探索和實踐是結構工程師的精神

探索和實踐是結構工程師的精神

目錄

1.序言..........................................................................1

??裂縫的探索和實踐之路........................................................2

??從伸縮縫到裂縫..........................................................2

??裂縫的理論計算..........................................................3

????由裂縫控制實踐出來的“跳倉法”.........................................5

????實踐出來的裂縫控制秘訣.................................................7

????辯證出來的裂縫控制新理論...............................................8

????思考行業(yè)存在的幾個問題......................................................8

????關于抗裂材料............................................................8

????關于大體積混凝土養(yǎng)護...................................................9

??????關于摻加膨脹劑.........................................................9

????我的幾點建議...............................................................10

????變形效應是一個新的研究領域............................................10

????高品質普通中低強度混凝土應好好打......................................11

????精心設計...........................................................12

????精心施工...........................................................12

??????精料供應..........................................................12

??????要重視地基變形引起的裂縫.............................................13

??????關于對膨脹劑的爭議....................................................14

??????應重視混凝土的收縮變形引起的裂縫.....................................15

????結束語.....................................................................16

1.序言

近年來，我經常應邀到全國各地舉辦裂縫控制專題報告并參加一些國際裂

縫控制技術講座和科學交流會，推廣交流自己的研究成果；多年的探索經驗告

訴我，裂縫控制的技術或方法不少是被現(xiàn)場的實際問題逼出來的。當常規(guī)技術

和方法不能解決現(xiàn)實問題時，就會有研究和創(chuàng)新的需求；而這些創(chuàng)新一開始并

不十分完善，我永遠對自己不滿意，深感自己還有很多缺點和不足，仍需進一

步實踐和研究去完善和提高。我不斷在探索中超越經驗積累和專業(yè)局限，在不

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斷地否定自我的過程中前進，不斷擴充視野，挑戰(zhàn)自我，再多做一些對工程實

踐有意義的探索工作。一路上風風雨雨跌跌撞撞走過了將近60年，遇到數(shù)不清

的困難，始終不離不棄，跌倒再爬起。實踐的需求，改變了我一生的追求和生

活軌跡，這一探索之路竟成了我的終生事業(yè)和追求?；厥孜业墓こ處熤?，我

認為探索和實踐是結構工程師應該必備的精神，是結構工程師的匠心所在。

裂縫的探索和實踐之路

從伸縮縫到裂縫

1954年夏天，我在實習的工廠里發(fā)現(xiàn)一棟新建的長150多m的鑄造車間

沒有設伸縮縫，其長度超出規(guī)范規(guī)定留設伸縮縫長度的3倍卻沒有預先留設伸

縮縫，但工程沒有開裂，既沒有影響到建筑物的質量，又有良好的外觀。為什

么會出現(xiàn)這種反常的現(xiàn)象？我下意識地認識到這種偶然現(xiàn)象背后，極有可能隱

藏了某種必然的規(guī)律，我決定抽時間研究伸縮縫這個建筑上的問題，于是收集

了許多溫度應力理論的資料，又到建科院、北京圖書館、北大數(shù)學系、水科院

等收集伸縮縫的研究論文和資料。后來，我又深入到工程裂縫最多的工程實踐

中去，從裂縫現(xiàn)象人手，以研究伸縮縫作為切入點。很快，我就開始對工程實

際變形和裂縫擴展規(guī)律進行工程實測，實測資料的累積成為分析問題和簡化計

算方法的基礎，在工程實踐中我收集到大量第一手裂縫資料，同時做了部分小

型粗略試驗。

1955年，我在哈工大任助教，這也是我對建筑裂縫進行全面深人研究和探

索的開始。根據東北156項重點蘇聯(lián)援助項目中的部分工程中收集到的“偶然

現(xiàn)象”，結合工程實踐和實測，我發(fā)現(xiàn)了蘇聯(lián)規(guī)范的局限性和片面性，提出了

多系數(shù)簡易計算法，可以算出伸縮縫間距，確定取消永久性伸縮縫的條件，當

伸縮縫間距擴大到建筑物長度時即達到取消伸縮縫的目的。之后，我又根據“工

業(yè)廠房的真實變形”的變形實測分析，撰文指出：觀測到的數(shù)據和彈性理論存

在較大的差異，結構的真實變形遠小于理論值，這與諸多條件有關，但主要受

裝配式影響。

1958年，我到北京工作后，被借調到中國建筑科學研究院，與建研院一批

老專家參加北京國慶十大工程辦公室科學技術工作委員會的技術服務工作。國

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慶十大工程均是超長工程，如何設置伸縮縫引起大家廣泛關注。按當時的混凝

