建筑工程中高強混凝土的配制與施工工藝優(yōu)化

中圖分類號：TU755 文獻標(biāo)識碼：A文章編號：2096-6903（2025）06-0029-03

0 引言

高強混凝土的性能優(yōu)勢不僅僅體現(xiàn)在其力學(xué)性能上，還在于其在資源節(jié)約和環(huán)境保護方面的潛在貢獻。通過優(yōu)化混凝土配制與施工工藝，可以減少水泥用量，降低碳排放，同時提高建筑物的使用壽命，進而實現(xiàn)建筑行業(yè)的綠色發(fā)展目標(biāo)。然而，高強混凝土的配制與施工工藝的復(fù)雜性也帶來了諸多挑戰(zhàn)，科學(xué)地選擇材料、合理地設(shè)計配合比，并在施工過程中有效控制各項工藝參數(shù)，已成為影響高強混凝土性能發(fā)揮的關(guān)鍵因素。因此研究和優(yōu)化高強混凝土的配制與施工工藝，對推動建筑技術(shù)進步和提高工程質(zhì)量具有重要的現(xiàn)實意義。

1高強混凝土的材料選擇與配制

1.1材料選擇與性能要求

1.1.1 水泥

為了確保混凝土的最終強度，一般采用高強度的硅酸鹽水泥或42.5、52.5等普通硅酸鹽水泥。低C3A含量低的水泥有利于改善混凝土的抗硫硫酸鹽侵蝕性能，降低硅灰等外加劑的作用，提高了混凝土的耐久性。為了防止由于配制的不一致而引起的混凝土性質(zhì)的變化，必須保證其化學(xué)組成的穩(wěn)定性和均勻性。

水泥是影響高強度混凝土強度的重要因素，高強度水泥可為其提供足夠的水化產(chǎn)物，形成致密的微結(jié)構(gòu)，進而提升其抗壓強度[]。水泥細(xì)度對混凝土早期強度的發(fā)展有重要影響，細(xì)小的水泥顆粒水化速度加快，具有較高的早期強度，但同時也會增大混凝土的干縮和開裂危險。

1.1.2 骨料

骨料應(yīng)堅硬、潔凈且具有低吸水率，以避免多余水分對混凝土強度的不利影響，選擇連續(xù)級配的粗骨料，并控制最大粒徑在 20mm 以下，以提高混凝土的密實度和抗壓強度。骨料的含泥量應(yīng)盡可能低，以減少對混凝土粘結(jié)性的負(fù)面影響。

骨料的質(zhì)量和粒徑直接影響混凝土的密實度和強度，堅硬、致密的骨料能夠提高混凝土的抗壓強度，而合理的粒徑級配有助于減少孔隙率，提升混凝土的耐久性。骨料的形狀和表面特性也會影響混凝土的工作性能，圓形和光滑的骨料可以減少水泥漿的需求量，提高混凝土的流動性。

1.1.3 外加劑

為了獲得較好的工作性能和流動性能，一般采用聚羧酸系減水劑等高效減水劑。在寒冷地區(qū)，摻入適量的引氣劑，有利于改善混凝土的抗凍性能，但應(yīng)對其進行嚴(yán)格的控制，避免對混凝土強度產(chǎn)生不利影響。為了加快混凝土強度的發(fā)展，可在混凝土中加入適量的早強劑。摻合料可以明顯提高高強混凝土的工作性，尤其是在低水灰比時，具有較好的流動性，降低了泌水離析等問題[2]。減水劑可有效地降低混合用水，減小空隙率，改善混凝土的密實度和耐久性。適量摻入也可提高混凝土的抗裂性能，降低早收縮和開裂的發(fā)生。

1.1.4摻合料

硅灰作為一種極細(xì)的礦物摻合料，能夠顯著提高混凝土的致密性和強度，通常摻量為混凝土重量的5%～10% 。粉煤灰具有較好的火山灰活性，能改善混凝土的后期強度和耐久性，摻量一般控制在 20% 左右。礦渣粉能提高混凝土的抗硫酸鹽侵蝕能力和耐久性，降低水化熱，摻量可在 20%～30% 0

