的簡(jiǎn)化── 環(huán)境交互影響的忽略

環(huán)境的交互作用不一定都是加劇，也可能是減弱。例如硫酸鹽和鎂鹽同時(shí)存在時(shí)，會(huì)加劇對(duì)混凝土的腐蝕，而在海水中的硫酸鹽的腐蝕可因氯鹽的存在而減弱；相同的交互作用在不同環(huán)境中也可以不同，例如硫酸鹽與其和C3A 反應(yīng)生成的水化硫鋁酸鈣，在海水中因氯鹽的存在，其溶解度增大而被析出并被帶走，混凝土可不發(fā)生膨脹；在不流動(dòng)的含氯鹽地下水中則不能被析出，就會(huì)引起膨脹。加劇的交互作用不是簡(jiǎn)單的疊加，不同介質(zhì)作用一般不是同時(shí)發(fā)生的,不存在什么“耦合*作用”。例如鋼筋必須在高堿性溶液中保持化學(xué)穩(wěn)定。一般認(rèn)為，混凝土碳化可減少混凝土孔溶液的堿度，對(duì)保護(hù)鋼筋會(huì)不利。實(shí)際上，混凝土碳化和鋼筋銹蝕的條件不同，不會(huì)同時(shí)發(fā)生，未必混凝土碳化就一定引起鋼筋銹蝕。如由圖6 所示，相對(duì)濕度40%～70%是最適合碳化的條件，由圖7 可見，相對(duì)濕度低于70%時(shí)，鋼筋銹蝕速率極低；在相對(duì)濕度95%～97%之間，幾乎呈線性增大，相對(duì)濕度超過(guò)97%之后，則又隨相對(duì)濕度的增大而急劇下降，在相對(duì)濕度100%時(shí)，鋼筋銹蝕速率又極低；鋼筋銹蝕率最大時(shí)，碳化則甚微；碳化深度最大時(shí)，鋼筋銹蝕速率極低。這可解釋北京拆除50 年代建造的舊房碳化已達(dá)鋼筋表面，鋼筋卻無(wú)顯著銹蝕的現(xiàn)象。那些鋼筋已銹蝕嚴(yán)重的構(gòu)件，經(jīng)查證都是當(dāng)時(shí)為了趕工期而使用了氯鹽作早強(qiáng)劑。（圖6、圖7 來(lái)自陳肇元講座的引用）

2.2.2 過(guò)程的強(qiáng)制性

混凝土在大氣中的劣化是個(gè)很緩慢的過(guò)程，為了盡快得知混凝土抵抗環(huán)境作用的能力，作為優(yōu)化時(shí)的對(duì)比，需要在實(shí)驗(yàn)室的標(biāo)準(zhǔn)條件下進(jìn)行快速實(shí)驗(yàn)，這時(shí)的條件相對(duì)于自然條件，基本上都是強(qiáng)制性的，例如：

凍融循環(huán)：在實(shí)驗(yàn)室中的實(shí)驗(yàn)，凍結(jié)速率可大于6℃/ h，最大可達(dá)數(shù)十℃/ h，而在大氣中的凍結(jié)速率則很少超過(guò)2℃/ h；在實(shí)驗(yàn)室中的實(shí)驗(yàn)，試件都為含水飽和，而在大氣中，不同環(huán)境和部位有不同的飽水程度。飽水程度達(dá)到85%以前，永遠(yuǎn)凍不壞，只要水飽和度達(dá)到90%以上，便很快就會(huì)凍壞(見圖8)[4]。在影響混凝土受凍融破壞的環(huán)境因素中，嚴(yán)寒地區(qū)冬季因氣溫很低，凍后難融，而有的地區(qū)冬季氣溫并不比寒冷地區(qū)的低，而凍融循環(huán)次數(shù)有時(shí)可能比寒冷地區(qū)的凍融循環(huán)次數(shù)還多，則凍融循環(huán)次數(shù)會(huì)比最低溫度更重要。在寒冷地區(qū)，避免混凝土早期受凍結(jié)更為重要。因?yàn)榛炷猎谠缙冢?8 天左右）內(nèi)部含水飽和度高，或者因孔隙率較大而易為水飽和，這就是在將出臺(tái)的《結(jié)構(gòu)混凝土性能技術(shù)規(guī)范》中，做 “寒冷地區(qū)混凝土應(yīng)在受凍前混凝土的強(qiáng)度應(yīng)≥10MPa，……開始受凍時(shí)的齡期應(yīng)視當(dāng)時(shí)氣溫而定，應(yīng)至少提前1 個(gè)月澆筑完畢”這樣規(guī)定的理由。此外,按現(xiàn)行規(guī)范進(jìn)行的抗凍融循環(huán)性試驗(yàn),所用小試件是在實(shí)驗(yàn)室相對(duì)規(guī)范得多的條件下成型的，并標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)至28 天，在實(shí)際工程中，基本上沒(méi)有養(yǎng)護(hù)28 天的混凝土，而且，由于現(xiàn)場(chǎng)施工條件的影響，混凝土只有經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的澆注、振搗、收面、養(yǎng)護(hù)才完成最后構(gòu)件，實(shí)驗(yàn)室的標(biāo)準(zhǔn)條件并沒(méi)有考慮這種工藝的差別。

