引言
高性能混凝土是由美国国家标准与技术研究所(NIST)与美国混凝土协会(ACI)于1990 年在美国马里兰州召开的讨论会上提出的：高性能混凝土是具有所要求性能和匀质性的混凝土，必须采用严格的施工工艺，优质材料配制的，便于施工，不离析，力学性能稳定，早期强度高，具有较好韧性和体积稳定性等性能的耐久的混凝土，特别适用于高层建筑、桥梁以及暴露在严酷环境中的建筑结构。高性能混凝土改变了人们一直将注意力集中在不断提高混凝土强度上面的观念，强调了混凝土建筑应具备优越耐久性，以满足建筑物长期使用的需求。近年来，高性能能混凝土以其较高的耐久性，良好的工作性和适宜的强度，在我国得到了较为快速的普及和发展。但随着建筑工程量及混凝土用量的不断增加，涉及混凝土收缩开裂引起裂缝问题的工程事故不断增多，并且大多数发生在混凝土应用面较大的大中城市及大中型工程中。严重影响混凝土建筑的安全性和使用寿命。高性能混凝土具有的良好的混凝土体积稳定性是其高耐久性的主要因素之一。混凝土的抗收缩开裂性能则是混凝土体积稳定性的重要方面。可见，高性能混凝土收缩开裂性能的研究对于解决混凝土开裂等问题，是较为关键且迫切的。
近年来，国内外许多学者及工程技术人员对混凝土抗裂性问题十分关注，并在这方面进行了研究和探索，取得了不少有意义的成果。纵观国内外有关混凝土抗裂性的研究，众多的研究成果对于揭示混凝土开裂原因、寻求解决措施发挥了重要作用。
2 目前研究存在的局限性问题
尽管已经做了许多混凝土抗裂性研究方面的工作，但是国内外对这一问题的高度关注只是近若干年才开始，所以对该问题的研究与工程实践还不够全面、深入，要比较彻底解决混凝土工程裂缝问题，尚有许多问题需要研究：
2.1 混凝土收缩性能和抗裂性能测试技术研究
我国长期以来，混凝土质量基本上是以强度值的高低来衡量，而忽视其变形性能等方面的问题，导致混凝土的体积稳定性缺乏有效的测试方法和控制指标，混凝土生产厂家在此方面基本上处于无约束状态，也很少做这方面的检验测试工作，指导施工的工法与措施大多数是经验的总结。所以，在混凝土收缩性能和抗裂性能测试技术方面，尚有许多工作需要进行：
2.1.1 混凝土收缩性能测试技术
目前有关混凝土自由收缩测试仪无法测量早龄期收缩值（例如我国GBJ82-85 中规定的混凝土收缩试验方法[13]）。国标中混凝土收缩的测量方法存在一定的局限性：
2.1.1.1 按GBJ82-85 规定，只能测量标养3 天后的混凝土试件的长度变化，无法反映出早龄期3 天内试件的长度变化情况。而这一阶段混凝土、特别是大流动性混凝土的变形性能变化最为频繁与复杂，包括塑性沉降收缩、自生收缩、水泥水化的化学收缩以及混凝土表面失水产生的干燥收缩均发生在此阶段。因此了解混凝土早期收缩对于研究早期开裂，以及通过优化结构设计和施工方法以减少早期开裂都具有重要的意义。我国学术界对于混凝土早期收缩的研究还存在一定的局限性，主要是测量手段比较落后、测量方法不统一、没有统一的测试规范、相互之间数据的可比性差，所以应进一步加强该类问题的研究，以期能尽快找出相对统一的办法，指导工程实践。
2.1.1.2 我国现行GBJ82-85 中混凝土收缩试验方法，一台测试仪多个试件移动测试，造成
测试系统误差大，所得数据难以指导工程实践。
2.2.1 混凝土抗裂性能测试技术测试评价混凝土的抗裂性能，不仅要测试混凝土在自由状态下的变形性能，还应测试混凝土在约束状态下的变形性能，后者更接近混凝土在实际工程中的使用状况。目前，国内外检验评价混凝土在约束状态下的抗裂性能的方法主要是圆环法、平板法和棱柱体法。这些方法也都存在着各自有优缺点。
