高层建筑大体积混凝土施工技术分析

文摘 2024-12-18 07:01 河南

1前言

大体积混凝土柱作为现代高层建筑工程的重要组成部分，其构建品质直接影响着整体建筑的安全性能与长期使用效能。但是，由于这类结构通常具有较大的体积，在浇筑作业时会面临诸多挑战，极易因温度波动、收缩应力等各种因素干扰而产生裂缝，进而削弱建筑结构的稳定性和安全性，提升潜在的安全风险。为此，在开展大体积混凝土浇筑时，必须采取严谨有效的策略，精准管控施工工艺、流程，控制温度裂缝的发生，以确保建筑结构的完整性。

2高层建筑中大体积混凝土特点分析

2.1拉伸性能局限性

混凝土作为一种建筑材料，其固有的脆性特征限制了其抗拉性能，这意味着硬化后的混凝土结构在承受拉伸和形变方面表现不佳。对于高层建筑中的大体积混凝土结构，由于其截面尺寸庞大，往往需要大量使用水泥。

在混凝土浇筑完成后，水泥与水发生化学反应，释放出大量热量，但由于大体积混凝土结构内部散热困难，导致这部分热量短时间内在结构内部积聚，形成明显的温升现象。与此同时，混凝土结构的表面温度通常接近环境温度，这种内外温差的存在(往往超过25℃)促使混凝土结构内部产生温度应力变形，由于外部约束的存在，结构无法自由膨胀或收缩，从而在内部产生较高的拉应力。这种应力集中极易引发混凝土开裂，不仅破坏了结构的完整性，还进一步削弱了混凝土的抗拉能力，为建筑工程埋下安全隐患，严重威胁到建筑施工的整体质量与安全性能。

2.2强度要求高

高层建筑施工中，大体积混凝土常被应用于地基及其他关键受力部位，因此对混凝土的强度要求极为严苛，需满足高标准的承载力和耐久性。然而，在实际操作中，大体积混凝土多用于建筑基坑内部，这一特殊的施工环境极大影响了混凝土的自然散热过程，加之高层建筑结构本身的复杂性，需要密集布设大直径钢筋，以增强结构的整体性和抗震性能。这种钢筋布置方式会显著改变混凝土的变形模量，当混凝土在硬化和收缩过程中，钢筋骨架表面易产生微裂纹，这些裂纹的出现不仅破坏了混凝土的连续性，还削弱了钢筋与混凝土之间的粘结力，进而降低了大体积混凝土结构的整体强度和承载能力。

3高层建筑大体积混凝土施工工艺控制对策

3.1施工前准备工作

下文将以本人实际经历的厦门某商业中心工程项目为例，分析大体积混凝土施工过程中的工艺技术控制。

(1)材料选取与质量控制：在挑选水泥、外加剂、骨料等原料时，应严格依据项目需求和大体积混凝土施工标准，确保所有材料的性能指标符合工程要求。优先选用强度适中、水化热较低的水泥类型，如低热矿渣硅酸盐水泥，并进行详尽的质量检验与配比试验4。考虑到经济性和环保性，应合理增加粉煤灰等矿物掺合料的比例，以优化混凝土的性能。选定的粗骨料粒径应控制在40mm以下，碎石粒径不超过30mm，且必须经过彻底清洗，清除附着的泥土杂质。细骨料砂石的含泥量应严格控制在3%以内，以保证混凝土的纯净度和稳定性。

(2)技术交底与配比优化：施工前，需组织技术人员进行全面的技术交底，确保每位参与人员熟悉施工流程和规范，遵循设计图纸和混凝土配比指导原则。重点关注混凝土的长期强度发展，基于60天龄期的强度数据，合理调整水泥用量，结合现场施工条件，确定最终的试验配比和适宜的水灰比，有效管理混凝土的流动性，避免过度落。