圖8 混凝土飽水程度與抗凍性指數(shù)DF 的關(guān)系[4]

碳化：現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定混凝土碳化的試驗(yàn)是將標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)至28 天的試件在碳化箱中進(jìn)行強(qiáng)制碳化，碳化箱條件是CO2濃度 20%，溫度20 ℃，相對(duì)濕度（65±5）%，而大氣中CO2濃度平均約 0.04%，溫度和濕度都是變化的，而且在實(shí)際工程中，沒(méi)有養(yǎng)護(hù)28 天的混凝土。不養(yǎng)護(hù)或養(yǎng)護(hù)齡期很短的混凝土自然碳化，和養(yǎng)護(hù)28 天的混凝土強(qiáng)制碳化的規(guī)律完全不同。更何況對(duì)于當(dāng)前普遍使用礦物摻和料的混凝土，不同品種礦物摻和料對(duì)混凝土在自然界溫濕度變化條件下碳化行為的影響更加復(fù)雜，標(biāo)準(zhǔn)條件下的強(qiáng)制碳化無(wú)法反映該影響的規(guī)律。

堿-骨料反應(yīng)：為了檢測(cè)骨料的堿活性，常使用含堿量很大的水泥，例如人為地增加堿含量；為了檢測(cè)摻混合材的水泥是否會(huì)發(fā)生堿骨料反應(yīng)，常使用堿活性很高的骨料，例如生產(chǎn)石英玻璃的下腳料。這種極端的條件在實(shí)際工程中往往是達(dá)不到的；即使混凝土中骨料具有很強(qiáng)的堿活性，同時(shí)有很大的含堿量，如果環(huán)境無(wú)水分的供應(yīng)，也不會(huì)發(fā)生堿-骨料反應(yīng)。堿、活性骨料和水三者同時(shí)存在是發(fā)生堿-骨料反應(yīng)的必要而充分的條件。缺少其中任一項(xiàng)都只是必要而不充分。美國(guó)墾務(wù)局的Richard W. Burrows 曾從1946 年開始，在美國(guó)克羅拉多州的青山壩對(duì)使用27 種水泥的104 種混凝土胸墻面板進(jìn)行了53 年的觀察、實(shí)測(cè)和研究。在澆筑面板時(shí)曾在壩頂每間隔2.1 m 埋設(shè)黃銅插件，隨后用尺寸穩(wěn)定的鋼尺和30 倍顯微鏡進(jìn)行量測(cè)（精確至0.05mm）。觀察中發(fā)現(xiàn)，使用高堿水泥的混凝土在僅18 個(gè)月之后就開裂了，經(jīng)38 個(gè)月之后，出現(xiàn)了大量的地圖狀裂縫，但量測(cè)結(jié)果卻并沒(méi)有膨脹發(fā)生。由于104 塊混凝土板無(wú)一膨脹，可以斷定這是一種干燥收縮現(xiàn)象[5]。在我國(guó)也發(fā)生過(guò)類似現(xiàn)象。北京西直門的老立交橋在拆除后，檢測(cè)開裂漏水處的混凝土，發(fā)現(xiàn)骨料有堿活性，水泥中堿含量也高，但是沒(méi)有發(fā)現(xiàn)有堿-骨料反應(yīng)的產(chǎn)物，其劣化的主要原因是干濕交替、溫度變化、雨水滲透、除冰鹽、凍融循環(huán)等對(duì)施工質(zhì)量差的混凝土的交互作用。

