甘昌成

（1. 重慶建筑大學，重慶 400030；2. 廣東省鶴山市建力混凝土有限公司，廣東 鶴山 529700）

抗?jié)B混凝土是否必須用膨脹劑

甘昌成1,2

（1. 重慶建筑大學，重慶 400030；2. 廣東省鶴山市建力混凝土有限公司，廣東 鶴山 529700）

《商品混凝土》2015年 11 期 特別策劃話題“抗?jié)B混凝土是否必須用膨脹劑”，本文筆者根據(jù)多年工作經(jīng)驗對此話題展開討論提出了自己的觀點，供交流學習。

抗?jié)B混凝土；膨脹劑；研究；應用

長期以來，人們對混凝土的抗?jié)B機理并沒有完全搞清楚，認為混凝土的抗?jié)B性能降低，是因為水化產(chǎn)物很難將毛細孔完全填充密實。于是人們便利用防水劑（抗?jié)B劑）堵塞毛細孔，或利用膨脹劑的膨脹性能提高混凝土的密實度，借此提高混凝土的抗?jié)B性。這種認識以及采取的措施都帶有片面性，未能從本質(zhì)上把握混凝土的抗?jié)B規(guī)律，很多情況下，試驗時混凝土達到了設(shè)計要求的抗?jié)B等級，但是實際工程還是出現(xiàn)了嚴重的滲漏。

在我國，抗?jié)B混凝土還是特種混凝土，主要用于防水工程。為了提高抗?jié)B的可靠性，一些技術(shù)人員在設(shè)計抗?jié)B混凝土配合比時，常常添加膨脹劑；一些設(shè)計人員在進行工程設(shè)計時，也往往要求防水工程的抗?jié)B混凝土使用膨脹劑?？?jié)B混凝土是否必須用膨脹劑？

1 不用膨脹劑，工程中的抗?jié)B混凝土都達到了高抗?jié)B

根據(jù)國家規(guī)范，工程中使用的抗?jié)B混凝土，抗?jié)B等級一般為 P6、P8 級，較高的為 P10 級，最高為 P12 級。筆者參與建設(shè)的幾十個地下防水工程，沒有一個摻用膨脹劑，抗?jié)B等級全部達到 P30 級以上。

筆者 1997年開始參加工程實踐，1998年在混凝土抗裂技術(shù)方面取得重大進展，1999年發(fā)現(xiàn)了混凝土高抗?jié)B形成的規(guī)律，2000年 1月首次將高抗?jié)B混凝土應用于地下防水工程。該工程為城區(qū)一較大地下停車場，對混凝土要求為C30P8，設(shè)計沒有要求摻用膨脹劑。筆者采用Ⅱ級粉煤灰做摻合料，摻量 30%。該工程分成幾大塊，于不同日期施工。每次施工，混凝土均經(jīng)出廠抽樣和施工現(xiàn)場抽樣，抗?jié)B等級都達到 P30 級以上?；炷涟醇夹g(shù)交底施工，抹壓覆蓋完成后蓄水養(yǎng)護。工程完工后，未發(fā)現(xiàn)任何可見裂縫；使用過程中，也未發(fā)現(xiàn)滲漏現(xiàn)象。

從 2000年至 2011年退休，筆者參與的幾十個地下防水工程的施工，未使用任何特種材料，全部采用摻粉煤灰（或與礦粉雙摻）的摻合料混凝土。混凝土高性能化（坍落度120～180mm，不泌水或很少泌水），泵送施工。工程設(shè)計要求的抗?jié)B等級一般為 P6、P8 級，抽樣檢測的抗?jié)B等級全都達到 P30 級以上。這些工程的施工，都有明確的技術(shù)交底。凡按技術(shù)交底或基本能按技術(shù)交底施工的工程，都沒有出現(xiàn)開裂和滲漏。

從混凝土高抗?jié)B形成規(guī)律的發(fā)現(xiàn)，到高抗?jié)B混凝土在工程中的成功應用，筆者仔細研究了混凝土的抗?jié)B構(gòu)成機理，并對抗?jié)B構(gòu)成機理作出了新的解釋：混凝土要實現(xiàn)高抗?jié)B，其充水空間要足夠小，要有足夠填充充水空間的水化產(chǎn)物，以及混凝土密實成型以后，其拌合水不可以損失。這就是高抗?jié)B必須滿足的三個基本條件。只要同時滿足這三個基本條件，水化產(chǎn)物就可以將充水空間完全填充密實。這樣的混凝土沒有連通缺陷，或極少連通缺陷，因而能夠?qū)崿F(xiàn)高抗?jié)B性能。

