高性能再生混凝土在建筑工程中的施工技術

摘 要：高性能再生混凝土作為一種環(huán)保型建筑材料，在現(xiàn)代建筑工程中的應用日益廣泛。通過對某大型商業(yè)綜合體項目的實踐研究，探討了高性能再生混凝土的配比設計、施工工藝和質量控制等關鍵技術。實驗結果表明，采用兩段法拌和工藝，并結合納米SiO2改性技術，可顯著提高再生混凝土的力學性能和耐久性。同時，優(yōu)化施工工序和養(yǎng)護方案，能有效控制收縮開裂，保證工程質量。研究成果為高性能再生混凝土在建筑工程中的推廣應用提供了技術支持。

關鍵詞：高性能再生混凝土； 配比設計； 施工工藝； 質量控制； 納米改性

1前言

隨著城市化進程的加快和環(huán)保意識的提升，建筑垃圾資源化利用成為建筑行業(yè)的重要發(fā)展方向。高性能再生混凝土作為一種新型綠色建材，不僅可以有效消納建筑垃圾，還能滿足現(xiàn)代建筑對混凝土性能的高要求。然而，再生骨料的特殊性給混凝土的配制和施工帶來了新的挑戰(zhàn)。為此，某大型商業(yè)綜合體項目在建設過程中，針對高性能再生混凝土的施工技術進行了系統(tǒng)研究，旨在探索一套適用于工程實踐的施工方法。

2工程概況

某省會城市規(guī)劃建設的大型商業(yè)綜合體項目，總建筑面積達35萬平方米，包括購物中心、寫字樓、酒店和住宅等多種業(yè)態(tài)。項目位于城市中心區(qū)，周邊交通繁忙，建筑垃圾運輸受限。為響應政府的綠色建筑倡議并解決建筑垃圾處理難題，項目決定采用高性能再生混凝土技術。然而，由于工程規(guī)模大、結構復雜，對混凝土的強度、耐久性和施工性能要求極高。同時，再生骨料的不穩(wěn)定性給混凝土的配制和施工帶來了巨大挑戰(zhàn)[1]。為此，項目團隊與當?shù)刂攸c大學展開合作，針對高性能再生混凝土的配比設計、施工工藝和質量控制等關鍵技術問題進行深入研究，旨在攻克技術難關，確保工程質量。

3高性能再生混凝土配比設計

3.1原材料選擇

在原材料選擇過程中，項目團隊對當?shù)囟嗉一炷敛鸪こ坍a(chǎn)生的建筑垃圾進行取樣分析。通過篩分、沖洗和破碎等處理工藝，選取了粒徑分布良好、含泥量低于3%的再生骨料。為提高混凝土強度，選用P.O 52.5級硅酸鹽水泥作為膠凝材料。同時，引入I級粉煤灰和S95級礦粉作為摻合料，以改善混凝土的工作性能和耐久性。減水劑選用聚羧酸高效減水劑，用量通過試驗確定。為解決再生骨料吸水率高的問題，采用預先浸泡法處理再生骨料，使其達到表面干飽和狀態(tài)。

3.2配比優(yōu)化

配比優(yōu)化過程采用正交試驗法，設計了L16（45）正交表。考慮水膠比、再生骨料替代率、粉煤灰摻量、礦粉摻量和減水劑用量五個因素，每個因素設置四個水平。通過試配81組不同配比的混凝土試件，測試其抗壓強度、抗?jié)B性和收縮性能。利用極差分析法確定各因素對混凝土性能的影響程度，并運用模糊綜合評判法確定最優(yōu)配比。最終確定的最優(yōu)配比為：水膠比0.35，再生骨料替代率30%，粉煤灰摻量15%，礦粉摻量10%，減水劑用量1.2%。

3.3納米SiO2改性技術

為進一步提高再生混凝土的性能，項目創(chuàng)新性地引入納米SiO2改性技術。將平均粒徑為15nm的納米SiO2與減水劑和部分拌合水混合，采用高速剪切機剪切分散30分鐘，制成均勻的納米SiO2懸浮液。在混凝土拌和過程中，將此懸浮液與其他原材料一同加入攪拌機。通過試驗確定，納米SiO2的最佳摻量為膠凝材料總量的1.5%[2]。這種改性技術顯著提高了再生混凝土的密實度和強度，28天抗壓強度提高了15%，同時改善了混凝土的抗?jié)B性和抗氯離子滲透性。

4施工工藝研究

4.1兩段法拌和工藝

項目采用創(chuàng)新的兩段法拌和工藝。將再生粗骨料、水泥和60%的拌合水加入攪拌機，以30r/min的速度攪拌60s，形成保護漿包裹再生骨料表面。隨后加入天然細骨料、摻合料、剩余拌合水和外加劑，以65r/min的速度繼續(xù)攪拌120s。最后，加入納米SiO2懸浮液，以65r/min的速度攪拌30s。整個拌和過程通過中央控制系統(tǒng)精確控制每一步驟的時間和速度。采用兩段法拌和的再生混凝土28天抗壓強度比常規(guī)拌和方法提高了8%。