1.2高強混凝土的配合比設(shè)計

高強度混凝土的設(shè)計強度是按建筑工程的特殊需要來決定的，一般情況下，其設(shè)計強度要考慮場地條件、材料特性和一定的安全儲備。水灰比是影響混凝土強度的最主要因素，針對高強混凝土，為改善其密實度及強度，宜選用較小的水灰比（ .0.25～0.35) ，降低水灰比可有效減小空隙率，改善其抗?jié)B、耐久性能。水泥、硅灰、粉煤灰、礦渣等是自前國內(nèi)外研究的熱點。膠凝材料的使用量通常控制在 400～600kg ，具體取決于混凝土的強度和工作性能。砂率是砂的體積分?jǐn)?shù)，適當(dāng)?shù)纳奥士梢愿纳苹炷恋牧鲃有阅芎兔軐嵍龋话闱闆r下，高強度混凝土的砂率應(yīng)為 35%～45% ，高砂率易產(chǎn)生泌水，低砂率又會降低可操作性。為保證混凝土在低水灰比下仍有較好的耐久性，可采用高效減水劑、早強劑、引氣劑等摻合料，并結(jié)合混凝土的配制指標(biāo)及施工要求，對摻合料的選用及摻量進行優(yōu)化[3]。

根據(jù)設(shè)計強度和環(huán)境條件，通過經(jīng)驗公式或試驗確定最優(yōu)的水灰比。根據(jù)所選水灰比和目標(biāo)強度，確定膠凝材料總用量。膠凝材料總量與水泥用量的比例在一定范圍內(nèi)調(diào)整，以優(yōu)化成本和性能。確定水泥、硅灰、粉煤灰和礦渣粉等膠凝材料的比例，硅灰通常占總膠凝材料量的 5%～10% ，粉煤灰和礦渣粉的摻量分別控制在 20% 左右，摻合料比例的選擇應(yīng)考慮到強度增長、耐久性以及經(jīng)濟性。根據(jù)砂率和膠凝材料用量，計算骨料的總用量，通過已知的密度和含水率，確定砂和石子的具體用量。根據(jù)設(shè)計的工作性和強度要求，選擇適量的高效減水劑、引氣劑等外加劑，減水劑的摻量通常控制在膠凝材料用量的 1%～2% ，引氣劑的用量則根據(jù)目標(biāo)氣泡含量調(diào)整。

在確定初步配合比后，對其進行實驗室配比試驗，對其進行抗壓強度、工作性能、泌水性、坍落度等進行測試，以保證其符合設(shè)計要求。在工程實踐中，由于環(huán)境溫度和材料含水量等都會對其工作性能產(chǎn)生一定的影響。所以，要使混凝土具有良好的耐久性和可靠性，就必須對其進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。在進行早期強度試驗的同時，還要對其進行耐久性、抗凍性和抗?jié)B性等長期性能評估，從而為以后的配合比設(shè)計提供依據(jù)。

2高強混凝土施工工藝的優(yōu)化

2.1拌制與運輸工藝

在拌制過程中，必須保證各種組分的攪拌均勻，使其達(dá)到理想的拌和狀態(tài)。通常，首先要做的是預(yù)攪拌，要控制好 0.5～1min 的時間，這樣才能使各種原料進行初步的混合，然后進行初步的攪拌，連續(xù) 2～3min 使水泥漿能夠充分地包住集料，使其達(dá)到預(yù)期的施工效果[4。如減水劑等摻合料的添加，為了保證其充分發(fā)揮功能，應(yīng)適當(dāng)延長攪拌時間。高強混凝土的拌和要求具有很高的均勻性，要避免水泥、骨料、摻合料及摻合料的分配不均勻，過快會引起混凝土的強度不足，太長又會引起初凝和泌水等問題。高強混凝土是一種對溫度比較敏感的材料，其溫控是保證混凝土質(zhì)量的關(guān)鍵，在高溫條件下，拌制水的溫度要控制在 15～20^°C 如果需要，可采用添加冰水的方法降溫，以免在拌制時產(chǎn)生過多的水化反應(yīng)。為保證混凝土有較好的工作性和強度發(fā)展，在冬天時，要對原料進行預(yù)熱或采用加熱攪拌機。

