現(xiàn)代混凝土收縮開裂組合調(diào)控法評述*

韓宇棟 丁小平 岳清瑞 林松濤 李 威 解世祥

(1.中冶建筑研究總院有限公司, 北京 100088； 2.北京科技大學(xué)城鎮(zhèn)化與城市安全研究院， 北京 100083；3.清華大學(xué)土木工程系, 北京 100084)

0 引 言

混凝土開裂及由此導(dǎo)致的有害離子快速侵入與鋼筋銹蝕問題，嚴重影響混凝土耐久性與結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安全服役，是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的典型弱點?；炷亮芽p中，因早期溫度與濕度變化導(dǎo)致的非荷載性開裂占據(jù)主要部分，受到廣泛關(guān)注。由于膠材水化耗水以及干燥環(huán)境下的擴散失水，混凝土內(nèi)部相對濕度降低，毛細孔內(nèi)溶液由飽和態(tài)逐漸轉(zhuǎn)為出現(xiàn)凹曲液面，基材毛細孔壁受到凹液體表面張力的影響而產(chǎn)生局部拉應(yīng)力，混凝土宏觀上將由此產(chǎn)生表觀體積收縮，并在外部或內(nèi)部相鄰約束的情況下引發(fā)構(gòu)件開裂[1-2]。特別是對于高強混凝土，一方面，由于水灰比低，澆筑后早期基材孔隙中水分含量下降迅速，內(nèi)部自收縮拉應(yīng)力及混凝土彈性模量隨齡期發(fā)展較快且相應(yīng)較大；另一方面，相較于低強混凝土，高強混凝土早期徐變小，因此其收縮開裂現(xiàn)象更甚，這往往出現(xiàn)工程常見的高強混凝土反而開裂更早、抗裂性更差的“怪象”，從而對其應(yīng)用發(fā)展不利。

除混凝土配合比及強度等級不同引起的收縮特性差異外，混凝土服役條件變化(其應(yīng)用的工程類型及結(jié)構(gòu)部位、地理位置及其自然環(huán)境)也將帶來混凝土收縮發(fā)展特性受環(huán)境影響而產(chǎn)生的差異。首先，服役環(huán)境方面，我國南海島礁常年高溫高濕，雨季空氣相對濕度更是可達95%，因此，南海島礁環(huán)境下硬化混凝土干燥失水速率較慢，失水量小，混凝土以自收縮為主；但是島礁上大風(fēng)天氣多，容易造成混凝土在塑性狀態(tài)下表面失水較快。與此形成對比，我國西北高原和沙漠干旱地區(qū)，大部分時間下環(huán)境干燥、大風(fēng)，空氣相對濕度可低至25%以下，因此，該地區(qū)混凝土則遭受較為明顯的干燥失水和干縮開裂問題。其次，結(jié)構(gòu)類型方面，大體積混凝土一般較厚或體量面積都較大，例如水利大壩、大型基礎(chǔ)、橋梁墩臺墩柱、核電安全殼等，因常壓下常規(guī)混凝土受環(huán)境空氣干燥和雨水潤濕影響的深度有限，即使是C30強度等級的普通混凝土，該影響深度也通常僅限在10 cm左右，高強混凝土則更淺。因此，大體積混凝土的核心部位的混凝土其經(jīng)歷的外部干燥作用較弱，收縮以自收縮為主，而表層混凝土則自收縮和干燥收縮均會發(fā)展；同時鋼管混凝土構(gòu)件中的芯部混凝土也僅會產(chǎn)生自收縮。與此形成對比，一些薄壁混凝土構(gòu)件，例如管道、薄墻、樓板屋面，其厚度可低于10 cm，構(gòu)件經(jīng)歷雙面干燥影響，干燥失水快且量大，因此，該類構(gòu)件干燥收縮開裂問題較多發(fā)生。而如普通強度的梁柱及核心筒剪力墻、路橋面板、跑道面板、地鐵管片及地下通道管廊等中厚結(jié)構(gòu)，混凝土自收縮和干燥收縮均會一定程度的發(fā)展。第三，結(jié)構(gòu)部位方面，同一建筑工程其結(jié)構(gòu)柱基礎(chǔ)埋置或水下部分混凝土干燥收縮幾乎可忽略，地下室外墻一般是單面臨空單面埋置(南方地區(qū)地下室外墻外側(cè)多臨潮濕或泡水土壤，西北地區(qū)地下室外墻則外覆土多，較為干燥)，而樓板、屋面板的上下兩表面均為干燥面。因此，這三種情況下即使是相同配合比混凝土，不同部位構(gòu)件的自收縮和干燥收縮發(fā)展也會產(chǎn)生較大差異，不同部位混凝土受外部約束也各有不同。

為了有效解決混凝土收縮開裂問題，國內(nèi)外研究人員對多種方法進行了研究。首先，添加減縮劑(SRA)與膨脹劑已被驗證是調(diào)控混凝土收縮的有效方法，前者通過降低毛細孔內(nèi)凹曲液面的表面張力來減小收縮[3-5]，后者通過生成水化產(chǎn)物引入膨脹來抵消收縮[6-7]。另外，將預(yù)吸水的輕骨料或者高吸水樹脂(SAP)摻入到混凝土中，在濕度降低時釋放水分，以降低收縮的方法稱為內(nèi)養(yǎng)護法(IC)，該方法的有效性已得到證明[8-11]。以上添加內(nèi)養(yǎng)護劑、膨脹劑是三類常用的被動型(降低收縮開裂驅(qū)動力)、內(nèi)摻型收縮調(diào)控方法。其次，在成型已硬化混凝土表面噴涂水玻璃、有機高分子乳液、石蠟乳液等成膜性涂層，或者直接灑水、覆蓋、浸水，以減少混凝土表層水分向外散失的外養(yǎng)護方法，對減輕混凝土表層干燥失水、保持混凝土內(nèi)部相對濕度飽和度有著積極影響[12-15]。這是一類被動型、外用型收縮調(diào)控方法。第三，在混凝土中分別摻入一定含量的鋼纖維、聚乙烯醇纖維(PVA纖維)、聚丙烯纖維(PP纖維)等或其組合，一方面在纖維約束條件下混凝土早期收縮應(yīng)變的發(fā)展水平將降低，另一方面在因早期收縮引發(fā)原生裂紋開始擴展時纖維將提供橋接應(yīng)力，可以有效抑制混凝土開裂并減小縫寬，提高混凝土抗裂性能[16-20]。這是一類主動型(提高收縮開裂阻力)、內(nèi)摻型收縮調(diào)控方法。