4.2泵送技術

項目選用了大功率柱塞式混凝土泵，泵送管徑為125mm。為提高泵送效率和減少堵管風險，在泵送前對混凝土進行了坍落度調整，控制在180-200mm之間。在泵送管道的連接處使用了特制的耐磨彎頭，以減少磨損和壓力損失。泵送過程中，每隔50m設置一個減壓閥，有效控制管內壓力。對于超過120m的泵送高度，在80m處設置了中繼泵站。施工團隊還開發(fā)了一套實時監(jiān)測系統(tǒng)，通過傳感器監(jiān)控泵送壓力和流量，一旦發(fā)現(xiàn)異常立即進行調整。

4.3振搗與養(yǎng)護

振搗過程采用了智能變頻振搗棒，根據(jù)不同部位的鋼筋密集程度和混凝土粘度自動調整振搗頻率，范圍在8000-12000次/分鐘。振搗時間通過預先的試驗確定，一般控制在25-35s。對于密集鋼筋區(qū)域，輔以平板振動器確保充分密實。澆筑完成后，立即采用土工膜覆蓋并噴淋養(yǎng)護，養(yǎng)護時間不少于14天[3]。針對大體積結構，采用智能溫控系統(tǒng)，通過埋設溫度傳感器實時監(jiān)測混凝土內部溫度，并根據(jù)溫度變化自動調節(jié)灑水和覆蓋強度，有效防止了溫度裂縫的產(chǎn)生。同時，在養(yǎng)護期間每天進行兩次裂縫巡查，發(fā)現(xiàn)微裂縫及時進行處理。

5質量控制措施

5.1原材料質量控制

再生骨料進場時，每100立方米取樣一次，進行表觀密度、吸水率、含泥量和壓碎值等指標檢測。采用便攜式光譜儀現(xiàn)場快速檢測再生骨料中的硫酸鹽、氯離子等有害物質含量，檢測結果即時上傳質量管理系統(tǒng)。水泥和摻合料除要求供應商提供出廠檢驗報告外，每月隨機抽取3個批次送檢。納米二氧化硅到場后，立即取樣送檢粒徑分布，確保其平均粒徑在15±3nm范圍內。外加劑每批次檢測其減水率和含氣量。所有原材料檢測數(shù)據(jù)錄入質量管理系統(tǒng)，實現(xiàn)全程可追溯。系統(tǒng)設置了預警機制，當檢測指標接近臨界值時自動報警。對不合格原材料，系統(tǒng)自動鎖定并阻止其進入生產(chǎn)環(huán)節(jié)，同時通知供應商進行退換。

5.2生產(chǎn)過程控制

生產(chǎn)過程控制采用智能化管理系統(tǒng)，覆蓋配料、拌和、運輸全過程。配料環(huán)節(jié)使用精度為±0.5%的高精度電子秤，通過中控系統(tǒng)自動調配各種原材料用量。拌和過程中，攪拌機內安裝了三個不同位置的傳感器，實時監(jiān)測混凝土的均勻性和流動性，數(shù)據(jù)每5秒采集一次并傳輸至控制系統(tǒng)。系統(tǒng)根據(jù)反饋自動調整拌和時間和轉速，確?；炷临|量穩(wěn)定。每次生產(chǎn)前，使用快速水分測定儀檢測再生骨料含水率，系統(tǒng)自動計算并調整加水量。生產(chǎn)線上安裝了在線式混凝土性能檢測設備，每小時自動抽檢一次坍落度、密度和含氣量，檢測數(shù)據(jù)直接傳輸至質量管理平臺。如發(fā)現(xiàn)異常，系統(tǒng)立即發(fā)出警報并暫停生產(chǎn)，同時通知質檢人員現(xiàn)場復核。生產(chǎn)車間安裝了高清攝像頭，對整個生產(chǎn)過程進行全方位監(jiān)控和記錄，視頻保存期限為三個月。運輸過程中，每輛混凝土攪拌運輸車都安裝了GPS定位和姿態(tài)傳感器，實時監(jiān)控車輛位置和攪拌筒轉速，確?；炷敛浑x析。

