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近年来，我经常应邀到全国各地举办裂缝控制专题报告并参加一些国际裂缝控制技术讲座和科学交流会，推广交流自己的研究成果；多年的探索经验告诉我，裂缝控制的技术或方法不少是被现场的实际问题逼出来的。当常规技术和方法不能解决现实问题时，就会有研究和创新的需求；而这些创新一开始并不十分完善，我永远对自己不满意，深感自己还有很多缺点和不足，仍需进一步实践和研究去完善和提高。我不断在探索中超越经验积累和专业局限，在不断地否定自我的过程中前进，不断扩充视野，挑战自我，再多做一些对工程实践有意义的探索工作。一路上风风雨雨跌跌撞撞走过了将近60年，遇到数不清的困难，始终不离不弃，跌倒再爬起。实践的需求，改变了我一生的追求和生活轨迹，这一探索之路竟成了我的终生事业和追求。回首我的工程师之路，我认为探索和实践是结构工程师应该必备的精神，是结构工程师的匠心所在。 1裂缝的探索和实践之路 1.1从伸缩缝到裂缝 1954年夏天，我在实习的工厂里发现一栋新建的长150多m的铸造车间没有设伸缩缝，其长度超出规范规定留设伸缩缝长度的3倍却没有预先留设伸缩缝，但工程没有开裂，既没有影响到建筑物的质量，又有良好的外观。为什么会出现这种反常的现象？我下意识地认识到这种偶然现象背后，极有可能隐藏了某种必然的规律，我决定抽时间研究伸缩缝这个建筑上的问题，于是收集了许多温度应力理论的资料，又到建科院、北京图书馆、北大数学系、水科院等收集伸缩缝的研究论文和资料。后来，我又深入到工程裂缝最多的工程实践中去，从裂缝现象人手，以研究伸缩缝作为切入点。很快，我就开始对工程实际变形和裂缝扩展规律进行工程实测，实测资料的累积成为分析问题和简化计算方法的基础，在工程实践中我收集到大量第一手裂缝资料，同时做了部分小型粗略试验。 1955年，我在哈工大任助教，这也是我对建筑裂缝进行全面深人研究和探索的开始。根据东北156项重点苏联援助项目中的部分工程中收集到的“偶然现象”，结合工程实践和实测，我发现了苏联规范的局限性和片面性，提出了多系数简易计算法，可以算出伸缩缝间距，确定取消永久性伸缩缝的条件，当伸缩缝间距扩大到建筑物长度时即达到取消伸缩缝的目的。之后，我又根据“工业厂房的真实变形”的变形实测分析，撰文指出：观测到的数据和弹性理论存在较大的差异，结构的真实变形远小于理论值，这与诸多条件有关，但主要受装配式影响。 1958年，我到北京工作后，被借调到中国建筑科学研究院，与建研院一批老专家参加北京国庆十大工程办公室科学技术工作委员会的技术服务工作。国庆十大工程均是超长工程，如何设置伸缩缝引起大家广泛关注。按当时的混凝土规范，人民大会堂132m超长结构在纵向要设两条温度伸缩缝，将主体结构分成3块，建筑师在设计上很难处理，势必会对建筑的美观、抗震、防水和保温产生不良影响，提出是否可取消伸缩缝的问题。我对人民大会堂132m主体结构作了温度收缩应力计算，考虑到人民大会堂施工阶段最不利的温差，如不设伸缩缝，框架端部最大位移为1.7～2.0cm，最大弯矩为750kN·m，我认为对结构不会产生不良影响，取消温度伸缩缝是有可能的。同时，若根据人民大会堂施工期间的最大降温差远远超过使用阶段的年温差，可采用临时性伸缩缝来解决施工阶段的最大温差，工程投人使用后，将不会再遇到施工阶段的温差，可以在施工后期约两个月内封闭临时性伸缩缝，这样可以给结构留有更多的安全度，给建筑师创造很大的方便，既不影响建筑艺术，又不影响结构安全。经过近似计算，我认为在132m范围内设置两条临时性伸缩缝，可将最大位移减少到0.6cm，最大弯矩减少到250kN·m。最后经过设计施工论证，由朱兆雪总工程师确定采用了两条“临时性1.0m宽变形缝”，后来被称为“后浇带”的技术措施，最终达到了取消永久性伸缩缝的目的。 1959年5月，我被借调到建研院与一机部第八设计院，签署了在沈阳电机厂主厂房168m长取消伸缩缝厂房实验工程合同，进行了分析计算和跟踪观测，超长工程正常，取得了成功。