1.引言
随着现代混凝土技术的发展，高强混凝土目前在工程中已经得到了广泛的应用，但是值得注意的是，高强混凝土在工程中的广泛应用还存在着不足之处，那就是裂缝问题。据调查，近年来国内外许多大型工程正是因为使用了商品高强混凝土而普遍存在着严重的裂缝问题。这些裂缝的存在，不但影响建筑物的外观、使用功能，还会对结构安全性和耐久性构成威胁。因此，如何减少混凝土裂缝，提高高强混凝土的抗裂性和耐久性便成了混凝土工程技术中的一项亟待解决的课题。
据统计，混凝土结构开裂有80%是因变形引起的，而混凝土的体积变形主要表现为收缩。混凝土的收缩现象早在60 多年前就由Davis 和Lyman 提出，同时发现混凝土自生能够收缩，质量和温度没有任何变化。从20 世纪90 年代开始，随着高强高性能混凝土的广泛应用，混凝土的收缩现象越来越引起人们的关注。在工程实践中，发现高强混凝土、自密实混凝土和大体积混凝土的收缩现象是非常显著的，比如混凝土在恒温水养的条件下仍然开裂，密封的高强混凝土的抗折强度随着养护龄期的增加而降低等。对于普通混凝土来说，收缩通常发生在脱模前、而大部分发生在脱模后的混凝土内部，因而过去人们对早期收缩的研究很少。与普通混凝土不同，高强混凝土的收缩大部分发生在早期，使混凝土在一开始便出现大量微裂纹；研究表明，当普通混凝土中掺入超细矿物掺合料时，较高温度下的早期收缩应变发展很快，而后期的收缩应变要低于低温下的收缩值。因此对于具有低水胶比、高胶凝材料量或者磨细矿渣置换率较高的混凝土，考虑它们的早期收缩是非常重要的。所以，近来以低水胶比为特征的高强混凝土的收缩现象受到人们的广泛研究。
从目前混凝土收缩的研究现状来看，人们把研究的重点放在了混凝土收缩的作用机理、影响因素和改善收缩的方法上，而高强混凝土早期收缩的测试方法还没有统一的标准。本文在对比和分析国内外收缩测量方法的基础上，对早期收缩的试验方法、试验装置、适用性等方面做了较详细的分析和评价。对促进相关标准的制定，以及为结构早期裂缝控制和耐久性研究提供参考。
2 早期收缩测试的重要性
混凝土的早期收缩包括塑性收缩、早期干缩、早期化学减缩、早期自生收缩。所谓自生收缩，就是混凝土并非由于外部环境相对湿度的影响引起材料的干燥脱水，而是由于混凝土内部结构中的微细孔内自由水量的不足，使水泥石内部供水不足，相对湿度自发的减少而引起的自干燥，并导致了混凝土的收缩变形。因此，此类收缩在作用机理方面不同于干燥收缩和化学减缩。自生收缩与干燥一样，都是由于水的迁移而引起。但它不是由于水向外蒸发散失，而是因为水泥水化时消耗水分造成凝胶孔的液面下降，形成弯月面，产生所谓的自干燥作用，混凝土体的相对湿度降低，体积减小。水灰比的变化对干燥收缩和自生收缩的影响正相反，即当混凝土的水灰比降低时干燥收缩减小，而自生收缩增大。如当水灰比大于0.5 时，其自干燥作用的收缩与干缩相比小得可以忽略不计；但是当水灰比小于0.35 时，体内相对湿度会很快降低到80%以下，自生收缩与干缩则接近各占一半。化学减缩是造成收缩的主要原因，但与自生收缩之间没有直接关系。化学减缩是在有足够水供应的情况下观察到的，而自生收缩是在没有足够水供应的情况下宏观体积的变化。因此自生收缩是远远小于化学减缩的。自生收缩在混凝土体内均匀发生，并且混凝土并未失重。此外，低水灰比混凝土的收缩集中发生于混凝土拌合后的早龄期，因为在这以后，由于体内的自干燥作用，相对湿度降低，水化速度变慢。换句话说，在模板拆除之前，高强混凝土的收缩大部分已经产生，甚至已经完成，而不像普通混凝土，许多构件的收缩都发生在拆模以后。
