CN101929930B - 一种水泥28天胶砂抗压强度快速预测方法 - Google Patents

Abstract

一种水泥28天胶砂抗压强度快速预测方法，采用荷兰权重成熟度理念(又称C值成熟度)，参考国外水泥权重系数C值的取值，简化温度测量过程，利用现有的JC/T 738-2004水泥快速检验的设备，成型1组胶砂试块，在55℃湿热养护的48小时内测试不同龄期的抗压强度，建立权重成熟度和强度的关系式，并通过该关系式预测水泥的28天强度，研究表明该快速预测方法可行有效，28天强度预测准确性高。

Description

一种水泥28天胶砂抗压强度快速预测方法

技术领域

本发明属于建筑业、土木工程、水利工程领域，涉及水泥胶砂抗压强度检测技术。

背景技术

水泥的28天胶砂抗压强度是通用硅酸盐水泥最重要的质量指标，是确定水泥强度等级和混凝土质量等级的依据，按CB/T17671-1999的要求，抗压强度检测周期长，需要28天，严重影响了水泥混凝土生产、施工质量控制和进度。为提高施工速度，节约工期，确保混凝土质量，充分合理地利用水泥活性，许多工程技术人员对快速检验水泥的抗压强度的方法进行了大量的研究。

根据资料显示，目前主要有以下几种水泥快速预测方法：

1、二维参数法

《水泥》_2001年第8期，_杨晓东_尚建平通过水泥净浆沉入度(h)与其雷氏夹试件沸煮后的抗压强度(R)之间的函数关系，建立了平均胶砂强度下标准R-h曲线图。结果表明，采用标准R-h曲线图推算水泥28d抗压强度的准确率达98.3％、为快速评定水泥28d强度提供了新的方法。

2、雷氏夹内水泥净浆圆柱体法

《水泥工程》2002年第06期，_刘智勇、_孙广军、_朱小山、_孙晓红通过沸煮后雷氏夹内水泥净浆圆柱体的强度与水泥28d抗压强度进行回归分析，建立了相应的快速测定水泥28d强度值的公式，从而利用经验公式预测水泥强度。

3、沸煮法

《_水泥》2005年第4期，_罗永会、_高振国、_金树新通过沸煮法的水泥快速强度和28d标准强度进行回归分析，建立强度预测公式，利用该公式进行水泥强度快速预测；

4、1.5h压蒸养护促硬法

《公路》2002年第12期，_赵方冉、_陈德鹏、_王建民通过，1.5h压蒸养护促硬快测水泥强度与28d标准强度之间的回归分析，建立强度预测公式，利用该公式进行水泥强度快速预测；

5、电阻率法

《第四届全国高性能混凝土学术研讨会》2002年第4卷，魏小胜、肖莲珍、李宗津介绍无电极电阻率测定仪快速测定水泥强度的方法，.通过1d电阻率与28d抗压强度的关系曲线，预测28天强度。

6、高温液化水养生法

《辽宁建材》2005年第01期，_李怀志，_李大鸣，_严铁良，_严国相试块放入预先加压容器内，经过130℃高温液化水养的强度和28天标准养护下的强度，应用实测数据科学数理统计方法，推导出快速推定水泥标号计算式，再利用该公式进行水泥强度预测.

7、常规检测快速推定法

《工程质量A版》2008年第04期，_曹现强分别对水泥雷试夹试件强度、水泥3天强度和水泥28天标准强度中的二者建立关系曲线，通过数理统计建立快速测定水泥强度关系式，从而用雷试夹试件强度和水泥3天的标准强度来预测、推定水泥28天强度.

8、.圆台形水泥净浆试件法

《_四川水泥》2008年第06期，_鄢礼传利用普通硅酸盐水泥凝结时间测定所用的圆台形水泥净浆试件的抗压荷载和水泥3天与28天抗压强度进行回归分析，利用该公式进行水泥强度快速预测。

9、高温净浆法

《_山西建筑》2009年第35卷第10期，_牛新平，快速检验水泥强度的高温净浆法，通过高温净浆法检验水泥强度与28天抗压强度回归分析，建立强度预测公式，再利用该公式进行快速预测.

