CN104020046A

CN104020046A - 一种早期推定混凝土抗压强度方法

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Publication number: CN104020046A
Application number: CN201410245412.1A
Authority: CN
Inventors: 王卫仑; 罗启灵; 邢锋; 隋莉莉; 龙武剑
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-06-04
Filing date: 2014-06-04
Publication date: 2014-09-03

Abstract

本发明提供了一种早期推定混凝土抗压强度方法，记录混凝土加水时间、成型时间和温度；试块成型后湿热养护，分别在龄期24小时、48小时取1个试块进行抗压强度试验；根据混凝土中所用水泥，确定硅酸盐水泥P.Ⅰ占水泥的质量百分数，再根据水泥占总胶凝材料的比例，计算硅酸盐水泥P.Ⅰ占总胶凝材料的质量百分数，然后再按C值参考资料对照质量百分数取C值；根据不同龄期和温度计算权重成熟度；根据55℃湿热养护下24小时、48小时的权重成熟度和抗压强度，建立强度预测关系式；根据标准养护的温度20℃、28天龄期以及C值计算权重成熟度，代入强度预测关系式，得到标准养护下28天混凝土抗压强度。本发明工作量更小，强度预测更为准确。

Description

一种早期推定混凝土抗压强度方法

技术领域

本发明属于建筑业、土木工程、水利工程领域，尤其涉及一种早期推定混凝土抗压强度方法。

背景技术

混凝土是建筑工程中最主要的结构材料之一，混凝土标准养护28d抗压强度是评定混凝土分项工程合格的关键质量参数，也是建筑工程验收的依据。但是标准养护28d强度的试验方法，由于试验周期长，既不能及时预报施工中的质量状况，也不能据此及时设计和调整混凝土配合比，不利于加强混凝土质量管理和充分利用水泥活性。因此有必要研究早期推定混凝土强度的试验方法。根据资料显示，目前主要有以下早期推定混凝土强度的试验方法：

1、沸水法：混凝土试件成型、静置后，浸入沸水中养护，测得加速养护混凝土试件强度，以此推定标准养护28d混凝土强度的方法。

2、80℃热水法：混凝土试件成型、静置后，浸入80℃热水中养护，测得加速养护混凝土试件强度，以此推定标准养护28d混凝土强度的方法。

3、55℃温水法：混凝土试件成型、静置后，浸入55℃温水中养护，测得加速养护混凝土试件强度，以此推定标准养护28d混凝土强度的方法。

4、砂浆促凝压蒸法：筛取混凝土拌合物中的砂浆，加入促凝剂，成型试件，然后置于高温高压中养护，测得加速养护砂浆试件强度，以此推定标准养护28d混凝土抗压强度的方法。

5、早龄期法：以早龄期标准养护混凝土强度推定标准养护28d混凝土强度的方法。

上述5种方法均被建设部标准《早期推定混凝土强度试验方法标准》JGJ/T15-2008中采用，均要求在推定强度前，必须事先通过专门的试验建立混凝土标准养护28d强度与早期强度二者的强度关系式。建立混凝土强度关系式时，要求：采用与工程相同的原材料制作试件；混凝土试件数量至少30对组(180块)；水灰(胶)比不应少于3种，其最大和最小水灰(胶)比之差不宜小于0.2，且应使推定的水灰(胶)比位于所选水灰(胶)比范围的中间区段；按回归方法建立强度关系式时，其相关系数不应少于0.90，关系式的剩余标准差不应大于标准养护28d强度平均值的10％。可见采用上述5种方法建立强度关系式时，试验量大，水灰(胶)比、相关系数和剩余标准差均有限定，事先建立强度预测公式的周期长。

另外根据《早期推定混凝土强度试验方法标准》JGJ/T15-2008的编制者的试验表明：各地区虽采用相同的加速养护试验方法，但由于水泥的品种﹑组成的不同，将引起混凝土强度关系式系数的变化，较大影响推定误差，各法所得回归曲线的分布范围一般较宽，表明不适于综合建立成一个通用公式。而要根据各自的特定条件求得回归方程，据以推定28d强度，以取得较高的推定精度。当应用专门建立的强度关系式推定实际工程用的混凝土强度时，应与建立强度关系式时的条件基本相同；其混凝土试件的加速养护强度应在事前建立强度关系式时的最大﹑最小加速养护强度值范围内，不宜外延。

