混凝土结构施工技术在土木工程建筑项目中的应用研究

王颢霖

[黔东南州工业学校（黔东南技师学院），贵州 凯里 556000]

0 引言

混凝土结构属于建筑工程领域施工中一种较为常见的工程结构，此类结构极易受季节、气温、混凝土收缩等因素的直接与间接影响，当外界环境发生变化时，结构会产生额外的内力，当外加内力大于混凝土拉伸强度，或大于混凝土极限拉伸承受力时，结构会发生一定程度的开裂，从而导致建设工程项目质量方面产生问题[1]。针对此种现象，若不采取有效的控制措施，一旦病害超过其限制值，就会出现穿孔、漏水、失稳等异常现象，此现象不仅会影响建筑的正常工作，还会对其耐久性、防水性能造成负面影响[2]。早期工程方为了克服建筑项目施工中存在的此方面问题，提高工程质量，会在混凝土结构的设计与施工中，采取设置后浇带或跳仓的方式，进行原有结构的改良与优化，但是由于传统的后浇带施工工艺复杂、工期长，对工程施工造成了很大的限制。为提高工程建设速度、节约成本、保证工程质量、工期，工程方与技术人员对混凝土结构施工进行了深入探讨。已有学者针对这一问题进行了研究，如黄华[3]研究了装配式混凝土结构在医院建筑中的应用实践，以实际工程为例，采用装配整体式混凝土框架-剪力墙结构的医院建筑，集中合理地布置剪力墙，优化框架梁柱的布置，合理地拆分预制柱、预制梁以及叠合楼板，计算分析结构设计是否满足规范要求。该方法介绍了主体结构设计关键技术以及预制构件深化与施工关键技术。本文将在此次研究中，以某土木工程项目为例，对此类项目的工程施工方案展开设计研究。

1 工程概况

为确保土木工程建筑项目中的混凝土结构施工成果达到预期质量标准，规范此类工程的施工工序，为相关工程项目的建设施工给予技术支持，本文将在此次研究中，选择某地区大型土木工程项目为试点工程，对此项目的规范化施工展开设计研究。施工前，掌握与该项目相关的概况信息。根据设计方提供的施工图纸，绘制出该土木工程建筑项目的平面俯视图，如图1 所示。

图1 土木工程建筑项目平面俯视图

掌握此工程项目的基本情况后，对该工程项目在施工中的细部结构信息进行统计，相关内容如表1 所示。

表1 工程项目概况信息

在该建筑项目的施工过程中，考虑到建筑主楼层数与裙楼层数差异较大，且建筑结构中的后浇带具有下沉和收缩的双重功能，因此在施工中不能用膨胀加固带代替[4]。主裙楼间仍然有后浇带，但主楼的长度没有改变，如果设置后浇带只是为了扩展，则需要在地下室筏板、墙体、主楼每层各设一条膨胀加固带，通过此种方式，控制混凝土结构施工中由温度变化造成的收缩裂缝目的。为确保工程施工达到预期质量标准，下述将结合工程项目中混凝土结构施工标准，展开建筑项目施工方案的详细设计。

2 施工方案设计

2.1 土木工程建筑补偿收缩混凝土配合比设计

施工前，应做好对土木工程建筑补偿收缩混凝土配合比的设计[5]。根据设计要求，在主体建筑结构施工中掺入纤维补偿收缩混凝土进行浇筑。在此过程中，应根据工程的质量标准，设计在水养护条件下，14d 内混凝土限制膨胀率指标，相关内容如表2 所示。

表2 膨胀率指标

在上述设计内容的基础上，对补偿收缩混凝土制备中的原材料进行比选。在此过程中，考虑到市场内现有的膨胀剂品种繁多，且产品质量参差不齐，为提高工程质量，需要安排专门技术人员进行市场调研[6]。同时，应明确在混凝土制备中加入纤维可以有效地改善混凝土的早期抗开裂性能。根据大量实践，可以选用具有优异性能的聚丙烯纤维（PVA 纤维）作为原材料。通过试验，确定膨胀率、抗压强度等因素对混凝土质量的影响。同时，为检验极限膨胀率试验的正确性，在各强度等级的配比中选择一种限定膨胀率满足要求的配比[7]。根据测定的参考配比，对直接放置在自然环境中和放置在室内环境中的混凝土进行极限膨胀试验，并对其耐水渗透、耐氯离子渗透性能进行试验，通过此种方式，确定该工程施工所需的不同强度等级混凝土配比，设计方案如表3 所示。

表3 工程施工所需的不同强度等级混凝土配比

按照上述方案，完成土木工程建筑补偿收缩混凝土配合比的设计。

2.2 混凝土结构中的碳纤维加固施工

完成上述设计后，为提高混凝土结构的承载力，设计主体结构的碳纤维加固施工[8]。根据工程施工实际需求，将施工中新一层的柱筋从结构柱的连接部位直接拉出，考虑到此部分钢筋并没有插入混凝土结构内，因此钢筋只能承受垂直荷载，而不能承载横向方向的荷载[9]。为保证柱子在横向上的稳定，可以通过增加碳纤维的方式，加强构造柱的轴向应力。其具体做法是在新增加的柱结点一侧的梁处进行植筋，并采用箍筋的方式，将箍筋与新增柱子钢筋进行箍筋封闭，再用现浇砼形成异形柱，原结构柱承担竖向荷载，而小柱承担横向荷载。在此基础上，利用碳纤维增加植筋的梁截面，实现对结构整体的加固处理。此次选用的碳纤维为AEC-300，利用下述公式，计算AEC-300 碳纤维的承载力。

