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高层建筑土建工程中混凝土施工技术研究

2025-07-06 40 上传者：管理员

摘要：随着建筑业高质量发展要求的不断提升，混凝土施工技术在高层建筑中的应用面临新的挑战。本文以南湖商务中心A座办公楼项目为例，深入探讨了高层建筑混凝土施工关键技术。通过优化混凝土配合比设计，采用“二次投料、三段搅拌”工艺，建立“双回路、分区域”泵送系统，实施智能化振捣与温控养护措施，显著提升了混凝土施工质量和效率。实践表明，该技术体系有效确保了混凝土强度指标、密实度和耐久性能，为同类工程提供了可靠的技术参考。

关键词：
泵送技术
混凝土施工
现代建筑
结构材料
高层建筑
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混凝土作为现代建筑最主要的结构材料,其施工质量直接影响建筑工程的安全性和耐久性｡随着城市化进程加快,建筑向高层化､大体量方向发展,混凝土施工面临泵送高度大､施工环境复杂､质量控制难度高等诸多技术难题｡特别是在超高层建筑中,混凝土材料性能､施工工艺和质量控制都需要创新突破｡本文结合工程实践,系统研究混凝土施工技术,对推动建筑工程技术进步具有重要意义｡

1、工程概况

本工程为南湖商务中心A座办公楼项目,位于城市中央商务区核心位置,总建筑面积85000m2,其中地上43层,建筑高度186.5m,地下3层,基础埋深15.8m｡建筑主体为钢筋混凝土框架-核心筒结构,地下室采用盆式基础,混凝土设计强度等级为C40-C60｡项目总投资12.8亿元,计划工期30个月｡施工场地南北长168m､东西宽125m,场地周边为已建成的商业综合体和城市道路,施工环境复杂｡本工程混凝土总方量约89600m3,其中地下室混凝土28500m3,地上结构混凝土61100m3｡

2、混凝土材料及配合比设计

工程混凝土选材严格遵循GB/T50164《混凝土质量控制标准》的技术要求｡水泥采用P.II52.5普通硅酸盐水泥,其28天抗压强度≥52.5MPa,初凝时间≥45min,终凝时间≤390min｡粗骨料选用5~31.5mm连续级配碎石,压碎指标≤8%,针片状颗粒含量控制在8%以下｡细骨料采用天然中砂,细度模数2.9-3.1,含泥量≤2%｡外加剂选用聚羧酸系高性能减水剂,减水率≥25%,同时掺入膨胀剂以补偿混凝土收缩[1]｡

根据结构部位和施工要求,对配合比进行针对性优化｡地下室外墙采用防水混凝土,通过增加胶凝材料用量､降低水胶比等措施确保其抗渗性能｡高层结构混凝土则重点考虑泵送性能,选用合理的砂率和粗骨料最大粒径,并适当提高粉体含量｡主要配合比设计成果详见表1｡

表1混凝土配合比设计成果表

3、混凝土施工工艺

3.1混凝土搅拌与运输

本工程在施工场地内设置两座HZS180型商品混凝土搅拌站,单站理论生产能力180m3/h,采用双卧轴强制式搅拌机,搅拌容量3m3｡搅拌站配备微机控制系统,实现计量､投料､搅拌全过程自动化控制｡各种原材料由专用料仓分别储存,水泥､粉煤灰､硅灰等粉料采用气力输送入仓,粗细骨料经料斗提升机输送至各自料仓｡

搅拌工艺采用“二次投料､三段搅拌”方案:首先将粗骨料､细骨料投入搅拌筒干拌15s;随后加入水泥等胶凝材料继续干拌20s;最后分两次加入拌合水和外加剂,湿拌时间不少于45s｡搅拌过程中,通过观察搅拌机电流曲线判断混凝土和易性,确保混凝土均匀性｡每盘混凝土出机前进行目测检查,重点观察混凝土的均匀度､粘聚性和保水性｡

混凝土运输采用12m3容量的混凝土运输车,车辆配备GPS定位系统实时监控｡为确保混凝土泵送性能,运输车罐内设置耐磨叶片,转速控制在12-14r/min｡运输过程严格控制混凝土的初始坍落度,一般比泵送要求值高20-30mm,同时掺入缓凝型外加剂调控混凝土的凝结时间｡考虑到现场交通条件,合理安排运输车数量,按照单车运输时间35-40min进行配置,确保连续供应[2]｡