(3)钢筋与模板的检查验收：对大体积混凝土结构中的钢筋和模板进行全面检查，确保其清洁无污，无油渍和异物残留。

3.2科学设计混凝土配合比，降低水化热

为确保工程项目中使用的混凝土完全契合设计规格，项目团队与混凝土供应商紧密合作，基于现有原材料的实际性能，精心设计并评估了六种不同的配比方案。在全面分析与深入讨论后，最终确定了一套最佳的混凝土配合比，以60天的强度测试结果作为评判基准。

以下是该项目选用的主要混凝土原料详情，水泥最初选择了P·O42.5型普通硅酸盐水泥，经实验室检测，该水泥的各项性能指标满足国家标准，且具有较高的活性。然后在经过测试之后，发现原水泥方案的水化热指标超出了标准规定，无法满足项目的设计施工要求。因此项目团队重新优化设计方案。第一是通过优化混凝土配方，适度减少水泥用量，同时引入适量的矿物掺合料，如粉煤灰或矿渣粉，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，达到降低水化热的效果；第二是开展绝热温升计算，结合现场实际情况，实施外部冷却和内部保温的双重策略，即在混凝土浇筑后，采用冷却水管循环冷水降低混凝土内部温度，同时覆盖保温材料以减少表面热量散失，形成内外温差的平衡，避免因温度骤变而引发混凝土开裂。

粉煤灰项目团队直接采用了该地区某火力发电厂的粉煤灰，符合国际Ⅱ级标准；矿渣则采用炉渣粉；粗骨料粒径范围在2.5cm以下至0.5cm以上，其中针片状颗粒占比仅为3.1%，泥质含量和泥块分别控制在0.2%；砂子的含泥量控制在0.3%左右，细度模数介于2.7至2.9之间，反映出砂子的颗粒级配良好，适合混凝土拌和。砂中的石粉含量同样维持在0.3%左右，堆积密度为1750kg/m^{3，完全符合国家相关标准中对砂子使用的规范要求；减水剂的选用上，项目团队决定采用高效能的聚羧酸系减水剂，其最大减水率高达26%，固含量超过20%，含气量约为3.2%，氯离子含量控制在0.3%左右，具有良好的性能；为增强混凝土的抗裂性能，项目特别选用了复合纤维抗裂剂。在此基础上，工程技术人员在专家的指导下，精心设计了七组不同的配合比方案，并进行了多轮的试验验证。最终确定了一组适合工程标准的配合比。在这一配合比下，混凝土的落度为210mm，人模温度在11}℃～16℃，初凝时间在14h左右，展现出良好的施工性能和硬化特性。

3.3混凝土运输、振捣

在大体积混凝土浇筑作业中，考虑到底板混凝土浇筑量庞大，因此在作业中需采用强制搅拌机，搅拌过程中需保证连续性。一旦混凝土拌和完成，确保在一小时内将其运送至浇筑地点，以保持其最佳的工作性能。若在运输途中发现混凝土有离析现象或需添加外加剂，可以通过加快搅拌车的搅拌速度，每次搅拌时间不少于两分钟，来恢复混凝土的均匀性。尽量避免向混凝土中额外加水，以维护其设计初期强度。为了保证混凝土最终结构强度，应按照专人负责振捣工作，配备插入式振动棒和混凝土输送泵，以适应现场浇筑的前后振捣需求。

在混凝土卸料点和坡脚处设置的振捣带，分别用作上部位置和下部位置的振捣工作。为使混凝土浇筑作业顺利进行，卸料口坡度要合理设计，避免混凝土堆积。同时，精准调控振捣间距、深度与时间，避免与模板和钢筋的直接接触，防止结构损伤。

对于高层建筑而言，大体积混凝土的高度较大，振捣后易出现表面水泥浆覆盖，导致结构表面不平整。为解决这一问题，可使用长刮尺对混凝土表面进行平整处理。混凝土初凝阶段，可使用木抹子对结构表面进行抹平，可减少因固化收缩而产生的表面干裂纹。