圆环限制收缩开裂试验方法（圆环法）最早由MIT（美国麻省理工学院）的Roy Carlson于1942 年提出[14]。近几年国内有学者也采用此类方法对混凝土的抗裂性能进行了试验研究。圆环试验方法主要问题是，测试时间长，敏感性差。采用圆环法测试时，试件通常要经过较长时间才会出现初始裂缝，有时甚至因敏感性差而不会出现。
平板法最早由Kraai 于1985 年发明[4]，存在的主要问题是试模制作要求高，可重复性差，结果统计处理复杂。因裂缝产生的无规律性使得无法精确对混凝土开裂进行评价，使其在裂缝的量化与后期处理方面存在不足，而且平板试验方法只能提供部分的不均匀的约束。棱柱体法是20 世纪60 年代，德国慕尼黑技术大学建筑材料和构件检测研究所的Springenschmid 根据道路和水工工程建设的需要，研制的一套开裂实验框架来研究混凝土的开裂趋势[3]。存在的主要问题是，不便于进行现场检测，且仪器灵敏度要求高，造价较高。
总之，长期以来，我国研究混凝土的强度及密实性的工作进行的较多，而对体积稳定性的研究工作则相对较少；并且，由于试验条件及验收标准的限制，在混凝土开裂趋势增加的情况下，大部分混凝土搅拌站等混凝土生产单位在混凝土变形方面的试验工作仍基本不做，从而导致了混凝土在实际工程应用中出现了因其体积稳定性差而引起的混凝土裂缝等问题，影响了混凝土工程质量。因此，进一步深入研究混凝土的变形性与抗裂性测试方法，并在大量研究的基础上，相对统一测试评价方法，是很有必要的。
2.2 有关混凝土抗裂性影响因素及影响机理、抗裂性变化规律等方面的研究成果不深入系统，大多是经验的总结，制约了混凝土抗裂性的控制措施研究。
国际上对混凝土的延伸性的研究还很不深入，直接开展开裂试验研究的较少。我国这方面的工作也才刚刚展开，混凝土原材料性能及配合比对其开裂性能的影响不够明确，需要作进一步的研究。目前对高性能混凝土收缩开裂的研究，只是沿用普通混凝土的方法做了一些工作，但对其收缩特点特别是早期收缩特点缺乏足够的认识。且混凝土原材料性能及配合比与混凝土收缩开裂之间的关系还不很明确，使人们无法在进行配合比设计时，把收缩开裂较明确的考虑进去。因此结合商品混凝土系统抗裂性能进行综合分析评价是非常必要的。
2.3 高性能混凝土抗裂性的综合控制技术研究方面
高性能混凝土与传统混凝土在原材料、配合比参数、拌合物性能等诸多方面存在着差别，有关传统混凝土抗裂性的研究结果并不能完全移植。截至目前，国内专门关于商品混凝土抗裂性的研究相对还是较少，研究的深度有限，这与我国商品混凝土年用量迅猛发展、抗裂性题日益突出的现状不相适应。其次，专门有关高性能混凝土抗裂性变化规律及变化机理的研究也不完善，从而导致控制其抗裂性的技术措施研究长期停留于难治标、更不治本，控制技术缺乏可靠性、系统性、综合性和全面性[15-16]。
3 国内外研究现状综述
3.1 国内外混凝土收缩性能测试技术研究现状
3.1.1 固定接触式混凝土收缩性能测试方法研究现状
3.1.1.1 国内外相关标准中固定接触式混凝土收缩测量方法主要区别与比较
固定接触式测量混凝土收缩的方法，是通过预埋测头或者后粘测头，用与测头接触的测长仪器来测量试件的尺寸变化，是使用最为普遍的方法。目前有关固定接触式混凝土收缩的试验方法，各国研究较早，都已经形成相对比较成熟的方法，并且写入各国有关混凝土收缩性能测试方法的标准中，国内主要在国标GBJ 82-85[13]、中国交通JTJ270-98、中国电力行业标准DL/T5150-2001；国外主要的混凝土收缩试验标准，主要有美国ASTM C157 /C157M-2003，欧洲EN 标准草案 EN480-3，英国BS 标准 BS1881：Part5，日本JIS 标准JISA 1129：2001[21-27]等。