这时我发现变形引起的作用效应与结构刚度成比例的特点，作用效应与结构刚度成正比，这与荷载效应有着根本的区别。徐变、微裂缝和装配节点都会软化温度收缩应力，其后为大量实践所证实。 1963年，在上海召开的第一次全国裂缝会议上，我对一些常规裂缝问题提出了自己的看法。按照常规，楼板和女儿墙斜裂缝是由差异沉降引起的，经过大量观察，我认为这是误判，实际是由收缩与温度应力引起，与结构长度无关，与是否留伸缩缝也无关。 1.2裂缝的理论计算 20世纪60年代我对工业建筑排架、框架结构以及轴对称结构探索了近似计算理论。1974年，我探索了大体积混凝土连续式约束条件下近似设计计算方法，结合施工检测，在现场进行探索和研究基本计算模型，抓住伸缩缝许可间距即无裂缝结构长度和裂缝宽度主要矛盾，在简化模型基础上，应用静力平衡条件、几何变形相容条件和物理条件，推导了温度应力近似计算基本公式的雏形。应用于武钢江心取水泵房控制裂缝分析中，进一步应用在武汉“一米七”轧钢工程超长基础。在紧密联系武钢“一米七”轧钢工程基础施工实际的基础上，现场做混凝土应力测试，掌握温度收缩裂缝规律，“一米七”轧钢工程基础混凝土骨料含泥量达6%～8%，裂缝间距只有4m左右，裂缝密布，而另外区域约300m的范围内没有一条肉眼可见裂缝，根据的应力测试资料，探索出温度应力和材料质量的关系及结构长度的非线性关系，结构长度较小时，温度应力与长度几乎成正比。超过一定长度以后温度应力逐渐趋于常数（最大值）与长度无关，如控制温度应力小于最大值，可不设缝。 在荷载作用下，钢筋应力与裂缝宽度呈线性关系，与荷载效应完全不同，不应当将温度裂缝当作荷载裂缝验算，对混凝土温度应力的近似计算基本公式进行了进一步推导及完善工作，联系材料质量和施 工养护条件对于混凝土抗拉性能和温度收缩量的影响，进一步研究推导，于1976年提出了温度变形的主拉应力和主拉应变的多系数法，考虑约束作用，徐变带来的松弛效应（收缩当量温差考虑10个影响系数）近似计算式，温度应力和刚度成正比，找到我多年梦寐以求的结构长度计算公式，也就是伸缩缝许可间距的公式，进一步推导出裂缝宽度的公式。 探索伸缩缝间距就是裂缝间距，伸缩缝就是人工美化的裂缝，裂缝间距就是伸缩缝间距。当伸缩缝间距扩大到结构长度时，就可以取消伸缩缝。在我处理各种工程裂缝和超长结构时，将长度趋近无穷大，温度应力趋近于常数与长度无关，裂缝宽度和钢筋应力呈非线性关系。得出各种结构承受连续式约束条件下结构的最大理论长度即工程结构伸缩间距。 当长度趋近无穷大时，温度应力趋近于常数与长度无关，裂缝宽度和钢筋应力呈非线性关系。温度收缩应力有最大值，如能控制最大应力超长大体积混凝土无缝整体浇筑工程中的裂缝分析与控制，则无缝整浇施工技术就成为理论基本依据。从各大钢铁基地到核电建设领域，如秦山、大亚湾、岭澳、田湾、三门、海阳、红沿河和台山等核电工程，地铁及市政、桥梁、隧道、海工等工程，在配合建设单位参与处理和分析控制裂缝工作中，这一理论都得到了参考应用。秦山核电厂-期工程，大体积混凝土裂缝控制应用了本计算方法并在岩石上设置沥青油毡滑动层，从而大大降低了温度收缩应力，确保了应用范围最广的C30普通混凝土裂缝控制成功。 1.3由裂缝控制实践出来的“跳仓法” 1974年，国家重点工程、从日本引进的武钢“一米七”乳钢工程开工建设。“一米七”轧钢工程的土建结构全部由日本负责设计，采取了地下箱形筏式结构形式，基础连续长686m，宽80～120m，基础厚2～3m，侧墙厚1.5～2.0m。如按规范留伸缩缝，将被大量立体交叉的橡胶止水带分割成许多独立块体基础，这些变形缝将成为地下工程大量漏水的隐患且难以修复。特别是日本属于多地震国家，一旦地震橡胶止水带被拉断更难以修复，因此迫使日本的设计理念不留伸缩缝和沉降缝，基础无次序分段浇筑最后连成整体，裂了不怕，裂了就堵，堵不住就排，地下室靠墙边设置内排水沟，以便排除渗漏水。