土規(guī)范，人民大會堂132m超長結構在縱向要設兩條溫度伸縮縫，將主體結構

分成3塊，建筑師在設計上很難處理，勢必會對建筑的美觀、抗震、防水和保

溫產生不良影響，提出是否可取消伸縮縫的問題。我對人民大會堂132m主體

結構作了溫度收縮應力計算，考慮到人民大會堂施工階段最不利的溫差，如不

設伸縮縫，框架端部最大位移為1.7?2.0cm,最大彎矩為750kN?m,我認為

對結構不會產生不良影響，取消溫度伸縮縫是有可能的。同時，若根據人民大

會堂施工期間的最大降溫差遠遠超過使用階段的年溫差，可采用臨時性伸縮縫

來解決施工階段的最大溫差，工程投人使用后，將不會再遇到施工階段的溫差,

可以在施工后期約兩個月內封閉臨時性伸縮縫，這樣可以給結構留有更多的安

全度，給建筑師創(chuàng)造很大的方便，既不影響建筑藝術，又不影響結構安全。經

過近似計算，我認為在132m范圍內設置兩條臨時性伸縮縫，可將最大位移減

少至U0.6cm,最大彎矩減少到250kN?m。最后經過設計施工論證，由朱兆雪總

工程師確定采用了兩條“臨時性1.0m寬變形縫”，后來被稱為“后澆帶”的技

術措施，最終達到了取消永久性伸縮縫的目的。

1959年5月，我被借調到建研院與一機部第八設計院，簽署了在沈陽電機

廠主廠房168m長取消伸縮縫廠房實驗工程合同，進行了分析計算和跟蹤觀測,

超長工程正常，取得了成功。這時我發(fā)現(xiàn)變形引起的作用效應與結構剛度成比

例的特點，作用效應與結構剛度成正比，這與荷載效應有著根本的區(qū)別。徐變、

微裂縫和裝配節(jié)點都會軟化溫度收縮應力，其后為大量實踐所證實。

1963年，在上海召開的第一次全國裂縫會議上，我對一些常規(guī)裂縫問題提

出了自己的看法。按照常規(guī)，樓板和女兒墻斜裂縫是由差異沉降引起的，經過

大量觀察，我認為這是誤判，實際是由收縮與溫度應力引起，與結構長度無關,

與是否留伸縮縫也無關。

裂縫的理論計算

20世紀60年代我對工業(yè)建筑排架、框架結構以及軸對稱結構探索了近似

計算理論。1974年，我探索了大體積混凝土連續(xù)式約束條件下近似設計計算方

法，結合施工檢測，在現(xiàn)場進行探索和研究基本計算模型，抓住伸縮縫許可間

距即無裂縫結構長度和裂縫寬度主要矛盾，在簡化模型基礎上，應用靜力平衡

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條件、幾何變形相容條件和物理條件，推導了溫度應力近似計算基本公式的雛

形。應用于武鋼江心取水泵房控制裂縫分析中，進一步應用在武漢“一米七”