此外,工程还在搅拌站设置了试验室,配备标准养护室､含气量测试仪､坍落度测试仪等检测设备｡每工作班对原材料及混凝土进行抽检,包括骨料含水率､混凝土坍落度､含气量､凝结时间等项目｡试验室采用HBTS90型混凝土试配机,进行不同配合比的优化试配,确保混凝土各项性能指标满足施工要求｡为应对施工过程中可能出现的技术问题,现场储备调整用的外加剂,包括引气剂､减水剂､泵送剂等｡

3.2泵送施工技术

根据结构层高和泵送要求,本工程采用两台HBT80.16.176RS混凝土泵和一台HBT60.13.130RS混凝土泵作为主要泵送设备｡泵送系统由混凝土输送泵､配套布料机､输送管道及附件等组成｡输送立管采用Φ125mm无缝钢管,壁厚8mm,管段连接采用快速锁扣接头｡根据泵送高度,在25层､38层设置中继泵站,确保混凝土输送压力满足施工需求｡

泵送系统采用“双回路､分区域”布置方案:主楼核心筒区域配置两条输送立管,标准层结构区域设置一条输送立管｡输送管道沿施工电梯井架设,每20m设置一道管道支架,并在管道转弯处增设加强支撑｡管道布置时充分考虑泵送阻力损失,转弯半径不小于1m,弯头采用耐磨合金钢材质[3]｡根据不同强度等级混凝土的泵送参数要求,制定相应的输送管道布置方案,具体技术参数见表2｡

表2不同强度等级混凝土泵送参数表

3.3浇筑施工工艺

针对本工程186.5m的浇筑高度,采用分层连续浇筑工艺,单层浇筑厚度控制在300-350mm｡通过布料机和溜管系统进行精准布料,溜管采用耐磨复合材料制作,出料口距混凝土面不超过1.5m｡浇筑前依据结构配筋特点,将浇筑区域划分为5m×6m的浇筑小块,编号A1-A6､B1-B6､C1-C6､D1-D6､E1-E6共30个浇筑区块｡

浇筑顺序采用“双支撑､四向推进”方案:首先在核心筒区域两侧各选取一个浇筑块(C3､C4)作为基准点同时开始浇筑,然后向南北两个方向对称推进(C2/C5→C1/C6),之后向东西两翼延伸(B3-B4→D3-D4→A3-A4→E3-E4),最后完成四周角部浇筑(B1-B2/B5-B6→D1-D2/D5-D6→A1-A2/A5-A6→E1-E2/E5-E6)｡相邻浇筑块间隔时间控制在90-120min,确保浇筑工作的连续性[4]｡

为确保混凝土的流动性和工作性能,现场配备智能性能测试仪,实时监测混凝土的流动度参数｡根据Bingham流变模型,混凝土的流动特性可表示为:

其中:τ为剪应力(Pa),τ0为屈服应力(Pa),µ为塑性粘度(Pa·s),γ为剪切速率(s-1)｡通过控制屈服应力τ0在1500~1800Pa范围内,确保混凝土具有良好的流动性和不离析性｡

核心筒墙体混凝土浇筑采用爬模系统配套的混凝土布料装置,在每个浇筑层设置定位控制点｡通过差压式液位传感器监测混凝土上升速率,结合混凝土侧压力计算公式:

其中:P为侧压力(kPa),ρ为混凝土容重(kg/m3),g为重力加速度(m/s2),h为浇筑高度(m),µ为时间影响系数,t为浇筑时间(h)｡据此控制浇筑速率在1.2-1.5m/h之间,避免过大的侧压力｡

3.4振捣密实技术

本工程采用高频振捣与智能测振相结合的混凝土振捣体系,配置ZN50/ZN70型高频振捣棒,振动频率180-200Hz,振幅0.4-0.6mm｡振捣棒采用变频调速技术,可根据混凝土坍落度实时调整振捣参数｡按照结构部位特点,制定分区振捣方案:核心筒墙体采用Φ50mm振捣棒,标准层楼板采用Φ70mm振捣棒,柱梁节点处配备弯曲型振捣棒｡

