土木工程建筑中混凝土結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)研究

何貫賢

（深圳大學(xué)，廣東 深圳 518060）

近年來，混凝土結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量逐漸成為人們關(guān)注的重點。根據(jù)以往土木工程經(jīng)驗，在混凝土結(jié)構(gòu)施工中，施工技術(shù)的選擇及應(yīng)用與混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量密切相關(guān)。因此，探討土木工程建筑中混凝土結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)具有一定的必要性。

1 混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢

在建筑工程中，混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下三個方面：

（1）可模性良好。混凝土結(jié)構(gòu)施工期間，混凝土經(jīng)攪拌后，可根據(jù)施工方案進(jìn)行塑形?；炷两Y(jié)構(gòu)良好的可模性特征為其在各類土木工程建筑施工中的運用奠定了良好基礎(chǔ)。

（2）耐久性強(qiáng)。混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性較強(qiáng)。通常情況下，這類結(jié)構(gòu)的使用壽命較長。除嚴(yán)重裂縫問題外，混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量多可維持較長時間。

（3）成本較低。與鋼結(jié)構(gòu)相比，混凝土結(jié)構(gòu)的成本較低。在土木工程建筑，尤其是大型工程中，混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用可起到節(jié)約成本的作用。

2 土木工程建筑中混凝土結(jié)構(gòu)施工技術(shù)

2.1 水泥、骨料選擇技術(shù)

各類水泥的特性不同。結(jié)合土木工程建筑施工現(xiàn)狀來看，硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥均較為常用。其中，硅酸鹽水泥的強(qiáng)度為42.5MPa，水化熱參數(shù)可達(dá)到250kJ/kg；而礦渣硅酸鹽水泥同強(qiáng)度等級下，其水化熱參數(shù)則為180kJ/kg（澆筑3d）。因此，在前期材料選擇階段，可結(jié)合土木工程建筑施工要求、成本配置等信息，合理選擇適宜類型、強(qiáng)度的水泥。例如，在無縫混凝土結(jié)構(gòu)施工中，可按照預(yù)防混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的選擇，優(yōu)選礦渣硅酸鹽水泥作為基礎(chǔ)材料，以借助其低水化熱優(yōu)勢，確保實現(xiàn)無縫混凝土結(jié)構(gòu)施工的目的。

而在骨料選擇方面，結(jié)合以往經(jīng)驗來看，骨料與混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量、混凝土收縮、裂縫形成狀況密切相關(guān)。就混凝土結(jié)構(gòu)收縮而言，骨料的影響作用主要與其種類、粒徑參數(shù)有關(guān)。常用石灰?guī)r骨料的吸水率參數(shù)為0.2%，以該材料作為骨料進(jìn)行施工，1年范圍內(nèi)，混凝土結(jié)構(gòu)的收縮率約為0.040%；而當(dāng)選擇吸水率為5%的砂巖骨料時，同時段內(nèi)混凝土結(jié)構(gòu)的收縮現(xiàn)象較為明顯，其收縮率約為0.116%。目前混凝土結(jié)構(gòu)施工中常用的骨料粒徑參數(shù)多在40mm以下。以0.38mm、0.336mm兩種規(guī)格的骨料為例，相對于后者而言，前者的水化熱較低，更加符合無縫混凝土結(jié)構(gòu)施工要求。

2.2 混凝土制備技術(shù)

混凝土結(jié)構(gòu)施工中，施工單位需參考混凝土強(qiáng)度、成本、混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量等因素，合理確定混凝土材料的配合比。鑒于砂、骨料、水泥、水對混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量、成本的影響作用，在實踐施工過程中，施工人員需通過整合相關(guān)要求及目標(biāo)，確立最佳配合比方案。

2.3 攪拌技術(shù)

在運用攪拌技術(shù)施工期間，需注意混凝土坍落度、攪拌時長與攪拌機(jī)容量間的關(guān)系。根據(jù)以往經(jīng)驗，在建筑混凝土結(jié)構(gòu)施工中，如所選用攪拌機(jī)容量與攪拌時長、坍落度參數(shù)不匹配，容易影響混凝土質(zhì)量，進(jìn)而造成混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量的下降，甚至可能影響土木工程混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命。如所選自落式攪拌機(jī)的容量規(guī)格在500L以上，需按照不低于60s的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行持續(xù)攪拌，并將坍落度參數(shù)控制為3cm；而當(dāng)攪拌設(shè)備的容量參數(shù)≤250L時，需按照攪拌時長＞150s、坍落度＜3cm的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行混凝土攪拌施工。

2.4 澆筑技術(shù)