軋鋼工程超長基礎。在緊密聯(lián)系武鋼“一米七”軋鋼工程基礎施工實際的基礎

上，現(xiàn)場做混凝土應力測試，掌握溫度收縮裂縫規(guī)律，“一米七”軋鋼工程基

礎混凝土骨料含泥量達6%?8%,裂縫間距只有4m左右，裂縫密布，而另外

區(qū)域約300m的范圍內沒有一條肉眼可見裂縫，根據的應力測試資料，探索出

溫度應力和材料質量的關系及結構長度的非線性關系，結構長度較小時，溫度

應力與長度幾乎成正比。超過一定長度以后溫度應力逐漸趨于常數(shù)（最大值）

與長度無關，如控制溫度應力小于最大值，可不設縫。

在荷載作用下，鋼筋應力與裂縫寬度呈線性關系，與荷載效應完全不同，

不應當將溫度裂縫當作荷載裂縫驗算，對混凝土溫度應力的近似計算基本公式

進行了進一步推導及完善工作，聯(lián)系材料質量和施

工養(yǎng)護條件對于混凝土抗拉性能和溫度收縮量的影響，進一步研究推導，

于1976年提出了溫度變形的主拉應力和主拉應變的多系數(shù)法，考慮約束作用，

徐變帶來的松弛效應（收縮當量溫差考慮10個影響系數(shù)）近似計算式，溫度應

力和剛度成正比，找到我多年夢寐以求的結構長度計算公式，也就是伸縮縫許

可間距的公式，進一步推導出裂縫寬度的公式。

探索伸縮縫間距就是裂縫間距，伸縮縫就是人工美化的裂縫，裂縫間距就

是伸縮縫間距。當伸縮縫間距擴大到結構長度時，就可以取消伸縮縫。在我處

理各種工程裂縫和超長結構時，將長度趨近無窮大，溫度應力趨近于常數(shù)與長

度無關，裂縫寬度和鋼筋應力呈非線性關系。得出各種結構承受連續(xù)式約束條

件下結構的最大理論長度即工程結構伸縮間距。

當長度趨近無窮大時，溫度應力趨近于常數(shù)與長度無關，裂縫寬度和鋼筋

應力呈非線性關系。溫度收縮應力有最大值，如能控制最大應力超長大體積混

凝土無縫整體澆筑工程中的裂縫分析與控制，則無縫整澆施工技術就成為理論

基本依據。從各大鋼鐵基地到核電建設領域，如秦山、大亞灣、嶺澳、田灣、

三門、海陽、紅沿河和臺山等核電工程，地鐵及市政、橋梁、隧道、海工等工

程，在配合建設單位參與處理和分析控制裂縫工作中，這一理論都得到了參考

應用。秦山核電廠-期工程，大體積混凝土裂縫控制應用了本計算方法并在巖石

上設置瀝青油氈滑動層，從而大大降低了溫度收縮應力，確保了應用范圍最廣

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的C30普通混凝土裂縫控制成功。

由裂縫控制實踐出來的“跳倉法”

1974年，國家重點工程、從日本引進的武鋼“一米七”乳鋼工程開工建設。

“一米七”軋鋼工程的土建結構全部由日本負責設計，采取了地下箱形筏式結

構形式，基礎連續(xù)長686m,寬80?120m,基礎厚2?3m,側墻厚1.5?2.0m。

如按規(guī)范留伸縮縫，將被大量立體交叉的橡膠止水帶分割成許多獨立塊體基礎，

這些變形縫將成為地下工程大量漏水的隱患且難以修復。特別是日本屬于多地

震國家，一旦地震橡膠止水帶被拉斷更難以修復，因此迫使日本的設計理念不

留伸縮縫和沉降縫，基礎無次序分段澆筑最后連成整體，裂了不怕，裂了就堵，

堵不住就排，地下室靠墻邊設置內排水溝，以便排除滲漏水?！耙幻灼摺惫こ?/p>

指揮部組織了科研專題攻關，進行現(xiàn)場檢測和理論分析，探索.分段施工流水作

業(yè)方法，各種荷載無論大小都放在無縫整體的船式基礎，這種先分塊釋放早期

較大溫度收縮應力，待連成整體后，尚出現(xiàn)后續(xù)較小的溫度應力，依靠結構的

抗拉能力來抵抗，這不就是“抗與放”設計原則嗎。最后以“抗”為主的技術

方案代替過去以“放”為主的技術方案，具有現(xiàn)實可行性，根據測試資料進一

步落實施工細節(jié)。686m的結構基礎不設置伸縮縫，不但其設計理念與當時國內

所有設計規(guī)范產生了沖突，而且引起了國內相關工程技術人員的爭議。為處理

好該矛盾，建設方曾多次和日方進行溝通，希望能找到一個解決方法，遺憾的

是溝通未獲得明確結果，日方技術人員內部有兩派意見，有的認為結構的溫度

應力與長度無關，另一派認為有關。沒有書面文字依據，按照慣例，中方只能

按照日方設計施工，施工人員按照日方的設計要求采取了地基分段開挖、混凝

土分段澆筑的施工方法。由于結構超長，土方工程和混凝土工程可交叉流水。

經系統(tǒng)整理，我給此方法起名為“跳倉法”，是超長大體積混凝土無縫（伸縮

縫、沉降縫及后澆帶）施工新方法?！疤鴤}法”這個名詞已經存在，那是在保

留永久性變形縫和后澆帶條件下的“跳倉法”，只涉及施工而與設計無關，本

“跳倉法”是從設計上取消永久性變形縫和后澆帶的新跳倉法。武鋼“一米七”

熱軋工程是國內第一個被動采取跳倉法的施工案例。超長大體積混凝土跳倉法

施工中如何減少裂縫，控制不出現(xiàn)有害裂縫，成為近年來我對基本理論繼續(xù)研

究和完善的重點。

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1979年寶鋼一期工程煉鋼廠300t氧氣頂吹轉爐，為當時國內最大的轉爐，