由上可见，这5种方法无混凝土强度关系式就无法早期推定强度，其强度关系式不能通用，推定强度范围有限制。

施工现场结构混凝土强度，现行规范采用现场同条件养护试块600℃*d时的抗压强度作为验收依据。在某一龄期的现场同条件养护试块抗压强度可作为拆模或施加应力的判断依据，但是这些抗压强度仅是单个龄期的数据，而且必须通过成型试块试验得到，现场结构混凝土强度随龄期如何发展无从得知。

发明内容

本发明的目的在于提供一种早期推定混凝土抗压强度方法，旨在解决现场结构混凝土强度随龄期如何发展无从得知的问题。

本发明是这样实现的，一种早期推定混凝土抗压强度方法，包括以下步骤：

(1)按《普通混凝土力学性能试验方法》GB50081-2002采用塑料试模从混凝土拌合物中取样成型1组共3块100mm立方体试块，记录混凝土加水时间、成型时间和温度；

(2)试体成型后免密封带模立即放置在湿热养护箱中，记录开始温度，在1.5小时内等速加热维持在55±2℃，相对湿度90％以上，分别在龄期24小时、48小时取1个试块进行抗压强度试验；

(3)根据混凝土中所用水泥，参考标准《通用硅酸盐水泥》GB175-2007规定或由水泥生产厂家提供的资料确定硅酸盐水泥P.Ⅰ占水泥的质量百分数，再根据水泥占总胶凝材料的比例，计算硅酸盐水泥P.Ⅰ占总胶凝材料的质量百分数，然后再按C值参考资料对照质量百分数取C值；

(4)根据不同龄期和温度按下式计算权重成熟度；

M_{w} = Σ_{0}^{t} \frac{10 [C^{0.1 T - 1.245} - C^{- 2.245}]}{\ln C} Δt;

式中：M_w—权重成熟度℃.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55℃湿热养护下24小时、48小时的权重成熟度和抗压强度，建立强度预测关系式：

f = \frac{f_{48 h} - f_{24 h}}{\lg M_{w 48 h} - \lg M_{w 24 h}} \times (\lg M_{w} - \lg M_{w 24 h}) + f_{24 h};

式中：f—混凝土某一龄期的抗压强度MPa；f_48h—湿热养护下48小时混凝土抗压强度MPa；f_24h—湿热养护下24小时混凝土抗压强度MPa；M_w—混凝土某一龄期的权重成熟度℃.h；M_w48h—湿热养护下48小时权重成熟度℃.h；M_w24h—湿热养护下24小时权重成熟度℃.h；

(6)根据《普通混凝土力学性能试验方法》GB50081-2002标准养护的温度20℃、28天龄期以及C值，按(4)中公式计算权重成熟度M_w28d，代入(5)的强度预测关系式，得到标准养护下28天混凝土抗压强度f_28d。

优选地，在步骤(6)之后还包括：

(7)当湿热养护下抗压强度试验的混凝土试块是施工现场取样的，根据现场结构浇筑的混凝土从加水时间开始到28天内任何某一龄期的温度历史记录、龄期以及C值，按(4)中公式计算权重成熟度，代入(5)的强度预测关系式，推定该龄期现场结构混凝土的抗压强度。

优选地，在步骤(1)中，采用塑料试模成型1组共3块100mm立方体试块，在55℃湿热养护下共进行2次龄期抗压强度试验。

优选地，在步骤(1)和(2)中，湿热养护、标准养护试块中心点温度无需实际测量，湿热养护取55℃、标准养护取20℃用于计算权重成熟度。

优选地，在步骤(2)中，所述湿热养护箱型号为《水泥强度快速检验方法》中的JC/T738-2004。

优选地，在步骤(2)中，55℃湿热养护下抗压强度试验龄期分别为24、48h，强度预测公式建立周期为48小时。

优选地，在步骤(3)中，所述按C值参考资料为：硅酸盐水泥P.Ⅰ占总胶凝材料的质量百分数大于>65％时，C值为1.3；质量百分数在50～64％时，C值为1.4；质量百分数在35～49％时，C值为1.5；质量百分数在20～34％时，C值为1.6。