“一米七”工程指挥部组织了科研专题攻关，进行现场检测和理论分析，探索.分段施工流水作业方法，各种荷载无论大小都放在无缝整体的船式基础，这种先分块释放早期较大温度收缩应力，待连成整体后，尚出现后续较小的温度应力，依靠结构的抗拉能力来抵抗，这不就是“抗与放”设计原则吗。最后以“抗”为主的技术方案代替过去以“放”为主的技术方案，具有现实可行性，根据测试资料进一步落实施工细节。686m的结构基础不设置伸缩缝，不但其设计理念与当时国内所有设计规范产生了冲突，而且引起了国内相关工程技术人员的争议。为处理好该矛盾，建设方曾多次和日方进行沟通，希望能找到一个解决方法，遗憾的是沟通未获得明确结果，日方技术人员内部有两派意见，有的认为结构的温度应力与长度无关，另一派认为有关。没有书面文字依据，按照惯例，中方只能按照日方设计施工，施工人员按照日方的设计要求采取了地基分段开挖、混凝土分段浇筑的施工方法。由于结构超长，土方工程和混凝土工程可交叉流水。经系统整理，我给此方法起名为“跳仓法”，是超长大体积混凝土无缝（伸缩缝、沉降缝及后浇带）施工新方法。“跳仓法”这个名词已经存在，那是在保留永久性变形缝和后浇带条件下的“跳仓法”，只涉及施工而与设计无关，本“跳仓法”是从设计上取消永久性变形缝和后浇带的新跳仓法。武钢“一米七”热轧工程是国内第一个被动采取跳仓法的施工案例。超长大体积混凝土跳仓法施工中如何减少裂缝，控制不出现有害裂缝，成为近年来我对基本理论继续研究和完善的重点。 1979年宝钢一期工程炼钢厂300t氧气顶吹转炉，为当时国内最大的转炉，采用了长90.8m、宽31.3m、厚2.5m的整体筏式C20混凝土基础，基础下面布有253根长60m、直径914mm的钢管粧，混凝土量高达7105m3。日方专家提出转炉基础采用分三段施工的垂直分缝、水平分层的混凝土浇筑方案，以避免混凝土基础产生裂缝，但该施工方案在避免裂缝产生的同时，也使得施工缝处理工作量大增，既难保证工程质量，又延长工期，造成大量人力财力的浪费。 既控制有害裂缝，又不进行垂直分缝、水平分层浇筑施工成了我思考和研究的问题。根据我在武钢施工现场总结的大体积混凝土浇筑经验，运用此前推导出来的混凝土温度变形的主拉应力及主拉应变的工程近似计算式，在本工程中，钢管桩基提高了对基础的约束度，于是我补充计算了钢管桩的影响，约束度增加20%，在此基础上对连续无缝浇筑混凝土的施工方案和原材料质量进行了详尽严谨的分析计算。理论验算表明，施工控制中如能采取一系列综合措施，连续无缝浇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结合实际、既相互联系又相互制约的综合技术措施，如选用中低热矿渣硅酸盐水泥，减少水泥用量，增大粗、细骨料粒径，减少用水量，控制含泥量，掺加大粒径骨料（5~40mm)，控制混凝土的出机及浇筑温度，准备好塑料薄膜和保温麻袋，在基础不同部位设置70个测温点监测控制混凝土降温速度。28h连续浇筑，随后的养护工作我也丝毫不敢大意。基础表面用木抹子抹平后立即通知施工人员盖上草袋浇水养护，在基础混凝土周围形成密不透风的围护层。根据实践经验，即超长大体积混凝土的温度收缩应力最主要的是控制温度梯度，避免快速降温和快速收缩，绝对温升的高低对温度应力影响较小，关键是温度差，所以采用保温保湿养护措施。两个月后检查，7105m3混凝土基础通体上下没有一条有害裂缝。本工程首创的、不留缝连续浇筑大体积混凝土成功施工，为宝钢后续工程大体积混凝土施工全面推广提供了全新的经验和依据，它既冲破了国内每20～30m必须设置伸缩缝的规定，又突破了国外惯用的“垂直分缝、水平分层必须埋设冷却水管”施工方案；同时该项目获得了上海市科技成果奖，是1987年获得国家科学进步特等奖的组成部分。此外，我们编制了块体大体积混凝土施工规范，并根据轴对称结构裂缝实际情况研究了圆形结构和环形结构温度收缩应力的计算公式。 