綠色發(fā)展導(dǎo)向下建筑工程水泥混凝土施工技術(shù)的生態(tài)化控制策略研究

1前言

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，建筑工程項(xiàng)目日益增多，水泥混凝土作為最重要的建筑材料之一，其施工技術(shù)控制對于保障工程質(zhì)量至關(guān)重要。建筑工程不僅要考慮經(jīng)濟(jì)效益，還要注重環(huán)境影響。傳統(tǒng)的水泥混凝土施工技術(shù)在高能耗、大排放的背景下，難以滿足可持續(xù)發(fā)展的要求。采用生態(tài)化控制策略，不僅能夠提高施工效率，還能減少對環(huán)境的負(fù)面影響，為建筑業(yè)的綠色轉(zhuǎn)型提供技術(shù)支持。

2水泥混凝土施工的綠色發(fā)展需求

在建筑行業(yè)綠色轉(zhuǎn)型加速的形勢下，水泥混凝土施工作為工程建設(shè)的關(guān)鍵工序，其生態(tài)影響與可持續(xù)性問題受到廣泛關(guān)注。隨著《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50378-2019）局部修訂版的全面推行，混凝土工程需要從原材料選擇、施工方案制定到后期養(yǎng)護(hù)形成完整的綠色技術(shù)體系。為響應(yīng)工程項(xiàng)目的全周期環(huán)保要求，作者簡介：趙宇（1982.3-），男，漢，本科，四川成都人，中級工程師，研究方向：建筑設(shè)計。

必須引入低碳水泥制品、再生集料、先進(jìn)功能型外加劑等新型材料，配合能源優(yōu)化設(shè)備與自動化調(diào)控技術(shù)，達(dá)成資源集約使用與環(huán)境排放控制的雙重效益。

3某綠色建筑工程概述

以華東地區(qū)某獲得三星級綠色建筑設(shè)計認(rèn)證的公共設(shè)施項(xiàng)自為例，該工程總建面 38000m² ，采用地下一層、地上五層的布局形式，建筑主體結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系，主要使用C30及C40標(biāo)號混凝土。工程全周期嚴(yán)格遵循綠色理念，采用環(huán)保型P·C32.5水泥并復(fù)合粉煤灰與礦渣微粉等工業(yè)副產(chǎn)品，有效改善混凝土工作性能與長期耐久性。

4建筑工程水泥混凝土施工技術(shù)的生態(tài)化控制策略

4.1材料配比運(yùn)輸階段生態(tài)化控制

4.1.1采用低碳水泥替代技術(shù)

在本項(xiàng)目建設(shè)過程中，施工團(tuán)隊(duì)針對綠色建筑三星標(biāo)準(zhǔn)中提出的低碳建材要求，系統(tǒng)優(yōu)化了水泥混凝土的原材料配比體系，重點(diǎn)在水泥替代材料的選擇與摻量控制上進(jìn)行了反復(fù)試驗(yàn)與比選。以降低水化熱和 CO₂ 排放為目標(biāo)，優(yōu)選粉煤灰、S95級礦粉作為主要礦物摻合料，調(diào)整膠凝材料總量和水膠比，使配比兼顧工作性能、強(qiáng)度要求和生態(tài)性能。在不同摻量條件下，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)通過現(xiàn)場試拌與28d抗壓強(qiáng)度檢測比對，最終確定配比參數(shù)如表1所示。

由表1可見，在保持強(qiáng)度與和易性滿足設(shè)計要求的前提下，配比C顯著降低了水泥使用量，同時利用復(fù)合摻合料的協(xié)同效應(yīng)，提高了混凝土的密實(shí)性與抗?jié)B性，降低了28d碳排放量約 33.2% 。施工團(tuán)隊(duì)最終選用配比C作為主體結(jié)構(gòu)混凝土的標(biāo)準(zhǔn)施工配合比，并合理選擇了減水劑材料，為了提升減水效果，降低水泥產(chǎn)生的水化熱，選擇了聚羧酸系列高性能減水劑。