各国标准混凝土试验方法中都有测量混凝土长度变形的内容，都是侧重对混凝土自由收缩进行测量的试验方法。各国标准中所用仪器也存在着一些差异，美国ASTM C157 采用比长仪进行测量；英国标准受美国的影响较大；日本JIS A 1129 提供三套测量方法来测量混凝土试件的变形。欧洲采用接触式传感器来测量。我国国标采用卧式收缩仪来测量混凝土的收缩。
(1) 初始长度测量时间与恒温恒湿条件
在试件初始长度测量时间方面各国的标准差异很大：我国国标取在3 天龄期（从加水搅拌开始）；美国ASTM 选用23±0.5h 拆模，然后浸入23±0.5℃饱和石灰水中，30min 后取出初测；欧洲EN480-3 采用水养护三天拆模，立即测量；日本JIS A 1129，24h 拆模后初测，水养7 天再测，以7 天测值为基准值.目前各国混凝土试验标准中的恒温恒湿条件，温度方面差异不大；湿度方面，国外取值一般在50±5%，我国国标和交通、水电标准的湿度取值60±5%，取值相对比高。
(2) 测长变化仪器原理
1）百分/千分表
我国标准中收缩仪的测长原理基本上是使用百分表或千分表来测量长度变化，收缩仪基本是卧式结构。美国ASTMC157，英国BS1881 试验方法使用的比长仪也是使用千分表来测量长度变化，都属于立式结构。千分表测量长度变化，优点在于人工测量，易于操作，设备经济，直观；不足在于需要被测体有一定强度，试验测量受条件影响较大。
2）应变计（我国电力行标DL/T5150-2001 测自缩，日本JIS A 1129）
优点在于精度较高，而且数字显示，不受人为因素影响；不足在于无足够强度，弹性模量低，应变计与混凝土无法同步变形，无法保证测量初期应变计与混凝土成为一个整体，造价较高，无法重复利用；
(3）国家标准GBJ82-85 收缩试验方法在以下几个方面存在问题
1） 收缩的初测时间
应用GBJ82-85 规定，在试件标养3 天并且拆模后测量体积变形的方法，只能测量从标室移入恒温恒湿室开始，试件的长度变化，无法反映出早龄期3 天内阶段的长度变化情况。对于某些水灰比较低的高性能混凝土，早期自收缩在1 天龄期（龄期从搅拌混凝土加水时算起）已经开始产生，并且很大部分都是在这期间产生的。目前收缩的测量方法也无法反映出类似混凝土的真实体积变形。因此GBJ82-85 常规收缩试验的测定值，并不包括初始的早龄期收缩值，因此对设计和研究造成一些不利的影响。国外标准收缩试验方法中，同样存在类似的问题。
2）混凝土收缩测量仪器
国标采用混凝土收缩仪(带有百分表或测微器)测定收缩，但是这种方法不仅精度低，而且无法测量混凝土早期的收缩。
3）操作混凝土收缩仪测定收缩率时，系统误差较大
GBJ82-85 收缩试验方法中，测长仪器采用混凝土收缩仪，该仪器并非固定，在操作中，同一台收缩测试仪，多个试件测试时，受到多次搬动操作以及环境的影响，造成测试的系统误差较大。
3.1.1.2 国内外文献研究中的固定接触式混凝土收缩测量方法研究现状
国内外文献研究中，美国Purdue大学土木系的Jason W、eiss和西北大学的Surendra Shah采用了混凝土收缩接触式测试方法[29] (如下图)，试件长度为400mm，试模内埋有测头。测长仪器采用千分表，千分表与测头相接触。缺点是无法保证测头与早期混凝土的同步变形。
美国的J.G.Cabrera， F.H.Wittmann 采用了如下测量方法，用位移传感器测量两个插入混凝土试件中探针的相对距离变化[30-31]（见下图），模具尺寸为150mm×150mm×710mm，
用聚四氟乙烯表里，涂上凡士林，再在其上铺一层防水油纸以最大限度地减少摩擦限制。探
针插入混凝土中 2cm 深处，传感器与PC 系统相连，可以不断地输出实验结果，但缺点是只能反映混凝土表面2cm 高度位置的收缩情况，无法反映其内部收缩变化程度且与混凝土试件同步变化性能差。