1979年，宝钢初轧厂地下大体积混凝土900m超长结构，以及最近我们做的1300m的超长结构，都采用了跳仓法施工，取消了温度后浇带和沉降后浇带。宝钢一期从日本引进一项专利，两个超长9m深大型橡胶水池，抗拉强度虽然不高，但是极限拉伸竟达450%，比混凝土极限拉伸高45000倍，所以彻底解决了裂缝问题。 1.4实践出来的裂缝控制秘诀 1984年，宝钢长江引水工程，其施工难点是江心直径43.5m、壁厚1.5m的沉井泵房大体积混凝土浇筑必须在寒冬季节施工。1984年春节前夕，当时连日寒流，长江口的气温已经下降到-9℃，江上温度比岸上温度低1～2℃，大体积混凝土在这样温度下浇筑，必然在负温下停止水化，其强度等于零。混凝土受寒冻裂，庞大的防水工程结构在长江中失去承载力，其后果不堪设想。最后我想到了利用混凝土硬化过程中必然会产生的水化热来解决问题。当时，按混凝土施工规范，现场准备烧锅炉、搭暖棚、采取蒸汽养护，锅炉已运到现场。 在大体积混凝土的裂缝控制中，历来对水化热的要求是越小越好，担心水化热引起开裂，因为在一般情况下这是一个必须加以控制的不利因素；而我现在产生一种逆向思维，要创造条件让水化热为我所用，多一些水化热，助我一臂之力。我把利用混凝土水化热抗冻防裂的施工方法称作为“自养护法”。其关键是采用完善的挡风密封措施以阻断外界的寒冷侵袭，严密监察，精心保温养护和控制温度，增加了两层草袋一层防雨篷，确保混凝土在15℃左右环境中硬化，抗裂安全系数提高到1.5。我和上海基础公司技术人员紧密合作将这个有5层楼高的庞然大物，在寒冬里利用水化热自我养护，不用烧锅炉蒸汽养护法，因为该法可使环境温度骤降，温度梯度增加，引起断裂。当时采用的是25km长距离泵送混凝土工艺，水灰比0.6，控制裂缝的难度较大。施工中最担心的问题是大流态混凝土是否会在零下温度的环境中受冻开裂，强度等于0，为掌握沉井混凝土泵送浇筑过程中在低温条件下的温度变化规律，现场进行了温度实测和监控；现场实测结果，由于水化热的帮助，井壁温度在7～23℃之间，达到了温控预定的要求。采取排水下沉的方法将大型沉井高水平地下沉到设计标高。施工结束后检查沉井混凝土的质量优良，没有肉眼可见裂缝，沉入长江23.5m各大泵房及主控室投人运行，为长江水源投产抢回了两个月的工期。 1985年8月20日，在全线投产前一个月，宝山湖水库如期蓄水。一期工程1985年9月投产时，符合生产需要的淡水源源不断地流入了宝钢厂区。沉井运行至今已有30年，未发现裂缝和渗漏现象。 1.5辩证出来的裂缝控制新理论 1990年10月26日，香港九龙50m长混凝土悬臂雨篷倒塌造成6死7伤，香港各大报纸头版头条报道了该起事故，在全港引起恐慌。我应邀前往香港做了一场“楼宇有裂缝就会出现危险”的专题报告，在报告中我讲到，根据多年处理裂缝的经验，包括对解放前的工程考察，有些解放前带有裂缝的混凝土结构，在20世纪70年代还带着裂缝正常工作，据此将裂缝分为有害裂缝和无害裂缝两大类，我们判断裂缝有害和无害的界限是根据裂缝的宽度及深度（国际上只用表面宽度判定裂缝有害程度），不同工程因使用功能及结构形式不同而有区别，应结合事故的特点判定是否危楼。 回头总结我的结构工程师之路，离不开探索和实践，从观察到的一个现象，到产生建筑物温度伸缩缝的设置和裂缝出现规律无明显直接关系的直觉，然后去研究探索它，孤立无援时，作为一个拓荒者艰难前行，因为探索之路让实践变得一次比一次笃定，也因为实践之路让探索变得一次比一次有意义。从发现偶然现象后面隐藏的必然规律，到反常现象其实才应是正常的现象，再到发现裂缝之后隐藏的变形规律，本着什么不懂就学什么，刻苦努力学习的原则。最终，我悟出控制裂缝的新理念：裂缝是不可避免的，其有害程度是可控制的，工程师的全部艺术就是把裂缝控制在无害范围内。解决裂缝问题最好的设计原则就是应用“抗与放”的设计原则，用辩证的方法解决工程中的实际问题。 对裂缝事故的处理也给了我深刻的启示，我体会到，工程师的责任是科研和创新，但工程师还需要一种精神，就是工程师的匠心—探索和实践，它们是创新的驱动力。 