氯離子在混凝土中的擴(kuò)散系數(shù)：除了自然浸泡法以外，都是強(qiáng)制進(jìn)行的──或者施加電場(chǎng)，或者真空飽鹽。此外，由于條件的差異，有時(shí)還要進(jìn)行一些假設(shè)，如氯離子擴(kuò)散系數(shù)，無(wú)論何種方法檢測(cè)，最后都是按Fick 定律(在一定假設(shè)的條件下)計(jì)算出來(lái)的。Fick 定律主要的假設(shè)就是離子擴(kuò)散的介質(zhì)是均勻的，而即使成型規(guī)范的混凝土也是高度的非均質(zhì)體。自然浸泡法因?yàn)槭窃谧匀粭l件下的試驗(yàn)，被認(rèn)為直觀的就是可靠的，很容易被理性的人接受。但是用浸泡法試驗(yàn)的數(shù)據(jù)計(jì)算的氯離子擴(kuò)散系數(shù)卻仍然用Fick 定律?；炷敛粌H是非均質(zhì)體，而且其微結(jié)構(gòu)隨環(huán)境（主要是溫、濕度變化）和時(shí)間（齡期）而變化，具有不確知性，是從空間到時(shí)間上的不均勻。按照相同的方法得到的氯離子擴(kuò)散系數(shù)用于優(yōu)化混凝土材料是可行的，但是用于計(jì)算結(jié)構(gòu)物的服役壽命則也只能是用于對(duì)比優(yōu)化。有人以此計(jì)算出某結(jié)構(gòu)物服役壽命為一百零幾年，這樣準(zhǔn)確定量地預(yù)測(cè)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性反而是不科學(xué)的。

2.2.3 狀態(tài)的差別

在實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)是用標(biāo)準(zhǔn)成型和標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的小試件，三向無(wú)外部約束、無(wú)宏觀缺陷，考慮承載的作用時(shí)也是單向受壓；而在結(jié)構(gòu)中，內(nèi)部混凝土處于三向約束和變化的溫度下，存在可見與不可見的原始缺陷，而且承受荷載時(shí)，不同構(gòu)件的不同部位應(yīng)力狀況不同。