采用了長90.8m、寬31.3m、厚2.5m的整體筏式C20混凝土基礎，基礎下面布

有253根長60m、直徑914mm的鋼管粒，混凝土量高達7105m3。日方專家

提出轉爐基礎采用分三段施工的垂直分縫、水平分層的混凝土澆筑方案，以避

免混凝土基礎產生裂縫，但該施工方案在避免裂縫產生的同時，也使得施工縫

處理工作量大增，既難保證工程質量，又延長工期，造成大量人力財力的浪費。

既控制有害裂縫，又不進行垂直分縫、水平分層澆筑施工成了我思考和研

究的問題。根據我在武鋼施工現(xiàn)場總結的大體積混凝土澆筑經驗，運用此前推

導出來的混凝土溫度變形的主拉應力及主拉應變的工程近似計算式，在本工程

中，鋼管樁基提高了對基礎的約束度，于是我補充計算了鋼管樁的影響，約束

度增加20%,在此基礎上對連續(xù)無縫澆筑混凝土的施工方案和原材料質量進行

了詳盡嚴謹?shù)姆治鲇嬎?。理論驗算表明，施工控制中如能采取一系列綜合措施,

連續(xù)無縫澆筑混凝土的施工方案是完全可行的。1979年5月，我配合上海市建

筑三公司采取了一整套結合實際、既相互聯(lián)系又相互制約的綜合技術措施，如

選用中低熱礦渣硅酸鹽水泥，減少水泥用量，增大粗、細骨料粒徑，減少用水

量，控制含泥量，摻加大粒徑骨料（5?40mm）,控制混凝土的出機及澆筑溫度,

準備好塑料薄膜和保溫麻袋，在基礎不同部位設置70個測溫點監(jiān)測控制混凝土

降溫速度。28h連續(xù)澆筑，隨后的養(yǎng)護工作我也絲毫不敢大意?；A表面用木

抹子抹平后立即通知施工人員蓋上草袋澆水養(yǎng)護，在基礎混凝土周圍形成密不

透風的圍護層。根據實踐經驗，即超長大體積混凝土的溫度收縮應力最主要的

是控制溫度梯度，避免快速降溫和快速收縮，絕對溫升的高低對溫度應力影響

較小，關鍵是溫度差，所以采用保溫保濕養(yǎng)護措施。兩個月后檢查，7105m3

混凝土基礎通體上下沒有一條有害裂縫。本工程首創(chuàng)的、不留縫連續(xù)澆筑大體

積混凝土成功施工，為寶鋼后續(xù)工程大體積混凝土施工全面推廣提供了全新的

經驗和依據，它既沖破了國內每20?30m必須設置伸縮縫的規(guī)定，又突破了國

外慣用的“垂直分縫、水平分層必須埋設冷卻水管”施工方案；同時該項目獲

得了上海市科技成果獎，是1987年獲得國家科學進步特等獎的組成部分。此外,

我們編制了塊體大體積混凝土施工規(guī)范，并根據軸對稱結構裂縫實際情況研究

了圓形結構和環(huán)形結構溫度收縮應力的計算公式。

1979年，寶鋼初軋廠地下大體積混凝土900m超長結構，以及最近我們做

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的1300m的超長結構，都采用了跳倉法施工，取消了溫度后澆帶和沉降后澆帶。

寶鋼一期從日本引進一項專利，兩個超長9m深大型橡膠水池，抗拉強度雖然

不高，但是極限拉伸竟達450%,比混凝土極限拉伸高45000倍，所以徹底解

決了裂縫問題。

實踐出來的裂縫控制秘訣

1984年，寶鋼長江引水工程，其施工難點是江心直徑43.5m、壁厚1.5m

的沉井泵房大體積混凝土澆筑必須在寒冬季節(jié)施工。1984年春節(jié)前夕，當時連

日寒流，長江口的氣溫已經下降到-9℃,江上溫度比岸上溫度低1?2℃,大體

積混凝土在這樣溫度下澆筑，必然在負溫下停止水化，其強度等于零。混凝土

受寒凍裂，龐大的防水工程結構在長江中失去承載力，其后果不堪設想。最后

我想到了利用混凝土硬化過程中必然會產生的水化熱來解決問題。當時，按混

凝土施工規(guī)范，現(xiàn)場準備燒鍋爐、搭暖棚、采取蒸汽養(yǎng)護，鍋爐已運到現(xiàn)場。

在大體積混凝土的裂縫控制中，歷來對水化熱的要求是越小越好，擔心水

化熱引起開裂，因為在一般情況下這是一個必須加以控制的不利因素；而我現(xiàn)