2思考行业存在的几个问题 2.1关于抗裂材料 我国最早开始大规模泵送大体积预拌混凝土，是从1979年宝钢建设开始，随着工程规模越来越大，混凝土裂缝控制技术难度增加了，地下超长无缝大体积混凝土箱形基础长度逐渐达到100m，200m，400m，500m，现在达到1300m。近年来，国内许多重点工程包括一些国防工程和核电站等工程裂缝层出不穷，催生了许多新型抗裂材料、掺合料及外加剂，但从我多年处理裂缝实践经验来看，有不少材料经不起实践的考验，一些理论和实验室试验以及一些小规模的模型试验，都无法反映工程实际条件。 2.2关于大体积混凝土养护 和水电工程不同，工民建大体积混凝土水化热比较高，一般达到60～70℃甚至到80～90℃，上海金茂大厦混凝土温度达97.5℃，此情况下内部降温会增加夕卜约束应力，弊大于利，此后再不用冷却水管。类似的教训在国内外都有，最严重的是某国核电站核岛大体积混凝土基础贯穿性开裂，主要原因是由于内部设置了蛇形冷却水管，冷却后陆续发生贯穿性开裂，且由于管壁温度梯度较大，又可能会出现内部放射性裂纹。例如，2006年7月，我赴美处理华盛顿的M-1号工程裂缝问题，就是由于松模后用16℃地下水进行养护，增加了裂缝；上海人民广场地下变电站和某大桥桥墩大体积混凝土，采用冷却水管出现了较多的开裂；某国核电站核岛基础贯穿性有害裂缝出现在通冷却水之后。而宝钢4座超大型高炉基础厚度达7～9m，从不采用冷却水管；中央电视台大体积混凝土，最厚达10.9m，没采用冷却水管降温；上海中心主楼基坑直径120m、底板浇筑厚达6m，也没采用冷却水管，控制裂缝十分成功。 由此我得出结论，浇筑前应对混凝土等原材料冷却，浇筑后保温，约束前降温，约束后保温，不必担心“暖房效应”，因为温度应力核心是温度梯度，可避免周期性日温、循环性湿度差，对预防寒流袭击、防风挡雨等均有必要，特别是大风降温同时发力会引起严重开裂。 2.3关于掺加膨胀剂 当我梳理处理裂缝的经验时不得不提到膨胀剂，因为我在工程现场处理裂缝时，发现采用膨胀剂后的工程也会产生收缩裂缝，是否可以说，“膨胀剂没有起到补偿收缩的作用”，这又是为什么？ 我对膨胀剂的认识有一个过程。最早在20世界80年代末，我看到有人引证1965年美国有人设想的“相信未来在所有的水泥中加人膨胀剂，对于解决混凝土的干缩裂纹危害并不是不可能的”。研发者认为UEA可以掺人五大水泥中，内掺10%～12%的UEA，可以配置成补偿收缩混凝土。UEA混凝土的凝结时间和坍落度损失比普通混凝土稍快，使用灵活方便、保存期较长、价格便宜、用途广泛。美国ACI223委员会提出混凝土膨胀值等于或稍大于预期的干燥收缩值，通过配筋或其他措施产生预压应力0.2～0.7MPa，可补偿收缩拉应力。膨胀剂限制膨胀率达0.025%就可避免收缩裂缝的目的，它可全部补偿因水泥硬化收缩引起的拉应力，除抵消水泥硬化的拉应力外尚有剩余，储存于混凝土内部。在我国很多资料中一再重复上述观点，生产膨胀剂的厂家迅速增加。 许多工程掺膨胀剂的原因是设计院在图纸上注明了必须掺膨胀剂的要求。但是，实际情况如何呢？在我所处理发生裂缝的工程中，约有70%～80%的补偿收缩混凝土(掺膨胀剂混凝土，包括膨胀加强带和膨胀后绕带）都未能起到补偿收缩作用，并出现了严重的收缩裂缝。有的在水中产生了膨胀应力呈粉碎性酥裂，造成工程损失，如我参加处理的北京某公寓地下工程和江西某厂基础工程等。南京某湖隧道由于膨胀应力造成挤压破坏，该隧道混凝土掺膨胀剂并长期泡于湖水中。 3我的几点建议 混凝土工程裂缝的探索必须联系混凝土材料、结构和施工来分析和研究温度、收缩、地基变形等效应。混凝土裂缝是不可避免的，其有害程度是可控制的，工程师的全部艺术是把裂缝控制在无害范围内，而现代化学灌浆技术可以处理好无害裂缝。解决裂缝问题最好的设计原则是应用“抗与放”的设计原则，实现了设缝与无缝两大流派的辩证统一。