盡管上述三大類方法均被驗證有一定的減縮抗裂效果，但單一使用某種減縮方法仍難以在千差萬別的內(nèi)外部條件下實現(xiàn)普遍較高的減縮抗裂效果，并且可能會對混凝土的其他性能造成負面影響，其適用的環(huán)境和條件范圍較小、局限性較為明顯。如對于內(nèi)養(yǎng)護混凝土適用水膠比一般在0.2～0.4之間，對于實際工程中使用量更大的中低強混凝土并沒有良好的解決方案；外養(yǎng)護劑主要是用來阻止水分蒸發(fā)，但一方面既無法完全阻止水分蒸發(fā)，另一方面在混凝土內(nèi)部水泥水化過程中相對濕度下降時又無法及時補充水分，也就無法降低混凝土自身收縮；減縮劑摻量較大時，對混凝土凝結(jié)時間和早期強度有較大影響。為了突破單一的減縮抗裂方法在實際應(yīng)用中的局限性，許多研究人員從不同角度嘗試復(fù)合使用兩種或多種減縮措施，通過不同方法之間的組合及其可能的協(xié)同作用，試圖得到更好的收縮調(diào)控效果。本文基于前述分析，擬將現(xiàn)代混凝土收縮組合調(diào)控方法分為三大類組合：1)減縮劑、膨脹劑、內(nèi)養(yǎng)護劑三種被動型內(nèi)摻調(diào)控材料兩兩之間的“內(nèi)摻調(diào)控組合”；2)三種內(nèi)摻調(diào)控材料分別與外養(yǎng)護劑兩兩之間的“內(nèi)外調(diào)控組合”；3)三種內(nèi)摻調(diào)控材料的被動防裂與纖維增強(含混雜增強)的主動抗裂之間的“主被調(diào)控組合”?；诖巳箢惢炷潦湛s調(diào)控組合，再嘗試從理化、力學(xué)和微觀等角度，分析該調(diào)控組合所可能存在的協(xié)同作用及其發(fā)生條件，并提出其適用場景。據(jù)此，綜合評述當前國內(nèi)外與混凝土收縮組合調(diào)控有關(guān)的研究現(xiàn)狀。當然，需要指出的是，一方面，混凝土早期收縮調(diào)控還有諸如水泥和摻合料膠材品種、細度及水化特性調(diào)控、粗細骨料品種及特性調(diào)控、調(diào)凝調(diào)水化等其他化學(xué)外加劑調(diào)控等更多方法，在本文中考慮膠材和骨料屬于大宗建材且具有明顯地域受限性，暫未納入分析范圍；另一方面，由于三種及以上減縮措施組合，無論是其協(xié)同機理研究還是實際應(yīng)用工藝都過于復(fù)雜，故本文主要綜述兩種減縮措施組合的雙因素調(diào)控法，重點介紹膨脹劑與內(nèi)養(yǎng)護劑組合、膨脹劑與減縮劑組合、減縮劑與內(nèi)養(yǎng)護劑組合等相關(guān)研究進展。

1 內(nèi)摻組合調(diào)控

減縮劑、膨脹劑、內(nèi)養(yǎng)護劑是混凝土收縮調(diào)控中常用的內(nèi)摻劑，均可在一定程度上實現(xiàn)減縮防裂的目標。為了解決單一內(nèi)摻法可能存在的局限性，在控制減小其對其他性能影響的基礎(chǔ)上，更有效地實現(xiàn)收縮開裂調(diào)控，多位研究人員[21-34]對內(nèi)摻組合調(diào)控展開了研究，旨在驗證多種內(nèi)摻劑之間的組合效果，并更深一步理解其相互影響以及“內(nèi)摻協(xié)同”機理和發(fā)生條件。

1.1 內(nèi)養(yǎng)護劑與膨脹劑組合調(diào)控

膨脹劑的膨脹反應(yīng)需要消耗大量內(nèi)部水分，而在低水膠比的高強混凝土中，水分的匱乏嚴重限制了膨脹劑的膨脹效能。一方面，低水膠比的情況下，水泥水化要占用較多水分，用于膨脹反應(yīng)的水分本就不足；另一方面，高強混凝土的致密結(jié)構(gòu)使得外部養(yǎng)護水分難以進入混凝土內(nèi)部實現(xiàn)補給，同時其基材的高彈性模量特性約束膨脹產(chǎn)物膨脹效能的發(fā)揮；如在大體積混凝土的核心部位近乎絕濕環(huán)境，進一步削弱了膨脹劑的膨脹反應(yīng)。內(nèi)養(yǎng)護法是指在混凝土中摻入多孔輕骨料、高吸水樹脂等預(yù)吸水內(nèi)養(yǎng)護材料，在混凝土內(nèi)部相對濕度下降期通過擴散或毛細負壓的作用，釋放預(yù)先吸入的水分，補充毛細孔中的水分消耗，抑制毛細孔凹液面的形成，從而減小收縮。如果將內(nèi)養(yǎng)護法與膨脹補償法組合使用，借助內(nèi)養(yǎng)護劑在混凝土內(nèi)部濕度下降期釋放的水分，可以使膨脹劑的中后期膨脹效能得到提升。此外，借助膨脹劑的膨脹產(chǎn)物，可以填充內(nèi)養(yǎng)護劑(如SAP顆粒)失水之后造成的孔隙，改善密實孔結(jié)構(gòu)，提高力學(xué)性能與耐久性能。兩種方法的組合應(yīng)用有可能實現(xiàn)優(yōu)勢互補、劣勢互消，是一種很有前景的組合調(diào)控思路。

目前，國內(nèi)外關(guān)于內(nèi)養(yǎng)護劑與膨脹劑內(nèi)摻組合調(diào)控的研究較多，現(xiàn)將部分典型研究及結(jié)果整理歸納如表1所示。

表1 內(nèi)養(yǎng)護劑與膨脹劑組合調(diào)控研究文獻分析Table 1 Research literature analysis of combined control of internal curing agent and expansive agent

筆者認為，膨脹劑補償收縮效應(yīng)的實現(xiàn)對其膨脹性水化產(chǎn)物生成過程中水分的恰時、充足補給要求嚴格。通過控制內(nèi)養(yǎng)護劑的摻量、預(yù)吸水輕骨料吸水孔隙的孔徑分布、高吸水樹脂的顆粒粒徑及其吸附脫附特性，調(diào)控內(nèi)養(yǎng)護水引入量以及釋水的時機和速率，可實現(xiàn)對膨脹劑特定水化階段的大量需水保持高效供給，從而保證膨脹產(chǎn)物的切實、適時受控生成。高吸水樹脂內(nèi)養(yǎng)護劑釋水后留下的空間及預(yù)吸水輕骨料內(nèi)養(yǎng)護劑的外表面過渡區(qū)，為膨脹性產(chǎn)物的生長提供內(nèi)部界面/空間。此外，在低水膠比高強混凝土中，膨脹劑往往難以得到充足水分而無法產(chǎn)生有效膨脹，而恰恰在低水膠比混凝土中使用內(nèi)養(yǎng)護劑會因其較低的水分擴散系數(shù)而使引入的內(nèi)養(yǎng)護水大部分發(fā)揮內(nèi)養(yǎng)護作用而非被擴散蒸發(fā)，從而可為此條件下膨脹劑效能的發(fā)揮提供內(nèi)部水分供給。高強混凝土因水膠比低，其自收縮和總收縮值均較大而開裂風(fēng)險高，減縮控裂需求更高。因此，在高強混凝土中組合使用內(nèi)養(yǎng)護劑和膨脹劑，將更易產(chǎn)生減縮控裂的協(xié)同效應(yīng)。但目前膨脹劑、內(nèi)養(yǎng)護劑的種類均較多，其膨脹機理和歷程、內(nèi)養(yǎng)護效率不盡相同，同時混凝土強度及使用條件的變化范圍較大，實際中膨脹劑和內(nèi)養(yǎng)護劑二者的相互作用和協(xié)同效應(yīng)的發(fā)生條件將比以上分析復(fù)雜得多。因此，要實現(xiàn)內(nèi)養(yǎng)護劑與膨脹劑調(diào)控組合的廣泛適用，還需進行更深入系統(tǒng)的研究，并同時平衡控制此組合對力學(xué)及耐久性能的影響。