优选地，在步骤(7)中还包括：根据实测现场结构混凝土任何龄期内的养护温度，以及龄期和C值，按(4)中公式计算权重成熟度，代入(5)的强度预测关系式，得到对应龄期结构实体的混凝土抗压强度，用于实时推测结构混凝土的强度，并为施工后续工序的养护、拆模、施加应力提供强度依据，从而实现施工质量控制。

本发明克服现有技术的不足，提供一种早期推定混凝土抗压强度方法，以荷兰权重成熟度法(又称C值成熟度)为理论基础，其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，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。其公式如下：

M_{w} = Σ_{0}^{t} \frac{10 [C^{0.1 T - 1.245} - C^{- 2.245}]}{\ln C} Δt - - - (1)

式中：M_w—权重成熟度℃.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；

但是荷兰权重成熟度法预测的有效范围为28天强度的70％以内的强度，通过在国内对该法大量的本土简化研究表明，可扩大其强度预测范围到28天龄期，在混凝土28天龄期内，权重成熟度的对数与抗压强度成线性关系，如下式(2)所示：

f＝a+b*lg M_w (2)

式中：f—混凝土抗压强度MPa；M_w—成熟度℃.h；a,b—回归系数；

对于55℃湿热养护24小时、48小时和某一龄期的混凝土，按式(2)则有：

f_24h＝a+b*lg M_w24h (3)

f_48h＝a+b*lg M_w48h (4)

(2)～(4)式联立，消去a,b，则得到下式(5)

f = \frac{f_{48 h} - f_{24 h}}{\lg M_{w 48 h} - \lg M_{w 24 h}} \times (\lg M_{w} - \lg M_{w 24 h}) + f_{24 h} - - - (5)

通过试验证明，采用湿热养护的早期强度可推定标准养护28天混凝土抗压强度。同理，根据施工现场浇筑的混凝土实际的温度记录和龄期，计算权重成熟度，同样可推定任何某一龄期现场结构混凝土的抗压强度。

附图说明

图1是本发明实施例中某1#混凝土现场温度记录、权重成熟度随龄期变化图；

图2是本发明实施例中某3#混凝土现场温度记录、权重成熟度随龄期变化图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1：某1#混凝土配合比

表1、某1#混凝土配合比

水	水泥	粉煤灰	砂	石	外加剂
						162	360	40	815	992	6.8

该配合比采用某牌P.Ⅱ42.5R水泥，查《通用硅酸盐水泥》GB175-2007规定，如下表2所示：

表2、通用硅酸盐水泥的硅酸盐水泥P.Ⅰ含量

由表2可知其硅酸盐水泥占水泥总质量百分数为≥95％，根据水泥和粉煤灰的用量计算出，硅酸盐水泥占胶凝材料总质量百分数为≥85.5％，然后按如下表3所示取C值：

表3、权重成熟度法中的C值

由表3可知，此处确定该C值为1.3。

放入湿热养护箱时温度为26℃，计算权重成熟度如下：

龄期24h：其中1.5h中是从26℃到55℃，该部分按平均温度进行计算，而55℃恒温时间为24h-1.5h＝22.5h；

龄期48h：

M_w48h＝4516.4℃.h；

20℃标准养护下的28d的权重成熟度：

lg M_w28d＝4.23

权重成熟度与抗压强度试验结果汇总如下表4所示：

表4、某1#混凝土配合比权重成熟度与抗压强度试验结果

将各龄期的强度和权重成熟度代入

f_{28 d} = \frac{f_{48 h} - f_{24 h}}{\lg M_{w 48 h} - \lg M_{w 24 h}} \times (\lg M_{w 28 d} - \lg M_{w 24 h}) + f_{24 h};

计算可得推定值f_28d＝62.9MPa，跟实际测得的28d抗压强度值60.1MPa相比，偏离4.7％，(推定值/实测值)为1.05。

现场结构混凝土的实际温度记录及换算的权重成熟度随龄期变化如图1所示。

为验证推定强度的准确性，在施工现场放置同条件养护试块，在28天内任何某一龄期根据温度记录即可推定混凝土强度，对应龄期取同条件养护试块进行抗压强度试验，对比推定值和实测值情况，验证推定的准确性，验证结果如下表5所示：