試件尺寸不同也造成檢測(cè)結(jié)果的差異，例如對(duì)混凝土干燥收縮性能的試驗(yàn)，因試件尺寸的不同，失水速率和失水程度都不同,則干縮變形率也不同（圖9）[5]；實(shí)驗(yàn)室用的標(biāo)準(zhǔn)試件尺寸一般使用100×100×550mm3，遠(yuǎn)小于工程中構(gòu)件的尺寸，所檢測(cè)的混凝土干燥收縮值不能代表結(jié)構(gòu)中混凝土的干縮變形。由于尺寸差別大，混凝土內(nèi)部溫度差別也大，會(huì)造成其他性質(zhì)的差別。極端的實(shí)例是水工結(jié)構(gòu)的大壩混凝土，由于其體積之大，水泥用量增減1kg 都會(huì)對(duì)整體造價(jià)有很大影響，出于經(jīng)濟(jì)性的考慮，都盡量減小水泥用量；同時(shí)也為了盡量降低混凝土的溫升而必須盡量降低水泥用量。為此，大壩混凝土使用的石子最大粒徑會(huì)超過(guò)40mm 甚至達(dá)80mm、120mm、150mm。有時(shí)還要向已澆注的拌和物中拋填毛石。驗(yàn)收檢測(cè)該混凝土強(qiáng)度和抗?jié)B性時(shí)，則先剔除大于40mm 的石子后才成型。實(shí)踐證明這樣的實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)結(jié)果與大壩實(shí)體混凝土的相去甚遠(yuǎn)。由于界面的影響，尤其是較高水膠比的混凝土，在理論上，骨料粒徑越大，界面過(guò)渡層這個(gè)混凝土中的薄弱環(huán)節(jié)的厚度越大，因此，對(duì)于相同水膠比來(lái)說(shuō)，混凝土的抗壓強(qiáng)度和抗?jié)B性隨石子粒徑的減小而提高；如果漿體量很少，而骨料粒徑又很大，則骨料之間距離很小，界面過(guò)渡區(qū)幾乎可以替代漿體，剔除大石子后混凝土的微結(jié)構(gòu)和性質(zhì)與壩體中的都會(huì)有很大差異。這就是分解論的結(jié)果。即使采取鉆芯取樣的檢測(cè)，仍然有實(shí)驗(yàn)室混凝土和大壩混凝土之間缺乏相關(guān)性的問(wèn)題，1984 年J. M.Rapheal 就曾報(bào)道過(guò)一個(gè)無(wú)法解釋取自大壩的芯樣抗拉強(qiáng)度損失的疑團(tuán)。經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的調(diào)查之后，發(fā)現(xiàn)芯樣在運(yùn)往實(shí)驗(yàn)室期間，稍有干燥和表面裂縫所造成抗拉強(qiáng)度的下降高達(dá)50%（資料來(lái)源為覃維祖講座中所引用）?，F(xiàn)時(shí)混凝土抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度的關(guān)系和過(guò)去在較低混凝土強(qiáng)度等級(jí)時(shí)的不同，強(qiáng)度等級(jí)越高，抗拉強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度的比值越小；實(shí)驗(yàn)條件對(duì)抗壓和抗拉強(qiáng)度的影響也不一樣，例如凍融循環(huán)后，抗拉強(qiáng)度損失比抗拉強(qiáng)度損失顯著。

3 分解論和整體論的關(guān)系

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)活動(dòng)規(guī)模擴(kuò)大和工程技術(shù)復(fù)雜程度提高的速度空前，使自然科學(xué)、技術(shù)科學(xué)以及社會(huì)科學(xué)之間整體性聯(lián)系的特點(diǎn)日益突出。該特點(diǎn)在土木工程領(lǐng)域也已顯現(xiàn)──工程的功能復(fù)雜化對(duì)技術(shù)進(jìn)步的要求、原材料的變化和資源的日益短缺對(duì)混凝土技術(shù)的挑戰(zhàn)、觀念和思維方法相對(duì)于時(shí)代發(fā)展的落后，等等。表現(xiàn)在土木工程中，尤其是混凝土這種復(fù)雜體，實(shí)驗(yàn)室分解研究的結(jié)果只反映混凝土材料本征特性的那些物理、力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)都不能代表混凝土結(jié)構(gòu)的服役行為，而且，在實(shí)驗(yàn)室，更無(wú)法量化和檢測(cè)出混凝土那些只有在工程的活動(dòng)中才能發(fā)生的行為、表現(xiàn)與效果（即英文中的“performance”），例如耐久性和施工性。這是由總是處在復(fù)雜變化環(huán)境中的混凝土內(nèi)部微結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性所決定的。實(shí)驗(yàn)室分解研究的結(jié)果只反映材料相對(duì)的固有性質(zhì)。在自然環(huán)境中幾乎沒(méi)有由單一因素造成的劣化，能給工程帶來(lái)好處的措施，必然也會(huì)同時(shí)存在某些不利因素，必須因地制宜、因事制宜、因時(shí)制宜、因人（使用者的素質(zhì)）制宜，因此分析和處理混凝土結(jié)構(gòu)工程問(wèn)題，必須用整體論觀點(diǎn)和方法。