2 不用膨脹劑，密實混凝土都可以實現(xiàn)高抗?jié)B性能

根據(jù)高抗?jié)B的三個基本條件，筆者分析，高抗?jié)B應是密實混凝土的基本特性，所有密實混凝土都可以實現(xiàn)高抗?jié)B，都應該實現(xiàn)高抗?jié)B。以往混凝土的抗?jié)B性能較差，或抗?jié)B性能降低（不穩(wěn)定），是因為配合比或施工養(yǎng)護工藝不夠合理的緣故。

為了驗證筆者的推斷，筆者分批次對普通混凝土、泵送混凝土、摻粉煤灰混凝土、大摻量摻合料混凝土、剪力墻混凝土、路面混凝土、膨脹混凝土等 10 多種密實混凝土，應用高抗?jié)B的三個基本條件，先后做了抗?jié)B試驗。除膨脹混凝土外，其他的混凝土都沒有摻用膨脹劑，也不摻用其他有助抗?jié)B性能提高的特種材料，只使用常規(guī)材料。結(jié)果與預期完全一致，所有密實混凝土的抗?jié)B等級都達到了 P30 級以上的高抗?jié)B，而且不需要 28d，只要 3d～7d。第一次試驗結(jié)果的數(shù)據(jù)載于《混凝土高抗?jié)B防裂》一文中。

高抗?jié)B的形成規(guī)律是在抗裂實踐中發(fā)現(xiàn)的。筆者在施工中發(fā)現(xiàn)，混凝土密實成型以后，如果不失水，表現(xiàn)了很強的抗裂能力；失水則會造成開裂，失水越多，開裂越嚴重。試驗中發(fā)現(xiàn)，混凝土不失水，可以達到很高的抗?jié)B等級；失水則會造成抗?jié)B性能降低，嚴重失水會使混凝土完全喪失抗?jié)B能力。由此筆者論證了混凝土的抗裂與抗?jié)B是不可分割的，它們之間存在著密切的內(nèi)在聯(lián)系?；炷烈懒丫捅仨毧?jié)B，不抗?jié)B則難以防裂，高抗?jié)B防裂的理念就是這樣產(chǎn)生的。筆者通過理論分析和試驗論證，證實了密實混凝土都可以實現(xiàn)高抗?jié)B，為實際工程全面實現(xiàn)高抗?jié)B，利用高抗?jié)B進行防裂提供了先決條件。

不用膨脹劑，只用常規(guī)材料，密實混凝土都可以實現(xiàn)高抗?jié)B，這已經(jīng)是不爭的事實。這樣，抗?jié)B混凝土就失去了“抗?jié)B”的特種意義，而成為通用混凝土了。

高抗?jié)B的三個基本條件表明，混凝土要實現(xiàn)高抗?jié)B，絕不僅僅是材料和配合比的問題，涉及施工養(yǎng)護工藝的合理性。因此，在實際工程中要提高混凝土的抗?jié)B抗裂能力，首先考慮的不是使用何種特種材料，而是必須強調(diào)合理的配合比和合理的施工養(yǎng)護工藝。

3 設(shè)計要求使用膨脹劑的幾個工程案例

在施工現(xiàn)場，曾有施工人員問及筆者，專業(yè)刊物上報道了不少膨脹混凝土開裂的工程案例，對此怎么看，混凝土生產(chǎn)中又是如何操作的。筆者回答說，膨脹劑市場一度比較混亂，膨脹混凝土的開裂，不排除劣質(zhì)膨脹劑造成的后果，但更多的應是施工工藝不夠合理造成的。對于膨脹劑，因試驗比較復雜，且有一定風險性，不是很主張使用，但也不懼怕使用，只要有合理的工藝措施，就可以達到廠家所說的效果。下舉幾例：