在產生一種逆向思維，要創(chuàng)造條件讓水化熱為我所用，多一些水化熱，助我一

臂之力。我把利用混凝土水化熱抗凍防裂的施工方法稱作為“自養(yǎng)護法”。其

關鍵是采用完善的擋風密封措施以阻斷外界的寒冷侵襲，嚴密監(jiān)察，精心保溫

養(yǎng)護和控制溫度，增加了兩層草袋一層防雨篷，確?；炷猎?5℃左右環(huán)境中

硬化，抗裂安全系數(shù)提高到1.5。我和上海基礎公司技術人員緊密合作將這個有

5層樓高的龐然大物，在寒冬里利用水化熱自我養(yǎng)護，不用燒鍋爐蒸汽養(yǎng)護法，

因為該法可使環(huán)境溫度驟降，溫度梯度增加，引起斷裂。當時采用的是25km

長距離泵送混凝土工藝，水灰比0.6,控制裂縫的難度較大。施工中最擔心的問

題是大流態(tài)混凝土是否會在零下溫度的環(huán)境中受凍開裂，強度等于0,為掌握沉

井混凝土泵送澆筑過程中在低溫條件下的溫度變化規(guī)律，現(xiàn)場進行了溫度實測

和監(jiān)控；現(xiàn)場實測結果，由于水化熱的幫助，井壁溫度在7?23℃之間，達到

了溫控預定的要求。采取排水下沉的方法將大型沉井高水平地下沉到設計標高。

施工結束后檢查沉井混凝土的質量優(yōu)良，沒有肉眼可見裂縫，沉入長江23.5m

各大泵房及主控室投人運行，為長江水源投產搶回了兩個月的工期。

1985年8月20日，在全線投產前一個月，寶山湖水庫如期蓄水。一期工

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程1985年9月投產時，符合生產需要的淡水源源不斷地流入了寶鋼廠區(qū)。沉井

運行至今已有30年，未發(fā)現(xiàn)裂縫和滲漏現(xiàn)象。

辯證出來的裂縫控制新理論

1990年10月26日，香港九龍50m長混凝土懸臂雨篷倒塌造成6死7傷,

香港各大報紙頭版頭條報道了該起事故，在全港引起恐慌。我應邀前往香港做

了一場“樓宇有裂縫就會出現(xiàn)危險”的專題報告，在報告中我講到，根據多年

處理裂縫的經驗，包括對解放前的工程考察，有些解放前帶有裂縫的混凝土結

構，在20世紀70年代還帶著裂縫正常工作，據此將裂縫分為有害裂縫和無害

裂縫兩大類，我們判斷裂縫有害和無害的界限是根據裂縫的寬度及深度（國際

上只用表面寬度判定裂縫有害程度），不同工程因使用功能及結構形式不同而

有區(qū)別，應結合事故的特點判定是否危樓。

回頭總結我的結構工程師之路，離不開探索和實踐，從觀察到的一個現(xiàn)象,

到產生建筑物溫度伸縮縫的設置和裂縫出現(xiàn)規(guī)律無明顯直接關系的直覺，然后

去研究探索它，孤立無援時，作為一個拓荒者艱難前行，因為探索之路讓實踐

變得一次比一次篤定，也因為實踐之路讓探索變得一次比一次有意義。從發(fā)現(xiàn)

偶然現(xiàn)象后面隱藏的必然規(guī)律，到反常現(xiàn)象其實才應是正常的現(xiàn)象，再到發(fā)現(xiàn)

裂縫之后隱藏的變形規(guī)律，本著什么不懂就學什么，刻苦努力學習的原則。最

終，我悟出控制裂縫的新理念：裂縫是不可避免的，其有害程度是可控制的，

工程師的全部藝術就是把裂縫控制在無害范圍內。解決裂縫問題最好的設計原

則就是應用“抗與放”的設計原則，用辯證的方法解決工程中的實際問題。

對裂縫事故的處理也給了我深刻的啟示，我體會到，工程師的責任是科研

和創(chuàng)新，但工程師還需要一種精神，就是工程師的匠心一探索和實踐，它們是

創(chuàng)新的驅動力。

??.思考行業(yè)存在的幾個問題

??.1.關于抗裂材料

我國最早開始大規(guī)模泵送大體積預拌混凝土，是從1979年寶鋼建設開始，

隨著工程規(guī)模越來越大，混凝土裂縫控制技術難度增加了，地下超長無縫大體

積混凝土箱形基礎長度逐漸達到100m,200m,400m,500m,現(xiàn)在達到1300m。

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近年來，國內許多重點工程包括一些國防工程和核電站等工程裂縫層出不窮，