芬兰建筑交通技术研究中心的Erika Holt和Olivia Schodet采用以下方法测量收缩[32]，将混凝土做成板状，体积约为7.3升，最大骨料粒径为20mm，用两个钢架托着四个侧板，每个侧板上放置一个位移传感器，使用这四个位移传感器对混凝土板状试件进行水平位移测量，但同样也无法保证埋入混凝土中的侧板与试件同步移动且始终保持统一方向，而且在沉降过程中，混凝土与侧板间的摩擦力也使位移传感器产生位移变化。
另外我国水工混凝土试验规程中采用埋入差动式应变计的方法测定收缩[22]，虽然埋入应变计的方法精度较高，但是早期混凝土尚无足够强度(弹性模量低时，应变计无法与混凝土同步变形。另外，这种应变计不仅价格高，而且无法重复利用，因此试验代价高。近年来部分学者在借鉴国外试验方法的基础上尝试了新的试验方法，但也无法解决早期混凝土尚无足够强度时的收缩测定问题，其测长仪器与测头接触也会对测头同步位移产生影响。
3.1.2 国内外非接触式混凝土收缩性能测试方法进展研究
非接触式测量混凝土收缩的方法，是指测长仪器不与测头接触来测量试件的尺寸变化。非接触式测定混凝土收缩应满足混凝土在早期尚无强度的时候能够测定其收缩，并且测定精度要求高。
挪威Oyvind Bjantegaard与Erik J. Sellevold在1999年引入浮力测量砂浆的体积变化[36]，也是一种非接触式的测量方法。将混凝土或砂浆装入膜中，放入水里，通过测量混凝土或砂浆的体积变化产生的浮力变化，测量其体积变化，但应用在混凝土测量时，膜容易被骨料磨破，且膜若做得很厚，无法灵敏反应混凝土的体积变化。
美国Kim.B和Weiss， W. J，采用被动式声能传感器来测量试件的长度变化[37]，采用声发生装置以及连接电脑的声波采集分析系统，对混凝土长度变化，引起的声波的大小波动进行分析，从而建立声能变化试件的长度的对应关系，研究混凝土的变形。
瑞典Roger Zurbriggen 博士及其所在研究所开发了为测试薄层砂浆自由收缩的试验装
置（如下图）[38]，将两束激光水平照射到放置在新鲜砂浆表面的一对轻质反射物上。两个
相互不接触的激光装置可以在反射物放置在新浇注的砂浆上后立即开始测试。由于激光器可
以移动，因此对试样的尺寸没有限制。不过我们通常搅拌600g 干砂浆，加入适量的水，将
其浇注到10x78cm 大的区域，这样获得的砂浆层厚度约为4-5mm。由于在干燥过程中砂浆层
的边缘会翘起来，轻质反射物放置在试样内部三分之一处，间距大约为25cm。该方法目前
只适用于薄层砂浆，对混凝土采用方法还存在一些问题，如只能反映混凝土表面收缩，无法
反映其内部收缩变化，轻质反射装置容易产生旋转，混凝土硬化过程产生的大量泌水影响轻
质反射装置的正确位置，激光测长仪器造价颇高。
国内的哈尔滨工业大学的巴恒静教授的位移传感器法[8]，采用测长仪器固定，将数个等
距试件依次通过丝杠控制传动，分别测长，但丝杠控制试件移动，无法使试件中测头与测长
仪器精准对应，产生测量误差，且此方法造价很高。
关于混凝土在约束状态下抗裂性能的评价方法，国内外的研究人员都作了一些研究工
作，形成了一系列的方法，综合起来可以分为三大类：它们为平板法、圆环法及棱柱体法。
3.2.1 平板式限制收缩开裂试验方法〔平板法〕
平板式限制收缩开裂试验方法中试件为平板状，试件的变形受到底部或者两端钢模板或
钢架的约束，平板法的主要特点是比较易于操作，能迅速有效的研究混凝土和砂浆的塑性干
缩性能。但这种方法只能对混凝土收缩提供部分的不均匀的收缩变形。国内外主要的实验方
法有：
（1）Kraai 法（美国）
此种研究混凝土抗裂性的平板试验装置及测试方法由圣约瑟(San Jose)州立大学的由
Kraai 提出[4]，由放置在周边的L 形钢筋网提供约束，试模内部底面铺一层塑料薄膜以减少
