高層建筑大體積混凝土施工技術(shù)分析

摘 要：高層建筑大體積混凝土施工不當(dāng)，容易造成不平整、裂縫、結(jié)構(gòu)缺陷等問(wèn)題，因此本文分析了大體積混凝土在高層建筑中的特殊挑戰(zhàn)，包括溫度控制、材料選擇、澆筑與振搗技術(shù)、冷卻水管的布置、分層澆筑策略以及養(yǎng)護(hù)等環(huán)節(jié)的問(wèn)題。文章強(qiáng)調(diào)了混凝土溫度控制的重要性，并利用冷卻水管循環(huán)冷卻水來(lái)有效管理混凝土內(nèi)部溫度，防止溫度裂縫的產(chǎn)生。結(jié)合大體積混凝土的特點(diǎn)，施工中宜采用分層澆筑的方法。此外在混凝土施工中，還需要做好保溫保濕措施，以減少混凝土表面的水分蒸發(fā)，避免早期開(kāi)裂。通過(guò)對(duì)這些施工流程的深入分析，進(jìn)一步明確大體積混凝土施工中的重點(diǎn)問(wèn)題，以優(yōu)化施工流程，提升高層建筑大體積混凝土施工的效率和效果。

關(guān)鍵詞：混凝土；裂縫控制；溫度應(yīng)力；高層建筑

1 前言

大體積混凝土柱作為現(xiàn)代高層建筑工程的重要組成部分，其構(gòu)建品質(zhì)直接影響著整體建筑的安全性能與長(zhǎng)期使用效能。但是，由于這類(lèi)結(jié)構(gòu)通常具有較大的體積，在澆筑作業(yè)時(shí)會(huì)面臨諸多挑戰(zhàn)，極易因溫度波動(dòng)、收縮應(yīng)力等各種因素干擾而產(chǎn)生裂縫，進(jìn)而削弱建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性，提升潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)。為此，在開(kāi)展大體積混凝土澆筑時(shí)，必須采取嚴(yán)謹(jǐn)有效的策略，精準(zhǔn)管控施工工藝、流程，控制溫度裂縫的發(fā)生，以確保建筑結(jié)構(gòu)的完整性。

2高層建筑中大體積混凝土特點(diǎn)分析

2.1拉伸性能局限性

混凝土作為一種建筑材料，其固有的脆性特征限制了其抗拉性能，這意味著硬化后的混凝土結(jié)構(gòu)在承受拉伸和形變方面表現(xiàn)不佳。對(duì)于高層建筑中的大體積混凝土結(jié)構(gòu)，由于其截面尺寸龐大，往往需要大量使用水泥。在混凝土澆筑完成后，水泥與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，釋放出大量熱量，但由于大體積混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部散熱困難，導(dǎo)致這部分熱量短時(shí)間內(nèi)在結(jié)構(gòu)內(nèi)部積聚，形成明顯的溫升現(xiàn)象[1]。與_{HQm+vxX1iGviG5zsDinstg==}此同時(shí)，混凝土結(jié)構(gòu)的表面溫度通常接近環(huán)境溫度，這種內(nèi)外溫差的存在（往往超過(guò)25℃）促使混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生溫度應(yīng)力變形，由于外部約束的存在，結(jié)構(gòu)無(wú)法自由膨脹或收縮[2]，從而在內(nèi)部產(chǎn)生較高的拉應(yīng)力。這種應(yīng)力集中極易引發(fā)混凝土開(kāi)裂，不僅破壞了結(jié)構(gòu)的完整性，還進(jìn)一步削弱了混凝土的抗拉能力，為建筑工程埋下安全隱患，嚴(yán)重威脅到建筑施工的整體質(zhì)量與安全性能。

2.2強(qiáng)度要求高

高層建筑施工中，大體積混凝土常被應(yīng)用于地基及其他關(guān)鍵受力部位，因此對(duì)混凝土的強(qiáng)度要求極為嚴(yán)苛，需滿足高標(biāo)準(zhǔn)的承載力和耐久性。然而，在實(shí)際操作中，大體積混凝土多用于建筑基坑內(nèi)部，這一特殊的施工環(huán)境極大影響了混凝土的自然散熱過(guò)程，加之高層建筑結(jié)構(gòu)本身的復(fù)雜性，需要密集布設(shè)大直徑鋼筋，以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性和抗震性能[3]。這種鋼筋布置方式會(huì)顯著改變混凝土的變形模量，當(dāng)混凝土在硬化和收縮過(guò)程中，鋼筋骨架表面易產(chǎn)生微裂紋，這些裂紋的出現(xiàn)不僅破壞了混凝土的連續(xù)性，還削弱了鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力，進(jìn)而降低了大體積混凝土結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度和承載能力。