建筑混凝土結(jié)構(gòu)施工中，澆筑技術(shù)的關(guān)鍵在于澆筑厚度、坍落度的控制。其中，澆筑厚度的設(shè)置需以結(jié)構(gòu)類型為參照依據(jù)。在大體積混凝土結(jié)構(gòu)施工中，宜選用跳倉法進(jìn)行施工，即預(yù)先將大體積混凝土結(jié)構(gòu)分成多個小部分，按照間隔澆筑形式，針對各小部分分層澆筑（澆筑厚度較低）逐一完成不同位置小部分的澆筑，最終將所有小部分整合成一個整體（即大體積混凝土結(jié)構(gòu)）。這一施工技術(shù)不僅可避免留設(shè)后澆帶問題，還可充分保障大體積混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量（內(nèi)外溫差參數(shù)較低）。在混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)施工中，需先完成底部初次澆筑（澆筑厚度設(shè)置為50mm），隨后按照60cm的標(biāo)準(zhǔn)開展分層施工；在板、梁結(jié)構(gòu)施工中，可在初次澆筑50～100mm厚的水泥砂漿后，改以200mm的標(biāo)準(zhǔn)實施連續(xù)澆筑施工。

而在坍落度參數(shù)設(shè)置方面，需結(jié)合所澆筑混凝土結(jié)構(gòu)要求，合理設(shè)置坍落度參數(shù)。如在澆筑高密度配筋混凝土結(jié)構(gòu)時，需將坍落度控制在50～70mm；而在澆筑無配筋結(jié)構(gòu)時，則可按照10～30mm的標(biāo)準(zhǔn)控制澆筑坍落度的相關(guān)參數(shù)；在澆筑土木工程建筑中的梁、板結(jié)構(gòu)時，則需將坍落度控制在30～50mm。

2.5 養(yǎng)護(hù)技術(shù)

澆筑施工完成后，需開展養(yǎng)護(hù)施工。目前，土木工程建筑中常用的養(yǎng)護(hù)技術(shù)以灑水養(yǎng)護(hù)、暖棚養(yǎng)護(hù)、覆蓋養(yǎng)護(hù)等為主。在運用上述技術(shù)開展混凝土結(jié)構(gòu)養(yǎng)護(hù)期間，需注意做好混凝土結(jié)構(gòu)不同區(qū)域溫度參數(shù)的監(jiān)測，并根據(jù)溫度參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，合理預(yù)測其溫度裂縫形成風(fēng)險，適當(dāng)調(diào)整養(yǎng)護(hù)策略，以保障混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量。

3 某大體積無縫混凝土結(jié)構(gòu)施工技術(shù)

3.1 工程概況

某土木工程高鐵站站房建筑總面積約為11.9萬m2。東西、南北兩方向全長分別為418m、236m。該工程的高架車層、出站層及站臺層均為大體積混凝土結(jié)構(gòu)，耐久年限為100年，工期為228d。

3.2 無縫控制技術(shù)

該土木工程站房建筑采用補(bǔ)償收縮混凝土進(jìn)行施工。為確保大體積混凝土結(jié)構(gòu)無裂縫問題，可運用無縫控制技術(shù)開展施工。該技術(shù)應(yīng)用原理為澆筑補(bǔ)償收縮混凝土后，隨著混凝土的硬化，大體積混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部出現(xiàn)明顯膨脹作用，但在鄰位、鋼筋的約束下，引發(fā)鋼筋受拉、混凝土受壓?；炷翂簯?yīng)力、鋼筋拉應(yīng)力達(dá)到平衡狀態(tài)時，大體積混凝土結(jié)構(gòu)不易產(chǎn)生裂縫。此時，大體積混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)力關(guān)系如下：

式中：Ac為混凝土截面積；Tc為混凝土預(yù)壓應(yīng)力參數(shù)；As為鋼筋截面積參數(shù)；Ts為鋼筋拉應(yīng)力參數(shù)；Es為鋼筋的彈性模量參數(shù)；E2為鋼筋伸長率（混凝土結(jié)構(gòu)的限制膨脹率）。

依據(jù)上述關(guān)系，可確定大體積混凝土結(jié)構(gòu)配筋率u的計算公式如下：

利用上述公式進(jìn)行推導(dǎo)，可得：

根據(jù)上述公式可判斷，在大體積混凝土結(jié)構(gòu)施工中，Tc與E2呈正相關(guān)。在土木工程施工期間，當(dāng)混凝土原材料中的膨脹劑用量增長時，大體積混凝土結(jié)構(gòu)的整體膨脹力參數(shù)也會產(chǎn)生一定變化。結(jié)合應(yīng)力應(yīng)變變化關(guān)系來看，為避免大體積混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫問題，可預(yù)先在混凝土板塊中施加大膨脹應(yīng)力參數(shù)，以Tc≥Tmax標(biāo)準(zhǔn)開展施工，利用該參數(shù)補(bǔ)償澆筑混凝土在硬化期間形成的應(yīng)力損失（應(yīng)力類型為收縮應(yīng)力）。

