上世紀80年代以來，基于混凝土技術的進步，高強高性能混凝土越來越普通地應用于各種類型的建筑結構?；炷敛牧蠌姸鹊奶岣撸梢杂行У慕档徒ㄖ锏淖灾?，尤其適宜高層建筑和大跨度橋梁的建造。相對于普通混凝土，使用高性能混凝土還能夠減少資源的消耗，有利于可持續(xù)發(fā)展。但是，不管是在實際工程應用中，還是在試驗室都發(fā)現(xiàn)，高性能混凝土普遍具有發(fā)生早期裂紋的趨勢，混凝土結構裂紋的產生大部分是由于混凝土收縮引起的，結構荷載引起的裂縫很少。

　　1.混凝土收縮種類

　　在實際工程中，人們大都只關心混凝土最終的收縮，但混凝土的最終收縮實際上卻包括各種原因引起的收縮。對于普通混凝土，干縮是主要的；而對于高性能混凝土，自收縮問題也不容忽視。區(qū)別不同的收縮，有助于采取相應的措施減少收縮，以防止或減少混凝土的開裂。通常，混凝土的收縮主要有以下幾種：

　　1.1化學收縮

　　化學收縮又稱水化收縮。水泥水化后，固相體積增加，但水泥—水體系的絕對體積則減小。大部分硅酸鹽水泥漿體完全水化后，體積減縮總量為7%～9%。在硬化前，所增加的固相體積填充原來被水所占據(jù)的空間，使水泥石密實，而宏觀體積減縮；在硬化后，則宏觀體積不變而水泥—水體系減縮后形成內部空隙。因此，這種化學減縮在硬化前不影響硬化的混凝土性質，硬化后則隨水灰比的不同形成不同孔隙率而影響混凝土的性質?；瘜W收縮與水泥組成有關。對于硅酸鹽水泥的每種單礦物而言，C₃A水化后的體積減少量可達23%左右，是化學收縮最嚴重的礦物，其次分別是C₄AF、C₃S和C₂S。從水泥品種上來講，選用高C₃A含量的水泥，對化學收縮是不利的；水泥用量上來講，水泥用量越大，混凝土的化學收縮和孔隙總量越大。高性能混凝土的水膠比低，水化程度受到制約，故高性能混凝土的化學收縮量會比普通混凝土小。

　　1.2塑性收縮

　　塑性收縮發(fā)生在硬化前的塑性階段，由它引起的開裂是工程建設階段最常見的混凝土裂縫，一般發(fā)生在混凝土澆筑后2～10h。塑性階段混凝土由于表面失水而產生的收縮，多見于道路、地坪和樓板等大面積的混凝土工程，并以夏季施工最為普遍?；炷猎谛掳锠顟B(tài)下，拌合物中顆粒間充滿著水，如養(yǎng)護不足，表面失水速率超過內部水向表面遷移的速率時，則會造成毛細管中產生負壓，使?jié){體產生塑性收縮。高性能混凝土的水膠比低，自由水分少，礦物摻合料對水有更高的敏感性，表面水分蒸發(fā)快，所以高性能混凝土比普通混凝土更容易產生塑性收縮變形。對于減少塑性收縮的主要措施是合理地加強混凝土的早期養(yǎng)護。

　　1.3溫度收縮

　　溫度收縮又稱冷縮。溫度收縮主要是混凝土內部溫度由于水泥水化而升高，最后又冷卻到環(huán)境溫度時產生的收縮。其大小與混凝土的熱膨脹系數(shù)、混凝土內部最高溫度和降溫速率等因素有關。溫縮多在混凝土澆注后一周內的齡期發(fā)生。在絕熱狀態(tài)下，每l00kg水泥水化可使混凝土升溫10℃～12℃。高性能混凝土的溫升一般可達35℃～40℃，加上初始溫度可使最高溫度達到70℃～80℃。一般混凝土的熱膨脹系數(shù)為1×10-6/℃，當溫度下降20℃～25℃時造成的收縮量為(2～2.5)×10-4。因此，冷縮常引起高性能混凝土開裂。降低溫升、提高混凝土抗拉強度、使用熱膨脹系數(shù)降低的集料等措施有利于減少冷縮和防止開裂。

　　1.4干燥收縮

　　干燥收縮是指混凝土停止養(yǎng)護后，在不飽和的空氣中失去內部毛細孔和凝膠孔的吸附水而發(fā)生的不可逆收縮，它不同于干濕交替引起的可逆收縮。影響干燥收縮主要因素有水灰比和混凝土孔隙率。高性能混凝土具有較低的水灰比，且孔隙率低，有良好的孔分布，不存在或有極少量的100nm以上的有害孔，所以它的干縮比普通混凝土小。