3高層建筑大體積混凝土施工工藝控制對(duì)策

3.1施工前準(zhǔn)備工作

下文將以本人實(shí)際經(jīng)歷的廈門(mén)某商業(yè)中心工程項(xiàng)目為例，分析大體積混凝土施工過(guò)程中的工藝技術(shù)控制。

（1）材料選取與質(zhì)量控制：在挑選水泥、外加劑、骨料等原料時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格依據(jù)項(xiàng)目需求和大體積混凝土施工標(biāo)準(zhǔn)，確保所有材料的性能指標(biāo)符合工程要求。優(yōu)先選用強(qiáng)度適中、水化熱較低的水泥類(lèi)型，如低熱礦渣硅酸鹽水泥，并進(jìn)行詳盡的質(zhì)量檢驗(yàn)與配比試驗(yàn)[4]?？紤]到經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性，應(yīng)合理增加粉煤灰等礦物摻合料的比例，以優(yōu)化混凝土的性能。選定的粗骨料粒徑應(yīng)控制在40mm以下，碎石粒徑不超過(guò)30mm，且必須經(jīng)過(guò)徹底清洗，清除附著的泥土雜質(zhì)。細(xì)骨料砂石的含泥量應(yīng)嚴(yán)格控制在3%以內(nèi)，以保證混凝土的純凈度和穩(wěn)定性[5]。

（2）技術(shù)交底與配比優(yōu)化：施工前，需組織技術(shù)人員進(jìn)行全面的技術(shù)交底，確保每位參與人員熟悉施工流程和規(guī)范，遵循設(shè)計(jì)圖紙和混凝土配比指導(dǎo)原則。重點(diǎn)關(guān)注混凝土的長(zhǎng)期強(qiáng)度發(fā)展，基于60天齡期的強(qiáng)度數(shù)據(jù)，合理調(diào)整水泥用量，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工條件，確定最終的試驗(yàn)配比和適宜的水灰比，有效管理混凝土的流動(dòng)性，避免過(guò)度坍落。

（3）鋼筋與模板的檢查驗(yàn)收：對(duì)大體積混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋和模板進(jìn)行全面檢查，確保其清潔無(wú)污，無(wú)油漬和異物殘留。

3.2科學(xué)設(shè)計(jì)混凝土配合比，降低水化熱

為確保工程項(xiàng)目中使用的混凝土完全契合設(shè)計(jì)規(guī)格，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)與混凝土供應(yīng)商緊密合作，基于現(xiàn)有原材料的實(shí)際性能，精心設(shè)計(jì)并評(píng)估了六種不同的配比方案。在全面分析與深入討論后，最終確定了一套最佳的混凝土配合比，以60天的強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果作為評(píng)判基準(zhǔn)。以下是該項(xiàng)目選用的主要混凝土原料詳情，水泥最初選擇了P·O 42.5型普通硅酸鹽水泥，經(jīng)實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)，該水泥的各項(xiàng)性能指標(biāo)滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，且具有較高的活性。然后在經(jīng)過(guò)測(cè)試之后，發(fā)現(xiàn)原水泥方案的水化熱指標(biāo)超出了標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，無(wú)法滿足項(xiàng)目的設(shè)計(jì)施工要求。因此項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)重新優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。第一是通過(guò)優(yōu)化混凝土配方，適度減少水泥用量，同時(shí)引入適量的礦物摻合料，如粉煤灰或礦渣粉，以替代部分水泥，既降低成本，又有效控制了水泥用量在220kg/m3左右，達(dá)到降低水化熱的效果；第二是開(kāi)展絕熱溫升計(jì)算，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，實(shí)施外部冷卻和內(nèi)部保溫的雙重策略，即在混凝土澆筑后，采用冷卻水管循環(huán)冷水降低混凝土內(nèi)部溫度，同時(shí)覆蓋保溫材料以減少表面熱量散失，形成內(nèi)外溫差的平衡，避免因溫度驟變而引發(fā)混凝土開(kāi)裂。