催生了許多新型抗裂材料、摻合料及外加劑，但從我多年處理裂縫實踐經驗來

看，有不少材料經不起實踐的考驗，一些理論和實驗室試驗以及一些小規(guī)模的

模型試驗，都無法反映工程實際條件。

??.2.關于大體積混凝土養(yǎng)護

和水電工程不同，工民建大體積混凝土水化熱比較高，一般達到60?70℃

甚至至U80?90℃,上海金茂大廈混凝土溫度達97.5C,此情況下內部降溫會增

加夕卜約束應力，弊大于利，此后再不用冷卻水管。類似的教訓在國內外都有,

最嚴重的是某國核電站核島大體積混凝土基礎貫穿性開裂，主要原因是由于內

部設置了蛇形冷卻水管，冷卻后陸續(xù)發(fā)生貫穿性開裂，且由于管壁溫度梯度較

大，又可能會出現(xiàn)內部放射性裂紋。例如，2006年7月，我赴美處理華盛頓的

M-1號工程裂縫問題，就是由于松模后用16℃地下水進行養(yǎng)護，增加了裂縫；

上海人民廣場地下變電站和某大橋橋墩大體積混凝土，采用冷卻水管出現(xiàn)了較

多的開裂；某國核電站核島基礎貫穿性有害裂縫出現(xiàn)在通冷卻水之后。而寶鋼4

座超大型高爐基礎厚度達7?9m,從不采用冷卻水管；中央電視臺大體積混凝

土，最厚達10.9m,沒采用冷卻水管降溫；上海中心主樓基坑直徑120m、底板

澆筑厚達6m,也沒采用冷卻水管，控制裂縫十分成功。

由此我得出結論，澆筑前應對混凝土等原材料冷卻，澆筑后保溫，約束前

降溫，約束后保溫，不必擔心“暖房效應”，因為溫度應力核心是溫度梯度，

可避免周期性日溫、循環(huán)性濕度差，對預防寒流襲擊、防風擋雨等均有必要，

特別是大風降溫同時發(fā)力會引起嚴重開裂。

??.3.關于摻加膨脹劑

當我梳理處理裂縫的經驗時不得不提到膨脹劑，因為我在工程現(xiàn)場處理裂

縫時，發(fā)現(xiàn)采用膨脹劑后的工程也會產生收縮裂縫，是否可以說，“膨脹劑沒

有起到補償收縮的作用”，這又是為什么？

我對膨脹劑的認識有一個過程。最早在20世界80年代末，我看到有人引

證1965年美國有人設想的“相信未來在所有的水泥中加人膨脹劑，對于解決混

凝土的干縮裂紋危害并不是不可能的”。研發(fā)者認為UEA可以摻人五大水泥中，

內摻10%?12%的UEA,可以配置成補償收縮混凝土。UEA混凝土的凝結時間

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和坍落度損失比普通混凝土稍快，使用靈活方便、保存期較長、價格便宜、用

途廣泛。美國ACI223委員會提出混凝土膨脹值等于或稍大于預期的干燥收縮

值，通過配筋或其他措施產生預壓應力0.2?0.7MPa,可補償收縮拉應力。膨脹

劑限制膨脹率達0.025%就可避免收縮裂縫的目的，它可全部補償因水泥硬化收

縮引起的拉應力，除抵消水泥硬化的拉應力外尚有剩余，儲存于混凝土內部。

在我國很多資料中一再重復上述觀點，生產膨脹劑的廠家迅速增加。

許多工程摻膨脹劑的原因是設計院在圖紙上注明了必須摻膨脹劑的要求。

但是，實際情況如何呢？在我所處理發(fā)生裂縫的工程中，約有70%?80%的補

償收縮混凝土（摻膨脹劑混凝土，包括膨脹加強帶和膨脹后繞帶）都未能起到補

償收縮作用，并出現(xiàn)了嚴重的收縮裂縫。有的在水中產生了膨脹應力呈粉碎性

酥裂，造成工程損失，如我參加處理的北京某公寓地下工程和江西某廠基礎工

程等。南京某湖隧道由于膨脹應力造成擠壓破壞，該隧道混凝土摻膨脹劑并長

期泡于湖水中。

??.我的幾點建議

混凝土工程裂縫的探索必須聯(lián)系混凝土材料、結構和施工來分析和研究溫

度、收縮、地基變形等效應?；炷亮芽p是不可避免的，其有害程度是可控制

的，工程師的全部藝術是把裂縫控制在無害范圍內，而現(xiàn)代化學灌漿技術可以

處理好無害裂縫。解決裂縫問題最好的設計原則是應用“抗與放”的設計原則，

實現(xiàn)了設縫與無縫兩大流派的辯證統(tǒng)一。一切裂縫與質量事故都是作用效應與

結構抗力的博弈，作用效應中應當增加新一類隱形荷載即變形效應，包括溫度、

濕度和地基變形效應。概念設計具有良好的現(xiàn)實意義，將結構、材料、施工和

地基聯(lián)合起來進行研究，應用最新的混凝土無縫施工法一跳倉法，一切以解決

實際工程問題為最終目的。

??.1.變形效應是一個新的研究領域

我受地下空間開發(fā)中如何利用箱體空間薄壁結構擴散土壓力、減少沉降、

增加結構剛度、考慮地基和結構的共同作用的啟發(fā)，和幾位同事共同完成了《薄

殼基礎工程》著作，由中國科學出版社出版。我曾經三次去都江堰考察，李冰

父子治理岷江洪水不采用高壩阻水，而是采用疏導釋放的辦法取得偉大的成功,

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是處理一切災害與裂縫方法中“抗與放”理論的典型實踐，設計中，所謂設縫