（1）2000年 5月，筆者所在的混凝土公司承擔了一港外合資企業(yè)車間耐磨地面混凝土的供貨任務。車間地面較大，由廣州某設(shè)計院設(shè)計，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土要求為 C30P8，金剛砂鋪設(shè)混凝土表面。為了提高地面的防裂能力，設(shè)計要求使用膨脹劑，并指定省外某廠產(chǎn)品。施工單位傳達這一要求還是比較早的，有足夠時間做試驗。根據(jù)提供的地址，筆者取回了樣品。但筆者還是有顧慮。參加工程實踐之前，筆者從事建材科研、實驗教學和建材質(zhì)檢工作。1992年，筆者兼職的質(zhì)檢站參與了一起由膨脹劑質(zhì)量問題引發(fā)的工程質(zhì)量事故處理，筆者對此印象深刻。重慶某水廠的蓄水池，由設(shè)計單位指定使用省外某廠生產(chǎn)的膨脹劑，結(jié)果發(fā)生了較嚴重的大面積開裂，混凝土強度倒縮?，F(xiàn)在雖然樣品做了試驗，萬一生產(chǎn)用的膨脹劑，其品質(zhì)與樣品不一致怎么辦？因為生產(chǎn)用的膨脹劑，沒有足夠時間做同樣的試驗。為了減小混凝土公司可能承擔的風險，也為了工程質(zhì)量更可靠，筆者建議不用膨脹劑，而采用摻粉煤灰的高抗?jié)B混凝土。設(shè)計人員認為摻粉煤灰的混凝土質(zhì)量不好，對此規(guī)范是有限制的。筆者解釋了以往有些粉煤灰混凝土質(zhì)量不好的原因，是因為使用不當造成的，如果使用得當，粉煤灰混凝土的質(zhì)量比純水泥混凝土更好、耐久性更高，并舉了很多工程案例?；炷翐接梅勖夯以趪鴥?nèi)外越來越廣泛，是混凝土技術(shù)發(fā)展的大方向。筆者還將試驗室試配的摻抗?jié)B劑樣品的膨脹混凝土和摻粉煤灰的高抗?jié)B混凝土的配合比和試驗數(shù)據(jù)提供給設(shè)計人員和施工方，以供選擇，兩者的膨脹值（收縮值）并沒有太大的差別（遺憾的是，因為時間較長，本文寫的也比較倉促，還未能找到該數(shù)據(jù)），但成本卻低得多。筆者至今還是很感謝這位設(shè)計人員，他從不以勢壓人，能夠平心靜氣與筆者探討交流這些技術(shù)問題。經(jīng)過幾番相互尊重的“論戰(zhàn)”，最終設(shè)計人員同意不用膨脹劑，甲方和施工單位也愿意選用摻粉煤灰的高抗?jié)B混凝土。工程施工后，筆者一直在施工現(xiàn)場，與施工人員一起控制施工養(yǎng)護的操作過程?；炷帘砻嫒鰟蚪饎偵?，由耐磨地面專業(yè)施工隊伍采用雙盤抹光機抹壓后，立即覆蓋濕麻袋并澆水保濕養(yǎng)護。全部抹壓完成后蓄水養(yǎng)護 7 天。養(yǎng)護結(jié)束，觀察混凝土表面，未發(fā)現(xiàn)任何可見裂縫，混凝土呈鐵藍色，十分美觀，結(jié)構(gòu)致密，強度高，質(zhì)量好。經(jīng)抽樣檢測，混凝土的抗?jié)B等級全部達到 P30級以上。甲方和施工單位對質(zhì)量都很滿意。