一切裂缝与质量事故都是作用效应与结构抗力的博弈，作用效应中应当增加新一类隐形荷载即变形效应，包括温度、湿度和地基变形效应。概念设计具有良好的现实意义，将结构、材料、施工和地基联合起来进行研究，应用最新的混凝土无缝施工法—跳仓法，一切以解决实际工程问题为最终目的。 3.1变形效应是一个新的研究领域 我受地下空间开发中如何利用箱体空间薄壁结构扩散土压力、减少沉降、增加结构刚度、考虑地基和结构的共同作用的启发，和几位同事共同完成了《薄壳基础工程》著作，由中国科学出版社出版。我曾经三次去都江堰考察，李冰父子治理岷江洪水不采用高坝阻水，而是采用疏导释放的办法取得伟大的成功，是处理一切灾害与裂缝方法中“抗与放”理论的典型实践，设计中，所谓设缝与无缝流派，不是对立的，不外乎是“放与抗”辩证的统一，在不同条件下，考虑相邻专业综合作用，抗放结合，相辅相承，五千余公里长的万里长城就是分段施工，最后连成无缝整体。工程实践中，温度骤降而使结构难以抗拒导致开裂，都江堰“宝瓶口”采用火烧岩石立即用冷水浇泼，层层分裂剥落岩石形成引水通道，是人类利用热应力为工程服务的最早实例。目前，跳仓法是后浇带法的改进，使工程技术进步得以顺利发展，这里已涉及到哲学概念。“抗”与“放”的原则在抗震、地基处理、抗浮、抗洪、滑坡治理和抗裂等诸多领域可能获得广泛的应用。我所研究的变形效应从温度收缩变形扩展到地基变形，他们在结构中引起的应力状态称为“变形效应”，是一种看不见摸不到的隐形荷载，过去研究成果有限，且尚不成熟，综合性和随机性较高，困难很多，但如果不去综合性地探索就无法解决工程实际问题。 在现代土木建筑工程中，有许多不成功的教训，都是由于仅仅依靠单专业理论和实验室试验以及现场小模型实物实验，脱离工程结构实际，违反了“相似率”。脱离施工及环境条件，试块性质离工程结构还有很大一段距离，没有工程试点应用就大量推广而造成的。 3.2高品质普通中低强度混凝土应好好打 根据多年处理裂缝和宝钢35年的实践经验，我提出“普通混凝土好好打”，即不掺任何特种掺合料及外加剂，超长大体积混凝土中外掺材料的种类越少越好，施工方法越简单越好，最简单的方法往往是最有效的方法。 “普通混凝土好好打”是我在总结60年来控制混凝土工程裂缝经验，把各地各种工程实践中一些好的做法、特别是在宝钢的工程实践，几百万立方米地下大体积混凝土不掺膨胀剂，不使用预应力，不掺纤维，不用冷却水管，总体施工质量都满足了现代化生产的设计要求，施工质量要求严格苛求。普通混凝土好好打是我精炼和总结提供高品质混凝土自然的深刻体会。根据我的经验，混凝土均质性差，抗拉强度低，裂缝控制难度高是耐久性的要害，改善混凝土的均质性和提高混凝土抗拉性能特别是混凝土的极限拉伸，提高韧性是“普通混凝土好好打”的内涵，普通混凝土好好打包含精心设计、精心施工和精料供应等3方面内容，以提高韧性和均质性为目标，改进配合比和施工方法，通过精心设计、精心施工、高品质普通中低强度混凝土好好打，最终达到耐久性良好的结构工程（图1)。 3.2.1精心设计 控制裂缝问题是一项综合性技术难题，设置变形缝只是诸多解决要素之一，而不能据此就将其作为主要的设计措施。选择混凝土中等强度，加强构造设计、合理配筋、提高延性比，降低约束度，探索设计“延性结构系统”的新思路。 3.2.2精心施工 从粗放型改进为严谨性，结合不同季节，不同结构形式发展养护技术，控制坍落度，严格执行保温保湿技术措施，降低温差及收缩差，掌握裂缝处理技术。 3.2.3精料供应 抗拉性能的深入研究，优选抗拉、抗弯、抗剪配合比，低水化热，低收缩，严格控制砂石骨料的含泥量（提高抗拉性能，降低收缩），提高均质性，降低变异性，合理优选掺合料、高效减水剂，满足强度要求条件下，尽量减少水泥用量。合理控制水胶比，骨灰比，严格控制粗骨料表面质地和形状。掺和料（粉煤灰及矿粉）是混凝土的抗裂和耐久性不可缺少的重要的组成部分，将混凝土的高效减水剂和掺合料称为混凝土的第五、第六组分，普通混凝土具有良好的后期潜力，利用时间控制裂缝。