粉煤灰項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)直接采用了該地區(qū)某火力發(fā)電廠的粉煤灰，符合國(guó)際Ⅱ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；礦渣則采用爐渣粉；粗骨料粒徑范圍在2.5cm以下至0.5cm以上，其中針片狀顆粒占比僅為3.1%，泥質(zhì)含量和泥塊分別控制在0.2%；砂子的含泥量控制在0.3%左右，細(xì)度模數(shù)介于2.7至2.9之間，反映出砂子的顆粒級(jí)配良好，適合混凝土拌和。砂中的石粉含量同樣維持在0.3%左右，堆積密度為1750kg/m3，完全符合國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)砂子使用的規(guī)范要求；減水劑的選用上，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)決定采用高效能的聚羧酸系減水劑，其最大減水率高達(dá)26%，固含量超過(guò)20%，含氣量約為3.2%，氯離子含量控制在0.3%左右，具有良好的性能；為增強(qiáng)混凝土的抗裂性能，項(xiàng)目特別選用了復(fù)合纖維抗裂劑。在此基礎(chǔ)上，工程技術(shù)人員在專(zhuān)家的指導(dǎo)下，精心設(shè)計(jì)了七組不同的配合比方案，并進(jìn)行了多輪的試驗(yàn)驗(yàn)證。最終確定了一組適合工程標(biāo)準(zhǔn)的配合比。在這一配合比下，混凝土的坍落度為210mm，入模溫度在11°C～16°C，初凝時(shí)間在14h左右，展現(xiàn)出良好的施工性能和硬化特性。

3.3混凝土運(yùn)輸、振搗

在大體積混凝土澆筑作業(yè)中，考慮到底板混凝土澆筑量龐大，因此在作業(yè)中需采用強(qiáng)制攪拌機(jī)，攪拌過(guò)程中需保證連續(xù)性。一旦混凝土拌和完成，確保在一小時(shí)內(nèi)將其運(yùn)送至澆筑地點(diǎn)，以保持其最佳的工作性能。若在運(yùn)輸途中發(fā)現(xiàn)混凝土有離析現(xiàn)象或需添加外加劑，可以通過(guò)加快攪拌車(chē)的攪拌速度，每次攪拌時(shí)間不少于兩分鐘，來(lái)恢復(fù)混凝土的均勻性。盡量避免向混凝土中額外加水，以維護(hù)其設(shè)計(jì)初期強(qiáng)度。為了保證混凝土最終結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，應(yīng)按照專(zhuān)人負(fù)責(zé)振搗工作，配備插入式振動(dòng)棒和混凝土輸送泵，以適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)澆筑的前后振搗需求。在混凝土卸料點(diǎn)和坡腳處設(shè)置的振搗帶，分別用作上部位置和下部位置的振搗工作。為使混凝土澆筑作業(yè)順利進(jìn)行，卸料口坡度要合理設(shè)計(jì)，避免混凝土堆積。同時(shí)，精準(zhǔn)調(diào)控振搗間距、深度與時(shí)間，避免與模板和鋼筋的直接接觸，防止結(jié)構(gòu)損傷。

對(duì)于高層建筑而言，大體積混凝土的高度較大，振搗后易出現(xiàn)表面水泥漿覆蓋，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)表面不平整。為解決這一問(wèn)題，可使用長(zhǎng)刮尺對(duì)混凝土表面進(jìn)行平整處理?；炷脸跄A段，可使用木抹子對(duì)結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行抹平，可減少因固化收縮而產(chǎn)生的表面干裂紋。

3.4混凝土溫度控制

高溫環(huán)境下或是結(jié)構(gòu)尺寸較大的情況下，混凝土內(nèi)部的水化熱可能導(dǎo)致溫度上升，從而引起溫度應(yīng)力，最終導(dǎo)致混凝土開(kāi)裂。為了控制混凝土溫度，一種常用的方法是在混凝土內(nèi)部鋪設(shè)冷卻管，通過(guò)循環(huán)冷卻水來(lái)吸收和帶走混凝土內(nèi)部的熱量。施工人員可以根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，在模板或鋼筋網(wǎng)中預(yù)置冷卻管的位置，確保冷卻管均勻分布在整個(gè)結(jié)構(gòu)中。使用支架來(lái)布置冷卻管，防止混凝土澆筑過(guò)程中讓冷卻管位移。在冷卻水管布置上，縱向間距設(shè)定為145cm，首排水管與基礎(chǔ)頂板的距離控制在150cm之內(nèi)，次排水管與基礎(chǔ)底板的距離同樣保持在150cm之內(nèi)，水平方向的間距亦不超過(guò)150cm。依據(jù)“熱流至冷流”原則布置水管，將進(jìn)水口置于混凝土中心，而出水口則位于混凝土邊緣。每條冷卻水管的進(jìn)水口和出水口應(yīng)獨(dú)立設(shè)置，所有管口至少延伸出混凝土100cm。最后，將冷卻水管網(wǎng)安放在鋼筋支架和橫梁上方，確保水管與橫梁牢固綁定，以最大程度避免堵塞和漏水現(xiàn)象，保障冷卻系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

