[12-11 17:01:08] 来源：http://www.tmgc8.com 试验检测 阅读：3125次
前言:从众思维主要是人云亦云，凭想象盲目照办。其根源是对事物的分析“只认其一，不知其二”。例如，就像治病的药品一样，对什么人都适用而包治百病的药是没有的。而且最根本的是增加人体自身的抵抗力。任何材料也都有利必有弊。但是，为了要解决目前困扰人们的混凝土结构裂缝问题，有人总想找到一种灵丹妙药。结果是一哄而上，又一哄而下。曾经被绝对肯定的技术，又遭到简单的否定；绝对肯定是出于从众思维，简单否定也是出于从众思维。任何好东西使用不当，都有可能走向反面。矛盾的转化是有条件的。
例1：膨胀剂的使用经历
按照辩证法的规律，任何事物都存在对立统一的规律：对立是绝对的，在一定条件下对立双方互相转化是相对的。膨胀剂的发明和应用的过程典型地符合辩证法的规律。最早发现的钙矾石是硫酸盐侵蚀混凝土的产物，因其产生膨胀而破坏混凝土结构，被称作“水泥杆菌”。当这种适当的膨胀发生在混凝土硬化初期的约束条件下时，就可以填充混凝土中的孔隙，增加混凝土密实度，进而可将多余的膨胀能（表现为内部的压应力，即自应力）储存下来，以补偿混凝土收缩或承载产生的拉应力（见图1的示意）。膨胀剂的发明正是运用辩证法化害为利的典型。对其他引起混凝土膨胀破坏因素作用的转化也如此。
我国科技工作者从上世纪50年代开始，就成功地研究和生产了各种类型的膨胀水泥，但是几十年后的今天，生产和工程客观条件都发生了很大的变化，许多问题是几十年前所不可能考虑到的。例如，在上世纪90年代以前，由于膨胀剂尚无大量生产，售价较高，补偿收缩混凝土主要只用于防渗层、抢修、锚固接缝等，构件尺寸都不大。在建筑结构构件（如梁、板、柱）中的应用没有本构关系的实验研究[2]。随着生产的扩大和推广应用的进行，形成了一种思维定势，认为只要掺膨胀剂就能减小收缩而不裂，而忽略了条件。为了防裂，无论墙、板、梁，还是大体积的基础地板，不管强度高低，膨胀剂被当成防裂的万金油。结果膨胀剂不再表现出“万能”。有人反映“掺了膨胀剂比不掺裂的还多”，甚至“掺膨胀剂的基础底板泡在水里也开裂了”的现象也是有的。一些设计单位、主管部门、施工单位因此又走向另外的极端，拒绝使用膨胀剂。由于缺少整体论的实验研究工作，盲目增加产量，而科学技术力量不足，反复是必然的，“物极必反”也是客观的规律。
现就其中需要考虑的主要的条件变化提出如下看法：
1.水灰比
当时的实验是在0.5左右的常用水灰比下进行的。当水灰比从0.5减小到 0.45时，膨胀水泥的膨胀率增加[2]。这是因为，较大水灰比的混凝土中较大的孔隙率可吸收较多的膨胀能，而较致密的混凝土才能产生较大的膨胀。当时没有水灰比小于0.45时的规律。现今的混凝土水灰比普遍小于0.5，甚至0.45。图2是清华大学阎培渝教授和他的研究生实验的结果。该图表明，掺膨胀剂的混凝土水灰比从0.5到0.4，膨胀率随水灰比的减小而增大，与早先的结果相符，而水灰比进一步减小到0.3时，则膨胀率减小。即使从理论上来说，使水泥完全水化而毛细孔隙率最少的水灰比是0.437[3]，水灰比低于0.4以后，混凝土中的水也是不足的。水灰比很低时，混凝土中的自由水很少，而水泥水化则随水灰比降低而加快，与反应时需要大量水的膨胀剂争夺自由水。同时，膨胀剂中重要组分CaSO4的溶出量随自由水的减少而减少。因此当水灰比低于0.4时，膨胀剂的效果会受到影响，膨胀剂会反应不完全而残留，在有水存在的环境中还可能继续反应而生成二次钙矾石。
2. 构件尺寸