　　1.5自收縮

　　除攪拌水以外，如果在混凝土成型后不再提供任何附加水，則即使原來的水分不向環(huán)境散失，混凝土內部的水也會因水化的消耗而減少。密封的混凝土內部相對濕度隨水泥水化的進展而降低，稱為自干燥收縮。對于高性能混凝土，由于它的水膠比很低，早期強度較高地發(fā)展會使自由水消耗較快，以至使孔體系中的相對濕度低于80%。而高性能混凝土結構較密實，外界水很難滲入補充，在這種條件下開始產生自收縮。研究表明，2個月齡期，水膠比為0.4的高性能混凝土自收縮為1×10-4；水膠比為0.3的高性能混凝土的自收縮為2×10-4；水膠比為0.17的高性能混凝土的自收縮為8×10-4。高性能混凝土的總收縮中干縮和自收縮幾乎相等，水膠比越低，摻合料越細，自收縮所占比例越大。根據(jù)宮澤伸吾等的試驗結果，水膠比為0.4時高性能混凝土自收縮占總收縮的40%；水膠比為0.3時自收縮占50%；水膠比為0.17(摻入硅灰10%)時自收縮占100%。高性能混凝土自收縮過程開始于水化速率處于高潮階段的頭幾天，濕度梯度首先引發(fā)表面裂縫，隨后引發(fā)內部微裂縫，若混凝土變形受到約束，則進一步產生收縮裂縫。

　　1.6碳化收縮

　　大氣中的C0₂與水泥的水化物發(fā)生的碳化反應引起的收縮變形稱為碳化收縮變形。碳化作用在C0₂濃度高、干濕交替作用的環(huán)境中發(fā)展更為顯著。因此，影響碳化收縮的兩個主要因素是：

　　1)混凝土中Ca(OH)₂的數(shù)量。充分降低Ca(OH)₂的數(shù)量，無疑是對碳化收縮起到積極的作用；

　　2)混凝土的密實度。如果混凝土中水膠比低，孔隙率小，且呈均勻小孔徑分布，將有利于減小碳化收縮。

　　由以上分析和闡述可見，與普通混凝土相比，高性能混凝土的化學收縮和干燥收縮小些，塑性收縮大些，而溫度收縮和自收縮更大些，其中自收縮裂縫是影響高。

　　2.自收縮的機理

　　到目前為止，對于自收縮產生的真正機理學術界沒有統(tǒng)一全面的認識。然而，較普遍的解釋是自收縮與硬化水泥漿體內的孔的相對濕度存在一定的關系，通常用毛細管作用力理論解釋自收縮的產生機理。

　　由于水泥水化反應，水化生成物的體積小于水與未水化水泥的體積，從而在硬化體中產生空隙。當水化初期水泥漿是流態(tài)時，水泥水化程度較低，它不能支撐由化學收縮產生的漿體內部的孔隙，從而表現(xiàn)在外部體積的收縮。由于水泥漿體的結構疏松，水泥粒子周圍充滿了水，外部及周圍的水分容易移動，因而，形成的空隙中充滿了水。隨著水化時間的不斷延長，孔隙中的水不斷消耗，而且結構不斷致密，孔隙水的移動變得困難。當外部沒有水分供給時，由于水分不足，孔隙內不能充滿水，孔隙內的相對濕度也開始下降，從而在硬化體中發(fā)生自生干燥，這樣就在空氣與水之間形成了彎液面。由于毛細管張力的作用，水泥漿發(fā)生自收縮。

　　毛細孔負壓可以從拉普拉斯公式以及開爾文公式中推導出：

　　式中:σ—氣-液界面表面張力；θ—固-液接觸角；Pc—水壓力；Pv—水蒸汽壓力。

　　式中：V—單位物質的量的水體積；M—水的分子量；R—理想氣體常數(shù)；T—絕對溫度；h—相對濕度。

　　對毛細孔半徑大于5nm時，從拉普拉斯公式以及開爾文公式可精確地估計毛細孔效應。這些宏觀定律，對相對濕度大于80%時是有效的。其中，混凝土相對濕度的測定可以根據(jù)美國ASTM標準，其方法是在混凝土中預埋一個塑料管，將相對濕度傳感器放置在塑料管中，管口用橡膠圈密封，即可測出混凝土內相對濕度。

　　Hua等人使用壓汞儀來測定毛細孔的張力，但是該方法只能反映相互連通的孔隙體積，而實際上水泥石內部的毛細孔還有大量的間斷孔隙，而且不能測出小于6nm的孔。Hua等人卻將已經(jīng)自干燥的孔隙全部視作相互連通的孔隙，并壓入與其相等量的汞量，所測得的值偏大。Jensen通過測定相對濕度來計算毛細管張力并使用毛細管張力理論計算出澆注幾天后的自收縮的變化，結果與實驗值相一致。

　　不過，對于水泥漿體內部的孔尺寸的分布情況，仍然沒有辦法得知。因而，需要有更深入的理論分析與實驗研究來證明自收縮的產生機理。

　　3.自收縮研究現(xiàn)狀

　　3.1自收縮影響因素

　　高性能混凝土的自收縮在總收縮中所占比例較大，而且即使在100%的相對濕度下養(yǎng)護仍會發(fā)生?；炷磷允湛s的根源是水泥凝結硬化后的繼續(xù)水化，條件是混凝土內部密實而水分遷移困難。因此，凡是加速密實混凝土中水泥水化的因素都能促進混凝土的自收縮。對其它收縮起抑制作用的集料和固體顆粒，對混凝土的自收縮也有抑制作用。根據(jù)現(xiàn)有文獻報道，?