对混凝土的约束，试件浇筑后，用太阳灯和电风扇模拟工作环境，收缩24 小时后，测定裂
缝长度和宽度，试模尺寸厚度为19mm，比较薄，只适合用于研究砂浆和筛出石子后的混凝
土的收缩开裂，后经过其改进，可以用来测试混凝土的抗裂性能。
此方法在美国ACI 协会报告中（ACI 544.2R-89 Measurement of Properties of Fiber
Reinforced Concrete）中推荐为测试合成纤维混凝土抗裂性能的一种方法[39]。
(2) ICBO 标准法
在对混凝土抗塑性收缩和干燥收缩开裂的研究中，Parviz Soroushian 的研究小组(美
国密西根州立大学)采用了一种弯起钢板约束的平板式试验装置[40] (装置见下图)；这种方
法，采用单槽诱导裂缝出现，使试验效果更加突出，更加迅速的评价混凝土的抗裂性能，结
合一些必要的图像分析和处理方法，能提供一套粗略定量评价混凝土抗裂性能的体系方法。
此方法也被ICBO(International Conference Of Building Officials)的合成纤维混凝土
标准（Acceptance Criteria For Concrete With Synthetic Fibers）推荐为检测混凝土抗
裂性能的方法[41]。
试模尺寸560 mm×365 mm×114mm，用弯起的波浪形的薄钢板提供约束，混凝土填充在
模具中，上表面外露，风速为9.5m/s，相对湿度40%，持续3 小时，试模尺寸厚度为114mm，
可用于研究混凝土和砂浆塑性收缩和干燥收缩引起的开裂。美国的Purdue 大学在这方面的
工作开展得很多。但此种方法，仅设一道单槽刀口诱导裂缝，仅仅表征刀口处的混凝土的抗
裂性能，另外考虑到骨料在混凝中的不均匀分布，因此，单槽刀口诱导产生的裂缝，影响因
素较多，代表性偏小。
以上这两种试验方法采用相同的开裂评价指标，即收缩裂缝指数。根据裂缝的宽度，将
裂缝分为大(大于3mm)、中(2-3mm)，小(1-2mm)，细(小于1mm)四种类型，定义其度量指数
分别为3，2，1，0.5，每一度量指数乘以其相应的裂缝长度，相加后即为该试件的收缩裂
缝指数。用裂缝控制率来评价对混凝土和砂浆抗裂性的改善程度[41]。
裂缝控制率：
K=(1-m/m0)×100%
其中： K — 裂缝控制率；
m — 为改性后的砂浆的裂缝指数；
m0 — 为基准砂浆的裂缝指数。
平板试验方法具有简单易操作的特点，能迅速有效的研究混凝土和砂浆的塑性干缩性
能。但其在裂缝的量化与后期处理方面存在不足，因裂缝产生的无规律性使得无法精确对混
凝土开裂进行评价，而且平板试验方法只能提供部分的不均匀的约束。
除了以上描述的平板试验方法外，目前圆环试验方法也是各国研究者普遍采用的一种
方法。圆环试验方法最早由MIT(麻省理工学院)的Roy Carlson 于1942 年提出[14]，当时用
来研究水泥净浆和砂浆的抗裂性。后来，Karlwieghnk[42]和McDonald[43]在研究混凝土的抗裂
性时也采用了这套装置，但是由于使用了不同粒径的粗集料，试模尺寸有了较大的改动。水
泥净浆、砂浆和混凝土的圆环试验装置结构类似，只是尺寸有所不同。装置由一个钢制圆环
和聚氯乙烯外环模组成，两个环被固定在木制底板上，混凝土在两环中成型为环状试件。拆
模时间可依据研究的需要确定，拆除外模后，试件顶部用硅橡胶密封，因此只允许试件外表
面收缩。试件养护于20℃和相对湿度50%的条件下，裂缝宽度用专门设计的显微镜测量。测
试指标是混凝土总收缩引起开裂的裂缝宽度。
1999 年美国道路工程师协会(AASHTO)推荐了一个标准[44]。混凝土环尺寸：外直径为
