以普遍采用化學外加劑和工業(yè)廢渣為特征的現(xiàn)代混凝土，降低了資源消耗，提高了材料耐久性，滿足了現(xiàn)代土木工程設計和施工的性能要求，為基礎設施建設的蓬勃發(fā)展提供了強力支撐。然而，工程實踐卻發(fā)現(xiàn)，混凝土結(jié)構(gòu)的早期開裂問題愈發(fā)凸顯，由此導致的混凝土性能劣化速率加快，對構(gòu)筑物的長期耐久性能和服役壽命埋下了巨大隱患。

現(xiàn)代混凝土技術的核心是其高耐久性，重大工程的壽命設計達到了上百年甚至更久。然而，實驗室精心設計且經(jīng)過耐久性試驗驗證的高性能混凝土，在交付工程使用后卻因開裂問題導致了更早的破壞。混凝土結(jié)構(gòu)的服役環(huán)境復雜多樣，裂縫的產(chǎn)生給混凝土的耐久性和結(jié)構(gòu)安全帶來了極大的隱患。

雖然存在少數(shù)可見裂縫的混凝土結(jié)構(gòu)在荷載作用下仍能繼續(xù)運行，但混凝土一旦出現(xiàn)裂縫，其抵抗介質(zhì)傳輸?shù)哪芰⒋蠓档?，從而對混凝土長期耐久性產(chǎn)生嚴重損害。裂縫不僅會降低混凝土自身抵抗水分侵入的能力，還為氣體、離子等侵蝕性介質(zhì)侵入提供了通道，造成混凝土結(jié)構(gòu)耐久性不足。同時，裂縫的長度、寬度、深度等形態(tài)參數(shù)均會影響介質(zhì)在其中的傳輸。

相較于荷載裂縫，收縮裂縫在數(shù)量和空間上分布的范圍更廣。工程實踐表明，在約束條件下由于收縮引起的拉應力而誘發(fā)的開裂約占開裂總數(shù)的80%以上，因此，抑制混凝土早期收縮開裂對于保障混凝土的長期耐久性能和服役壽命意義重大。

鑒于收縮開裂影響因素多，涉及環(huán)節(jié)多，抑制現(xiàn)代混凝土的收縮開裂需要從設計、材料、施工、檢測、管理等方面建立一整套關鍵技術，實現(xiàn)混凝土抗裂性可設計、可控制、可檢驗的目標。

抗裂性設計。團隊經(jīng)過多年的研究積累，針對現(xiàn)代混凝土復雜的膠凝材料體系，以膠凝材料水化程度作為基本狀態(tài)參數(shù)，量化描述了混凝土的早期性能演變，以及材料與環(huán)境溫濕度之間復雜的交互作用，實現(xiàn)溫濕度變化條件下多種收縮的耦合計算；在此基礎上，建立了水化—溫度—濕度—約束耦合作用下的結(jié)構(gòu)混凝土收縮開裂風險評估模型，提出了基于可靠度的開裂風險系數(shù)控制閾值。基于上述理論模型，提出了針對超長、大體積、強約束、高強等典型結(jié)構(gòu)或工況的混凝土抗裂性設計方法，根據(jù)實際工程結(jié)構(gòu)特征、環(huán)境條件、材料性能和施工工藝，評估混凝土收縮開裂風險，量化關鍵影響因素，進而從混凝土材料和實體結(jié)構(gòu)雙重角度提出抗裂性關鍵控制指標，以全過程控制結(jié)構(gòu)混凝土收縮開裂風險系數(shù)不超過閾值。

混凝土塑性階段收縮開裂抑制技術。針對混凝土凝結(jié)硬化前的塑性階段，即澆筑之后的數(shù)小時時間段，因水分蒸發(fā)而產(chǎn)生的塑性收縮開裂，團隊開發(fā)了混凝土塑性階段水分蒸發(fā)抑制劑，通過引入雙親性分子結(jié)構(gòu)，在高鹽、高堿的混凝土表面泌水層上實現(xiàn)自組裝，并形成穩(wěn)定單分子膜。在溫度40℃、相對濕度30%和風速5m/s的條件下，可以降低混凝土塑性階段水分蒸發(fā)75%以上，減少塑性收縮50%以上，有效地抑制了極端干燥環(huán)境下混凝土的表面結(jié)殼、起皮和塑性開裂現(xiàn)象。

混凝土硬化階段收縮開裂抑制技術。對于結(jié)構(gòu)超長、厚度較大且底板—側(cè)墻—頂板分部位澆筑的隧道主體結(jié)構(gòu)，軌道交通地下車站結(jié)構(gòu)以及高強、大體積、分節(jié)澆筑的橋梁主塔等結(jié)構(gòu)，混凝土溫升高、溫降收縮大、溫降收縮與自收縮疊加、所受內(nèi)外約束強，極易在施工期就產(chǎn)生貫穿性收縮裂縫，進而導致嚴重的滲漏或耐久性能劣化問題。降低混凝土結(jié)構(gòu)溫升、減少溫降收縮和自收縮，是解決地鐵、隧道、橋梁等超長、大體積結(jié)構(gòu)混凝土收縮開裂問題的重要途徑。

團隊從水泥水化放熱歷程調(diào)控角度出發(fā)，率先開發(fā)出了基于生物基多糖的緩釋吸附來實現(xiàn)水化放熱速率調(diào)控的混凝土水化溫升抑制劑。恒溫條件下，水化溫升抑制劑能夠降低水泥水化放熱速率峰值50%以上。水化溫升抑制劑通過顯著降低水泥水化加速期水化速率峰值，減少了混凝土早期水化集中放熱，從而能夠在同等的散熱條件下，有效地降低混凝土結(jié)構(gòu)的溫峰，進而也降低了混凝土后期溫降幅度，減少了混凝土溫降收縮和溫度開裂風險。

針對墻體混凝土早期溫升快、溫降速率大、約束強、開裂問題突出的現(xiàn)狀，團隊提出了水化溫升和膨脹歷程協(xié)同調(diào)控的抗裂技術，一方面通過調(diào)控溫度場，降低結(jié)構(gòu)溫峰；另一方面通過膨脹歷程的調(diào)控，提升溫降階段的膨脹效能，補償溫降收縮，有效抑制了早期溫度“劇升快降”條件下的強約束結(jié)構(gòu)混凝土收縮開裂現(xiàn)象。

在上述抗裂性設計和關鍵技術開發(fā)的基礎上，針對工程建設的具體工況條件，從原材料品質(zhì)控制、混凝土配合比優(yōu)化、合適的抗裂功能材料選取、施工工藝優(yōu)化、抗裂性監(jiān)測等方面提出了裂縫控制措施，形成了集設計、材料、施工、監(jiān)測于一體的收縮裂縫控制成套技術方案。