然而，不管有多么復(fù)雜，總是有規(guī)律的，需要不斷地去探索、研究。當(dāng)人們需要“知道究竟”的時(shí)候，就需要對(duì)復(fù)雜的事物進(jìn)行剖析，去“刨根問(wèn)底”，則研究機(jī)理主要是用分解論的方法。問(wèn)題在于，不能把整體論和分解論對(duì)立起來(lái)而互相排斥，整體論和分解論相互結(jié)合，才能既能知其然而又能知其所以然；知其然后才能確認(rèn)其然。例如當(dāng)萘系高效減水劑問(wèn)世之后，正是科技人員研究了其成分和結(jié)構(gòu)及其在水泥中的作用機(jī)理，人們才敢用，并逐漸了解了其使用的針對(duì)性而得以推廣；對(duì)水泥水化機(jī)理的研究盡管至今還有很多問(wèn)題不清楚，畢竟對(duì)混凝土的制備和應(yīng)用起了很大的作用。如果行動(dòng)先于研究，則必然會(huì)因盲目而走入歧途。 對(duì)人體有害的“瘦肉精”曾經(jīng)被大力推廣就是一例?，F(xiàn)在有人在推廣某種產(chǎn)品時(shí)，為了狹隘的商業(yè)利益，只做“對(duì)混凝土性能改善”的宣傳，而回避其成分和本征特性；對(duì)機(jī)理的“研究”只將一些推測(cè)的闡述或者皮毛的概念用來(lái)“點(diǎn)綴”蒙混。即使有證明在指標(biāo)上是無(wú)害的甚至是改善的，對(duì)混凝土材料這種高度復(fù)雜的體系來(lái)說(shuō)，也不能只看重短期的影響。整體論并不是只重表象不問(wèn)實(shí)質(zhì)，分解論也不是不研究元素之間的相互聯(lián)系。

對(duì)于基礎(chǔ)性研究，分解研究是必要的，是迄今自然科學(xué)研究的最基本方法。正如對(duì)人體的研究，不僅研究到細(xì)胞，還一直研究到基因，但是應(yīng)當(dāng)正確地簡(jiǎn)化，不能使用不可能存在的條件，并且不能做簡(jiǎn)單的外推，甚至夸大。例如在水灰（膠）比對(duì)混凝土收縮的影響時(shí)，從文獻(xiàn)中查到有人說(shuō)“水灰比對(duì)干縮的影響很大”，有人說(shuō)“水灰比在0.35 到0.50 間變化對(duì)混凝土的干縮影響不大”, 還有人認(rèn)為水灰比可能間接地影響混凝土干縮，等等，莫衷一是。實(shí)際上這就是個(gè)方法問(wèn)題。在試驗(yàn)時(shí)，所設(shè)條件不同會(huì)得出不同的結(jié)果。混凝土中骨料的線脹縮系數(shù)約是水泥漿脹縮系數(shù)的兩倍，影響混凝土干縮的主要因素是骨料品種和用量。因此當(dāng)骨料品種一定時(shí)，并在相同水灰比下，漿骨比是影響混凝土干縮的主要因素；對(duì)于水泥漿體來(lái)說(shuō)，其干縮是由于失水而引起，因此當(dāng)混凝土骨料品種和用量都一定時(shí)，水灰比是影響干縮的主要因素。試驗(yàn)時(shí)，就必須在水灰比、漿骨比（嚴(yán)格來(lái)說(shuō)還有砂率）、骨料品種諸因素中，只改變一個(gè)因素而固定其他，才能知道各因素影響的程度；如果改變水灰比的做法是增減用水量而不變水泥用量，或增減水泥用量而不變用水量，則會(huì)同時(shí)引起漿骨比（體積比）的變化，試驗(yàn)結(jié)果不能說(shuō)明各因素對(duì)混凝土干縮影響的程度。此外，與測(cè)驗(yàn)方法也有關(guān)──例如什么時(shí)間拆模測(cè)初長(zhǎng)？從圖10[4]可見，混凝土干縮值隨水灰比增大而增大，而混凝土自收縮值則隨水灰比增大而減小。自收縮在混凝土初凝后就開始，當(dāng)試件硬化以后測(cè)初長(zhǎng)時(shí)，已產(chǎn)生了一定的自收縮，此后再繼續(xù)測(cè)長(zhǎng)，就會(huì)得到干縮和自收縮造成的總收縮值，于是就出現(xiàn) “水灰比在0.35到0.50 間變化對(duì)混凝土的干縮影響不大”的假象。當(dāng)水灰比小于0.3 時(shí)，自收縮更加敏感，繼續(xù)降低水灰比時(shí)總收縮會(huì)增大。這個(gè)例子說(shuō)明，分解試驗(yàn)的結(jié)論必須明確實(shí)驗(yàn)的條件，用于不同目的的解釋。