與無縫流派，不是對立的，不外乎是“放與抗”辯證的統(tǒng)一，在不同條件下，

考慮相鄰專業(yè)綜合作用，抗放結合，相輔相承，五千余公里長的萬里長城就是

分段施工，最后連成無縫整體。工程實踐中，溫度驟降而使結構難以抗拒導致

開裂，都江堰“寶瓶口”采用火燒巖石立即用冷水澆潑，層層分裂剝落巖石形

成引水通道，是人類利用熱應力為工程服務的最早實例。目前，跳倉法是后澆

帶法的改進，使工程技術進步得以順利發(fā)展，這里已涉及到哲學概念?！翱埂?/p>

與“放”的原則在抗震、地基處理、抗浮、抗洪、滑坡治理和抗裂等諸多領域

可能獲得廣泛的應用。我所研究的變形效應從溫度收縮變形擴展到地基變形，

他們在結構中引起的應力狀態(tài)稱為“變形效應”，是一種看不見摸不到的隱形

荷載，過去研究成果有限，且尚不成熟，綜合性和隨機性較高，困難很多，但

如果不去綜合性地探索就無法解決工程實際問題。

在現(xiàn)代土木建筑工程中，有許多不成功的教訓，都是由于僅僅依靠單專業(yè)

理論和實驗室試驗以及現(xiàn)場小模型實物實驗，脫離工程結構實際，違反了“相

似率”。脫離施工及環(huán)境條件，試塊性質離工程結構還有很大一段距離，沒有

工程試點應用就大量推廣而造成的。

??.2.高品質普通中低強度混凝土應好好打

根據多年處理裂縫和寶鋼35年的實踐經驗，我提出“普通混凝土好好打”，

即不摻任何特種摻合料及外加劑，超長大體積混凝土中外摻材料的種類越少越

好，施工方法越簡單越好，最簡單的方法往往是最有效的方法。

“普通混凝土好好打”是我在總結60年來控制混凝土工程裂縫經驗，把各

地各種工程實踐中一些好的做法、特別是在寶鋼的工程實踐，幾百萬立方米地

下大體積混凝土不摻膨脹劑，不使用預應力，不摻纖維，不用冷卻水管，總體

施工質量都滿足了現(xiàn)代化生產的設計要求，施工質量要求嚴格苛求。普通混凝

土好好打是我精煉和總結提供高品質混凝土自然的深刻體會。根據我的經驗，

混凝土均質性差，抗拉強度低，裂縫控制難度高是耐久性的要害，改善混凝土

的均質性和提高混凝土抗拉性能特別是混凝土的極限拉伸，提高韌性是“普通

混凝土好好打”的內涵，普通混凝土好好打包含精心設計、精心施工和精料供

應等3方面內容，以提高韌性和均質性為目標，改進配合比和施工方法，通過

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精心設計、精心施工、高品質普通中低強度混凝土好好打，最終達到耐久性良

好的結構工程（圖1）。

佟口「程結構裂縫控制鎧,

??.2.1.精心設計

控制裂縫問題是一項綜合性技術難題，設置變形縫只是諸多解決要素之一,

而不能據此就將其作為主要的設計措施。選擇混凝土中等強度，加強構造設計、

合理配筋、提高延性比，降低約束度，探索設計“延性結構系統(tǒng)”的新思路。

??.2.2.精心施工

從粗放型改進為嚴謹性，結合不同季節(jié)，不同結構形式發(fā)展養(yǎng)護技術，控

制坍落度，嚴格執(zhí)行保溫保濕技術措施，降低溫差及收縮差，掌握裂縫處理技

術。

??.2.3.精料供應

抗拉性能的深入研究，優(yōu)選抗拉、抗彎、抗剪配合比，低水化熱，低收縮,

嚴格控制砂石骨料的含泥量（提高抗拉性能，降低收縮），提高均質性，降低

變異性，合理優(yōu)選摻合料、高效減水劑，滿足強度要求條件下，盡量減少水泥

用量。合理控制水膠比，骨灰比，嚴格控制粗骨料表面質地和形狀。摻和料（粉

煤灰及礦粉）是混凝土的抗裂和耐久性不可缺少的重要的組成部分，將混凝土

的高效減水劑和摻合料稱為混凝土的第五、第六組分，普通混凝土具有良好的

后期潛力，利用時間控制裂縫。利用混凝土的60d和90d的強度降低水泥用量,

加強研究混凝土的徐變、收縮和熱變形等規(guī)律，研究質量力引起的裂縫與破壞。

混凝土材料領域最大的成就莫過于聚竣酸高效減水劑，對裂縫控制有很多的好

處，減水率高，特別是減縮作用，收縮率比只有0.9?0.95,但是必須看到，應

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用時注意它的過敏性和其他材料的相容性。目前天然河砂匱乏，研究開發(fā)機制