5.3成品質量檢測

每100立方米混凝土取樣一組，制作標準養(yǎng)護試件，分別在3天、7天、28天進行抗壓強度測試。對已澆筑的結構，每1000平方米進行一次回彈法檢測，并在重點部位進行超聲波法復核，評估實體強度。耐久性方面，每月隨機抽取3個構件進行抗?jié)B、抗凍、抗氯離子滲透試驗。大體積混凝土結構每50立方米埋設一個溫度傳感器，全程監(jiān)測溫度變化，數(shù)據(jù)每15分鐘自動上傳一次。對于關鍵結構，如轉換層和核心筒，采用三維激光掃描技術，每周進行一次尺寸和變形監(jiān)測，精度可達毫米級[4]。所有檢測數(shù)據(jù)實時上傳到項目質量管理平臺，通過大數(shù)據(jù)分析，繪制質量趨勢圖，預測潛在問題。平臺設置了多級預警機制，當指標達到警戒值時，自動通知相關人員。對于不合格項，啟動應急預案，24小時內組織專家團隊進行現(xiàn)場勘查，確定原因并制定補救措施。

6實驗研究與結果分析

6.1力學性能測試

為評估高性能再生混凝土的力學性能，進行了系統(tǒng)的實驗研究。制作了100mm×100mm×100mm的立方體試件和150mm×150mm×300mm的棱柱體試件，分別用于抗壓強度和彈性模量測試。試驗結果如表1所示。從數(shù)據(jù)可以看出，隨著再生骨料替代率的增加，混凝土的抗壓強度和彈性模量略有下降，但在30%替代率時，性能下降不明顯。通過添加1.5%的納米二氧化硅，28天抗壓強度提高了15.3%，達到了65.8MPa，滿足高強混凝土的要求。彈性模量的提升也達到了10.2%。顯微結構分析表明，納米二氧化硅填充了再生骨料與水泥漿體之間的過渡區(qū)，優(yōu)化了混凝土的內部結構?？拐蹚姸葴y試結果顯示，再生混凝土的抗折強度與普通混凝土相當，這可能是由于再生骨料表面的粗糙度增加了骨料與水泥漿體的粘結力。

6.2耐久性能評價

研究對再生混凝土進行了全面的耐久性能評價，包括抗?jié)B性、抗氯離子滲透性、抗碳化性和抗凍融性等方面。試驗結果如表2所示。抗?jié)B性測試采用水壓法，結果表明30%再生骨料替代率的混凝土抗?jié)B等級達到P8，與普通混凝土相當?？孤入x子滲透性采用電通量法測試，30%替代率的再生混凝土56天電通量為1150庫侖，屬于低滲透性等級。抗碳化性能通過加速碳化試驗評估，結果顯示再生混凝土的碳化深度比普通混凝土增加約10%，但通過添加1.5%納米二氧化硅后，碳化深度反而降低了15%[5]?？箖鋈谛詼y試進行了300次凍融循環(huán)，結果表明再生混凝土的相對動彈性模量保持在85%以上，滿足嚴寒地區(qū)使用要求。此外，還進行了干縮試驗和水化熱測試，結果均表明高性能再生混凝土具有良好的體積穩(wěn)定性。

6.3收縮變形控制效果

研究通過系統(tǒng)的試驗設計，評估了不同措施對高性能再生混凝土收縮變形的控制效果。試驗包括自收縮、干燥收縮和總收縮的測定，采用100mm×100mm×515mm的棱柱體試件，測試期限為180天。試驗結果如表3所示。數(shù)據(jù)表明，30%再生骨料替代率的混凝土收縮變形比普通混凝土增加了約15%。通過添加1.5%納米二氧化硅，自收縮略有增加，但干燥收縮顯著降低，總收縮減少了10%。進一步采用0.6%膨脹劑和0.05%減縮纖維復合改性后，總收縮降低了25%，優(yōu)于普通混凝土。微觀分析顯示，納米二氧化硅改善了孔結構，減少了大孔隙，從而降低了干燥收縮。膨脹劑則通過產(chǎn)生膨脹應力抵消部分收縮應力，減縮纖維則限制了微裂縫的擴展。實際工程應用中，通過優(yōu)化配比和采用復合改性技術，大大降低了收縮開裂的風險，提高了結構的耐久性。

7結語

通過對某大型商業(yè)綜合體項目的實踐研究，成功解決了高性能再生混凝土在工程應用中的關鍵技術問題。采用優(yōu)化的配比設計和納米改性技術，顯著提高了再生混凝土的綜合性能。兩段法拌和工藝和精細化的施工管理，有效保證了工程質量。研究成果不僅為該項目的順利完工提供了技術支撐，也為高性能再生混凝土在其他建筑工程中的推廣應用積累了寶貴經(jīng)驗。未來，隨著技術的不斷進步和相關標準的完善，高性能再生混凝土必將在建筑工程中發(fā)揮更大的作用，為建筑業(yè)的可持續(xù)發(fā)展做出重要貢獻。

參考文獻

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作者簡介：盧來德（1988.12-），男，漢族，山東新泰人，本科，工程師，研究方向：建筑工程。