457mm，内直径为305mm，高度为152mm，钢环厚度12.7mm±0.4mm。浇注后，试件的开裂时间通过贴在钢环上的4 个应变计监测钢环的应变发展，每30min 记录1 次应变，并观测裂缝
是否产生。应变计的应变值出现下降的时间为混凝土开裂的时间，记录开裂后裂缝的宽度及
开裂模式。试件开裂后再观测15d，记录应变的发展过程和裂缝的宽度。然后用100 倍显微
镜沿环高度方向观测裂缝宽度，将环的高度等分为三份，即沿环高度方向平均取三点（33mm，
76mm，114mm）三个宽度读数的平均值为此裂缝的宽度。测定裂缝的长度和宽度，用裂缝的
开裂面积(或宽度)表述混凝土的抗裂性能。
大量的研究实践表明，圆环试验在研究水泥浆和砂浆的抗裂性时，由于水泥浆和砂浆环
的收缩能沿环比较均匀的分布，所以试验效果明显；而混凝土中由于粗集料的存在，使混凝
土环表面水份蒸发受到一定的阻碍，从而使混凝土的外表面不能沿环均匀的收缩，再加上粗
集料对裂缝的限制分散作用，使混凝土表面容易形成不可见的微裂纹，释放一部分收缩应力，
从而，使可见裂纹的最大宽度对混凝土的抗裂性评价受到影响。圆环试验方法存在以下缺点：
测试时间长，敏感性差。采用圆环法测试时，试件通常要经过较长时间才会出现初始裂缝，
有时甚至因敏感性差而不会出现。
3.2.3 棱柱体式限制收缩开裂实验方法
棱柱体法也是一种普遍采用的研究收缩开裂的试验方法，20 世纪60 年代，德国慕尼黑
技术大学建筑材料和构件检测研究所的Springenschmid 根据道路和水工工程建设的需要，
研制了一套开裂实验框架来研究混凝土的开裂趋势[3]（装置见下图）。并且由RILEM-TC119
制定了开裂试验架的推荐性标准[45]。
开裂试验框架由通过两根纵向钢筋相连的两块钢横头组成，纵向钢筋由热膨胀系数很低
的钢材制成。这样在混凝土试件硬化过程中，两块横头之间的间距保持一致，混凝土梁既不
会膨胀也不会收缩。可研究100%约束条件下的约束应力。
可调的横梁通过步进电机进行控制。同时混凝土的早期弹性模量也能够通过这类装置进
行测定。在试验架中，水平浇筑1.5m 长，横截面积为150×150mm2.的试件。梁的两端固定
在十字头中，一个十字头可调。两根钢棒混凝土浇筑横向连在试件主轴上，钢棒间距500mm。
在试样两侧用碳纤维棒上的传感器测量钢棒的距离。传感器的灵敏度为0.0001mm。当混凝
土变形超过0.001mm，可调十字头就开始移动，保持总变形为0，模拟完全约束状态。横头
之间的纵向框架有绝热层和冷却系统，其上还放置了应变仪以测定混凝土的纵向应力。试验
时，在开裂试验框架内浇注和振捣混凝土拌合物，硬化过程中防止水分蒸发。进行试验时；
混凝土温度在半绝热条件下升高，四天之后开始人工降温，直到纵向应力下跌，表明混凝土
己经开裂。以色列的Bloom 和Bentur[46]在研究中改进了试验装置，用电脑控制拉应力的测
量，从而可以明确知道混凝土的开裂时间。
单轴约束试验方法通常用于评估因为温度作用而引起的开裂，单轴约束试验结果能够为
道路混凝土、大体积混凝土等混凝土结构的配合比设计及施工提供数据，提高混凝土的抗裂
性能。但其存在的主要缺点是，不便于进行现场检测，且仪器灵敏度要求高，造价较高。
4 研究进展情况
针对高性能混凝土收缩开裂性能的研究,我们采取了以下的技术路线:
4.1 混凝土收缩性能测试技术及评价方法的研究进展—非接触式混凝土早龄期收缩测定仪
的研制
混凝土收缩开裂与混凝土早龄期收缩性能密切相关。传统的收缩变形性能测试方法无法
检测混凝土早龄期3 天以内的收缩变形。我们研制成功的非接触式混凝土收缩率测定仪（见
下图）是的基本原理是选用非接触式位移传感器（精度0.001mm），固定在10×10×51.5cm
的试模上，用非接触的方式测量混凝土试件的长度变化，避免了测量仪器与测头直接接触造