利用混凝土的60d和90d的强度降低水泥用量，加强研究混凝土的徐变、收缩和热变形等规律，研究质量力引起的裂缝与破坏。混凝土材料领域最大的成就莫过于聚羧酸高效减水剂，对裂缝控制有很多的好处，减水率高，特别是减缩作用，收缩率比只有0.9～0.95，但是必须看到，应用时注意它的过敏性和其他材料的相容性。目前天然河砂匮乏，研究开发机制砂，海砂的应用技术势在必行。 我们经常看到，同一个设计图纸同一个施工队伍同一个搅拌站按同一个配合比所供应的混凝土，在同一栋楼里各房间裂缝状况是不同的，这就是均质性问题，因为混凝土结构的抗裂性能，具有高度的敏感性，微小的差别就会引起结构的开裂或不开裂。超长混凝土的无缝设计施工-跳仓法取得成功的关键是控制裂缝系统的各关键节点，各节点环环相扣，必须重视认真执行。 总的来说，“普通混凝土好好打”决非施工方单方面努力就可以做到的，也就是说，这个问题贯穿了工程设计、施工、材料和监理等全过程，需要大家的共同努力才能做好。没有技术上的困难，只是要求严格地加以执行。大量的工程实测已经证实，混凝土早期开裂的主要原因是混凝土体积变形的拉应力引起的，而混凝土抗拉性能的随机性和离散性又是非常高的；利用永久性变形缝释放应力和无缝抵抗应力是抗与放的设计原理，具有重要的实用价值。 3.3要重视地基变形引起的裂缝 1987年我在四川攀枝花大滑坡现场。我国大三线二期工程基地正处于大滑坡地带，勘探出三个滑动面，数十万立方米土体已发生缓慢移动（每天约3～4mm)，当时考虑滑坡后再进行建设，采用“放”的原则，但工期不允许，我和施工方紧密配合，考察滑坡体周围裂缝发展状况，滑坡的核心要素是水，当地正值旱季，离雨季还有5个月，此期间抢建3排大口径混凝土抗滑桩，用工字钢配筋，增加抗滑力，就有可能把滑坡抗住。地基变形引起混凝土结构裂缝宽达10～50mm，待地基稳定后，采取化学灌浆处理，结合当地水文地质条件和裂缝状态采用抗与放的原则进行处理。 除混凝土的温度收缩变形，通过这个工程我进一步发现地基变形是引起工程结构的另一大原因，包括滑坡和地震以及质量力（地基动态变形），统称为变形效应，有它自己的独特规律，与荷载效应同等重要，不应视为次要问题（图2，3)。 3.4关于对膨胀剂的争议 20世纪90年代初，HPC由美国传入中国后又出现超高性能混凝土，由于低水胶比，内干燥自收缩收缩应力的显著增大，再掺入需水量很高的膨胀剂，钙矾石含量剧增，需水量咼达74.5%，尚强局性能混凝土裂缝更多，脆性增加，防火性能差，制备较困难等不足，耐久性降低，材料的研究与结构的研究尚有较大的差距，我认为在普通混凝土好好打的基础上，研发高性能普通钢筋混凝土工程结构，高延性比和均质性良好的高品质普通混凝土结构是努力方向。例如，不仅提高材料的韧性而更重要的是改善结构的各种复杂受力条件下结构的延性比，提高均质性降低变异性，达到普通均质延性钢筋混凝土结构系统目的。试验室试块不等于复杂受力下的结构。 我感到混凝土工程界在技术上对膨胀剂有争议很正常，但不应该被商业利益所左右，这方面问题太复杂了，我建议设计院不应当在图纸上注明采用膨胀剂的要求，膨胀剂检验标准规范是采用泡水试验环境，远远脱离工程实践条件，泡水试验得到限制膨胀率，对结构温度收缩应力没有实用价值（建筑工程有无穷多个约束度及收缩，差别巨大）。2006年我应邀去美国华盛顿处理M-1号工程裂缝，现场曾用4种配合比浇灌11次，其中有一方案（美方专家提出），采用美国生产的膨胀剂按美国补偿收缩混凝土规定，将膨胀剂掺入混凝土，仍然出现较多的收缩开裂。没有起到补偿收缩作用，最后我建议取消膨胀剂，取消引气剂，提高水胶比，加强构造设计，不采用松模浇水冷却，不采用养护剂，采取普通混凝土好好打的方法，取得良好控制裂缝效果。 3.5应重视混凝土的收缩变形引起的裂缝 辽南地震，唐山地震，汶川地震我都深入现场参加抢险救灾并同时调查裂缝与倒塌破坏的关系，开始探索从裂缝到破坏的发展过程，分析有害与无害裂缝的界限，地震区抗震缝和变形缝的设置，非但无助于于减震作用，反而增加了碰撞破坏的现象。