10、55℃湿热养护法

《水泥强度快速检验方法》JC/T738-2004，是建材行业标准，可追溯到JC/T 738-1986(1996)，其方法和原理基本未变，原理是按GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO)》有关要求制备40mm×40mm×160mm胶砂试体，采用55℃湿热养护加速水泥水化24小时后进行抗压强度试验，从而获得水泥快速强度。通过水泥快速强度，预测标准养护条件下水泥28天抗压强度。强度预测公式的建立，要求在同一实验室的条件下，采用不少于30组的不同水泥品种、不同标号的水泥进行快速强度和实测28天强度试验，通过回归分析确定系数。

上述10钟方法均需要相同条件下大量的相关参数和28天水泥胶砂抗压强度的实验数据才能建立强度预测公式，试验量大，建立强度预测公式的周期长，只有该强度预测公式建立后才能进行快速检验，实验条件改变，强度预测公式不能通用，需重新建立。如《水泥强度快速检验方法》JC/T738-2004就需要不少于30组的快速强度和28天强度的数据才能建立强度预测公式，该预测公式均限于本单位使用，也就是说每个单位都有专用的强度预测公式，如果没有该强度预测公式，快速检验也就无从谈起。

除此之外，《水泥强度快速检验方法》JC/T738-2004同时还存在以下问题：1、不同水泥品种、不同标号的水泥水化过程和强度发展规律不同，采用同一预测公式，存在预测偏离较大的情况；2、回归的强度预测公式相关系数要求低，0.75以上就可，存在相关性偏低的情况。

上述情况采用简化权重成熟度法预测水泥的28天强度就可避免。

权重成熟度法(又称C值成熟度)基于成熟度理论，其认为温度与时间的乘积称为成熟度(度时积)，一定配合比的混凝土，不管温度与时间如何组成，只要成熟度相等，其强度大致相同。早期的绍耳成熟度公式在不同的温度条件下强度预测会出现偏差，权重成熟度法从绍耳成熟度公式改进而来，充分考虑了总胶凝材料中硅酸盐水泥含量和温度对于结构混凝土强度的影响，通过胶凝材料和实测温度确定成熟度。经过荷兰大量应用证明，可及时快捷地监测现场结构混凝土早期强度发展情况，具有优越性和实用性，准确性较高。由于水泥抗压强度是通过胶砂试件获得的，而水泥胶砂拌合物又是属于特殊的混凝土，因此权重成熟度法也可应用于水泥的胶砂抗压强度的预测。

本文在应用权重成熟度法进行简化，无需实测温度，扩大其强度预测范围和应用范畴，提出水泥28天抗压强度快速预测新方法，并对水泥的C值确定方法进行了本土化改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种快速预测水泥28天抗压强度的方法，用于水泥的28天强度的快速检验。

为实现以上目的，本发明所采取的技术方案是：

一种水泥28天胶砂抗压强度快速预测方法，其包括以下步骤：

1)新方法使用《水泥强度快速检验方法》JC/T738-2004的现有设备，按GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO)》有关要求制备1组40mm×40mm×160mm胶砂试体；

2)试体成型后，记录加水时间，立即连同试模放标准20℃养护箱中预养4h再将带模试体放入湿热养护箱内的试体架上，盖好箱盖，记录显示温度，从室温开始加热，在1.5h内等速升温至55℃，约在9h、24h、28h、32h、48h龄期时，提前0.5h脱模取出1个40mm×40mm×160mm胶砂试体通过抗折劈成2个试块，取其中1个试块马上进行抗压试验，剩下的试块均立即放回55℃湿热养护箱养护。共进行5次不同龄期抗压强度试验；

3)根据水泥种类，参考标准《通用硅酸盐水泥》GB 175-2007规定的表1或由生产厂家提供的资料确定不同硅酸盐水泥占总胶凝材料的质量百分数，再按表2的水泥C值参考资料取值；

