作者：袁永松
［摘 要］ 根据工程实践，对大体积混凝土的概念、裂缝控制等级、浇筑温度、内表温差、降温速率、拆模条件、利用龄期强度共7个方面作了详细的分析与探讨。
［关键词］ 混凝土 大体积混凝土 裂缝 温差 降温速率 龄期强度
1 大体积混凝土的定义问题
什么是大体积混凝土?目前国内尚无一个明确的定义，国外的定义也不尽相同。日本建筑学会标准(JASS5)规定：“结构断面最小厚度在80cm以上，同时水化热引起混凝土内部的最高温度与外界气温之差预计超过25℃的混凝土，称为大体积混凝土”。美国混凝土学会(ACI)规定：“任何就地浇筑的大体积混凝土，其尺寸之大，必须要求解决水化热及随之引起的体积变形问题，以最大限度减少开裂”。
从上述两国的定义可知：大体积混凝土不是由其绝对截面尺寸的大小决定的，而是由是否会产生水化热引起的温度收缩应力来定性的，但水化热的大小又与截面尺寸有关。
由于对大体积混凝土没有统一定义，以截面尺寸来简单判断是否是大体积混凝土的现象比较常见，给工程带来不同程度的损失。例如：有些工程虽然厚度达到80cm(或1m)，但也不属于大体积混凝土的范畴，业主却要求TRANBBS施工单位按大体积混凝土标准施工，造成不必要的浪费；有些工程虽然厚度未达到80cm(或1m)，但水化热却较大，施工单位却没有按大体积混凝土的TRANBBS技术标准施工，造成结构裂缝，结果采取种种措施加以补救，又造成额外费用。
另外，由于对大体积混凝土没有明确定义，某些书刊也滥用名称，例如出现：“超大体积混凝土”、“超厚大体积混凝土”、“特大体积混凝土”等不严格的名称。
2 裂缝控制等级问题
大体积混凝土允许不允许有裂缝?《混凝土结构TRANBBS设计规范》(GBJ10-89)中规定：“结构构件设计时，应根据使用要求选用不同的裂缝控制等级”，规范划分了三个等级：①严格不准裂缝；②一般不裂缝；③允许裂缝应限制宽度。
一般非预应力混凝土结构构件，表面裂缝是比较普遍的，大体积混凝土由于其水化热产生温差形成温差应力，表面裂缝更容易产生，这些裂缝对于结构正常使用一般不会有影响。但是，目前工程实践中普遍采用大体积混凝土不允许裂缝的标准，导致保养和温度控制措施复杂，额外费用较大。
3 浇筑温度问题
浇筑温度是指混凝土出罐后，经运输、振捣后的温度。《混凝土结构工程施工及验收规范》(GB50204-92)对浇筑温度作了如下规定：“不宜超过28℃”。此规定没有考虑到全国地方差异，例如上海、南京、武汉等我国南方地区7、8月份高温季节施工大体积混凝土，若不采取特殊措施是很难达到这一要求的，若采取措施就得花较大的费用，因为大体积混凝土量大，超过10000m3是很常见的。那么浇筑温度超过28℃是否一定开裂呢?江苏常州市某些工程浇筑温度达到35℃，由于保温降温措施得力，也没有出现温差裂缝。南京、上海、武汉等地的某些大体积混凝土工程浇筑温度超过28℃，个别工程达到41℃，也没有出现危害结构的裂缝，据已交付使用的工程跟踪调查表明：未发现结构安全和影响使用功能问题。因此，对于浇筑温度的规范规定建议适当放宽或区别地方情况。
4 内表温差控制问题
《混凝土结构工程施工及验收规范》(GB50204-92)对此也作了如下规定：“大体积混凝土表面和内部温差控制在设计要求的范围内，当设计无具体要求时，温差不宜超过25℃”。这里有三个问题标准不一致。
4.1 表面温度的含义
何处测温点数值代表表面温度?目前在具体执行中有三种情况：①在保温层下混凝土表面处的测温值；②混凝土保护层(一般为35mm)处的测温值；③是在混凝土表面下100mm处的测温值。
4.2 内部温度的含义
内部温度一般是指大体积混凝土内部的最高温度，那么最高温度点在何处?施工实践一般采用厚度中心处的测温值来表示，那么中心处的点值是否代表混凝土内部最高温度呢?作者参与的工程，大体积混凝土3m厚，根据测温数据表明：开始2d内混凝土表面下1.5m处(中心处)的测温点值比同一时间1.9m处(2/3处)的点值低。
以上两个概念在具体执行中不能明确，虽然规范规定内表温差不宜超过25℃，可是由于执行标准不一样，实际温度控制标准也不一致。建议对这两个概念进行明确规定，例如：表面温度取混凝土表面下100mm处的测温值，内部温度取中心处的测温值。
4.3 温差控制值的合理性
规范规定温差不宜超过25℃是否合理?总的来讲趋于严格。目前有不少工程内表温差在浇筑后3d左右时超过了25℃，特别是内部温度达到最高温度时，内表温差超过25℃的现象在许多工程中出现，有的达到28℃，也没有裂缝，分析其原因，主要是因为目前高层建筑基础的大体积混凝土强度等级较高，一般采用C40、S8等级，虽然内表温差超过25℃，但其温差应力没有达到混凝土的极限抗拉强度。