3.3 無縫施工技術(shù)

在該土木工程混凝土結(jié)構(gòu)施工中，為避免混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫問題，可利用無縫施工技術(shù)開展混凝土結(jié)構(gòu)施工。該工程混凝土結(jié)構(gòu)厚度規(guī)格為9.15m?？紤]到裂縫形成原因，需計算混凝土硬化中的水化熱參數(shù)。澆筑完成后，可利用如下公式確定9.15m厚的混凝土結(jié)構(gòu)的絕熱溫升參數(shù)：

式中：T（t）為期齡為t時混凝土的絕熱溫升參數(shù)；N為每立方米混凝土的凝膠用量；Q為每千克混凝土所產(chǎn)生的水化熱參數(shù)；m為混凝土澆筑溫度系數(shù)，該參數(shù)值處于0.3～0.5（m-1）范圍內(nèi)；rh為混凝土的重力密度參數(shù)，該參數(shù)為常量，多處于2400～2500kg/m3；C為混凝土的比熱參數(shù)，該常量值為0.92～1.00kJ/（kg·℃）。

在大體積無縫混凝土結(jié)構(gòu)施工中，根據(jù)最不利條件要求，忽略（1-e-mt）值低于1的狀況，計算混凝土凝膠水化熱引發(fā)的絕熱溫升參數(shù)，最高絕熱溫升參數(shù)Tmax的計算方法如下：

式中：W1為單方混凝土所需水泥量；Q1為每公斤水泥的水化熱參數(shù)；W2為單方混凝土凝膠用量；Q2為凝膠水化熱參數(shù)；W3為單方混凝土的粉煤灰用量；Q3為粉煤灰水化熱；rh為混凝土容重（重力密度，取值2400kg/m3）；C為混凝土比熱（取值0.96kJ/kg·℃）。依據(jù)上述信息，可確定Tmax的值為58.27℃。

按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)確定散熱系數(shù)（混凝土溫度系數(shù)），則可確定該大體積無縫混凝土結(jié)構(gòu)的溫升值參數(shù)為29.135℃，而混凝土入模溫度參數(shù)為30℃；依據(jù)上述信息，可確定大體積混凝土結(jié)構(gòu)的中心溫度值T（中心）為T（中心）=T（溫升）+T（入模）=59.135℃。

考慮到該土木工程所處環(huán)境的溫度參數(shù)（夏季溫度處于25～28℃），將溫度差值參數(shù)、平均氣溫參數(shù)分別確定為1.5℃、26.5℃。由上述數(shù)據(jù)可確定大體積混凝土結(jié)構(gòu)的最大冷縮值Smax為Smax=α×[T（中心）-T（氣溫）+T（溫度差值）]=1×10-5×（59.135-26.5+1.5）=3.41×10-4（α取1×10-5℃）。

澆筑7d后，混凝土結(jié)構(gòu)的最大收縮值可按如下經(jīng)驗公式確定：

式中：e為自然常數(shù)，取2.718；n為系數(shù)。

可求得最大收縮值為2.216×10-4。依據(jù)上述信息，可確定該土木工程大體積混凝土結(jié)構(gòu)的最不利配筋率u為0.015133。9.15m厚的大體積混凝土最終變形率Y值為-0.061×10-4，該值低于St（7d），符合無縫施工要求。

3.4 混凝土攪拌澆筑養(yǎng)護(hù)技術(shù)

按照上述環(huán)節(jié)確定的配合比進(jìn)行投料。為保障無縫混凝土結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量，可在同一時段完成水泥、膨脹劑材料的投放。

攪拌完成后，按照跳倉施工要求，開展混凝土澆筑施工。在澆筑期間，需警惕施工縫、冷縫等問題的發(fā)生。一旦產(chǎn)生上述問題，可運用預(yù)埋冷水管、膨脹砂漿接縫處理等措施，保障大體積混凝土結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量。澆筑施工期間，還需做好混凝土的振搗工作。為保障混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，可于初凝1h內(nèi)開展二次振搗。振搗施工標(biāo)準(zhǔn)為混凝土（備用）坍落度達(dá)到30～50nm。施工完成后，利用灑水法進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，以避免局部裂縫的產(chǎn)生。

4 結(jié)論

綜上所述，加強(qiáng)施工技術(shù)在土木工程混凝土結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用具有一定現(xiàn)實意義。為了保障混凝土結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量，可在充分分析各類施工技術(shù)特征的基礎(chǔ)上，參照土木工程混凝土結(jié)構(gòu)的施工要求，規(guī)范運用各類施工技術(shù)進(jìn)行施工。此外，為促進(jìn)土木工程建筑混凝土結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量的進(jìn)一步提升，還可結(jié)合行業(yè)最近進(jìn)展，不斷更新施工技術(shù)，以此為建筑行業(yè)的發(fā)展提供可靠支持。