成的不利影响。测头间的距离变化数据信号直接通过非接触式位移传感器传送到PC 或者巡
检仪进行即时分析统计，还可利用专门软件结合电脑自动记录分析数据变化情况。本套仪器
可以检测混凝土从浇筑到试模到规定时间内全过程的收缩变形性能，尤其能精确反映出混凝
土早龄期的收缩变化情况，经多次实际使用，证明该测定仪完全满足测量精度的要求。
我们采用非接触式凝土早期收缩率测定仪测定了添加不同外加剂的高性能混凝土1
型与2 型的72 小时（3 天）收缩值变化，结果如下图所示：
可见非接触式混凝土早龄期收缩测定仪能够很好的记录反映出从开始浇筑到3 天内早龄
期过程中混凝土的体积收缩变化情况。而这段期间对于高性能混凝土的体积变化研究是至关
重要的。
4.2 混凝土在约束状态下抗裂性能测试技术及评价方法研究进展——新型平板式混凝土抗
裂性测定仪的研制测试评价混凝土的抗裂性能，不仅要测试混凝土在自由状态下的变形性能
，还应测试混凝土在约束状态下的变形性能，后者更接近混凝土在实际工程中的使用状况。
为更有效的研究混凝土在约束状态下的抗开裂性能，我们研制成功了新型平板式混凝
土抗裂性测定仪，为评价约束状态下混凝土的抗裂性能提供了更加快捷有效的方法。其基本
原理是在平板试模中采用并行平铺的钢制裂缝发生器，对裂缝实施等效的诱导发生，能在相
同的试验条件下使试件快速准确的产生的开裂效果，该仪器采用收缩裂缝指数作为开裂评价
指标，对于在施工现场或搅拌站等地方迅速准确得检测对比混凝土的抗裂性能有着重要的指
导意义。经多次实际工程使用，证明该测定仪完全满足使用要求。
本新型平板式混凝土抗裂性测定仪实物照片及试验结果举例如下
从图中可看出：该仪器能在相同条件下使试件快速准确的产生的开裂效果4.3 商
品混凝土收缩裂缝控制技术研究进展
4.3.1 合成纤维控制混凝土早期裂缝
4.3.1.1 合成纤维混凝土抗裂机理分析
合成纤维混凝土是指在普通混凝土中添加一定量的合成纤维而配制成的特种混凝土，它
将化学合成纤维和传统的混凝土材料相结合, 对混凝土性能的影响是全面的、综合性的，概
括起来，主要有以下几点：
1、合成纤维对混凝土拌合物性能的影响：
（1）大大减少了混凝土的沉降、分层、离析，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，坍落度经时损失也有所增加。
2、合成纤维对凝结硬化混凝土性能的影响：
（1）有效减少混凝土早期收缩裂缝。
（2）显著提高混凝土的抗冲击性能。
（3）提高混凝土的抗疲劳性能。
（4）在低掺量条件下，对混凝土的抗压、抗折等强度无明显影响。
但我们认为，比普通混凝土具有更高的早期抗裂性，是合成纤维混凝土的重要特点，合
成纤维的掺入，对早龄期混凝土体积稳定性的提高，进而降低混凝土早期收缩裂缝这一特点
的应用价值最高，特别是对于量大面广的房屋建筑而言.
德国,丹麦等国的研究认为: 合成纤维可以提高混凝土的抗裂性能,抑制混凝土早期裂缝
的产生。多年以来，中国建筑科学研究院对纤维在混凝土中的应用开展了大量研究工作与工
程实际应用。实验与工程实践都表明，聚丙烯纤维对控制、减少硬化混凝土早期裂缝的产生
有较大作用，并且不但能减少混凝土在浇注和凝结硬化过程中可能产生的早期裂缝，进而提
高其耐久性,而且能增加硬化混凝土的抗冲击性能和在长期动荷载作用下的抗裂性能。
混凝土的早龄期收缩，是指混凝土浇注后的塑性状态和硬化初期时产生的收缩，一般指
混凝土在浇注后2～3 天的时间内产生的收缩，这类收缩产生的裂缝多在混凝土表面出现，
形成不规则的、长短宽窄不一的龟纹状裂缝。当混凝土处于干湿和冻融环境中时，这些裂缝
的扩展可导致板的破坏。合成纤维的一般特点是细度高、数量多、在混凝土中的纤维间距小，