1.2 減縮劑與膨脹劑組合調(diào)控

減縮劑通過降低毛細孔內(nèi)溶液的表面張力來減小收縮應(yīng)力，對干燥收縮和自收縮均有較好的調(diào)控效果。但很多研究表明減縮劑會延長初凝時間，降低水化速率，對混凝土早期力學(xué)性能造成一定的折減影響[35-36]。膨脹劑通過與水反應(yīng)生成結(jié)晶膨脹來抵消收縮，對早期自收縮的調(diào)控效果較好。但其膨脹作用不易精準控制，摻量難以確定，很容易出現(xiàn)不可控的膨脹現(xiàn)象，且常常出現(xiàn)早期膨脹值的后期回落倒縮現(xiàn)象；此外在水灰比較低的高強混凝土中，由于缺乏足夠的水分，膨脹劑對收縮的調(diào)控效果不明顯[37-38]。為了克服這兩種方法在單一使用時的限制，研究人員對膨脹劑與減縮劑組合調(diào)控進行了研究，現(xiàn)將部分典型研究及結(jié)果整理歸納如表2所示。

表2 減縮劑與膨脹劑組合調(diào)控研究文獻分析Table 2 Research literature analysis of combined control of shrinkage reducing agent and expansive agent

上述研究均表明減縮劑與膨脹劑組合調(diào)控的協(xié)同效果顯著。究其原因，多位研究人員給出了相應(yīng)的分析：Oliveira認為在摻入減縮劑后，混凝土凝結(jié)時間延遲，早期強度下降，剛度較小，膨脹劑反應(yīng)及其產(chǎn)物的周圍約束減小，早期膨脹效能更好[42]；另外，減縮劑的引入通常會導(dǎo)致強度的降低，但是在摻加膨脹劑后，氧化鈣在多孔區(qū)域發(fā)生膨脹結(jié)晶，促成了一部分的強度“補償”，明顯減小了因減縮劑摻入導(dǎo)致的強度損失；Maltese等通過電子顯微掃描、X射線衍射等方法對水泥砂漿[44]進行了微觀試驗，認為協(xié)同減縮機制存在于兩方面，其一是組合使用后，細長氫氧化鈣晶體大量形成，有利于水泥體系的初始膨脹，補償水泥砂漿的收縮，其二是減縮劑是一種有機疏水分子，可以降低水的介電常數(shù)與溶解能力，使得膨脹產(chǎn)物的氫氧化鈣溶解度更低，更易析出膨脹；Meddah等認為減縮劑的存在有助于減少水分蒸發(fā)，保持較高的內(nèi)部相對濕度，并允許膨脹劑發(fā)生較長時間的膨脹反應(yīng)，達到較好的組合調(diào)控效果[43]。

綜上所述，筆者認為，減縮劑對混凝土硬化后干燥收縮調(diào)控效果較好，但其超早期的吸附成膜作用會降低膠凝材料初期的水化速率。膨脹劑發(fā)揮收縮補償作用的合適時機主要在混凝土凝結(jié)后硬化初的前0.25～3 d內(nèi)(具體會因膨脹劑組分細度性質(zhì)而異)。減縮劑初期吸附成膜有延遲水泥水化的效應(yīng)，削弱了混凝土終凝后約6～36 h內(nèi)水泥水化的高耗水特性，從而“早期節(jié)余水分，同時削弱剛度發(fā)展”，這可能為膨脹產(chǎn)物此階段擇機大量反應(yīng)生成(水分較充足)且產(chǎn)生“放大”的有效膨脹(周圍約束剛度降低)提供內(nèi)部條件可能。此外，水泥石毛細孔中減縮劑還可能降低膨脹產(chǎn)物(例如氫氧化鈣)的溶解度，從而促進其膨脹性。因此，減縮劑與膨脹劑組合調(diào)控的協(xié)同效應(yīng)可主要總結(jié)為兩方面：減縮劑對膨脹劑膨脹效果的“放大作用”以及膨脹劑對摻入減縮劑后強度損失的“補償作用”。

但目前減縮劑與膨脹劑的協(xié)同效應(yīng)還存在如下未解問題：1)減縮劑對水分蒸發(fā)速度的影響尚無定論。Berke通過X射線透過率試驗測試了減縮劑對水泥漿體內(nèi)部孔隙中水分遷移的影響，結(jié)果表明減縮劑可降低水分蒸發(fā)速度[45]；Monosi等研究了不同水膠比的砂漿中硫鋁酸鈣基膨脹劑在有無減縮劑情況下的膨脹效果，發(fā)現(xiàn)減縮劑的存在并未降低水分蒸發(fā)，但使鈣礬石膨脹的生成稍有延遲，并且顯著改變了鈣礬石晶體的形態(tài)，使其變得更細長[46]；錢春香等對摻入減縮劑的水泥砂漿進行了壓汞試驗，結(jié)果表明摻入減縮劑后，100 nm以上的大孔數(shù)量增多，水分散失通道變多，失水速度加快[47]。因此，減縮劑是否能通過減少水分蒸發(fā)來維持相對濕度，促進膨脹劑的膨脹反應(yīng)，還無法確定。2)目前尚未明確減縮劑與膨脹劑“內(nèi)摻協(xié)同”減縮效應(yīng)的定量發(fā)生條件。一方面，利用減縮劑抑制混凝土養(yǎng)護后期的干燥收縮，并提升膨脹劑早期膨脹效能，從而實現(xiàn)養(yǎng)護早期的收縮(主要發(fā)生的是自收縮)調(diào)控主要依靠膨脹劑，養(yǎng)護中后期的收縮(主要發(fā)生的是干燥收縮)調(diào)控主要依靠減縮劑，由此二者可能存在全養(yǎng)護過程的協(xié)同作用機理。另一方面，膨脹劑生成膨脹產(chǎn)物在水化早期需要大量耗水，這可能與減縮劑后期發(fā)揮作用存在一定的水分競爭性，從而導(dǎo)致二者相容性的不確定性，使得協(xié)同效應(yīng)受阻。因此，還需試驗確定出其匹配協(xié)同條件，包括膨脹劑及減縮劑種類的匹配性、二者摻量的匹配性以及混凝土使用條件與協(xié)同效應(yīng)發(fā)生條件的匹配性等。

1.3 減縮劑與內(nèi)養(yǎng)護劑組合調(diào)控

在應(yīng)用內(nèi)養(yǎng)護法進行收縮調(diào)控時，為實現(xiàn)較好的收縮調(diào)控效果，往往需要摻入較多的內(nèi)養(yǎng)護材料，但這對混凝土工作性、力學(xué)性能和耐久性能可能造成不利影響[48-49]。為解決內(nèi)養(yǎng)護材料“少摻效果差、多摻強度低”的問題，多位研究人員[50-53]將減縮劑與內(nèi)養(yǎng)護劑組合使用，以期在不影響其他性能的前提下取得良好的收縮調(diào)控效果?，F(xiàn)將部分典型研究及結(jié)果整理歸納如表3所示。

表3 減縮劑與內(nèi)養(yǎng)護劑組合調(diào)控研究文獻分析Table 3 Research literature analysis of combined control of shrinkage reducing agent and internal curing agent