4.1.2完善骨料清洗與循環(huán)運(yùn)輸方案

在本工程中，為進(jìn)一步落實(shí)生態(tài)化施工策略，施工單位將原材料的清洗與運(yùn)輸過程作為環(huán)?？刂浦攸c(diǎn)，尤其對粗細(xì)骨料清潔度與運(yùn)輸能效提出明確要求。骨料進(jìn)場前，統(tǒng)一由攪拌站完成三級篩分與高壓水循環(huán)清洗作業(yè)，細(xì)骨料含泥量控制在 ?1.0% ，粗骨料含泥量控制在 ?0.8% ，確保混凝土拌合物穩(wěn)定性與強(qiáng)度發(fā)展一致性。為配合循環(huán)用水系統(tǒng)，該項(xiàng)目攪拌站設(shè)置了三級沉淀池與回用儲水罐，沖洗廢水經(jīng)沉砂、澄清與過濾后重新用于骨料清洗和灑水降塵，日均節(jié)水可達(dá) 12t～15t ，有效減少施工階段水資源浪費(fèi)。在運(yùn)輸方面，在運(yùn)輸前，詳細(xì)分析運(yùn)輸要求；運(yùn)輸途中，保證水泥混凝土具有高度的均勻性，防止水泥混凝土產(chǎn)生離析問題。為控制能耗與運(yùn)輸碳排放，施工單位配置新能源電動攪拌車比例超過 60% ，并利用GIS定位系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)輸路徑，減少空載返程與待機(jī)能耗。在高溫季節(jié)安排夜間運(yùn)輸，最大限度減少拌合物坍落度損失，避免二次加水操作對混凝土性能的影響。冬季使用車輛保溫毯與預(yù)熱骨料系統(tǒng)，保證進(jìn)場混凝土溫度維持在 5^°C～25^°C 之間，有效保障冬季結(jié)構(gòu)施工連續(xù)性與質(zhì)量穩(wěn)定性。施工團(tuán)隊(duì)還對攪拌車出場殘余混凝土開展了集中回收處理，現(xiàn)場設(shè)置廢料暫存區(qū)與回用混凝土拌合平臺，部分可泵性良好的回用混凝土用于道路墊層與非結(jié)構(gòu)性填充層施工，實(shí)現(xiàn)了材料回收閉環(huán)，減少工程建筑垃圾約 11% 。

4.2拌合階段的能耗與污染控制

4.2.1應(yīng)用攪拌主機(jī)節(jié)能調(diào)控系統(tǒng)

在本項(xiàng)自施工過程中，為響應(yīng)綠色建筑三星標(biāo)準(zhǔn)對施工能效的控制要求，施工單位引入了具有智能變頻控制功能的雙臥軸強(qiáng)制式攪拌主機(jī)，并搭載PLC智能邏輯調(diào)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠根據(jù)不同配比混凝土的拌合黏性、投料量、坍落度等級自動調(diào)節(jié)攪拌速度與時間，在非滿載或低阻力工況下自動降速運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)“負(fù)載自適應(yīng)調(diào)節(jié)”，從而有效減少電機(jī)能耗。據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，相較于傳統(tǒng)定頻攪拌系統(tǒng)，該智能主機(jī)在日常運(yùn)轉(zhuǎn)中節(jié)能率可達(dá) 18%～22% ，每日可減少電耗約 150kWh～180kWh 此外，施工團(tuán)隊(duì)根據(jù)混凝土澆筑計劃與BIM調(diào)度系統(tǒng)聯(lián)動，將攪拌頻次與澆筑節(jié)奏進(jìn)行時間匹配，避免設(shè)備空轉(zhuǎn)與混凝土積壓問題。在夏季高峰施工期，該策略每日可降低攪拌設(shè)備運(yùn)行時長11.5h，有效緩解能耗壓力。攪拌主機(jī)內(nèi)部采用耐磨陶瓷襯板與自動噴淋冷卻系統(tǒng)，既延長了設(shè)備使用壽命，也優(yōu)化了拌合溫度控制，保證混凝土出機(jī)溫度始終穩(wěn)定在 23^°C～26^°C 之間，符合熱環(huán)境下低水化熱施工控制要求。