（2）2004年 10月，某港資企業(yè)五層廠房屋面施工。這是一個大面積屋面，供應混凝土 1300m3，等級 C25。供貨前三天，施工單位才通知，設(shè)計要求為膨脹混凝土。因為筆者所在公司很少生產(chǎn)膨脹混凝土，沒有專門儲罐儲存膨脹劑，因此沒有備料。此時進貨，生產(chǎn)前的試驗已經(jīng)來不及，工期不允許延后。工地召開了有甲方、設(shè)計單位、施工單位、監(jiān)理、質(zhì)檢和混凝土公司參加的現(xiàn)場會，商量解決辦法。工程由江門某設(shè)計單位設(shè)計。設(shè)計人員最初堅持要用膨脹劑，目的是大面積屋面防裂，膨脹劑的國家規(guī)范注明適宜屋面施工。筆者提出了不同的看法，認為混凝土防裂，主要靠施工養(yǎng)護工藝的合理性，工藝不合理，摻了膨脹劑一樣開裂，國內(nèi)摻了膨脹劑的屋面，開裂的案例不少，為此爭議也不少。建議采用高抗?jié)B的摻粉煤灰混凝土，從已竣工的工程來看，較大面積的屋面，我們不乏成功的案例，凡能按技術(shù)交底施工的，都沒有開裂，成功率很高。并且，現(xiàn)在待施工的這個屋面，屋面以下的樓層，也都是大面積，也沒有使用膨脹劑，也都沒有開裂。施工單位表示，抹壓機具和覆蓋養(yǎng)護的麻袋、土工布等都是準備好了的。最后，會議一致同意改用高抗?jié)B混凝土，設(shè)計人員對圖紙進行了修改。1300m3混凝土是連續(xù)生產(chǎn)的，先后抽樣兩組抗?jié)B試件，抗?jié)B等級都達到P30 級以上。屋面泵送施工，歷經(jīng)一天一夜，采用邊抹壓邊覆蓋邊澆水保濕，防止混凝土失水的完美濕養(yǎng)護方法。施工完成后，沒有蓄水，整個屋面全覆蓋，因此需要較多的覆蓋材料。覆蓋養(yǎng)護7天，筆者要求飽水養(yǎng)護，即屋面較低處應有積水，較高處的覆蓋物腳踩有水流淌。養(yǎng)護期間檢查，養(yǎng)護基本上算是充分。養(yǎng)護后觀察，偌大一個屋面，沒有發(fā)現(xiàn)可見裂縫。

（3）2004年，某港資電子企業(yè)廠房，A、B、C三棟，各三層。屋面施工先澆注 A 棟。與上述案例二相似，在混凝土澆注的前一天，施工單位才突然通知，按施工圖紙要求，三個屋面都采用膨脹混凝土。由于沒有備料和試驗，有關(guān)各方緊急磋商，找應對措施。有人提出修改圖紙，不用膨脹劑。施工單位征求甲方意見時，這位香港老板倒是很有“主見”，堅決不同意，說設(shè)計圖紙不能改。他又不允許 28d 的試驗時間，最多只能給 7 天。為了不至于會議開不下去，筆者答應了 7 天的試驗期?；貋碓诠镜墓こ藤|(zhì)量分析會議上，筆者提出立即進貨并試驗?？梢圆焕頃蛎泟┑呐蛎浿担饕囼灀脚蛎泟┖?，混凝土硬化是否正常，強度會不會倒縮，配合比可否實現(xiàn)高抗?jié)B。筆者指出，利用的是高抗?jié)B防裂的原理，而不是膨脹抗裂。試驗檢測了混凝土 1d、3d、5d、7d 的強度值（也預留了 28d、90d 強度試件）以及3d 的抗?jié)B值。結(jié)果表明，混凝土硬化正常，1～7d 強度增長，沒有倒縮，3d 抗?jié)B等級＞P30 級。筆者同意澆注混凝土，但強調(diào)了施工工藝，必須按技術(shù)交底操作。施工前一天，施工單位一位副總親自送來施工文件，鄭重其事要求筆者簽字。筆者簽字時，在文件中再次要求按技術(shù)交底操作?；炷翝沧⑹┕r，筆者始終堅持在現(xiàn)場，配合施工人員，指導民工操作。邊抹壓邊覆蓋邊澆水保濕。屋面呈龜背形，抹壓完一片后，用紅磚和水泥砌筑砂漿圍起來，蓄水養(yǎng)護。屋面施工完成后，整個屋面成梯田式水養(yǎng)護。7d 之后，拆除養(yǎng)護設(shè)施，香港老板也親自上屋面觀察，沒有發(fā)現(xiàn)任何可見裂縫。