公式（1）中：V为AEC-300 碳纤维的承载力；φ为加固形式系数；n为粘贴层数；ω为片材宽度；t为片材单层厚度；ε为极限拉应变；E为弹性模量；h为粘贴高度；S为片材净间距。完成计算后，根据AEC-300 碳纤维的承载力，选择碳纤维在工程中的使用量。在此基础上，按照上述提出的方案，进行主体结构的加固施工，确保设计结构可以满足建筑梁体的抗剪要求。

2.3 混凝土泵送、浇筑与养护处理

在上述设计内容的基础上，将称重的碎石倒入料斗，在料斗中加入水泥和外加试剂粉末混合料进行搅拌，将称重后的中粗砂石倒入其中。之后，设计物料进入搅拌机的顺序，注意搅拌机中物料的连续搅拌时间应＞3min，在混凝土原材料充分混合后出料[10]。同时，控制混凝土的入模温度在15℃～20℃范围内，根据混凝土配合比和施工规定，随时检测混凝土的坍落度。

完成上述设计后，应确保混凝土的泵送与供给保持连续。输送混凝土的管道不应有弯曲，转向输送速度应保持缓慢，泵送管道的连接要保证紧密。

在柱混凝土浇筑前，应在柱外模上用至少一层草袋进行包扎。在6h 后进行浇筑面的浇水养护，保持草袋湿润。整个养护期不得少于14d。拆卸柱模后，应及时在其表面涂上一层保养剂。

梁混凝土浇筑6h 以后，对其进行灌水养护，注意养护期间要保证浇筑面的湿润，同时，要确保整个养护期必须在14d以上。在此过程中，应做好对混凝土内外温度的控制，保证混凝土内部与外部的温度不能超过20℃，尤其是在混凝土浇筑后2～5h 时，应加强混凝土外表面的保温和保湿。在养护14d 后，进行混凝土结构面的7d 连续裂缝观测，做好记录工作，以确保混凝土浇筑达到预期质量标准。

3 工程质量验收

上述从三个方面，完成了土木工程建筑项目的施工方案设计，为实现对该方法在实际应用中效果的验收，以上述提出的工程项目为例，按照本文提出的施工方案，对该项目展开施工。为确保项目施工达到预期效果，施工前，应明确混凝土结构施工必须遵循规定实施。根据项目施工中的质量要求，设计混凝土硬度、强度，确定水泥等级、水泥用量等关键参数。在此基础上，考虑到此工程在施工中存在梁截面较大的特点，因此，混凝土结构施工中的一次浇筑施工难度较大，为避免施工质量不符合规范，按照表4 中内容，选用混凝土施工原材料。

表4 混凝土施工原材料

完成施工中原材料的准备工作后，按照表5 中内容，准备混凝土结构施工中所需的机械设备。

表5 混凝土结构施工中所需的机械设备

施工前，所有的机械设备都要安排专门的技术人员进行全面的检查和试车，并在施工现场安排技术人员进行机械设备的管理和养护。

完成上述准备工作后，按照所提方案，在现场进行施工。施工时，先根据工程需求，设计土木工程建筑补偿收缩混凝土配合比。在此基础上，按照规范进行混凝土结构植筋与加固施工，通过对混凝土的泵送、浇筑与养护处理，完成土木工程建筑的混凝土施工。施工过程中，将大体积混凝土在浇筑中内部与表面温度差作为评价施工成果质量的关键指标之一。使用专用的温度计，测量浇筑中内外部温度，记录温度差，根据施工技术规范，混凝土内外温度差应当控制在25℃范围内，如出现内外温度差＞25℃的现象，则说明混凝土在固结后将出现内部结构性裂缝现象。实验记录结果，如图2 所示。

图2 混凝土浇筑过程中内部与外表面温度差记录结果

从图2 所示的结果中可以看出，混凝土浇筑过程中内部与外表面温度差始终＜25℃，说明土木工程建筑项目在进行混凝土浇筑施工时，符合技术规范。在此基础上，对混凝土施工作业面裂缝数量进行人工测量与统计，其结果如表6 所示。

表6 土木工程建筑混凝土施工作业面裂缝数量

对出现裂缝的作业面进行深度质量验收，发现所有裂缝在作业面上均为表面裂缝，即出现的裂缝不会对工程质量造成影响。因此，在完成上述实验后，得出结论：该方法可以在有效控制混凝土浇筑过程中内部与外表面温度差的同时，降低土木工程建筑混凝土施工作业面裂缝数量，通过此种方式，提高建筑工程项目施工质量。

4 结论

随着国家综合国力的不断提高、各个产业经济效益的快速增长，人们对混凝土结构的需求量不断增加，超长、大体积混凝土结构在大型公共建筑、大型厂房建筑中的应用越来越多。为推进我国建筑行业发展，本文通过土木工程建筑补偿收缩混凝土配合比设计；混凝土结构中的碳纤维加固施工；混凝土泵送、浇筑与养护处理，完成了此次设计，旨在通过此次研究，为相关工程的规范化施工提供技术层面的指导及帮助。