4.2.2拌合廢水分離再利用

為了滿足綠色施工中對水資源循環(huán)利用的嚴(yán)格要求，本項(xiàng)目施工單位在拌合站建設(shè)階段同步規(guī)劃并實(shí)施了混凝土廢水處理與回收利用系統(tǒng)。該系統(tǒng)由三級沉淀池、重力分離槽和高分子絮凝劑過濾模塊組成，專用于處理攪拌設(shè)備清洗廢水、運(yùn)輸車沖洗水以及場區(qū)灑水殘液。廢水首先利用初級沉淀池進(jìn)行粗顆粒分離，隨后進(jìn)入重力分離系統(tǒng)分離中細(xì)顆粒懸浮物，最后由聚合氯化鋁為主的絮凝劑在精濾池中完成深度凈化處理，使水中懸浮物濃度降至 20mg/L 以下，滿足施工規(guī)范要求。經(jīng)處理后的回用水按需返回用于攪拌主機(jī)內(nèi)部噴淋系統(tǒng)、施工場地降塵噴灑與部分次級混凝土拌合工藝。以該項(xiàng)目平均每日清洗廢水排放量約為 18t～20t 計，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了 90% 以上的循環(huán)回用率，每日節(jié)水達(dá)16t，年節(jié)水總量約可達(dá) 5800t 。

4.3澆筑與振搗階段的工藝生態(tài)化管理

4.3.1優(yōu)化振搗工藝降低能耗

在本項(xiàng)目的混凝土施工中，為響應(yīng)綠色建筑三星設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)對施工能耗的約束要求，施工團(tuán)隊(duì)對傳統(tǒng)振搗作業(yè)方式進(jìn)行了工藝優(yōu)化，重點(diǎn)通過振搗設(shè)備節(jié)能升級和操作方式改進(jìn)降低能耗總量。施工現(xiàn)場配置了高頻低能型插入式電動振搗棒，額定功率由傳統(tǒng)的 1.5kW 降至1.1kW，并配備自動溫控保護(hù)系統(tǒng)，確保設(shè)備連續(xù)運(yùn)行過程中處于最佳效率曲線。針對樓板、地面等薄層構(gòu)件，則采用高頻平板振動器，振動頻率控制在12.000次 /min 以上，振動時間由常規(guī)45s縮短至30s，既提升了密實(shí)效率，又顯著降低了不必要的能量損耗。施工操作方面，團(tuán)隊(duì)嚴(yán)格按照\"快插慢拔、點(diǎn)振均布、分層分區(qū)\"原則進(jìn)行振搗作業(yè)，每層厚度控制在 300mm 以內(nèi)，振搗棒插入下層混凝土不少于 50mm ，保證上下層混凝土緊密結(jié)合且無夾層現(xiàn)象。在大體積混凝土結(jié)構(gòu)中，采用網(wǎng)格化作業(yè)布點(diǎn)方式，將振搗作業(yè)點(diǎn)間距控制在 300mm 左右，有效覆蓋所有受力區(qū)域，杜絕過振與漏振現(xiàn)象。經(jīng)實(shí)測，振搗效率提高約 23% ，單位混凝土體積所需振搗能耗下降 17% 。

4.3.2采用澆筑分段同步施工法

在本項(xiàng)目地下室結(jié)構(gòu)施工中，施工團(tuán)隊(duì)實(shí)施“分段同步澆筑法”，將單次澆筑作業(yè)區(qū)劃分為若干工作段，以58m 為一段，采用“分層分段、錯時同步、梯度推進(jìn)\"的作業(yè)流程。在施工排布上，優(yōu)先完成基底段澆筑，間隔3045min 后啟動上層段作業(yè)，有效控制溫差梯度，減少早期收縮開裂風(fēng)險。為保障澆筑同步與連續(xù)性，混凝土供應(yīng)系統(tǒng)由調(diào)度平臺動態(tài)指揮，每個分段澆筑時間控制在90分鐘以內(nèi)，同時布料人員、振搗工、泵車操作員按段位交叉作業(yè)，確保施工節(jié)奏連貫、不產(chǎn)生“冷縫”。在工藝保障上，每段澆筑接縫設(shè)置錯縫處理，施工縫處理采用粗化 + 界面劑 + 高壓水沖洗方式，提升結(jié)構(gòu)整體性與抗剪性能。項(xiàng)目施工數(shù)據(jù)表明，該方法澆筑效率提升 19% ，同時因分段有序、連續(xù)作業(yè)，混凝土質(zhì)量控制更為均勻，強(qiáng)度合格率達(dá) 98% 以上。此外，該工法還有效控制了施工材料損耗率與設(shè)備空轉(zhuǎn)率，泵送設(shè)備利用率由原先的71% 提升至 85% ，顯著減少了因等待與停機(jī)導(dǎo)致的能源浪費(fèi)。