高強混凝土在運輸過程中極易發(fā)生離析、泌水等問題，嚴(yán)重影響了混凝土的強度及耐久性。所以，為了避免材料分層，建議采用攪拌運輸車運輸。為保持混凝土的均勻性，在輸送期間，攪拌筒的轉(zhuǎn)速應(yīng)為2～6r/min ，并盡可能地減少輸送時間，一般要控制在 90min 內(nèi)，若運送時間太久，則需在工地上重新攪拌。長期運輸或高溫條件下，混凝土在輸送途中會出現(xiàn)初凝現(xiàn)象，這對施工質(zhì)量有很大的影響，因此，必須對工地與攪拌站的配合進行優(yōu)化。一定要保證混凝土能及時澆筑到位。當(dāng)溫度較高或長距離輸送時，可以加入適量的緩凝劑，以延遲水泥的凝固，并使其在澆筑過程中保持較好的工作性能。在高溫季節(jié)，運輸車輛必須采用遮陽篷布或其它遮蓋物，以防止太陽直接照射造成的混凝土溫升，并保證在運輸途中由于蒸發(fā)而損失大量的水份，如有需要，可采取加濕措施，以維持混凝土濕度。

2.2澆筑與振搗技術(shù)

高強混凝土的澆筑應(yīng)根據(jù)工程特點和施工現(xiàn)場的具體情況，選擇適宜的澆筑方法。通常采用分層澆筑的方法，以控制澆筑的速度和厚度，防止混凝土自重造成的離析，每層的澆筑厚度應(yīng)適當(dāng)控制，一般不超過 50cm ，以便于后續(xù)的振搗作業(yè)。在條件允許的情況下，盡量采用連續(xù)澆筑，避免產(chǎn)生施工縫，影響混凝土的整體性和強度，對于大體積混凝土施工，需采取分段分塊施工，并在施工縫處做好處理[5]。應(yīng)從結(jié)構(gòu)的最低點開始澆筑，逐步向高處推進，確保混凝土在重力作用下自然流動，減少振搗工作量，并有效排除混凝土中的氣泡。澆筑層厚度的控制是保證混凝土密實度的重要因素，通常控制在 25～50cm ，過厚會導(dǎo)致振搗不充分，過薄則會影響施工效率。為防止層間冷縫，下一層混凝土的澆筑應(yīng)在前一層初凝之前完成，一般情況下，間隔時間應(yīng)控制在 2h 以內(nèi)，根據(jù)具體材料和環(huán)境條件進行調(diào)整。控制澆筑速度對于防止混凝土離析和保證結(jié)構(gòu)質(zhì)量至關(guān)重要，應(yīng)避免一次性快速大量澆筑，而應(yīng)均勻、分段進行，確保每個區(qū)域的混凝土能夠及時振搗和密實。在復(fù)雜結(jié)構(gòu)或密集鋼筋區(qū)域，應(yīng)采用緩慢澆筑，以防止混凝土沖擊鋼筋產(chǎn)生空洞或夾渣。

根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)類型、澆筑厚度、施工環(huán)境等因素，選用不同的振搗設(shè)備。插入式振搗器適合于各種建筑物，有效排除混凝土中的氣泡，尤其是在厚層的澆筑層，插入式振搗器可有效地排空，改善了混凝土的密實度。在選型時，要注意振頻、振搗頭部直徑等因素，以滿足不同流態(tài)及結(jié)構(gòu)尺寸的要求。平板振搗器適用于薄層混凝土或?qū)Ρ砻嫫秸幸欢ㄒ蟮牟课唬m用于大面積澆筑，但對厚度較大，振搗效果不佳。采用外部振搗器，適用于鋼筋密度較大或難以安裝振搗器的部位，采用安裝在模板上的振動器進行振動，從而達(dá)到密實的目的，適用于特殊構(gòu)造部位的高強度混凝土。為了保證混凝土的密實均勻，必須進行適當(dāng)?shù)恼駬v作業(yè)，振搗的時間要依據(jù)混凝土的流動度以及澆注的厚度來調(diào)節(jié)，通常要控制在 20～30min ，但是要防止振搗過大，造成混凝土離析或水泥漿脫離。振搗器要豎直插進混凝土中，要比前一層混凝土表層稍高 5～10cm ，保證各層之間的混凝土緊密結(jié)合，插入速率要適度，并保持勻速插入和拔出，避免因振搗器過快而造成空洞。振搗位置的間距要按照振搗器的有效作用半徑來決定，通常要控制在振搗器頂端直徑的1.5倍，以確保振搗的覆蓋范圍不會留下任何死角。