表1、通用硅酸盐水泥的硅酸盐水泥含量

表2、权重成熟度法中的C值参考

硅酸盐水泥占总胶凝材料的质量百分数(％)	C值
		＞65	1.3
50～64	1.4
		35～49	1.5
20～34	1.6

胶凝材料总量包括水泥和其他的掺合料；

4)再根据不同龄期和温度按下式计算权重成熟度：

$M=\underset{0}{\overset{t}{\mathrm{\Σ}}}\frac{10[C^{0.1T-1.245}-C^{-2.245}]}{\ln C}\mathrm{\Δt}$

式中：

M-成熟度℃.h

C-硅酸盐水泥占胶凝材料比例确定的系数

T-养护温度℃

Δt-温度为T的持续时间h

5)根据各龄期权重成熟度和水泥胶砂抗压强度，通过EXCEL或ORIGIN相关软件进行回归分析，建立该批水泥的强度预测公式：

f＝a+b*lgM

式中：

f-水泥胶砂抗压强度MPa

M-成熟度℃.h

a，b-回归系数

6)代入20℃下28d的权重成熟度即可得到28天的水泥胶砂抗压强度预测值，如下式。

f_28d＝a+b*lgM_28d

式中：

f_28d-水泥胶砂抗压强度预测值MPa

M_28d-20℃下28d的权重成熟度℃.h

a，b-回归系数

如上述的水泥28天胶砂抗压强度快速预测方法，其还在于：试块中心点温度无需实际测量，可经过温度数值及时间计算权重成熟度。

如上述的水泥28天胶砂抗压强度快速预测方法，其还在于.：每个40mm×40mm×160mm胶砂试体通过抗折劈成2个抗压试块，每个龄期对应1个抗压试块，共进行5次不同龄期抗压强度试验。

如上述的水泥28天胶砂抗压强度快速预测方法，其还在于：抗压强度试验龄期分别为9、24、28、32、48h，强度预测公式建立周期为48小时。

1、有益效果

本发明与已有的水泥快速预测方法相比具有以下显著特点和积极效果：

1、强度预测公式建立周期短，仅需48小时；

2、强度预测时工作量小，仅需5个抗压数据，按GB/T17671-1999要求，胶砂抗压强度以一组3个棱柱体上得到的6个抗压强度的算术平均数为试验结果：

3、强度预测公式建立的同时，无需附加试验就可预测28天强度，特别适用因没有足够历史数据可供回归分析，无法按已有方法建立强度预测公式的实验室；

4、强度预测公式的回归相关系数高，R大于0.9，强度预测准确性高。

本发明与荷兰标准NEN 5970(2001)权重成熟度方法比较，具有以下显著特点和积极效果：

1、荷兰权重成熟度仅用于混凝土早期抗压强度的预测，其预测的有效范围为28天强度的70％以内的强度，而本发明可用于水泥28天胶砂抗压强度的预测，扩大了其适用范围和应用范畴；

2、荷兰权重成熟度确定水泥C值的养护制度，为20℃和60℃的循环水养护，相关设备国内没有现成的，而本发明采用20±1℃标准养护和JC/T738-2004标准55℃湿热养护，和国内现有的标准结合起来，利用现有的设备，不用增加新投资。

3、应用权重成熟度建立混凝土强度预测公式的养护制度，为20℃和60℃的循环水养护，而本发明采用JC/T 738-2004标准55℃湿热养护，就可建立强度预测公式。

4、应用权重成熟度预测强度均要求实测试块中心温度，而本发明无需实测温度，按温度和龄期计算即可。

具体实施方式

实施例1：某牌P.O32.5水泥

查《通用硅酸盐水泥》GB 175-2007，可知其硅酸盐水泥占水泥总质量百分数为≥80％且＜95％，再按水泥C值参考资料(大于65％时C值取1.3、50％～64％时C值取1.4、35％～49％时C值取1.5、35％～49％时C值1.5)，确定该水泥C值为1.3。