上述研究均表明減縮劑與內(nèi)養(yǎng)護劑組合調(diào)控效果顯著。為研究減縮劑與內(nèi)養(yǎng)護劑協(xié)同效應(yīng)機理，喬墩將不同濃度的減縮劑溶液的飽和輕骨料摻入到砂漿中，并測試了其干燥收縮、自收縮與抗壓強度[54]。結(jié)果表明，在使用較低摻量的減縮劑溶液的飽和輕骨料作為內(nèi)養(yǎng)護劑時，就可以達到較好的減縮效果，而且力學(xué)性能未受影響。同時，內(nèi)部減縮劑與水在相對濕度降低過程中的釋放具有不同步性，濃度較低的減縮劑溶液先釋放，濃度較高的減縮劑溶液后釋放，從而避免了單一內(nèi)摻減縮劑時對早期強度的不利影響。黨玉棟在此基礎(chǔ)上，對以減縮劑飽和輕骨料作為內(nèi)養(yǎng)護劑的砂漿試件進行了相對濕度的測試[55]，發(fā)現(xiàn)在這種復(fù)合方法下密封砂漿試件的相對濕度比單一摻加減縮劑或者內(nèi)養(yǎng)護劑的相對濕度都高。內(nèi)養(yǎng)護劑通過釋放預(yù)吸水實現(xiàn)對相對濕度的維持，而減縮劑可以在一定程度上阻礙早期的膠凝材料水化進程，減少水分的消耗，因此砂漿內(nèi)部孔隙的飽和度也較高。從微觀上講，減縮劑與內(nèi)養(yǎng)護劑分別從毛細孔壁所受的表面張力與毛細孔的飽和度兩個方面發(fā)揮作用，Bentz等給出了收縮應(yīng)變ε與平均毛細孔負應(yīng)力pcap、水泥石不飽和度S、水泥石體積模量之間的關(guān)系式[56]：

(1)

式中：Ks為不含孔介質(zhì)的體積模量；K為含孔介質(zhì)的體積模量。從這個經(jīng)典理論模型上可以看出，減縮劑與內(nèi)養(yǎng)護劑分別減小了pcap與S，從而在收縮調(diào)控上潛在發(fā)揮協(xié)同效應(yīng)。

筆者認為，減縮劑的減縮效率與水泥石毛細孔溶液的不飽和度直接相關(guān)。減縮劑需要在孔溶液形成大面積的小曲率半徑的彎液面的情況下才利于其顯現(xiàn)出高效減縮作用，全干大孔中的減縮劑減縮作用可忽略。水泥石孔隙溶液不飽和度低且同時小直徑孔中彎液面表面周長越大，可發(fā)揮實際減縮作用的減縮劑數(shù)量則越多。內(nèi)養(yǎng)護劑釋水效應(yīng)可降低混凝土水泥石毛細孔的水分不飽和度，延緩孔隙的干燥過程，這可能為減縮劑效能的發(fā)揮提供必要的“水載體”。進一步地，混凝土內(nèi)部相對濕度從飽和態(tài)開始下降前已成干孔的粗大毛細孔中產(chǎn)生的毛細負壓力的量可忽略不計，混凝土拌合階段已分散在此類大毛細孔中的減縮劑幾乎不能發(fā)揮其減縮效果。

因此，為充分發(fā)揮減縮劑和內(nèi)養(yǎng)護劑組合調(diào)控的“內(nèi)摻協(xié)同”效應(yīng)，可從以下三方面做進一步研究：1)利用內(nèi)養(yǎng)護顆粒預(yù)先吸收部分減縮劑的稀釋溶液，使減縮劑更多地在水泥石臨界毛細孔(對應(yīng)內(nèi)部相對濕度開始下降時的彎液面臨界曲率半徑)進入臨界非飽和態(tài)階段之后，“受控定時地”開始釋放補給到實際將產(chǎn)生較大毛細負壓力的小毛細孔中，而不是在拌合階段即“全部平均地”分散到所有凈漿孔隙溶液中而造成部分浪費以及大范圍的早期強度折減影響。2)通過計算和成孔工藝控制，使內(nèi)養(yǎng)護劑顆粒具有適宜的孔徑分布或釋水特性，使得其主體孔隙孔徑與上述臨界毛細孔的孔徑相當，這可以保證絕大部分內(nèi)養(yǎng)護水及其中溶解的減縮劑不提前釋放到水泥石粗大的毛細孔中而造成蒸發(fā)和浪費。3)研究不同種類的減縮劑與內(nèi)養(yǎng)護劑組合使用對混凝土收縮和開裂的影響及其協(xié)同效應(yīng)的發(fā)生條件，同時考察組合調(diào)控對混凝土基本力學(xué)性能的影響。

針對以上減縮劑、膨脹劑、內(nèi)養(yǎng)護劑兩兩內(nèi)摻的三類調(diào)控組合，通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)均存在各自的協(xié)同潛力，其機理示意如圖1所示?？偨Y(jié)該“內(nèi)摻協(xié)同”的物理化學(xué)和微觀機制，可分為以下三類過程：1)以水分傳輸(水分定向補給)為核心的收縮協(xié)同調(diào)控。例如內(nèi)養(yǎng)護為早期的膨脹劑反應(yīng)及時提供水分、為減縮劑提供作用載體；2)養(yǎng)護全過程自收縮和干燥收縮的協(xié)同調(diào)控。例如干燥、中厚或薄壁條件下，減縮劑主要調(diào)控中后期干燥收縮，膨脹劑或內(nèi)養(yǎng)護劑主要調(diào)控早期自收縮發(fā)展；3)以膠材體系水化過程、化學(xué)減縮及抗拉力學(xué)性能的發(fā)展調(diào)節(jié)為核心的收縮和抗裂性協(xié)同調(diào)控。例如減縮劑延緩水泥早期水化，為膨脹劑早期膨脹提供必要水源和弱約束條件；內(nèi)養(yǎng)護劑促進水化程度和后期強度發(fā)展，彌補減縮劑造成的早期力學(xué)性能折減；內(nèi)養(yǎng)護劑在基材中留下孔隙或輕質(zhì)骨料等弱相而折減力學(xué)性能，而膨脹劑因水化反應(yīng)加強而生成更多致密的膨脹產(chǎn)物填充密實孔隙或界面區(qū)域而提高力學(xué)性能等。

但顯而易見的是，此三種內(nèi)摻劑的材料種類、細度/顆粒粒徑/孔徑、摻量、膨脹反應(yīng)特性/吸水釋水特性/表面活化特性的變化范圍很大，相互間組合眾多，并非任意的兩兩內(nèi)摻組合都能產(chǎn)生積極的減縮抗裂協(xié)同作用。因此，通過分類、定量、科學(xué)的系統(tǒng)性試驗研究和理論分析，才有可能建立起減縮劑、膨脹劑、內(nèi)養(yǎng)護劑兩兩內(nèi)摻調(diào)控組合“內(nèi)摻協(xié)同”的物理化學(xué)機理理論、發(fā)生條件和適用場景。