2.3養(yǎng)護工藝的優(yōu)化

濕養(yǎng)護是最常用的混凝土養(yǎng)護方法，尤其適用于高強混凝土。通過覆蓋濕麻布、草袋或噴灑水霧，保持混凝土表面濕潤，防止水分蒸發(fā)，確保水泥充分水化，濕養(yǎng)護通常應(yīng)持續(xù)至少7d，以保證早期強度的增長，在高溫或干燥氣候條件下，養(yǎng)護時間可適當(dāng)延長。覆蓋物應(yīng)定期濕潤，并保持與混凝土表面緊密接觸，避免覆蓋物脫離導(dǎo)致局部養(yǎng)護不足。膜養(yǎng)護是通過在混凝土表面噴涂養(yǎng)護劑或覆蓋塑料薄膜，形成一層不透水的保護膜，應(yīng)選擇透氣性好且耐久的養(yǎng)護膜，以防正混凝土內(nèi)部水分過度蒸發(fā)，同時保持表面的濕潤。膜養(yǎng)護適用于現(xiàn)場條件較為復(fù)雜，無法進行長期濕養(yǎng)護的情況下，如高層建筑外立面施工。同時，定期檢查養(yǎng)護膜的完整性，確保在混凝土達(dá)到足夠強度前，膜不會破裂或脫落。

高強混凝土的養(yǎng)護周期是影響其最終使用性能的關(guān)鍵因素，因此，高強混凝土的早期養(yǎng)護尤其重要，在初期養(yǎng)護至28天期間，要盡可能保證足夠的水分，保證水泥水化反應(yīng)的平穩(wěn)進行。由于早期養(yǎng)護不足，混凝土表面開裂，強度降低，從而降低了結(jié)構(gòu)的耐久性[。為進一步改善其耐久、抗裂性能，對其進行長期養(yǎng)護，以改善其耐久、抗碳化性能。

高強度混凝土的養(yǎng)護性能受外界環(huán)境因素的影響，高溫將加快混凝土表層的水份蒸發(fā)，引起收縮開裂，而低溫又會延遲水化反應(yīng)，對混凝土的早期強度生長有一定的影響，建議在施工過程中對其進行相應(yīng)的養(yǎng)護，如有需要，可采取隔熱、遮陽等措施。在高濕度條件下，混凝土內(nèi)部失水加速，需要強化濕養(yǎng)護或者使用防水養(yǎng)護薄膜，在高濕度條件下，要避免表面的泌水、碳化。在高風(fēng)速條件下，混凝土表層的水份迅速蒸發(fā)，容易引起表層裂縫，因此，在施工過程中，要盡量避開多風(fēng)的天氣。并在養(yǎng)護過程中采取防風(fēng)措施。

3結(jié)束語

高強混凝土在結(jié)構(gòu)強度、耐久性、節(jié)約資源等方面表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢，使其成為現(xiàn)代建筑工程中不可或缺的材料，尤其適用于高層建筑、大跨度結(jié)構(gòu)和其他對強度要求高的工程項目。高強混凝土在建筑工程中具有廣泛的應(yīng)用前景，但其成功應(yīng)用依賴于材料選擇、配合比設(shè)計、施工工藝和養(yǎng)護管理的科學(xué)優(yōu)化。未來的研究應(yīng)繼續(xù)探索新型高強混凝土材料、智能化監(jiān)測技術(shù)以及環(huán)境友好型混凝土的開發(fā)，以推動建筑工程領(lǐng)域的進一步發(fā)展。

參考文獻

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