放入湿热养护箱时温度为24℃，计算权重成熟度和强度结果如下：

龄期4h：

龄期5.5h：：其中1.5h中是从24℃到55℃，该部分按平均温度进行计算

龄期9h：提前0.5h脱模取出试块，该部分按试验室温度20℃进行计算，而55℃恒温时间为9h-0.5h-5.5h＝3h

和龄期9h计算一样，只是其他龄期的55℃恒温时间不同，计算结果如下：

M_24h＝1877.9℃.h

M_27.5h＝2176.2℃.h

M_32h＝2569.9℃.h

M_48h＝4058.8℃.h

而20℃标准养护下的28天的权重成熟度计算如下：

上述计算如通过EXCEL公式计算将非常方便、快捷。权重成熟度与抗压强度试验结果汇总如下表：

表3、某牌P.O32.5权重成熟度与抗压强度试验结果

龄期(h)	成熟度M(℃.h)	lg M	抗压强度(MPa)
				9	484.2	2.69	8.7
24	1877.9	3.27	21.8
				27.5	2176.2	3.34	24.2
32	2569.9	3.41	26.8
				48	4058.8	3.61	28.1

将各龄期的强度和权重成熟度度按公式f＝a+b*lgM进行回归，结果如下：

图1、某牌P.O32.5权重成熟度与抗压强度回归分析图

而20℃标准养护下的28天的权重成熟度：

M_28d＝17012℃.h

lgM_28d＝4.23

代入回归公式可得到预测值，与本实验室按JC/T738-2004标准的强度预测值及实测值对比如下：

表4、某牌P.O32.5强度预测准确性对比

实施例2：某牌P.O32.5R

查《通用硅酸盐水泥》GB 175-2007，可知其硅酸盐水泥占水泥总质量百分数为≥80％且＜95％，再按水泥C值参考资料(大于65％时C值取1.3、50％～64％时C值取1.4、35％～49％时C位取1.5、35％～49％时C值1.5)，确定该水泥C值为1.3。

放入湿热养护箱的温度为22℃，计算权重成熟度和强度结果如下表：

表5、某牌P.O32.5R权重成熟度与抗压强度试验结果

龄期(h)	成熟度M(℃.h)	lg M	抗压强度(MPa)
				9	481.2	2.68	8.2
24	1874.9	3.27	17.4
				27.5	2173.2	3.34	18.2
32	2566.9	3.41	19.9
				48	4055.8	3.61	24.6

按公式f＝a+b*lgM进行回归分析，结果如下：

图2、某牌P.O32.5R权重成熟度与抗压强度回归分析图

而20℃标准养护下的28天的权重成熟度：lgM_28d＝4.23

代入回归公式可得到预测值，与本实验室按JC/T738-2004标准的强度预测值及实测值对比如下：

表6、某牌P.O32.5R强度预测准确性对比

实施例3：某牌P.O42.5R

查《通用硅酸盐水泥》GB 175-2007，可知其硅酸盐水泥占水泥总质量百分数为≥80％且＜95％，再按水泥C值参考资料(大于65％时C值取1.3、50％～64％时C值取1.4、35％～49％时C值取1.5、35％～49％时C值1.5)，确定该水泥C值为1.3。

放入湿热养护箱的温度为25℃，计算权重成熟度和强度结果如下表：

表7、某牌P.O42.5R权重成熟度与抗压强度试验结果

龄期(h)	成熟度M(℃.h)	lg M	抗压强度(MPa)
				9	485.7	2.69	14.5
24	1879.4	3.27	22.6
				27.5	2177.8	3.34	30.5
32	2571.4	3.41	34.5
				48	4060.3	3.61	37.3

按公式f＝a+b*lgM进行回归分析，结果如下：

图3、华润牌P.O42.5R权重成熟度与抗压强度回归分析图

而20℃标准养护下的28天的权重成熟度：lgM_28d＝4.23

代入回归公式可得到预测值，与本实验室按JC/T738-2004标准的强度预测值及实测值对比如下：

表8、华润牌P.O42.5R强度预测准确性对比

实施例4、某牌P.II42.5R

查《通用硅酸盐水泥》GB 175-2007，，可知其硅酸盐水泥占水泥总质量百分数为≥95％，再按水泥C值参考资料(大于65％时C值取1.3、50％～64％时C值取1.4、35％～49％时C值取1.5、35％～49％时C值1.5)，确定该水泥C值为1.3。