由于水泥生产的变化和混凝土强度的提高，现代混凝土构件断面最小尺寸超过30cm时，如不采取有力措施，都像过去的大体积混凝土一样，内部会产生很高的温度。膨胀剂中的膨胀组分无论是钙矾石的生成还是CaO的水化都与温度有关。已生成的钙矾石从约65℃开始脱水，同时在此温度下新的钙矾石不再生成；CaO溶解度在冷水（10℃）和热水(80℃)中分别为0.13%和0.07%[4] 。而厚度超过80cm的基础底板在常温下浇筑时，其内部温度都会超过65℃。在混凝土降温以后，反应可继续进行。但如果内部温度很高，或构件尺寸太大，降温缓慢，在混凝土强度发展到较高时再反应，产生膨胀，可能就成了对结构不利的“延迟生成钙矾石”。因此控制大体积混凝土内部的温度对掺膨胀剂的混凝土来说很重要；掺膨胀剂的大体积混凝土最重要的是控制温升。控制温降则是对任何混凝土都至关重要的。“……除了（膨胀）能通过限制使混凝土内部建立一定压应力之外，其它如干缩、温度变化以及结构上的使水泥混凝土产生裂缝的各种因素，对膨胀水泥混凝土仍然同样起作用。在设计时必须注意到这点”[5]。此外，在对混凝土温度进行控制时还应考虑到，膨胀剂不仅不能降低混凝土的温升，而且在反应过程本身也发热，。www.tmgc8.com
3.矿物掺和料的掺用
矿物掺和料对混凝土的膨胀有抑制作用，但是实验表明，不同掺和料的作用不同，对尚无实验根据的掺和料，需要在使用前做实验。
如图3所示，粉煤灰掺量对膨胀效果的影响是显著的。在一定掺量下（如20%），养护方式的影响最大。这正说明使用膨胀剂的混凝土掺入粉煤灰后尤其需要加强水养护以补充水分。粉煤灰掺量较大时（如图中的40%），由于28天以前粉煤灰基本上不参与反应，尽管水胶比已相应降低以达到相同强度等级，而水和水泥的比值却增加很多，则密封养护和水养护的效果就差别不大了。因此掺膨胀剂的混凝土中粉煤灰掺量不宜太大，并加强水养护。当要考虑耐久性时，应当进行实验。
混凝土龄期越长，粉煤灰抑制膨胀的作用越显著。但是其他品种掺和料的作用就未必与此相同。例如图4所示天然沸石岩的作用，显然是初期（7天）对膨胀不仅不抑制，反而是促进的，并随掺量而增加；28天才开始有所抑制；龄期越长，掺量越大，抑制效果越明显；SO3越多时，抑制作用出现得晚些。对膨胀的这种早期促进、后期抑制的作用恰恰符合掺膨胀剂的目的，对混凝土结构是有利的。
实践表明，不仅水泥与外加剂有相容性问题，矿物掺和料也有，看来膨胀剂与不同掺和料的相容性，对现代混凝土的发展来说，也是需要研究的问题。
例2 使用合成纤维的利和弊
大约在10年前，美国杜拉纤维开始在中国推广（说是推销也不无恰当）合成纤维时，实际上是“只说其一，未说其二”的。确实，纤维增强混凝土在美国、加拿大已有不少用于地面和场坪，表现出其在平板状结构中的抗裂作用。近年来国内针对混凝土大体积基础底板、墙、楼板和梁的开裂问题，也按照杜拉纤维的规格生产出合成纤维进行推广应用，由于每m3混凝土只增加40元左右，目前使用量在不断增加。有人甚至还想用以代替膨胀剂！在已经使用的工程中，实际上是有的能不出现可见裂缝，而有的照样开裂。如果以为又找到了另一种万金油，再这样下去，有朝一日也会物极必反。
但是任何材料或技术都有利必有弊，各有各的用途。而且不同材料都有适合于其特性的使用方法。使用任何材料都需要了解其在使用中的利弊，采取有针对性的措施，取长补短。
1. 合成短纤维在混凝土中的主要用途
①由于变形模量低，在混凝土中掺入合成纤维，当混凝土受力破坏断裂后，纤维还能有较大的变形而使混凝土裂而不断，从而可提高结构的延性比，有利于在地震、爆炸等灾害情况下提高安全性。由图5所示掺和不掺聚丙烯纤维的混凝土应力-应变全曲线可见，同样配比的高强混凝土掺入聚丙烯短纤维后，极限应变提高了约10.9 %。有助于提高混凝土结构的延性比。