B 棟屋面的施工與 A 棟時間相隔約一個月，期間有大批民工從珠三角流向長三角。B 棟的施工在下午和晚上。半夜時分，已有過半的屋面面積抹壓完畢，尚未有人覆蓋和澆水。筆者找到施工員，施工員很無奈地說，人手不夠呀，工頭手下已不足一半人了，并答應天亮之前一定覆蓋澆水。整個屋面施工在拂曉完成。上午十一點，筆者再次到現(xiàn)場，發(fā)現(xiàn)只有四位“老弱”民工在慢條斯理運送、鋪設(shè)麻袋和淋水。只有一條軟水管，水流很小，偌大一個屋面，仿佛杯水車薪。還有一半多的屋面沒有覆蓋淋水，暴露在強烈的太陽光下。經(jīng)觀察，屋面已多處出現(xiàn)裂縫，其中拂曉前澆注的最后部分，裂縫猶大。

C 棟屋面的施工又得到重視，雖沒有蓄水，但抹壓后覆蓋澆水比較及時，也沒有開裂。

4 關(guān)于膨脹劑和防水劑抗?jié)B抗裂作用的討論

以往人們利用膨脹劑提高混凝土的抗裂性，利用防水劑提高混凝土的抗?jié)B性，抗裂與抗?jié)B是被分割了的。關(guān)于膨脹劑和防水劑對混凝土的抗裂抗?jié)B作用，筆者曾在有關(guān)的文獻資料中看到這樣一種觀點：抗?jié)B劑只能提高混凝土的抗?jié)B性，不能提高抗裂性，而混凝土一旦開裂，也就失去整體防水功能；膨脹劑不但能提高混凝土的抗裂性，也能提高混凝土的抗?jié)B性。因此，這種觀點的結(jié)論是，抗裂是抗?jié)B的前提，抗裂比抗?jié)B更重要。

筆者看到這種觀點時，已經(jīng)在工程實踐中產(chǎn)生了高抗?jié)B防裂的理念。高抗?jié)B防裂認為，抗裂與抗?jié)B是不可分割的，混凝土的收縮開裂是由抗?jié)B性能降低引發(fā)的，混凝土要防裂就必須抗?jié)B，不抗?jié)B則難以防裂。因此，抗?jié)B才是抗裂的前提，抗?jié)B實際上比抗裂更重要。

顯然，兩種觀點是相悖的。

筆者認為，混凝土的充水空間是可以完全填充密實的，只有將充水空間完全填充密實，才能提高混凝土的抗?jié)B抗裂性。以往認為很難避免毛細孔的形成，混凝土存在連通的毛細孔隙缺陷是正常的。產(chǎn)生這些認識的原因，是因為人們尚未認識混凝土密實成型以后，其拌合水是不可以損失的。高抗?jié)B的形成規(guī)律表明，拌合水不損失，混凝土中就不存在失水通道，水化產(chǎn)物就可以將充水空間完全填充密實。只有不失水，混凝土才能實現(xiàn)高抗?jié)B。實現(xiàn)了高抗?jié)B的混凝土，沒有連通的毛細孔隙缺陷，或極少連通缺陷，最大限度地消除了收縮內(nèi)應力產(chǎn)生的條件，內(nèi)應力被減到最??；另一方面，實現(xiàn)了高抗?jié)B的混凝土，強度得到最大保證，抵抗能力得到增強。以得到最大保證的強度去抵抗被減到最小的內(nèi)應力，混凝土的抗裂能力因此得到大幅度的提高。

由此可見，混凝土的抗?jié)B抗裂能力能否得到增強，與混凝土密實成型以后，拌合水是否損失有關(guān)。

膨脹劑可以看作是與水泥相似的一種無機膠凝材料。它與水泥的主要區(qū)別是，它的水化產(chǎn)物主要為鈣礬石。鈣礬石是一種能夠在早期快速生成的水化產(chǎn)物，一般早強劑的水化產(chǎn)物即鈣礬石。鈣礬石有一定的膨脹性能，過度的膨脹會破壞混凝土已形成的結(jié)構(gòu)，使強度降低（即強度倒縮），因此膨脹劑一般不單獨作膠凝材料，作添加劑其摻量也有嚴格限制。從它與水泥的相似性可知，它一般不具備阻止拌合水損失的功能。如果不能有效阻止拌合水的損失，和水泥一樣，就不能防止連通的毛細孔的生成，混凝土的抗?jié)B性能會因此降低，此時膨脹劑也就很難發(fā)揮抗裂作用。