目前，关于混凝土收缩的测量各国还没有统一的标准，不同学者根据实际情况选择不同的测量方法。其中大多数研究者是在混凝土终凝时或成型后1d 龄期时开始测量。Tazawa 和Myiazawa 认为，在水胶比特别小时，混凝土的早期收缩可能比随后测得的收缩更为重要。Serge Lepage 等人的试验结果为水灰比0.30，水泥用量450 ㎏/m3 时混凝土在成型后24h 内的收缩占28d 龄期时收缩总量的63%左右。如果它按常规试验方法，还测不到真实收缩量的1/2。目前已有学者开始重视高强混凝土早期收缩的研究，从而也发展出一些测量早期收缩的方法，但这些方法各有利弊，还需要进一步改进。因此，研究新的试验方法以测量真实的收缩值是十分必要的。测试方法不仅要保证试件处于恒温绝湿的条件，同时要保证试件的收缩不受外部因素而限制。
3 早期收缩试验与量测方法评价
混凝土收缩一般采用线形试件测量整个长度内的平均变形值，国标GBJ82-85 规定了普通混凝土干燥收缩的标准方法：100 ㎜×100 ㎜×515 ㎜的棱柱体试件，端部预埋不锈钢测头，试件成型1d 后拆模，标准养护3d 后置于20℃、相对湿度RH60%的干燥环境中，并以其作为测量的起点，用千分表测量试件两测头间长度随龄期的变化。该方法对普通混凝土是适合的，因为普通混凝土的干缩占总收缩的绝大部分，用干燥收缩代替总收缩不会引起较大的误差。但对低水胶比的高强混凝土，该方法并不适用。高强混凝土早期水化剧烈，相对于稍后的干燥收缩，超早期的收缩显得更为重要，国标GBJ82-85的方法 显然忽略了大部分的早期收缩。为解决这个矛盾，必须从更早的龄期，甚至在混凝土终凝后尚未拆模时就开始测量，既要能精确地观测到早期的收缩，又不能对混凝土产生扰动而限制其收缩，同时要消除混凝土早期沉实、试件和模板间的摩擦等对测量结果的影响。
目前，高强混凝土早期收缩的测量方法可归纳为：
①传感器法：线性可变示差传感器（LVDT）、电感应式传感器、振动电圈仪、埋入式应
变片等；
②光学测量法：激光测量仪、光学显微测量仪；
③千分表法：两端预埋或侧面粘贴收缩测头测量：
④体积法：测量体积变化。
其中，传感器法是在混凝土浇注成型时埋入不同传感器，混凝土收缩时就会对传感器产生挤压作用，使通过传感器输出的电磁效应产生变化，从而通过连续测量传感器输出的电信号来换算出混凝土产生的收缩值。传感器测量精度高，认为误差小，通常能连续自动记录。但这种方法一般不适用于早期处于塑性阶段的混凝土，而且价格昂贵。
光学测量法是利用两个光点之间距离变化进行测量，是一种非接触式测量方法。千分表法测量收缩具有操作简单、投资少等优点，但误差较大。体积法是利用阿基米德定律，测量混凝土（或水泥砂浆）的水中质量随时间的变化，从而得到浮力变化情况，即混凝土自生体积变化情况。用体积法测量时，注意将混凝土的胶套内空气排净，否则影响测量结果。
从LVDT 传感器的设置方式来看，有嵌入式、悬挂式、内置式、表面传感器、非接触式。
①嵌入式：在棱柱体模具中放置两根竖向金属杆，金属杆与LVDT 相连，以杆顶端的水平位移反映混凝土收缩的大小。该方法有如下问题：首先，混凝土沉实和自重对杆支座产生的压应力，可能引起金属杆转动而给 测量带来较大误差。其次，很难评价所测得的水平位移到底是整个模具长度内试件的轴向收缩还是仅为靠近上表面处的收缩。
②悬挂式：为克服上述嵌入测量的缺点，有研究者提出将金属杆通过支座和横轴挂在混凝土试件的上方。这样由于金属杆未通过整个试件厚度，能够消除支座产生附加倾角的影响，但这并不能完全解决混凝土沉实的影响。
③内置式：挪威和瑞典的研究者利用置于试件中部的LADT 来量测收缩。这解决了混凝土表面约束的影响，但在安置LVDT 之处，与模板交界的混凝土会有不确定的影响，浇捣混凝土时不可避免的会受到模板上孔的影响，测量结果可能包含因混凝土沉实造成的膨胀位移，并且混凝土沉实对LVDT 产生的竖向压力，也会给水平测量带来误差。