自1968 年美籍奧地利人、理論生物學(xué)家L.Von.Bertalanffy發(fā)表專著：《一般系統(tǒng)理論：基礎(chǔ)、發(fā)展和應(yīng)用》(《General System Theory; Foundations, Development, Applications》）后，開始形成了一個(gè)新興的科學(xué)，把整體論和分解論結(jié)合了起來(lái)。

正如錢學(xué)森所說(shuō)：“我們所提倡的系統(tǒng)論，既不是整體論，也非還原論，而是整體論與還原論的辯證統(tǒng)一，是更高層次的東西，即我們的系統(tǒng)論既要包括整體論，也要包括還原論?！毕到y(tǒng)論的基礎(chǔ)是辯證法，把整體論和分解論割裂開是違背辯證法的，也就違背了系統(tǒng)論。不能認(rèn)為只有在宏觀層次上的研究才是整體論，實(shí)際上在物質(zhì)的基本粒子研究中同樣也需要整體論的思維，量子論就是最好的實(shí)例。不能認(rèn)為分解論是科學(xué)的而整體論只是憑經(jīng)驗(yàn)。什么是科學(xué)？科學(xué)的本質(zhì)是人類對(duì)客觀世界規(guī)律的認(rèn)識(shí)，是一種知識(shí)體系。經(jīng)驗(yàn)是經(jīng)歷和體驗(yàn)、驗(yàn)證的意思，無(wú)論是分解論還是整體論，經(jīng)驗(yàn)都是重要的。牛頓發(fā)現(xiàn)萬(wàn)有引力，絕不是因?yàn)樘O果掉到他頭上這一次經(jīng)歷。同樣，如果認(rèn)為整體論是萬(wàn)能的而分解論是脫離實(shí)際的、無(wú)用的，就會(huì)丟掉某些可能是很重要的信息。分解研究時(shí)，要有整體論觀念，整體研究時(shí)，要知其然又知其所以然。重要的是，研究的動(dòng)力是人們了解世界的欲望和解決實(shí)際問(wèn)題的需要，無(wú)論是分解論還是整體論研究，都不能從雜志縫里找題目，否則都會(huì)脫離實(shí)際。應(yīng)提倡的是，重視基礎(chǔ)性研究，按整體論觀念用以指導(dǎo)工程的研究和實(shí)踐。中鐵十八局的楊雄利，受T.C.Powers 關(guān)于“不能使硅酸鹽水泥完全水化”和R. W. Burrows 關(guān)于混凝土養(yǎng)護(hù)的觀點(diǎn)的啟發(fā)，對(duì)當(dāng)時(shí)生產(chǎn)管片的養(yǎng)護(hù)工藝產(chǎn)生懷疑，經(jīng)在生產(chǎn)實(shí)踐中大量的對(duì)比試驗(yàn)，取消了原來(lái)工藝中無(wú)效或可能不利的環(huán)節(jié)，養(yǎng)護(hù)工藝優(yōu)化后，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益[6]。山東高速青島公司的郭保林在青島海灣大橋工程中使用了透水模板襯里，并對(duì)使用和不使用該模板襯里的混凝土進(jìn)行模擬的對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果表明該模板襯里有既排水又蓄水、保水的功能，可基本消除毫米級(jí)的可見氣泡，且可提高混凝土表面密實(shí)度，顯著改善鋼筋的混凝土保護(hù)層早期表面質(zhì)量；使用不同來(lái)源的透水模板襯里的混凝土，與常規(guī)鋼模板的相比，齡期3 天時(shí)表面硬度提高率可達(dá)40%以上，隨齡期而下降，14天下降到30%以下，180 天一直到540 天，基本穩(wěn)定在6%～8%。這是由于透水模板襯里的作用使混凝土表面水膠比降低，并得到充足的水養(yǎng)護(hù)，富集在表面的細(xì)水泥顆粒水化迅速而充分，“早長(zhǎng)晚不長(zhǎng)”而使表面增強(qiáng)穩(wěn)定下來(lái)[7]。這種研究為嚴(yán)酷環(huán)境下重大混凝土結(jié)構(gòu)工程的施工提供了可靠的依據(jù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