砂，海砂的應用技術勢在必行。

我們經?？吹?，同一個設計圖紙同一個施工隊伍同一個攪拌站按同一個配

合比所供應的混凝土，在同一棟樓里各房間裂縫狀況是不同的，這就是均質性

問題，因為混凝土結構的抗裂性能，具有高度的敏感性，微小的差別就會引起

結構的開裂或不開裂。超長混凝土的無縫設計施工-跳倉法取得成功的關鍵是控

制裂縫系統(tǒng)的各關鍵節(jié)點，各節(jié)點環(huán)環(huán)相扣，必須重視認真執(zhí)行。

總的來說，“普通混凝土好好打”決非施工方單方面努力就可以做到的，

也就是說，這個問題貫穿了工程設計、施工、材料和監(jiān)理等全過程，需要大家

的共同努力才能做好。沒有技術上的困難，只是要求嚴格地加以執(zhí)行。大量的

工程實測已經證實，混凝土早期開裂的主要原因是混凝土體積變形的拉應力引

起的，而混凝土抗拉性能的隨機性和離散性又是非常高的；利用永久性變形縫

釋放應力和無縫抵抗應力是抗與放的設計原理，具有重要的實用價值。

??.3.要重視地基變形引起的裂縫

1987年我在四川攀枝花大滑坡現(xiàn)場。我國大三線二期工程基地正處于大滑

坡地帶，勘探出三個滑動面，數(shù)十萬立方米土體已發(fā)生緩慢移動（每天約3?

4mm）,當時考慮滑坡后再進行建設，采用“放”的原則，但工期不允許，我和

施工方緊密配合，考察滑坡體周圍裂縫發(fā)展狀況，滑坡的核心要素是水，當?shù)?/p>

正值旱季，離雨季還有5個月，此期間搶建3排大口徑混凝土抗滑樁，用工字

鋼配筋，增加抗滑力，就有可能把滑坡抗住。地基變形引起混凝土結構裂縫寬

達10?50mm,待地基穩(wěn)定后，采取化學灌漿處理，結合當?shù)厮牡刭|條件和

裂縫狀態(tài)采用抗與放的原則進行處理。

除混凝土的溫度收縮變形，通過這個工程我進一步發(fā)現(xiàn)地基變形是引起工

程結構的另一大原因，包括滑坡和地震以及質量力（地基動態(tài)變形），統(tǒng)稱為

變形效應，有它自己的獨特規(guī)律，與荷載效應同等重要，不應視為次要問題（圖

2,3）o

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圖2大滑坡現(xiàn)場

圖3用“抗”的原則解決滑坡間鼠

??.4.關于對膨脹劑的爭議

20世紀90年代初，HPC由美國傳入中國后又出現(xiàn)超高性能混凝土，由于

低水膠比，內干燥自收縮收縮應力的顯著增大，再摻入需水量很高的膨脹劑，

鈣磯石含量劇增，需水量圖達74.5%,尚強局性能混凝土裂縫更多，脆性增加,

防火性能差，制備較困難等不足，耐久性降低，材料的研究與結構的研究尚有

較大的差距，我認為在普通混凝土好好打的基礎上，研發(fā)高性能普通鋼筋混凝

土工程結構，高延性比和均質性良好的高品質普通混凝土結構是努力方向。例

如，不僅提高材料的韌性而更重要的是改善結構的各種復雜受力條件下結構的

延性比，提高均質性降低變異性，達到普通均質延性鋼筋混凝土結構系統(tǒng)目的。

試驗室試塊不等于復雜受力下的結構。

我感到混凝土工程界在技術上對膨脹劑有爭議很正常，但不應該被商業(yè)利

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益所左右，這方面問題太復雜了，我建議設計院不應當在圖紙上注明采用膨脹

劑的要求，膨脹劑檢驗標準規(guī)范是采用泡水試驗環(huán)境，遠遠脫離工程實踐條件,

泡水試驗得到限制膨脹率，對結構溫度收縮應力沒有實用價值（建筑工程有無

窮多個約束度及收縮，差別巨大）。2006年我應邀去美國華盛頓處理M-1號工

程裂縫，現(xiàn)場曾用4種配合比澆灌11次，其中有一方案（美方專家提出），采

用美國生產的膨脹劑按美國補償收縮混凝土規(guī)定，將膨脹劑摻入混凝土，仍然

出現(xiàn)較多的收縮開裂。沒有起到補償收縮作