放入湿热养护箱的温度为24℃，计算权重成熟度和强度结果如下表：

表9、某牌P.II42.5R权重成熟度与抗压强度试验结果

龄期(h)	成熟度M(℃.h)	lg M	抗压强度(MPa)
				9	484.2	2.69	13.4
24	1877.9	3.27	27.7
				27.5	2176.2	3.34	31.3
33	2665.1	3.43	31.8
				48	4058.8	3.61	36.6

按公式f＝a+b*lgM进行回归分析，结果如下：

图4、某牌P.II42.5R权重成熟度与抗压强度回归分析图

而20℃标准养护下的28天的权重成熟度：lgM_28d＝4.23

代入回归公式可得到预测值，与本实验室按JC/T738-2004标准的强度预测值及实测值对比如下：

表10、粤秀P.II42.5R强度预测准确性对比

实施例5：某牌P.C32.5

查《通用硅酸盐水泥》GB 175-2007，可知其硅酸盐水泥占水泥总质量百分数为≥50且＜80％，再根据生产厂家提供的信息，按水泥C值参考资料(大于65％时C值取1.3、50％～64％时C值取1.4、35％～49％时C值取1.5、35％～49％时C值1.5)，确定该水泥C值为1.3。

放入湿热养护箱的温度为55℃，计算权重成熟度和强度结果如下表：

表11、某牌P.C32.5权重成熟度与抗压强度试验结果

龄期(h)	成熟度M(℃.h)	lg M	抗压强度(MPa)
				9	542.5	2.73	9.8
24	1936.2	3.29	22.7
				28	2282.2	3.36	23.9
32	2628.2	3.42	24.8
				48	4117.1	3.61	25.0

按公式f＝a+b*lgM进行回归分析，结果如下：

图5、某牌P.C32.5权重成熟度与抗压强度回归分析图

而20℃标准养护下的28d的权重成熟度：lgM_28d＝4.23

代入回归公式可得到预测值，与本实验室按JC/T73.8-2004标准的强度预测值及实测值对比如下：

表12、某牌P.C32.5强度预测准确性对比

同时该组试块在20℃标准养护下还进行了1d、2d、3d、、7d、10d、14d、21d的抗压强度，其实测值和预测值比较如下：

表13、某牌P.C32.5各龄期实测值与预测值比较

除了1d龄期的强度偏离较大之外，其他龄期强度预测值都准确性很高。

该品牌水泥，还进行了实测温度确定C值，如实施例7所示，确定的C值为1.3。

实施例6：上述实施例共5例为各类型的合格水泥，该实施例为强度不合格水泥，某牌P.C32.5

查《通用硅酸盐水泥》GB 175-2007，可知其硅酸盐水泥占水泥总质量百分数为≥50且＜80％，再根据生产厂家提供的信息，再按水泥C值参考资料(大于65％时C值取1.3、50％～64％时C值取1.4、35％～49％时C值取1.5、35％～49％时C值1.5)，确定该水泥C值为1.3。

放入湿热养护箱的温度为22℃，计算权重成熟度和强度结果如下表：

表14、某牌P.C32.5权重成熟度与抗压强度试验结果

龄期(h)	成熟度M(℃.h)	lg M	抗压强度(MPa)
				9	481.2	2.68	0.9
24	1874.9	3.27	10.9
				28	2220.9	3.35	11.6
32	2566.9	3.41	12.0
				48	4055.8	3.61	12.9