3.4混凝土温度控制

高温环境下或是结构尺寸较大的情况下，混凝土内部的水化热可能导致温度上升，从而引起温度应力，最终导致混凝土开裂。为了控制混凝土温度，一种常用的方法是在混凝土内部铺设冷却管，通过循环冷却水来吸收和带走混凝土内部的热量。施工人员可以根据设计图纸，在模板或钢筋网中预置冷却管的位置，确保冷却管均匀分布在整个结构中。使用支架来布置冷却管，防止混凝土浇筑过程中让冷却管位移。在冷却水管布置上，纵向间距设定为145cm，首排水管与基础顶板的距离控制在150cm之内，次排水管与基础底板的距离同样保持在150cm之内，水平方向的间距亦不超过150cm。依据“热流至冷流”原则布置水管，将进水口置于混凝土中心，而出水口则位于混凝土边缘。每条冷却水管的进水口和出水口应独立设置，所有管口至少延伸出混凝土100cm。最后，将冷却水管网安放在钢筋支架和横梁上方，确保水管与横梁牢固绑定，以最大程度避免堵塞和漏水现象，保障冷却系统的正常运行。

冷却管之间应使用螺纹、卡箍等方式连接，并使用防水胶带缠绕连接处，保证接头的位置不漏水。冷却管的进水口和出水口应伸出混凝土表面，便于连接冷却水系统。在混凝土浇筑过程中，冷却管应保持封闭，直到混凝土达到一定强度，再开始通水冷却。混凝土浇筑后，当混凝土内部温度达到预设值时，开始通水冷却。冷却水的温度应控制在合适的范围内，避免温差过大导致混凝土开裂。在冷却完毕之后，在管内注人水泥砂浆或其他材料，以填满管道并封堵，确保不会影响混凝土的结构强度。

3.5浇筑与养护

大体积混凝土梁的施工，尤其是在夏季高温条件下，需特别关注混凝土温度管理。为避免因人模温度过高引发的温度裂缝，应采取有效措施，如覆盖隔热材料、定时洒水降温，确保混凝土入模温度不高于30℃。浇筑作业宜采用分层施工法，从一端逐步推进至另一端，每层浇筑厚度控制在约500mm，确保混凝土均匀分布。每一浇筑层完成后，须迅速衔接下一层施工，严禁上层混凝土出现初凝，以免影响层间粘结强度。整个浇筑过程应保持连续性，避免中途停顿；如遇必要中断，应立即启用汽车泵继续浇筑，防止施工冷缝的产生，保证混凝土结构的整体性和强度。

分层浇筑的核心在于确保每一层混凝土的振捣密实，避免长时间停留，以免新旧混凝土间产生不良粘结。

完成首层混凝土浇筑后，紧接着进行第二层浇筑，依此类推直至全部浇筑完成。本工程采用的降温养护策略主要包括外部保温养护与冷却水管循环降温。在混凝土浇筑完成后，需立即在其表面进行湿润养护，以保持混凝土的湿度，促进其硬化。为此，技术人员在混凝土表面铺设了双层麻袋和一层塑料膜，以减少水分蒸发，同时覆盖塑料薄膜，进一步增强保湿效果。在冷却水管循环降温过程中，需确保混凝土内外温差不超过25℃，实施不少于14天的持续养护。养护期间，应定期检查保温层的完好性，保持混凝土表面持续湿润。拆除保温层时，建议采取分层拆除的方式，只有当混凝土内外温差降至20℃以下时，方可完全拆除所有保温层

4结论

综上所述，高层建筑大体积混凝土施工技术的掌握与应用，是确保建筑结构安全、稳定及耐久性的关键。通过对材料选择、温度控制、浇筑与振捣技术、冷却水管布置、分层浇筑策略以及养护措施的精细化管理，可以有效克服大体积混凝土施工中的各种挑战。本文的分析不仅强调了技术细节的重要性，也突显了科技创新与实践经验相结合的价值。施工过程中需要严格控制配合比、运输、振捣、水化热等技术问题。只有将各个环节有机结合起来，才能有效避免因温度、收缩应力等因素导致的裂缝问题，确保混凝土结构的安全可靠。

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