不過，摻膨脹劑的混凝土與純水泥混凝土和大摻量摻合料混凝土相比，在失水不是很嚴重的一般氣候環(huán)境下，如果它們同時處于長時間不養(yǎng)護的狀態(tài)，膨脹混凝土由于膨脹劑的作用，早期水化產(chǎn)物生長發(fā)育較快，較早地、相對完整地封堵了毛細孔，使拌合水損失較少；而純水泥混凝土封堵較慢，失水較多；大摻量摻合料混凝土水化更慢，失水更多。在這種情況下，必然是大摻量摻合料混凝土開裂最嚴重，純水泥混凝土次之，膨脹混凝土不開裂，或開裂最輕。有了對比，開裂的責任自然歸咎于粉煤灰等摻合料，抗裂的功臣自然是膨脹劑了。

但是，在不利的氣候環(huán)境下，如果不養(yǎng)護或養(yǎng)護不周，混凝土密實成型以后失水較快，鈣礬石也還來不及生成即大量失水，這時候膨脹混凝土內(nèi)部也由于豐富的失水通道構(gòu)成大量連通的毛細孔隙缺陷，抗?jié)B性能急劇降低，甚至完全喪失抗?jié)B能力（這已為筆者的試驗所證實），這時的混凝土內(nèi)部積蓄著很高的應力，體系變得很不穩(wěn)定。膨脹混凝土走到這一步，想不開裂也很難了。

相反，有些防水劑，如果它屬于一種不揮發(fā)、不蒸發(fā)，也不溶于水的材料，混凝土密實成型后，占據(jù)著充水空間一定的位置，也不移動。這時的防水劑則起到阻止內(nèi)部的拌合水向外遷移的作用，其結(jié)果是減少了拌合水的損失，抗?jié)B能力得到提高。根據(jù)高抗?jié)B防裂的原理，這樣的防水劑可能比膨脹劑更具抗裂作用。

這只是一種分析推斷，并沒有試驗結(jié)果證實。筆者在職時很想找到兩個相近的工程，分別摻用這兩種特種材料，選擇一個不利的氣候環(huán)境，不作養(yǎng)護，對比兩種混凝土的抗裂能力，評判兩種添加劑的抗裂作用。但不作養(yǎng)護的試驗，誰愿意承擔工程風險呢？出了問題誰負責呢？因此筆者想做的試驗一直未能如愿。

李高明的家鄉(xiāng)瓦納村以哈尼族為主，村子閉塞，來往縣城的道路崎嶇而危險，坐個摩托車都得小心翼翼，害怕掉下去。僅進過幾次城的李高明只會說哈尼語，剛到工地時，和老板的溝通都得靠著同為哈尼族的“代辦”朋友。“語言障礙非常大，會聽30%?！被静粫v。想回家啊，可語言不通，道路不識，走能走到哪里去？

后來，在 2005年第 4 期《混凝土》雜志上，筆者看到了董士文《自防水混凝土外加劑使用限制條件的探討》一文。文中報道了同一個工程，分別使用膨脹劑和防水劑來配制自防水混凝土，呈現(xiàn)出不同的抗裂效果。青島某污水處理廠，1996年 7月，先期施工的兩個二沉池，采用摻膨脹劑的商品混凝土，池壁均出現(xiàn)垂直裂縫。而由同一個施工隊同時施工、采用相同養(yǎng)護方式的摻防水劑的現(xiàn)場攪拌混凝土澆筑的兩個污泥濃縮池，卻沒有開裂。在隨后進行的一個二沉池施工中，仍采用膨脹劑，但將配筋加密，希望通過加密鋼筋提高對開裂的抑制作用。拆模后發(fā)現(xiàn)，開裂與先前完全相同。10月，又用膨脹劑施工一個初沉池，這次不但加密鋼筋，膨脹劑的摻量也由 12% 加大至 15%，但混凝土仍然開裂。隨后進入冬季施工，12月 20日和 26日，換用防水劑對最后一個二沉池和最后一個初沉池進行施工。1997年 1月 20日拆模，兩個池壁質(zhì)量很好，沒有出現(xiàn)裂縫。這兩個池壁還先后經(jīng)歷了 12月 28日和 1月 23日兩次寒流的襲擊，氣溫驟降至 -12℃ 和 -15℃，兩池壁仍完好如初，表現(xiàn)了較強的抗裂能力。