按公式f＝a+b*lgM进行回归分析，结果如下：

图6、某牌P.C32.5权重成熟度与抗压强度回归分析图

而20℃标准养护下的28d的权重成熟度：lgM_28d＝4.23

代入回归公式可得到预测值，与本实验室按JC/T738-2004标准的强度预测值及实测值对比如下：

表15、某牌P.C32.5强度预测准确性对比

同时该组试块在20℃标准养护下还进行了1d、2d、3d、7d、10d、14d、21d的抗压强度，其实测值和预测值比较如下：

表16、某牌P.C32.5各龄期实测值与预测值比较

除了1d龄期的强度偏离较大之外，其他龄期强度预测值都准确性很高。

实施例7：某牌P.II42.5R水泥和某牌P.C32.5水泥C值确定。

水泥C值确定方法：按GB/T17671-1999标准0.5的水灰比成型5组，2组3联胶砂试块按GB/T17671-1999标准20±1℃养护1d、2d、3d、7d、10d、14d进行抗压试验(每个40mm×40mm×160mm胶砂试体通过抗折劈成2个抗压试块，每个龄期对应1个抗压试块)，2组3联胶砂试块按JC/T 738-2004标准55℃湿热养护，分别在9、24、28、32、48、54h的龄期进行抗压试验，用于分析的强度范围，对于水泥强度等级32.5(R)和42.5强度范围为5～25MPa，42.5(R)和52.5(R)强度范围为15～35MPa，，实测至少1个胶砂抗压试块中心温度，并根据其养护温度和时间，取不同的C值，分别计算相应龄期的成熟度，取其对数与抗压强度绘图，在线性回归的帮助下，最高的线性相关系数对应的C值确定为正确的C值。

表17、某牌P.II42.5R水泥实测温度确定C值

表18、某牌P.C32.5水泥实测温度确定C值

确定的C值均是1.3，参考资料的取值一致。

Claims (1)

1.一种水泥28天胶砂抗压强度快速预测方法，其特征在于：其包括以下步骤：

1)用《水泥强度快速检验方法》JC/T738-2004的现有设备；按GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO)》有关要求制备1组40mm×40mm×160mm胶砂试体；

2)试体成型后，记录加水时间，立即连同试模放标准20℃养护箱中预养4h再将带模试体放入湿热养护箱内的试体架上，盖好箱盖，记录显示温度，从室温开始加热，在1.5h内等速升温至55℃，约在9h、24h、28h、32h、48h龄期时，提前0.5h脱模取出1个40mm×40mm×160mm胶砂试体通过抗折劈成2个试块，取其中1个试块马上进行抗压试验，剩下的试块均立即放回55℃湿热养护箱养护，共进行5次不同龄期抗压强度试验；

3)根据水泥种类，参考标准《通用硅酸盐水泥》GB 175-2007规定的表1或由生产厂家提供的资料确定不同硅酸盐水泥占总胶凝材料的质量百分数，再按表2的水泥C值参考资料取值；

表1、通用硅酸盐水泥的硅酸盐水泥含量

表2、权重成熟度法中的C值参考

  硅酸盐水泥占总胶凝材料的质量百分数(％)   C值   ＞65   1.3   50～64   1.4   35～49   1.5   20～34   1.6

胶凝材料总量包括水泥和其他的掺合料；

4)再根据不同龄期和温度按下式计算权重成熟度；

$M=\underset{0}{\overset{t}{\mathrm{\Σ}}}\frac{10[C^{0.1T-1.245}-C^{-2.245}]}{\ln C}\mathrm{\Δt}$

式中：

M-成熟度℃.h

C-硅酸盐水泥占胶凝材料比例确定的系数

T-养护温度℃

Δt-温度为T的持续时间h

5)根据各龄期权重成熟度和水泥胶砂抗压强度，进行回归分析，建立该批水泥的强度预测公式：

f＝a+b*lgM

式中：

f-水泥胶砂抗压强度MPa

M-成熟度℃.h

a，b-回归系数

6)代入20℃下28d的权重成熟度即可得到28天的水泥胶砂抗压强度预测值，如下式。

f_28d＝a+b*lgM_28d

式中：

f_28d-水泥胶砂抗压强度预测值MPa

M_28d-20℃下28d的权重成熟度℃.h

a，b-回归系数。

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