2 內(nèi)外組合調(diào)控

無論是內(nèi)養(yǎng)護劑、膨脹劑、減縮劑單一內(nèi)摻還是組合內(nèi)摻，都可以一定程度上降低混凝土的收縮。在此基礎(chǔ)上，輔以濕養(yǎng)護(蓄水、灑水、噴淋養(yǎng)護、蒸汽養(yǎng)護)、覆蓋養(yǎng)護(濕棉氈、濕草席、塑料膜、永久性模板)、成膜養(yǎng)護(改性水玻璃、改性丙烯酸乳液、聚合乳膠基型成膜劑)等外部養(yǎng)護手段，實現(xiàn)混凝土內(nèi)部和外部的組合調(diào)控，也是一種非常具有發(fā)展?jié)摿Φ慕M合調(diào)控思路。

2.1 外養(yǎng)護劑與內(nèi)養(yǎng)護劑組合調(diào)控

鄭小波等測試陶粒內(nèi)養(yǎng)護混凝土在密封1,7,28 d的不同外養(yǎng)護時長下的減縮效果[57]。結(jié)果表明，養(yǎng)護方式對內(nèi)養(yǎng)護方法的減縮效果起著重要影響，隨著密封養(yǎng)護時間的增加，內(nèi)養(yǎng)護混凝土的減縮效果明顯提高。由于陶粒的存在，內(nèi)養(yǎng)護混凝土中含有較多大孔，因此干燥環(huán)境下更易失水，故延長密封養(yǎng)護時間，可以有效地減少水分的損失，使引入水更好地發(fā)揮其養(yǎng)護作用，減小混凝土收縮。王家赫以擠壓成型的纖維增強水泥基板材作為永久性模板，通過一維濕度試驗研究了帶與不帶模板條件下內(nèi)養(yǎng)護混凝土的濕度場[58]。結(jié)果表明，內(nèi)養(yǎng)護方法可以有效地提高試件內(nèi)部相對濕度，降低試件的自收縮(高強混凝土中尤為突出)，永久性模板可以有效提高試件干燥面附近的相對濕度，降低試件的干燥收縮(低強混凝土中尤為突出)，二者的組合作用使得各強度等級混凝土的收縮均得到了有效控制。韓宇棟等研究了在密封和干燥兩種條件下，預(yù)吸水輕骨料的摻量對混凝土早期收縮以及內(nèi)部濕度的影響[59]。結(jié)果表明，隨著引水量的增加，高強混凝土28 d的收縮變形與濕度下降均得到有效控制，且對密封試件的調(diào)控效果更顯著，密封條件下內(nèi)養(yǎng)護混凝土試件28 d的內(nèi)部相對濕度仍可維持在98%左右；在干燥條件下，高強混凝土表層部位臨近干燥狀態(tài)，僅僅依靠內(nèi)養(yǎng)護方法并不能根除干燥收縮。以上研究均表明，僅僅依靠內(nèi)養(yǎng)護方法，難以實現(xiàn)混凝土自收縮及干燥收縮的整體性調(diào)控，尤其是對于表面混凝土的干燥收縮調(diào)控效果較差(特別在大水膠比的低強混凝土中)。在此基礎(chǔ)上，采取恰當?shù)耐獠筐B(yǎng)護措施，可以有效提高內(nèi)養(yǎng)護效率，減小整體收縮。

2.2 外養(yǎng)護劑與減縮劑組合調(diào)控

Dang等在混凝土表面復(fù)涂減縮劑與養(yǎng)護劑，并評價了這種雙涂層養(yǎng)護方式對表層混凝土收縮性能的影響[60]，結(jié)果表明，二者之間存在協(xié)同效應(yīng)，復(fù)合涂抹于混凝土表面后可以有效降低混凝土干燥收縮。由于外養(yǎng)護劑與減縮劑組合調(diào)控的研究相對較少，筆者認為外養(yǎng)護劑與內(nèi)摻型減縮劑組合調(diào)控時，二者之間的協(xié)同機理相對簡單，主要在于調(diào)控效果疊加。

2.3 外養(yǎng)護劑與膨脹劑組合調(diào)控

Calvo等研究了浸水養(yǎng)護、覆膜養(yǎng)護、干燥養(yǎng)護等不同養(yǎng)護方式對膨脹混凝土膨脹效能的影響[61]。結(jié)果表明，在浸水養(yǎng)護條件下，膨脹混凝土達到了最大的膨脹值，并且可以維持在該值；而在其余兩種養(yǎng)護條件下，膨脹效果減弱，并且在膨脹值達到最大后又發(fā)生了不同程度的“倒縮”，其中干燥條件下最為嚴重。李鵬研究了養(yǎng)護條件對不同膨脹劑摻量的補償收縮高強混凝土限制膨脹率的影響，發(fā)現(xiàn)在同等膨脹劑摻量和養(yǎng)護溫度的條件下，水養(yǎng)組的限制膨脹率始終高于密封組[62]，表明外部養(yǎng)護水分的供給對膨脹劑膨脹效能的發(fā)揮有著很顯然的促進作用。

根據(jù)以上的研究結(jié)果，可以看出，在內(nèi)養(yǎng)護劑、膨脹劑、減縮劑等三類內(nèi)摻劑的應(yīng)用過程中，外部養(yǎng)護措施可以作為有效的協(xié)同輔助手段，提升各種內(nèi)摻劑減縮效能。在使用內(nèi)養(yǎng)護方法時，通過覆蓋薄膜、使用永久性模板等措施，可以在有效降低表層干縮的同時，保證引入水充分發(fā)揮內(nèi)養(yǎng)護作用，而非在蒸發(fā)過程中無效浪費；在使用膨脹補償方法時，通過浸、灑水等外部濕養(yǎng)護的方法，可以為表層區(qū)域內(nèi)的膨脹劑保持或提供充足水分，發(fā)揮其膨脹效能；在使用減縮劑時，充分的外部養(yǎng)護所維持混凝土的高內(nèi)部濕度環(huán)境，使水泥石毛細孔小孔的飽和度增加，從而為減縮劑發(fā)揮高效作用提供必要、充足的水載體。綜上，內(nèi)摻劑和外養(yǎng)護的“內(nèi)外組合”調(diào)控，其技術(shù)過程是通過外部覆蓋、成膜措施以延緩或阻絕混凝土內(nèi)部水分向環(huán)境擴散蒸發(fā)以及外部濕養(yǎng)護向表層混凝土補水，從而以“控制水分散失或補給”為核心機制并與內(nèi)摻劑之間產(chǎn)生減縮的協(xié)同作用，其機理示意如圖2所示。因此，在三類內(nèi)摻調(diào)控的同時，依然要采取恰當?shù)耐獠筐B(yǎng)護措施，即“內(nèi)調(diào)外養(yǎng)”的“內(nèi)外組合”調(diào)控思路是十分必要的。

3 主被組合調(diào)控

以內(nèi)外養(yǎng)護、減縮劑、膨脹劑等方法來抑制水泥基材料的收縮開裂，本質(zhì)上是一種“被動”的調(diào)控措施，是依據(jù)補償或降低水分耗散、降低孔溶液表面張力、補償化學(xué)收縮等機理來減小收縮的原動力，以達到防止開裂的目的；而以短切纖維、納米組分等作為水泥基材料的增強體來改善基材的脆性特征，提高其抗拉能力，直接提升其開裂阻力，則是一種“主動”的調(diào)控措施。將“主動”與“被動”措施組合應(yīng)用，既降動力，又增阻力，是值得嘗試的水泥基材料收縮開裂調(diào)控方式之一，研究者們對此也進行了大量研究。