專職抗裂者，未能防裂；專職抗?jié)B者，抗裂作用斐然。這一現(xiàn)象，可否用上述觀點加以解釋呢？

5 關(guān)于混凝土的抗?jié)B性和耐久性的討論

美國的 Burrows 長期涉足混凝土的耐久性問題，經(jīng)過幾十年的研究和觀察，總結(jié)出“以往的混凝土因崩潰而劣化，現(xiàn)在則因開裂而劣化”。循著這一思路，筆者把混凝土的抗?jié)B性能降低和開裂，看作是耐久性降低的兩種基本類型（《論商品混凝土的濕養(yǎng)護》）。

隨著研究的深入，以及工程實踐經(jīng)驗的積累，筆者進一步深化了認識，認為不管混凝土開不開裂，耐久性降低的根源都在于混凝土抗?jié)B性能的降低，開裂只是增加了混凝土的被腐蝕面，加速了混凝土的劣化（《混凝土抗裂與抗?jié)B的辯證關(guān)系》、《控制混凝土早期裂縫需要轉(zhuǎn)變防裂觀念》）。

混凝土的收縮開裂是由于拌合水損失造成的。從混凝土的開裂過程來看，混凝土失水后，總是先由失水通道形成連通的毛細孔隙缺陷，然后才生成裂縫。因此，裂縫的周圍總存在著大量連通的毛細孔隙缺陷，使這些部位的混凝土更容易被腐蝕。環(huán)境有害介質(zhì)在混凝土的新老界面，沿著裂縫周邊的這些毛細孔通道進入混凝土內(nèi)部，腐蝕破壞混凝土。故混凝土開裂，其耐久性降低的原因，并非開裂才引起劣化，其根源還是連通的毛細孔隙缺陷，還是混凝土抗?jié)B性能的降低。近年有媒體報道，很容易產(chǎn)生早期裂縫的泵送混凝土，平均壽命只有 30年左右。

黃士元教授在調(diào)查泵送混凝土發(fā)生大面積開裂、普遍性開裂時說，這是過去土木建筑工程師長期施工中很少見的事故。這表明以往現(xiàn)場攪拌的普通混凝土，抗裂能力較強。筆者分析了這兩種混凝土不同的開裂機理（《混凝土收縮裂縫的控制——混凝土硬化技術(shù)》）。然而，有資料表明，以往現(xiàn)場攪拌的普通混凝土，平均壽命只有 40年左右。有專家學者指出，混凝土的正常壽命應在 100年以上?；炷敛婚_裂或很少開裂，其平均壽命為什么也只有 40年呢？筆者分析認為，這是混凝土的抗?jié)B性能差造成的。以往現(xiàn)場攪拌的普通混凝土，配合比和施工養(yǎng)護工藝可能都不夠合理，故抗?jié)B性能普遍較差。人們還不了解施工養(yǎng)護工藝對混凝土的抗?jié)B抗裂性能影響如此之大（如果混凝土的配合比是合理的，施工養(yǎng)護工藝對混凝土的抗?jié)B抗裂性能就起著決定性的作用），于是想方設(shè)法從材料性能上、從配合比上（包括添加特種材料）提高混凝土的抗?jié)B性。這樣，抗?jié)B混凝土就成了特種混凝土，用于防水工程，而一般工程只要求抗裂，不要求抗?jié)B。由于混凝土的抗?jié)B性能普遍較差，環(huán)境有害介質(zhì)容易侵入混凝土，故混凝土的耐久性差，建筑物的壽命短。

混凝土的抗?jié)B性與耐久性關(guān)系如此密切，決定著建筑物的使用壽命?；炷恋哪途眯詥栴}甚至可能會影響國家經(jīng)濟、世界經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，因而引起世界性的廣泛關(guān)注。要解決混凝土的耐久性問題，就必須解決混凝土的抗?jié)B抗裂問題。以往由于技術(shù)條件的限制，抗裂與抗?jié)B被分割成兩個不相關(guān)的性能，各自被復雜化了。它們其實是一體，抗裂就是抗?jié)B，抗?jié)B就是抗裂。只要配合比和施工養(yǎng)護工藝都合理，兩個復雜的問題一下子都解決了，問題也簡單化了。由于抗?jié)B抗裂能力的提高，混凝土的耐久性也得到提高。筆者認為，只要在實際工程中全面實現(xiàn)混凝土的高抗?jié)B性能，一般環(huán)境下，建筑物的使用壽命普遍達到 100年以上，是沒有問題的。