振捣作业遵循“快插慢拔､按序跳点”原则,振捣点间距控制在1.2-1.5倍有效振捣半径｡振捣棒插入深度应贯穿当前浇筑层并进入下层混凝土50-100mm,以确保层间结合｡提升振捣棒的速度控制在3-5cm/s,使混凝土充分流动排气｡通过Maxwell粘弹性模型分析混凝土的振实特性:

其中:σ(t)为应力(MPa),E为弹性模量(MPa),ε(t)为应变,η为粘度系数(MPa·s)｡根据该模型建立振捣参数优化方案,确定不同配合比混凝土的最佳振捣时间,具体如表3所示;

表3不同强度等级混凝土振捣参数优化方案

4、施工质量控制与管理

本工程实施全过程温控养护系统,采用智能温度监测仪在混凝土内部埋设测温点,实时监控混凝土内外温差｡当环境温度低于5℃时,采用电热毯加热养护,控制混凝土入模温度在15-20℃之间;当环境温度高于30℃时,通过预冷骨料､掺入微膨胀剂等措施降低水化热｡养护期间保持混凝土表面湿润,采用土工布覆盖并喷淋养护,养护时间不少于14d｡

同时建立混凝土质量预警机制,在配料､搅拌､运输､浇筑等环节设置质量控制点｡搅拌站安装PGNAA在线分析仪,对水泥活性指数进行实时监测;运输车辆配备GPS和温度传感器,监控运输时间和混凝土温度变化;浇筑现场采用非接触式测温仪,每2h检测一次混凝土表面温度｡

针对不同强度等级混凝土,制定差异化的验收标准｡C60混凝土的28天抗压强度平均值应不低于65MPa,标准差控制在3.5MPa以内;C50混凝土的28天抗压强度平均值不低于54MPa,标准差控制在3.2MPa以内｡采用回弹法与超声回弹综合法对混凝土实体强度进行检测,检测数量不少于同批检验量的15%｡通过以上措施,确保混凝土工程质量满足设计要求和规范标准[5]｡

5、效果评价

通过系统化的混凝土施工技术应用,本工程实现了预期的质量控制目标｡结构混凝土实体检测表明,C60混凝土28天抗压强度平均值达到68.5MPa,标准差为3.2MPa;C50混凝土28d抗压强度平均值为56.8MPa,标准差为2.9MPa,均优于设计指标要求｡地下室外墙混凝土抗渗等级达到P8,最大渗透深度仅为15mm｡核心筒混凝土经回弹法与超声波检测,其强度离散系数控制在8.5%以内,优于规范9.0%的限值要求｡

项目采用的“双回路､分区域”泵送系统显著提升了施工效率,单日最高浇筑方量达到960m3,较常规施工提高28.5%｡智能温控养护系统有效控制了混凝土内外温差,测温数据显示混凝土内部最高温度为65℃,表面最高温度为52℃,温差控制在13℃以内,未出现温度裂缝｡通过Maxwell粘弹性模型优化的振捣参数,使混凝土密实度达到98.5%,远高于95%的规范要求,为后期结构耐久性提供了可靠保障｡

6、结束语

高层建筑混凝土施工技术是一个综合性的系统工程,需要在材料选择､配合比优化､施工工艺和质量控制等方面统筹考虑｡本工程通过创新施工技术和管理方法,实现了预期的质量目标,验证了技术方案的可行性和先进性｡但仍需注意,随着建筑高度的不断增加,混凝土施工技术还需在智能化控制､新型材料应用等方面持续创新,以适应建筑工程发展的新要求｡这些经验对未来超高层建筑施工具有重要的借鉴价值｡

参考文献:

[1]李晓牛.高层建筑土建施工中混凝土施工技术探析[J].建材发展导向,2025,23(2):49-51.

[2]张明明.房屋建筑土建工程中混凝土施工技术研究[J].大众标准化,2022,(13):32-34.

[3]岳欢.房屋建筑土建工程中混凝土施工技术分析[J].四川建材,2024,50(10):116-118.

[4]杜海鹏.装配式混凝土建筑结构优化设计及吊装施工要点[J].四川水泥,2025,(3):108-110.

[5]罗欢,易国全,杨红波.钢混凝土大梁在超高层住宅施工中的应用实践[J].城市开发,2025,(5):128-130.

文章来源:刘佳,刘金涛.高层建筑土建工程中混凝土施工技术研究[J].水泥,2025,(07):122-124.