我们的整个地球分为13个板块，相互运动，它们的分界面就是断裂带，也就是裂缝群，当相邻板块间的相互挤推应力超过定量时便产生微裂缝扩展超过极限强度便产生地震，我特别注意到岩石和混凝土裂缝扩展均伴随着声发射，因此可否从断裂带的裂缝扩展规律中预报地震是值得探索的重大技术难题。探索裂缝的发展和扩展规律，对房屋倒塌破坏可起到良好的预报作用，为今后危房危桥的鉴定提供有价值的参考资料。 1969年，我在云南中越边境蒙自县劳改农场西山牧马时，研究了树皮裂缝和老人皮肤的皲裂及混凝土的表面龟裂，完全出自相同原理，即由湿度应力引起，这在工程裂缝中占有很高的比例，并不像通常想象的那样“大体积混凝土主要是水化热引起的裂缝”。混凝土的收缩变形引起的裂缝，收缩变形包括自生收缩、早期塑形收缩和碳化收缩以及后期干燥收缩，收缩机理非常复杂，研究资料较少，必须认真的学习和研究，特别是在工民建、市政工程、交通运输、桥梁工程、核电建设等领域，收缩裂缝无处不在，它与温度应力有不同的物理性质，有时和温度应力同时出现。 这里提出了一个重要问题，国家许多重点大体积工程，包括水工结构、核电站等，进行了详细严谨的温控，但仍然出现了大量裂缝，甚至有人说“越温控裂缝越多”，这是因为混凝土不是因为水化热温度应力引起，而是收缩应力起了主要作用，经常收缩与温度并存，不应只重视水化热而忽略收缩，特别是在地下空间开发中，防水问题是现代建筑裂缝控制中最大的技术难题。图4为温度应力开裂导致裂缝现场。 4结束语 多年的实践让我深刻体会到，在实践中学习的效率远远高于大学课堂，没有上下课，没有节假日，孜孜不倦地学，重要的是联系实际地学。五花八门的裂缝要求我们必须跨专业并紧密联系实际，实践是考验一切理论的唯一标准。尽全力掌握前人的力学基础理论，这是我们最好的手段，但是如何应用这些手段解决工程技术问题，出现了许多可能创新的闪光点，因为这种应用过程能产生和改变生产力，关于变形缝和裂缝控制问题，对我来说力学是手段，解决工程问题是目的。运用前述原则，我写的几本专著都力求简单、明了、实用。学会如何将复杂的问题简单化，即用“丟弃芝麻抓西瓜”的方法进行简化，尽管不够精确，只要能解决实际问题，我就很满足，因为解决工程问题是我终生奋斗的目标。与力学家不同，工程师的创新是用力学方法解决前人没有解决的工程问题。 探索工作需要激情，需要磨练，在前人学者已有的成果基础上，解决工程实际问题。今天，我国大规模的经济建设是一个无硝烟的战场，我们无时无刻不在接受新的挑战，需要我们具备探索的精神去迎接挑战。人生的价值就在于把“不可能”最后变成“可能”。在高度信息化的时代，人们接触实践的机会越来越少了，但是土木建筑工作者应当更多地走到实践中去，吸取生生不息的营养，实践是我们创作灵感的沃土，是检验一切理论的唯一标准，过分相信计算机程序会犯错误的。在我国半个多世纪大规模经济建设实践中，提供许多实践经验，为技术创新提供了保证条件。看未来，挑战无止境，让激情与生命同步，今天不去创新，明天就无法生存，用实践缩短梦想与现实的距离。 探索工作需要激情，需要磨练，在前人学者已有的成果基础上，解决工程实际问题。今天，我国大规模的经济建设是一个无硝烟的战场，我们无时无刻不在接受新的挑战，需要我们具备探索的精神去迎接挑战。人生的价值就在于把“不可能”最后变成“可能”。在高度信息化的时代，人们接触实践的机会越来越少了，但是土木建筑工作者应当更多地走到实践中去，吸取生生不息的营养，实践是我们创作灵感的沃土，是检验一切理论的唯一标准，过分相信计算机程序会犯错误的。在我国半个多世纪大规模经济建设实践中，提供许多实践经验，为技术创新提供了保证条件。看未来，挑战无止境，让激情与生命同步，今天不去创新，明天就无法生存，用实践缩短梦想与现实的距离。来源：《建筑技术开发》2015.10 |
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