3.1 增強纖維與減縮劑

Passuello等通過鋼環(huán)約束試驗研究發(fā)現(xiàn)減縮劑可顯著延緩鋼環(huán)試件的開裂時間，且使裂縫寬度減少了40%；纖維對開裂時間沒有明顯作用，但可以更有效地控制裂縫寬度，摻加大尺寸纖維可以將裂縫寬度減少70%，摻加小尺寸纖維可將裂縫寬度減少90%；將減縮劑與纖維組合摻入后，即使纖維摻量較低，也可有效提高其抗裂性能[63]。Erhan等通過鋼環(huán)約束試驗研究了減縮劑與鋼纖維對輕骨料混凝土收縮性能的影響，得到了與Passuello[63]相似的結(jié)果，即在水膠比不變的情況下，減縮劑與鋼纖維組合，既能延緩開裂，又能減小裂縫寬度[64]。Yoo等研究了減縮劑對超高性能纖維混凝土自收縮應(yīng)力、拉伸強度的影響，發(fā)現(xiàn)隨著減縮劑摻量的增加，收縮應(yīng)力降低，拉伸強度增大，在30 d的試驗期內(nèi)未觀察到收縮致裂現(xiàn)象[65]。李世華研究了減縮劑與聚丙烯纖維單摻或組合時對砂漿收縮和混凝土開裂性能的影響，發(fā)現(xiàn)減縮劑和聚丙烯纖維能有效抑制砂漿收縮，降低混凝土總開裂面積，提高混凝土抗裂性能，減縮劑主要作用是大幅降低混凝土裂縫條數(shù)，而聚丙烯纖維則能顯著降低平均裂縫寬度[66]。Gong等在陶?；炷林袚郊覲P纖維與減縮劑，發(fā)現(xiàn)其自收縮與干燥收縮均得到了有效的改善，認為減縮劑通過降低表面張力調(diào)控收縮，而PP纖維通過均勻分散的纖維將應(yīng)力均勻化，避免應(yīng)力集中，這兩種作用互不影響，因此減縮效果可以疊加[67]。上述研究表明，增強纖維與減縮劑組合的協(xié)同效應(yīng)體現(xiàn)在：減縮劑可顯著降低收縮，纖維可顯著提高抗裂能力，因此減縮劑與增強纖維“主被組合”調(diào)控，可“主被協(xié)同”調(diào)控混凝土收縮和開裂性能。

但目前關(guān)于增強纖維與減縮劑組合調(diào)控的研究還存在如下問題：1)減縮劑的引入對纖維與水泥漿體之間的黏結(jié)錨固產(chǎn)生的影響還存在不確定性。Wang等研究了不同摻量的減縮劑對纖維增強水泥基材料抗彎性能的影響，發(fā)現(xiàn)減縮劑的存在降低了孔溶液的表面張力，減小了鋼纖維或PP纖維的潤濕角，增加了纖維的潤濕性，使得纖維與基體的黏結(jié)力更大，抗彎強度得到提升[68]。但Park等通過單根纖維拔出試驗，得到了相反的結(jié)果，其研究表明，摻加減縮劑后，直長鋼纖維在混凝土中的錨固力顯著降低，并將這一結(jié)果解釋為長纖維附近的基體收縮量減少，因此對長纖維的擠壓錨固效應(yīng)變差，黏結(jié)力降低[69]。2)增強纖維與減縮劑產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)的條件還需進一步研究。高小建等通過研究聚丙烯纖維和減縮劑對混凝土收縮性能的影響，發(fā)現(xiàn)聚丙烯纖維的引入可以有效降低早期自收縮；但是由于大量纖維的摻入，在攪拌過程中產(chǎn)生引氣作用而在基材中留下較多氣孔，導(dǎo)致部分纖維-砂漿界面結(jié)合不良，同時引氣導(dǎo)致的這部分大孔加劇了干燥條件下水分的耗散，因此干燥條件下聚丙烯纖維和減縮劑復(fù)摻的收縮調(diào)控效果反而不如單摻減縮劑[70]。3)要實現(xiàn)增強纖維與減縮劑組合調(diào)控的工程應(yīng)用，還需進一步結(jié)合減縮劑種類及特性，研究增強纖維的表面性態(tài)匹配控制，促使二者切實發(fā)生協(xié)同效應(yīng)。4)從經(jīng)濟適用角度考慮，增強纖維和減縮劑價格相對其他原材料較高，研究減縮劑和纖維與實際工程需求相匹配的最佳經(jīng)濟摻量很有必要。

3.2 增強纖維與膨脹劑

增強纖維與膨脹劑的組合效應(yīng)，首先體現(xiàn)在減小收縮和提高抗裂能力上。朱涵等通過研究膨脹劑和聚乙烯纖維對高強輕質(zhì)混凝土收縮和抗開裂性能的影響，發(fā)現(xiàn)雙摻后可以更有效地減小收縮，提高抗開裂能力[71]。Sun等研究發(fā)現(xiàn)混雜纖維與膨脹劑的組合應(yīng)用，比單摻時在高性能混凝土收縮性能和抗?jié)B性能上有更好的提高，借助混雜纖維的逐級分階段阻裂效應(yīng)以及膨脹劑的補償收縮效應(yīng)，可有效改善高性能混凝土的孔結(jié)構(gòu)，同時膨脹劑的引入還有效提高了水化早期基材與骨料或纖維的界面黏結(jié)作用[72]，骨料和纖維的收縮調(diào)節(jié)能力得到了更早的發(fā)揮。Corinaldesi等發(fā)現(xiàn)對于以鍍黃銅鋼纖維作為增強體的水泥基材料，由于CaO的大量引入，黃銅在堿性環(huán)境中脫鋅，纖維與水泥漿體界面處形成羥基鋅酸鈣晶體，界面黏結(jié)力增大，抗彎強度有效提升[73]。Afroughsabet等通過纖維拔出試驗研究了膨脹水泥對纖維-基材界面黏結(jié)的影響，發(fā)現(xiàn)以膨脹水泥代替普通水泥，不僅可以有效提高纖維混凝土的體積穩(wěn)定性，也提升了鋼纖維在基材中的拉拔強度[74]。Yoo等系統(tǒng)研究了硫鋁酸鈣類膨脹劑對直鋼纖維、帶彎鉤鋼纖維在UHPC中拔出行為的影響，結(jié)果表明，加入6%的膨脹劑可以有效減小UHPC的收縮，并且由于膨脹產(chǎn)物鈣礬石的填充密實作用，基材的初始開裂強度提高，因此鋼纖維在基材中的黏結(jié)強度提高，纖維的破壞方式由拔出破壞向拉斷破壞轉(zhuǎn)變[75-76]。以上研究均表明，通過增強纖維與膨脹劑的協(xié)同效應(yīng)，可有效降低混凝土收縮，提高抗裂性能。