②用于平板结构，如场坪、楼板、基础底板、承台等结构的混凝土在终凝以前，尽管在一定条件下可产生很大的塑性收缩[6]，而塑性状态的混凝土弹性模量则极低，由塑性收缩所产生的应力就很小，但因为此时混凝土尚未产生抗拉强度，即使是很小的拉应力，也会造成开裂，产生塑性裂缝。在混凝土中掺入乱向的合成短纤维后，由纤维来抵抗这种塑性状态很小的应力，可减少或防止塑性裂缝的产生。此外，掺入合成纤维后，混凝土拌和物粘聚性提高，能阻止大颗粒的沉降，避免沉降收缩引起的裂缝。
③C20～C60混凝土弹性模量为20～35GPa，而目前市售聚丙烯纤维的弹性模量为3.5～4.5GPa，比混凝土弹性模量小一个数量级。因此合成纤维的极限延伸率比混凝土的大得多，例如混凝土极限拉伸变形为150～200×10-6，而聚丙烯纤维极限变形率则为15%～20%，相差3个数量级。可见从理论上来说，用合成纤维提高硬化混凝土的抗裂性能是不可能的；也即是说，不能用于抵抗温度收缩和干燥收缩造成的开裂。
2. 使用的利和弊
① 掺入合成纤维后，混凝土的抗渗性提高，但氯离子扩散系数增大，碳化深度增大，如表1所示（中关村建设集团中心实验室李玉琳的实验）。
这是因为介质在不同孔径中的传输机理不同。水在孔径大于100nm的混凝土毛细孔中传输以渗透为主，由于毛细作用而充水后，压力水的渗透符合达西方程；在孔径小于100nm时，水已无法在孔中形成粘性流（层流或紊流），介质是以一个一个分子或离子迁移的[7]，即由于吸附的扩散。当某种离子在混凝土内外存在浓度差时，能沿孔壁由高浓度处向低浓度处迁移，故意扩散为主，符合菲克定律。掺入纤维切断了可渗水的较大毛细孔通路，但却增加了纤维和水泥浆体界面小于100nm的毛细孔，氯离子扩散系数和碳化深度的增加即缘于此。在有侵蚀性介质存在的环境中使用合成纤维不利于保护钢筋。www.tmgc8.com
② 拌和物粘聚性增加，坍落度减小，强度有所损失。如果混凝土配制技术跟不上，则混凝土拌和物就很不好用。
3. 合成纤维的指标和使用技术
目前无论是合成纤维的生产厂家还是用户，对目前市售合成纤维的质量只注重其分散性(这当然是很重要的指标)而对纤维在混凝土中的作用从众地深信不疑。目前极少有人研究符合混凝土要求的合成纤维指标。从纤维的作用来说，合成纤维的单丝抗拉力、纤度、长度和外形比（纤维的长度和纤度的比值，粗略地说即长细比）对混凝土的性质都有重要的影响。
①克黛拉力：从材料来说，合成树脂的抗拉强度可以很高，但是制成纤维以后，必须以单丝抗拉力评价。纤度是纤维粗细的量度指标，单位是“黛”，符号是D，即Denier。纤维长9000米、重1g，为1D。合成纤维的单丝抗拉力(以g / D 计，简称克黛力)很低，而且在混凝土中的作用在当纤维是单向分布而且有足够长度时才有效。克黛力和纤维的纤度有关，亦即纤维越粗，克黛拉力越大。但是由于外形比的要求，纤维不能太粗，否则就会太长而影响拌和的性质。
② 临界长度和外形比： 如果纤维在基体中按平行于受力方向单向分布，纤维对基体抗拉应力的贡献与纤维的长度有关，如图6所示。图6中的临界长度l拉的意思是当基体裂缝正好在纤维中部时纤维正好被充分利用的长度（图6 b l=l拉),如果裂缝不在纤维的中部，则短端就会被拔出。
如果纤维长度小于临界长度(图6 a)，当基体断裂时。纤维就会被拔出；由于短纤维
在混凝土中是乱向分布的，一般总是要求纤维的长度比临界长度大几倍，以减小被拔出的机率。长度不足而在混凝土中又是乱向分布的短纤维，其效率只有0%～20%。要提高纤维效率而又不严重影响混凝土拌和物搅拌的纤维存在一个临界外形比。目前国产纤维都仿效杜拉纤维：长度18、19mm，纤度12～15 D。试验表明，外形比主要影响工作性，对于提高混凝土拉压强度比与氯离子扩散系数来说，纤维的纤度比外形比更重要。增大纤度和长度能缓解掺纤维造成的氯离子扩散系数减小，并提高拉压强度比，如表2和表3（引自李玉琳的实验）所示。