冷卻管之間應(yīng)使用螺紋、卡箍等方式連接，并使用防水膠帶纏繞連接處，保證接頭的位置不漏水。冷卻管的進(jìn)水口和出水口應(yīng)伸出混凝土表面，便于連接冷卻水系統(tǒng)。在混凝土澆筑過(guò)程中，冷卻管應(yīng)保持封閉，直到混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度，再開(kāi)始通水冷卻?；炷翝仓?，當(dāng)混凝土內(nèi)部溫度達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)，開(kāi)始通水冷卻。冷卻水的溫度應(yīng)控制在合適的范圍內(nèi)，避免溫差過(guò)大導(dǎo)致混凝土開(kāi)裂。在冷卻完畢之后，在管內(nèi)注入水泥砂漿或其他材料，以填滿管道并封堵，確保不會(huì)影響混凝土的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

3.5澆筑與養(yǎng)護(hù)

大體積混凝土梁的施工，尤其是在夏季高溫條件下，需特別關(guān)注混凝土溫度管理。為避免因入模溫度過(guò)高引發(fā)的溫度裂縫，應(yīng)采取有效措施，如覆蓋隔熱材料、定時(shí)灑水降溫，確?；炷寥肽囟炔桓哂?0℃。澆筑作業(yè)宜采用分層施工法，從一端逐步推進(jìn)至另一端，每層澆筑厚度控制在約500mm，確?；炷辆鶆蚍植肌Ｃ恳粷仓油瓿珊?，須迅速銜接下一層施工，嚴(yán)禁上層混凝土出現(xiàn)初凝，以免影響層間粘結(jié)強(qiáng)度。整個(gè)澆筑過(guò)程應(yīng)保持連續(xù)性，避免中途停頓；如遇必要中斷，應(yīng)立即啟用汽車(chē)泵繼續(xù)澆筑，防止施工冷縫的產(chǎn)生，保證混凝土結(jié)構(gòu)的整體性和強(qiáng)度。

分層澆筑的核心在于確保每一層混凝土的振搗密實(shí)，避免長(zhǎng)時(shí)間停留，以免新舊混凝土間產(chǎn)生不良粘結(jié)。完成首層混凝土澆筑后，緊接著進(jìn)行第二層澆筑，依此類(lèi)推直至全部澆筑完成。本工程采用的降溫養(yǎng)護(hù)策略主要包括外部保溫養(yǎng)護(hù)與冷卻水管循環(huán)降溫。在混凝土澆筑完成后，需立即在其表面進(jìn)行濕潤(rùn)養(yǎng)護(hù)，以保持混凝土的濕度，促進(jìn)其硬化。為此，技術(shù)人員在混凝土表面鋪設(shè)了雙層麻袋和一層塑料膜，以減少水分蒸發(fā)，同時(shí)覆蓋塑料薄膜，進(jìn)一步增強(qiáng)保濕效果。在冷卻水管循環(huán)降溫過(guò)程中，需確?；炷羶?nèi)外溫差不超過(guò)25°C，實(shí)施不少于14天的持續(xù)養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)期間，應(yīng)定期檢查保溫層的完好性，保持混凝土表面持續(xù)濕潤(rùn)。拆除保溫層時(shí)，建議采取分層拆除的方式，只有當(dāng)混凝土內(nèi)外溫差降至20°C以下時(shí)，方可完全拆除所有保溫層。

4結(jié)論

綜上所述，高層建筑大體積混凝土施工技術(shù)的掌握與應(yīng)用，是確保建筑結(jié)構(gòu)安全、穩(wěn)定及耐久性的關(guān)鍵。通過(guò)對(duì)材料選擇、溫度控制、澆筑與振搗技術(shù)、冷卻水管布置、分層澆筑策略以及養(yǎng)護(hù)措施的精細(xì)化管理，可以有效克服大體積混凝土施工中的各種挑戰(zhàn)。本文的分析不僅強(qiáng)調(diào)了技術(shù)細(xì)節(jié)的重要性，也突顯了科技創(chuàng)新與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合的價(jià)值。施工過(guò)程中需要嚴(yán)格控制配合比、運(yùn)輸、振搗、水化熱等技術(shù)問(wèn)題。只有將各個(gè)環(huán)節(jié)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，才能有效避免因溫度、收縮應(yīng)力等因素導(dǎo)致的裂縫問(wèn)題，確?；炷两Y(jié)構(gòu)的安全可靠。

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