增強纖維與膨脹劑間的相互作用還體現(xiàn)在：纖維的摻入將形成內(nèi)部膨脹約束，一方面可解決膨脹劑可能引發(fā)的不可控膨脹問題，另一方面也可能降低膨脹效能。Cao等研究了不同摻量的膨脹劑以及不同種類、摻量、形狀的纖維對自密實混凝土早期收縮性能、抗?jié)B性能、力學(xué)性能的影響，發(fā)現(xiàn)膨脹劑的引入可以有效調(diào)控收縮，但可能會產(chǎn)生過度膨脹，而與鋼纖維復(fù)合應(yīng)用則可以有效控制膨脹效果[77-78]。Yu等研究了尼龍纖維、玻璃纖維和鋼纖維對膨脹噴射混凝土抗裂性能的影響，發(fā)現(xiàn)在摻入纖維后，可以有效控制膨脹量，提高無側(cè)限抗壓強度與劈裂抗拉強度，降低噴射混凝土的開裂風(fēng)險[79]。王愛國等通過掃描電子顯微鏡，研究了聚丙烯纖維、膨脹劑及其兩者組合對混凝土微結(jié)構(gòu)的影響[80]。結(jié)果表明：纖維使膨脹劑在無限制條件下的膨脹作用得到限制，加強了其填充和細化孔隙的作用；膨脹劑的填充作用減少了纖維表面附近的孔隙，增強了水泥漿體對纖維的握裹與黏結(jié)。

綜合上述研究成果，可將增強纖維與膨脹劑的協(xié)同作用總結(jié)如下：纖維的存在，一方面直接增加了水泥基材料的抗拉性能，提高防開裂能力；另一方面為膨脹劑的膨脹效應(yīng)提供內(nèi)部約束，有效解決了過度膨脹的問題，利用纖維的限制能力使膨脹產(chǎn)物更多地被局部擠壓進入孔隙中，改善了微觀孔結(jié)構(gòu)，提高了水泥基材料的體積穩(wěn)定性以及抗?jié)B性能。膨脹劑的存在，一方面直接對收縮進行“補償”；另一方面使得結(jié)構(gòu)更致密，因此提高了纖維-基材的界面黏結(jié)強度，改善了水泥基材料的力學(xué)性能以及抗?jié)B性能，尤其體現(xiàn)在抗拉拔和抗彎強度的提升上。但現(xiàn)有增強纖維和膨脹劑種類眾多，不同纖維與基材粘結(jié)特性、不同膨脹劑膨脹機理都不盡相同，關(guān)于增強纖維與膨脹劑產(chǎn)生最佳協(xié)同效應(yīng)的組合和條件以及適用場景還需進一步廣泛深入研究。

3.3 增強纖維與內(nèi)養(yǎng)護

Shen等通過收縮試驗和鋼環(huán)約束試驗研究了棒狀聚丙烯纖維對高吸水樹脂內(nèi)養(yǎng)護混凝土早期收縮及開裂性能的影響，結(jié)果表明，隨著纖維摻量的提高，內(nèi)養(yǎng)護混凝土的自收縮降低，并顯著延緩了開裂時間，降低開裂可能性[81]。Shen等還通過溫度應(yīng)力試驗研究了絕熱條件下棒狀纖維長度對內(nèi)養(yǎng)護混凝土抗裂性能的影響，發(fā)現(xiàn)當纖維長度超過54 mm時，由于在混凝土內(nèi)分散性較差，內(nèi)養(yǎng)護高性能混凝土的抗裂性降低[82]。成昊坤研究了鋼纖維、聚丙烯纖維、鋼-聚丙烯混雜纖維與飽水輕骨料對高性能混凝土力學(xué)性能、收縮性能、抗裂性能的影響，結(jié)果表明，纖維與預(yù)吸水輕骨料均能起到限制自收縮的作用，并且纖維的阻裂作用可以有效延緩開裂時間，減小開裂面積，提高混凝土整體抗裂性能[83]。劉婉瑩采用高吸水樹脂和陶粒輕骨料對纖維增強復(fù)合材料(ECC)進行內(nèi)養(yǎng)護，并研究了內(nèi)養(yǎng)護作用對ECC材料收縮性能與基本力學(xué)性能的影響，發(fā)現(xiàn)高吸水樹脂與輕骨料對ECC材料的收縮調(diào)控效果均較為顯著，60 d的減縮量分別為18%和26%；并且在內(nèi)養(yǎng)護的作用下，促進了水泥水化，纖維與基體的黏結(jié)效果更好，可以有效地提高劈裂抗拉強度[84]。Zhang在高強ECC材料中摻加經(jīng)過煅燒及預(yù)吸水處理的沸石細顆粒，借助這種多孔材料對ECC材料進行養(yǎng)護，結(jié)果表明，在不影響強度的前提下，28 d自收縮以及干燥收縮降低了60%以上[85]。于凌波通過纖維拔出試驗研究了內(nèi)養(yǎng)護陶砂摻量對UHPC中鋼纖維與界面黏結(jié)強度的影響，結(jié)果表明，隨著陶砂摻量從0增加到30%，UHPC的28 d自收縮減少了18%，但同時鋼纖維的界面黏結(jié)與拔出耗能均減??；在UHPC的單軸拉伸試驗中，也觀察到相符的結(jié)果，即隨著陶砂摻量的增加，應(yīng)變硬化現(xiàn)象減弱，峰值應(yīng)力、峰值應(yīng)變均有所下降[86]。

以上多個研究結(jié)果表明，增強纖維與內(nèi)養(yǎng)護的調(diào)控組合，可以有效減小混凝土的收縮尤其是自收縮，同時可以延緩混凝土的開裂，提高其抗裂性能。二者的“主被協(xié)同”效應(yīng)主要表現(xiàn)在不同功能的疊加，內(nèi)養(yǎng)護劑主要負責“減縮”，纖維主要負責“防裂和增強”，同時彌補內(nèi)養(yǎng)護劑對混凝土抗拉等力學(xué)性能的不利折減。有不少研究人員均發(fā)現(xiàn)內(nèi)養(yǎng)護劑的引入對纖維-基材界面黏結(jié)的影響較大，進而影響混凝土的力學(xué)性能，這種影響在鋼纖維增強(長徑比小，對界面錨固力更敏感)的高強混凝土、UHPC中尤為敏感和不確定。首先，內(nèi)養(yǎng)護劑引入的內(nèi)養(yǎng)護水可以一定程度地促進膠凝材料的水化，使水化產(chǎn)物增多，基材更密實，從而增強了纖維與基材之間的黏結(jié)效果；其次，纖維與基材的黏結(jié)主要依靠界面的錨固摩擦，而收縮帶來一定的“夾緊”增壓效果有可能少量增強這種界面摩擦。當采用內(nèi)養(yǎng)護方法后，基材收縮減小，從而減弱了纖維與基材之間的黏結(jié)效果；第三，尤其重要的是，內(nèi)養(yǎng)護方法一般采用的高吸水樹脂在釋水后將在基材中留下一定尺寸的孔隙，或預(yù)吸水輕骨料在釋水后會在基材中留下較多的輕骨料-基材弱界面和輕骨料弱本體(在高強混凝土中類似于大尺寸孔隙)，從而對纖維表面局部受到的黏結(jié)錨固造成不確定的影響；第四，纖維本身的橋接增強作用，尤其是混雜纖維的分級強化作用可增大基材的抗拉強度。這幾個方面的作用是同時存在且相互疊加的。隨著基材強度、內(nèi)養(yǎng)護劑種類、粒徑及摻量、纖維種類、尺寸與摻量、表面性態(tài)等因素的變化，上述幾種作用中當哪一項占主導(dǎo)地位時，會隨材性和摻量的組合變化而表現(xiàn)出不確定性，表明此調(diào)控組合的“主被協(xié)同”作用機理和定量發(fā)生條件仍需大量深入的工作。