4.4養(yǎng)護(hù)階段的環(huán)境控制技術(shù)

4.4.1應(yīng)用蒸汽養(yǎng)護(hù)智能調(diào)溫系統(tǒng)

在本項(xiàng)目大體積地下結(jié)構(gòu)及預(yù)制構(gòu)件的施工過程中，施工單位引入了智能蒸汽養(yǎng)護(hù)調(diào)溫系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)構(gòu)件的初期養(yǎng)護(hù)階段。系統(tǒng)由溫濕控制主機(jī)、分區(qū)供汽模塊、溫濕傳感器網(wǎng)絡(luò)及PLC智能調(diào)節(jié)模塊組成，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時反饋調(diào)控，并根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)體積和水膠比差異自動匹配最優(yōu)升溫、恒溫與降溫曲線。在項(xiàng)目實(shí)施過程中，系統(tǒng)設(shè)定升溫速率為 10^°C/h ，恒溫階段保持在 60±3^°C ，并維持相對濕度 ?90% ，最終降溫速率控制在 5% 以內(nèi)，最大程度減緩混凝土溫應(yīng)力，蒸汽養(yǎng)護(hù)與常溫養(yǎng)護(hù)效果對比如表2所示。

由表2可見，采用蒸汽養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)后，混凝土在48h內(nèi)即可達(dá)到 28.7MPa 的抗壓強(qiáng)度，強(qiáng)度提升幅度達(dá) 41.4% 同時表面開裂率顯著下降，節(jié)省養(yǎng)護(hù)周期約 33% 。盡管單方能耗為 4.8kWh/m³ ，但總體施工周期縮短及質(zhì)量穩(wěn)定性提升所帶來的效益遠(yuǎn)高于能源投入。

4.4.2選用自吸水養(yǎng)護(hù)保濕毯工法

在建筑屋面、樓板、地面等大面積水平構(gòu)件的后期養(yǎng)護(hù)過程中，為減少用水量、降低人工頻次及控制表面干縮裂縫，項(xiàng)目部選用了高性能自吸水養(yǎng)護(hù)保濕毯替代傳統(tǒng)灑水 + 塑料膜雙重工藝。該保濕毯采用三層結(jié)構(gòu)設(shè)計：外層為高分子防水透氣纖維，中層為吸水高分子聚合物，內(nèi)層為親水無紡布，可在連續(xù)72h內(nèi)持續(xù)釋放水分，維持混凝土表面濕潤狀態(tài)。材料單位蓄水能力為1.2L/m² ，復(fù)用次數(shù)達(dá)12次以上，每次使用周期控制在7天內(nèi)。施工過程中，混凝土終凝后4h內(nèi)，施工人員即展開保濕毯覆蓋操作，并以濕潤麻袋順勢鋪設(shè)固定，四周壓邊嚴(yán)密，避免蒸發(fā)通道形成。在氣溫高于 35°C 或風(fēng)速大于 5m/s 的條件下，定時噴灑加濕水霧對保濕毯進(jìn)行二次補(bǔ)水，保障其持續(xù)供濕能力。

5結(jié)語

系統(tǒng)研究華東地區(qū)某綠色三星公共建筑工程中水泥混凝土施工全過程，本文明確提出了以生態(tài)化為導(dǎo)向的施工控制策略。研究表明，在材料配比、拌合、振搗、澆筑及養(yǎng)護(hù)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)中，采用低碳水泥替代技術(shù)、智能節(jié)能攪拌系統(tǒng)、分段同步澆筑法以及保濕毯等綠色施工技術(shù)，能顯著降低單位能耗、水耗與碳排放，提升混凝土結(jié)構(gòu)的整體性能與施工效率。但研究過程中尚存在部分適用于特定氣候或構(gòu)件類型的技術(shù)邊界，未來需進(jìn)一步拓展應(yīng)用范圍及參數(shù)模型優(yōu)化，深入探索區(qū)域適配性與自動化控制技術(shù)的集成優(yōu)化方案。

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