④表面传感器：近来有研究者将轻质传感器置于混凝土材料表面量测收缩。采用这种方法，只要传感器在混凝土表面保持水平，混凝土沉实就不会对测量产生影响。
⑤非接触式：采用不需要接触的传感器，比如利用预埋在试件中的金属反射体产生的反射脉冲来测量混凝土收缩，模具需由对金属放射无影响的类似聚氯乙烯（PVC）塑料的材料组成。从不同的试验装置来看，在国外，A .Radocea 通过在混凝土试件两端分别埋入两个线性差动位移传感器监测混凝土早期体积的变形（见图1）这种方法操作简单，受人为影响小，但在测量时，每个混凝土试件都配备两个传感器，而且在测量过程中不能移动，造价高，此外，该测值不包含早期干缩。
Serge Lepage 等人在混凝土中埋入线振仪（如图2 所示），这种线振仪里面包含一个金属弦，而金属弦的共振频率与它所受压力有一定函数关系，从而通过一个电磁激振器测量线振仪的共振频率随时间的变化就可以测量出混凝土的体积变化。对于线振仪应有适当的刚度，刚度大容易埋置，但对混凝土的早期收缩不敏感；刚度太小，虽然灵敏度高但却不容易埋置和操作。同时，早期混凝土能否与这种传感器粘结良好，传感器的变形是否真实反映出混凝土的变形，还值得探讨。
在国内，曾有人采用100 ㎜×100 ㎜×324 ㎜的试件，利用两端固定千分表测量混凝土早期收缩，测量过程中要避免试模或千分表架受到振动，而且对每个试件配两个千分表，测量过程中不能替换。如果测量龄期延长，测量试件数量增加时，需要这种装置的数量增加、占用空间多，而且不能实现自动控制和自动数据采集处理。测试值不包含早期干缩。试验装置如图3 所示.
我国水工混凝土试验规程建议采用埋入差动式电阻应变计的方法测量混凝土收缩。虽然该方法精度较高（5.8×10－6），但是当早期混凝土尚无足够强度时，应变计无法与混凝土同步变形，而且这种应变计价格昂贵、无法重复利用，故其应用也受到限制。该方法的测试值也不包含早期干缩。
巴恒静提出一种新型非接触感应式混凝土早期收缩测量方法。如图4 所示。混凝土试件的尺寸选定为100 ㎜×100 ㎜×400 ㎜。混凝土浇注到试模内立即密封，带模测量收缩，如果测量数据多，测量龄期长，对1d 后的收缩也可在拆模后密封试件进行测量。试验装置主要由以下几部分组成：密封试模、微位移传感器系统、温度测定仪以及滑动
轨道等。为减小试模对混凝土收缩的约束作用，密封试模内底层衬一层特富纶，同时四周用塑料薄膜密封严实，根据需要也可给试模加上密封盖。试模的短向板留有安装测头为ф20的孔。试验前将微位移传感器与测头间距调整在1 ㎜左右，整个试验过程中不允许再做调整，传感器的输出为电压值，它的大小能直接反映出传感器端头与测头间距离，其精度高达0.1μｍ。测温设备采用数字温度测定仪，可同时测量20 个点的温度。通过滑动轨道系统可以实现使用一对传感器对多个试件进行测量，在轨道上的台座上放置试模或试块，根据需要可在台座上设计出多个按放试模的位置，在轨道上设置与设计台座上试模位置相对应的卡槽，台座在轨道上每移到一个卡槽处就对应地测量一个试件。该方法克服了以往测量手段的不足，适合于精确测量各种体积变形，尤其是测量早期收缩。该方法的测试结果不包含早期干缩。不足之处是不能实现自动控制测量。
4 结束语
混凝土的自生收缩与化学减缩既有一定联系又不完全相同。高强混凝土由于低水胶比而
在早期就产生很大的收缩，这时混凝土强度还不高，往往导致早期微裂缝的形成。因而对于
高强混凝土，研究其早期收缩意义重大。混凝土收缩试验的关键是如何通过合适试验手段精
确测量早期的收缩，而不是稍后的收缩。建议尽快建立混凝土早期收缩的标准试验方法，以
满足目前高强高性能混凝土发展的需要。
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