（1）思維方法是哲學(xué)層次的方法，哲學(xué)是一門科學(xué)，是指導(dǎo)一切科學(xué)的科學(xué)，也是人們?cè)趯?shí)踐中認(rèn)識(shí)到的客觀規(guī)律，用不同的思維方法會(huì)得到不同的結(jié)果。當(dāng)前存在的傳統(tǒng)思維、從眾思維和機(jī)械思維等思維方法常會(huì)形成一種思維的定勢(shì)，阻礙人們正確的認(rèn)識(shí)和判斷。運(yùn)用辯證思維就可以較深刻地認(rèn)識(shí)而遵循客觀規(guī)律進(jìn)行分析和決策。

（2）應(yīng)當(dāng)將分解論和整體論兩種方法結(jié)合起來(lái)，而不是相互排斥，互相否定，當(dāng)然也不是簡(jiǎn)單地從形式上的合作。這種結(jié)合的實(shí)質(zhì)就是運(yùn)用辯證思維分析和處理，就像是中西醫(yī)結(jié)合一樣，并不是用西醫(yī)的手段診斷后再開出一些中成藥方去治療那樣簡(jiǎn)單的拼裝。對(duì)待混凝土這樣復(fù)雜的體系，其復(fù)雜程度可以與人體相比，一個(gè)高明的中醫(yī)一生中所開出的藥方不會(huì)都是一樣的，混凝土也不能一種強(qiáng)度等級(jí)用一個(gè)配合比?，F(xiàn)代“不確定性科學(xué)”理論應(yīng)當(dāng)也適用于混凝土。

（3）按整體論的觀念，不能脫離工程而孤立地看待混凝土材料，首先要按工程需要優(yōu)選和控制原材料，然后優(yōu)化配制出具有合格實(shí)驗(yàn)室指標(biāo)的混凝土拌和物，最后必須經(jīng)過(guò)正確的澆筑、振搗、收面、養(yǎng)護(hù)等工藝，才能完成整個(gè)混凝土工程。三個(gè)環(huán)節(jié)互相影響、互相聯(lián)系，每個(gè)環(huán)節(jié)都“好好做”，就能保證工程質(zhì)量。離開工藝過(guò)程的混凝土材料是沒(méi)有意義的。

[1]Goldman A，Bentur A. Bond Effects in High Strength Silica Fume Concrete, quoted by Bentur in paper titled The Role of the Interface in controlling the performance of High Quality Cement Composites. In Advances in Cement Manufacture and Use, eddied by Gartner E, published by Engineering Foundation, New York. 1989.

[2]Swee Liang Mark (Astralia) and Kazuyuki Torii(Japan),Strength Development of High strength Concretes with and without Silica Fume under the Influence of high Hydration Temperatures. Cement and Concrete Research, Vol.25, No 8 ,1995.

[3]R.K.Dhir, M.R.Jones, PFA Concrete: Influence of Simulated in Situ Curing on Elasto-Plastic load Response, Magazine of Concrete Research,1993,45,No.163.

[4]A.Neville, Properties of Concrete, 4th edition.

[5]R. W. Burrows，Visible and invisible cracking of concrete,ACI Farmington Hill, Michigan,1998.

[6]楊雄利，地鐵管片養(yǎng)護(hù)制度優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)研究[J].混凝土世界.2010（10）：58-61

[7]郭保林.模板襯里改善表層混凝土質(zhì)量的機(jī)理研究[J].建筑材料學(xué)報(bào).2011（4）：512-516