5 降温速率问题
大体积混凝土的温度变化曲线一般如图所示。先是一个升温过程，升到最高点后就慢慢开始降温，升温的速度要比降温的速度大。
大体积混凝土温度变化曲线图
那么，大体积混凝土何时达到最高点呢?主要决定于配合比、几何尺寸、现场条件等因素，根据工程统计，一般的大体积混凝土浇筑后3～4d出现最高点。
国家规范对于温度控制有本文3、4两条规定，但对于降温速率未提出明确要求。如大体积混凝土升温时内表温差过大，会造成表面裂缝；那么降温速率过快，会造成贯穿性冷缩缝，也是绝对不允许的。
理论上，任何材料的允许温差与材料的极限拉伸值有关。对于大体积混凝土而言，如果降温过快，虽然内表温差仍然控制在规范要求之内，但由于混凝土内部温差过大，温差应力达到混凝土的极限抗拉强度时，理论上就会出现裂缝，而且此裂缝出现在大体积混凝土的内部，如果相差过大，就会出现贯穿裂缝，影响结构使用，因此，降温速率的快慢直接关系到大体积混凝土内部拉应力的发展。
那么，降温速率到底取多大值呢?理论上要求温差应力必须小于同一时间的混凝土抗拉极限强度。目前大多数工程采用上海宝钢经验：V≤1～1.5℃/d，即每天降温1～1.5℃，但此降温速率养护时间长，一般需25d左右的时间大体积混凝土才能达到使用温度，不利于缩短工期。而目前高层建筑的工期要求普遍都比较紧，合同规定的工期拖延惩罚也比较严厉。
宝钢经验有其局限性，因为宝钢工程的大体积混凝土大都是大型设备基础，混凝土强度等级比较低，一般为C15左右，而目前高层建筑的基础采用的大体积混凝土强度等级较高，一般为C40左右，所以在降温时期相同龄期混凝土的抗拉应力，后者远远大于前者。目前有的工程降温速率V取2～3℃/d，跟踪后也未见贯穿裂缝，但是对于大多数施工单位来说，由于没有全面可靠的数据资料，为安全起见仍采用V≤1～1.5℃/d。
6 拆除保温层条件问题
对于拆模条件国标也没有统一规定，各设计单位规定也不尽相同，其中有代表性的规定有三种：①混凝土内表温差≤10℃，且最低气温在5℃以上时；②混凝土中心温度与表面温度差小于15℃，逐层拆除；③混凝土中心温度与表面温度差小于20℃，且表面温度与大气温度差小于20℃，逐层拆除。
现在一般采用的是条件①的规定(宝钢经验)，但它有局限性，例如我国北方地区冬季最低气温在5℃以下有较长一段时间，即使南方，如南京、上海冬季最低气温在5℃以下也有一段时间；另一方面，条件①规定，保养期太长，一般需要20多d，不利于缩短工期，因此，对于拆除保温层条件有必要作出明确规定。
7 采用龄期强度问题
大体积混凝土强度等级采用哪一个龄期的强度作为标准，关系到混凝土的防裂措施、成本、质量等多方面问题，目前绝大多数采用60d龄期的强度作为标准，那么能否采用90d或180d龄期的强度作为标准呢?
目前，高层建筑基础的大体积混凝土普遍掺入粉煤灰和外加剂，按照《粉煤灰混凝土应用技术规范》(GBJ146-90)规定：“粉煤灰混凝土设计强度等级的龄期：①对于地下工程宜采用60d和90d；②对于大体积混凝土工程宜为90d或180d”，如用90d或180d龄期的强度作为标准，可以适当降低大体积混凝土的强度等级，这样可以节约水泥用量，水泥用量减少一方面可以降低成本，一方面可以降低大体积混凝土的水化热，根据经验数据，每10kg水泥约产生1℃的水化热，水化热降低了，保温和养护费用也随之减少。
那么，采用90d或180d龄期的强度作为标准可行性如何呢?对于高层建筑来讲，其工期一般在两年左右，施工加载的速度总体上是均匀的，作用在大体积混凝土基础上的荷载是逐渐增加的，不象大型设备基础其荷载几乎是一步到位，这对于大体积混凝土后期强度增长是有利的。
以上是大体积混凝土防裂和温度控制方面技术标准问题的分析与探讨，施工实践需要有一套全面合理的指标体系，而且指标本身的含义必须明确。防止大体积混凝土出现裂缝是一项复杂的系统工程，工程千差万别，随着新材料、新工艺的不断涌现，科学技术水平的不断提高，过去制订的标准有必要进行及时调整和补充，才能更好地指导日益变化和发展的生产实践。
参考文献
1 杨嗣信等.《高层建筑施工手册》,北京:中国建筑工业出版社,1992.573.
2 《现行建筑施工规范大全》,北京:中国建筑工业出版社,1994.203.
3 《现行建筑施工规范大全》,北京:中国建筑工业出版社,1994.204.
袁永松，江苏建达建设股份有限公司，工程师，南京 200041 |