綜上調(diào)研分析可以發(fā)現(xiàn)，增強纖維與內(nèi)外養(yǎng)護、減縮劑、膨脹劑等“主被組合”調(diào)控均有可能實現(xiàn)有效調(diào)控水泥基材料的收縮開裂，其機理示意如圖3所示。但上述三種“主被協(xié)同”調(diào)控還存在如下共性問題：1)不論是增強纖維，還是內(nèi)摻劑和外養(yǎng)護劑，由于其種類繁多，作用機理各異，難以提出統(tǒng)一的“主被協(xié)同”作用機理和定量發(fā)生條件；2)“主被協(xié)同”作用能否實現(xiàn)，關(guān)鍵在于確定“被動”調(diào)控對纖維與基材界面黏結(jié)錨固作用的影響；3)確定最佳摻量時，在保障“主被協(xié)同”作用調(diào)控效能的同時，還需從經(jīng)濟適用性角度進行優(yōu)化。因此，“主被組合”調(diào)控要在實際工程中得到大量應(yīng)用，并充分發(fā)揮其調(diào)控效能，還需進行大量系統(tǒng)性的研究工作。

4 總體技術(shù)路線

混凝土早期收縮開裂調(diào)控方法，諸如內(nèi)摻調(diào)控材料(膨脹劑、減縮劑、內(nèi)養(yǎng)護劑)，外養(yǎng)護方法(濕養(yǎng)護、覆蓋或成膜)以及增強纖維等，這些方法單一使用時都能一定程度上實現(xiàn)減縮抗裂作用，但因混凝土配合比和強度等級、工程類型和使用部位以及結(jié)構(gòu)服役環(huán)境變化范圍大，上述單一減縮抗裂措施均存在自身一定的局限性?；诖苏J識，本文以混凝土收縮開裂組合調(diào)控技術(shù)為分析目標，對當前組合調(diào)控方法的研究現(xiàn)狀和存在問題進行了總結(jié)梳理，重點分析了“內(nèi)摻組合調(diào)控”“內(nèi)外組合調(diào)控”“主被組合調(diào)控”這三大類混凝土早期收縮開裂的組合調(diào)控技術(shù)，提出以下組合調(diào)控總體技術(shù)路線圖，如圖4所示。

5 總結(jié)與展望

總結(jié)了當前研究關(guān)于三類組合調(diào)控所對應(yīng)的協(xié)同作用機理的研究進展，明確了當前理論和試驗研究中一些亟待解決的問題，并提出了若干未來研究方向。

通過對“內(nèi)摻組合調(diào)控”“內(nèi)外組合調(diào)控”“主被組合調(diào)控”這三類組合調(diào)控技術(shù)現(xiàn)有研究的綜合分析，可以初步得到在混凝土早期收縮開裂調(diào)控工作中關(guān)于組合調(diào)控方法的幾點重要認識：

1)合理設(shè)計的混凝土收縮開裂組合調(diào)控方法可分類發(fā)揮出其協(xié)同效應(yīng)，其協(xié)同的物理化學(xué)、力學(xué)機理可分為：a.以水分傳輸(水分定向補給或受控遷移)為核心的水分協(xié)同調(diào)控；b.養(yǎng)護全過程對早期自收縮和中后期干燥收縮的協(xié)同調(diào)控；c.以膠材體系水化過程、化學(xué)減縮發(fā)展及抗拉力學(xué)性能調(diào)節(jié)為核心的收縮抗裂協(xié)同調(diào)控；d.以增強纖維增開裂阻力和“內(nèi)摻外養(yǎng)”降致裂動力為核心的“主被力學(xué)協(xié)同調(diào)控”。

2)整體性、全過程。整體考慮“兩兩內(nèi)摻”“內(nèi)摻外養(yǎng)”分類作用，早期自收縮和中后期干燥收縮、內(nèi)部濕度飽和期和下降期的全過程不同收縮兼顧控制，增開裂阻力、降致裂動力兩方面同步調(diào)控，充分利用“內(nèi)摻”“內(nèi)外”“主被”三種潛在可行的協(xié)同機制。

3)定時定向，高效針對。用內(nèi)養(yǎng)護材料預(yù)吸一定濃度的減縮劑溶液，將內(nèi)養(yǎng)護法與減縮劑法相結(jié)合，在濕度下降期緩慢定向地向含有凹曲液面的小孔中釋放減縮劑溶液，定時、定點發(fā)揮作用，可以有效提高減縮劑的使用效率并控制其折減力學(xué)性能不利影響。在內(nèi)養(yǎng)護過程中，輔以恰當?shù)耐獠筐B(yǎng)護措施，避免內(nèi)養(yǎng)護水向環(huán)境中的無效擴散，可以有效提高內(nèi)養(yǎng)護效率。針對膨脹劑水化膨脹歷程特點，匹配設(shè)計合理的內(nèi)養(yǎng)護材料孔隙和釋水特性，使內(nèi)養(yǎng)護水受控及時高效地供給膨脹劑水化反應(yīng)，提高膨脹效能。

4)優(yōu)勢互補，劣勢互消。在內(nèi)養(yǎng)護與膨脹劑的組合應(yīng)用中，引入水為膨脹劑提供了反應(yīng)原料，膨脹產(chǎn)物反過來又改善了內(nèi)養(yǎng)護帶來的有害孔；在減縮劑與膨脹劑的組合應(yīng)用中，二者不僅可以在減縮作用上實現(xiàn)疊加“放大”效應(yīng)，膨脹劑的存在也可以有效彌補減縮劑對強度發(fā)展造成的負面影響；在纖維與膨脹劑的組合應(yīng)用中，纖維限制了膨脹劑的不受控膨脹，同時膨脹產(chǎn)物對基材的“擠密”作用也增強了對纖維的錨固摩擦；在纖維與內(nèi)養(yǎng)護劑的組合應(yīng)用中，增強纖維彌補了內(nèi)養(yǎng)護引入有害孔對基材抗拉力學(xué)性能的折減，同時內(nèi)養(yǎng)護促進基材更充分水化也強化了基材對纖維表面的黏結(jié)錨固。

5)混凝土收縮開裂分類組合調(diào)控技術(shù)中，由于調(diào)控材料種類多元、參數(shù)變量范圍很大，特性多變，雖然以上分析的技術(shù)優(yōu)勢明顯，但也并非萬能或隨意組合即可發(fā)揮出協(xié)同效果，使用不當或濫用時甚至可能產(chǎn)生消極后果或嚴重風(fēng)險。因此，需通過大量的分類、定量、科學(xué)的系統(tǒng)性試驗研究和理論分析，長期的實踐積累才能掌握好行之高效的組合調(diào)控方法。建立混凝土收縮開裂分類組合調(diào)控材料和技術(shù)體系、基礎(chǔ)理論，以及明確其分類協(xié)同作用的定量發(fā)生條件和適用場景。當前的研究成果還較為基礎(chǔ)且分散不成體系，未來的研究前景廣闊，尚需聚焦更多研究者的興趣和工作投入。

6)需研究建立混凝土工程結(jié)構(gòu)收縮開裂分類組合調(diào)控的設(shè)計和應(yīng)用技術(shù)規(guī)程。