因此，當前擺在我們面前最重要的任務，是通過合理的配合比和合理的工藝措施，在實際工程中全面實現(xiàn)混凝土的高抗?jié)B，利用高抗?jié)B進行防裂，以提高混凝土的耐久性，提高建筑物的使用壽命。如果今后混凝土的平均壽命也還只是30年、40年，我們這一代的建筑人將會有辱于時代賦予我們的歷史使命。國家規(guī)范應當為提高實際工程混凝土的抗?jié)B透能力提供配合比和施工工藝的強制性保證，促進混凝土施工技術(shù)的進步，推動全國建筑質(zhì)量的提高。

6 膨脹混凝土的耐久性問題值得深入研究

筆者之所以認為膨脹混凝土的耐久性問題值得深入研究，是因為業(yè)界一些專家、學者在研究混凝土或膨脹混凝土時，提出了一些值得思考的問題。

廉慧珍教授指出，日本的研究，盡管膨脹混凝土的早期自由膨脹和此后的自由收縮疊加后殘存的應變是正的（即干縮后仍存在剩余膨脹率——筆者注），也還是產(chǎn)生了裂縫；同時指出，如果膨脹結(jié)束后的收縮量與不摻膨脹劑時的相同，開裂仍然會發(fā)生。

閻培渝教授指出，膨脹混凝土可能存在“二次鈣礬石”或“延遲生成鈣礬石”的問題?；炷劣不A段在特定條件下膨脹劑可能反應不完全，硬化后條件具備時會繼續(xù)反應，生成二次鈣礬石或延遲生成鈣礬石，對混凝土結(jié)構(gòu)不利。對于超厚的大體積結(jié)構(gòu)，閻教授建議優(yōu)先選用大摻量粉煤灰混凝土，而不是摻加膨脹劑的補償收縮混凝土。

王鐵夢教授指出，摻膨脹劑后期在不利環(huán)境下，其微觀結(jié)構(gòu)的附著水、層間水、結(jié)晶水會依次脫出，造成混凝土后期的收縮開裂。

袁潤章教授主編的高等學校教材《膠凝材料學》上，有這樣一個表，引用了鮑威爾斯（Powers）的研究成果，詳見表 1 。

表1 水泥水化物中不可蒸發(fā)的水分子數(shù)(原著 1980年版，表 4-35）

表 1 中，水泥熟料礦物 C3S、C2S 的水化產(chǎn)物3CaO·2SiO2·3H2O（即 C-S-H 凝膠）與 Ca(OH)2（氫氧鈣石）為硅酸鹽水泥的主要水化產(chǎn)物，含水量較低，可蒸發(fā)的水分子數(shù)更低。其他水化產(chǎn)物由 C3A、C4AF 生成，含水量較高。其中 3CaO·Ai2O3·3CaSO4·31H2O 即鈣礬石，由 C3A 在飽和石膏溶液中水化生成。我們知道，鈣礬石在硅酸鹽水泥的水化產(chǎn)物中，量不多，影響較小，但在膨脹劑中，它是主要水化產(chǎn)物。31 個結(jié)晶水，其中 22 個結(jié)晶水容易蒸發(fā)脫出。結(jié)晶水損失比吸附水損失會造成混凝土更大的收縮，故膨脹混凝土后期的收縮可能會比普通混凝土的收縮大。如果損失的結(jié)晶水被排出混凝土體外，那么必然存在失水通道，這些失水通道也會成為環(huán)境有害介質(zhì)入侵混凝土的通道，對耐久性不利。

董士文高工總結(jié)了青島地區(qū)十幾年來使用的鈣礬石類膨脹劑所做的自防水混凝土工程出現(xiàn)的嚴重滲漏情況之后，指出自防水混凝土應優(yōu)先考慮使用防水劑而不是膨脹劑，膨脹劑產(chǎn)生的結(jié)晶體是相對不穩(wěn)定的，用其防水的風險是很大的，尤其是在混凝土的耐久性方面。

［通訊地址］廣東省鶴山市（529700）

甘昌成，男，高級工程師，已退休。原工作單位：重慶建筑大學，廣東省鶴山市建力混凝土有限公司。