与混凝土中的砂浆之间有一定的粘结强度，这些特点使得聚合成纤维能有效限制早龄期混凝
土由于离析、泌水、收缩等因素形成的原生裂隙的发生和发展，减小原生裂隙的数量和尺度。
而原生裂隙通常是混凝土破坏或性能劣化的起源,其阻裂效应阻止了早期混凝土塑性裂缝的
发生和发展，还通过提高材料介质的连续性，使硬化后混凝土的性能得到一定改善。
图3.2.2 基准混凝土与纤维混凝土3d收缩值变化
4.3.1.2 合成纤维混凝土的工程应用
在大量试验与论证的基础上，近两年以来，我们在下列工程中应用或帮助应用了合成纤
维混凝土，取得了较好的效果，获得了用户好评，也积累了一定的应用经验。具体举例如下：
（1） 河南某服装厂工业地面，混凝土强度等级C30，厚度4CM，选用的是长度为19mm 的
单丝聚丙烯纤维,掺量为1.2kg/m3 混凝土,共施工4.5 万平方米,地面分仓尺寸为
6×6m，地面无收缩裂缝。
（2） 河南郑州某大型仓储商场5 万平米屋面刚性混凝土防水层，混凝土强度等级C30，
厚度6CM，选用的是长度为19mm 的单丝聚丙烯纤维,掺量为1.0kg/m3 混凝土,共施工
5 万平方米,屋面分仓尺寸为6×6m，无收缩裂缝产生。
（3） 北京新卢沟桥桥面合成纤维混凝土工程，混凝土强度等级C30，厚度4CM，选用的是
长度为19mm 的单丝聚丙烯纤维,掺量为0.9kg/m3 混凝土,共施工2 万平方米,桥面混
凝土无收缩裂缝。
（4） 秦皇岛市奥林匹克体育场看台面层合成纤维混凝土工程, 混凝土强度等级C30，厚
度4CM，选用的是长度为19mm 的单丝聚丙烯纤维,掺量为1.0kg/m3 混凝土,共施工
2.3 万平方米,看台面层分仓尺寸为1×6m，看台地面无收缩裂缝。
（5） 东北大学秦皇岛分校体育馆看台面层合成纤维混凝土工程, 混凝土强度等级C30，
厚度4CM，选用的是长度为19mm 的单丝聚丙烯纤维,掺量为2.7kg/m3 混凝土,共施工
0.3 万平方米,看台面层分仓尺寸为1×6m，看台地面无收缩裂缝。
4.3.1.3 关于合成纤维控制混凝土收缩开裂的几点结论
(1) 合成纤维的加入,对砼性能的影响是全面的、综合性的；但其对早龄期混凝土体积稳定
性的提高，进而降低混凝土早期收缩裂缝这一特点的应用价值最高。合成纤维的加入
主要是对混凝土早龄期体积稳定性的提高具有良好效果，目前较为成功的应用是在大
面积混凝土结构中，即合成纤维混凝土可用于阻止或尽量减少大面积薄层混凝土结构
中早期收缩裂缝的产生。
(2) 在混凝土中掺加一定量的合成纤维，是降低混凝土收缩裂缝特别是早期收缩裂缝的新
的重要手段之一。但要最终尽量降低甚至基本消除混凝土裂缝的产生，必须在水泥、
砂石、外加剂等原材料选择、配合比确定、施工工艺、后处理、养护等多方面采取综
合而系统的措施。
(3) 根据合成纤维弹性模量对于混凝土基体相对较低以及低掺量纤维对新拌及硬化混凝土
性能的影响，大量试验结果与工程实践表明:相对于大体积混凝土来说，合成纤维混凝
土更适合用于大面积混凝土结构中，即它可用于阻止或尽量减少大面积混凝土结构中
裂缝的出现。具体应用范围可列如下：
（1）大型商场地面、停车场地面、现浇楼板、工业厂房地面等。
（2）公路路面、公路铁路桥梁桥面板、机场跑道等。
（3）屋面刚性混凝土防水层。
（4）内、外墙水泥砂浆层。
（5）污水处理池、排灌沟槽等。
（6）喷射混凝土。
(4) 对于大体积混凝土，底层采用普通混凝土，面层约10 ㎝左右采用合成纤维混凝土，分
层同期浇注，以减少混凝土表面早龄期收缩裂缝的产生，同时，有关大体积混凝土施工
的一系列常规技术措施必须采取，切不可因使用了纤维而省略。
4.3.2 提高混凝土抗裂性能的高性能外加剂研究
目前该项工作正在进行之中。主要是研制出聚羧酸系高性能减水剂。