表5现场结构某1#混凝土抗压强度推定值与实测值试验结果

由表5分析，(推定值/实测值)的均值为1.02，标准差为0.06，变异系数为5.5％，推定准确性高。

实施例2：某2#混凝土配合比

表6、某2#混凝土配合比

水	水泥	粉煤灰	砂	石	外加剂
						162	360	80	793	970	9.68

该配合比采用某牌P.Ⅱ42.5R水泥，查《通用硅酸盐水泥》GB175-2007，如上实施例1中表2所示，可知其硅酸盐水泥占水泥总质量百分数为≥95％，根据水泥和粉煤灰的用量计算出，硅酸盐水泥占胶凝材料总质量百分数为≥77.7％，再按C值参考资料，如上实施例1中表3所示，确定该C值为1.3。

放入湿热养护箱时温度为20℃，计算权重成熟度和强度结果如下表7所示：

表7、某2#混凝土配合比权重成熟度与抗压强度试验结果

将各龄期的强度和权重成熟度及lg M_w28d＝4.23代入

f_{28 d} = \frac{f_{48 h} - f_{24 h}}{\lg M_{w 48 h} - \lg M_{w 24 h}} \times (\lg M_{w 28 d} - \lg M_{w 24 h}) + f_{24 h}

计算可得推定值f_28d＝59.4MPa

跟实际测得的28d抗压强度值57.7MPa相比，偏离2.9％，(推定值/实测值)为1.03。

实施例3：某3#混凝土配合比

表8、某2#混凝土配合比

该配合比采用某牌P.Ⅱ42.5R水泥，查其出厂报告，可知其硅酸盐水泥占水泥总质量百分数为95％，根据水泥、粉煤灰和矿渣粉的用量计算出，硅酸盐水泥占胶凝材料总质量百分数为61.9％，再按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C值为1.4。

放入湿热养护箱时温度为20℃，计算权重成熟度和强度结果如下：

龄期24h：

其中1.5h中是从20℃到55℃，该部分按平均温度进行计算，而55℃恒温时间为24h-1.5h＝22.5h

龄期48h：

M_w48h＝5218.0℃.h；

20℃标准养护下的28d的权重成熟度：

lg M_w28d＝4.21，

表9、某3#混凝土配合比权重成熟度与抗压强度试验结果

将各龄期的强度和权重成熟度代入：

f_{28 d} = \frac{f_{48 h} - f_{24 h}}{\lg M_{w 48 h} - \lg M_{w 24 h}} \times (\lg M_{w 28 d} - \lg M_{w 24 h}) + f_{24 h}

计算可得推定值f_28d＝64.5MPa，跟实际测得的28d抗压强度值68.5MPa相比，偏离-5.8％，(推定值/实测值)为0.94。

现场结构混凝土的实际温度记录及换算的权重成熟度随龄期变化如图2所示。

为验证推定强度的准确性，在施工现场放置同条件养护试块，在28天内任何某一龄期根据温度记录即可推定混凝土强度，对应龄期取同条件养护试块进行抗压强度试验，对比推定值和实测值情况，验证推定的准确性。

表10现场结构某3#混凝土抗压强度推定值与实测值试验结果

由表10分析，(推定值/实测值)的均值为1.02，标准差为0.03，变异系数为3.2％，推定准确性高。

本发明与已有的早期推定混凝土强度试验方法标准相比具有以下显著特点和积极效果：

1、推定强度试验工作量小，成型1组3块100mm试块，湿热养护48小时即可推定标准养护下28天的抗压强度，也可推定现场结构混凝土的强度。而JGJ/T15-2008早期推定方法事先建立混凝土强度关系式的试验量大、周期长，不能推定现场结构混凝土的强度。

2、无需建立强度预测公式，对水灰(胶)比无要求，推定强度范围无限制，而JGJ/T15-2008早期推定方法需要建立强度关系式，才能进行推定强度。为建立混凝土强度关系式而进行专门试验时，水灰(胶)比、相关系数和剩余标准差均有限定。混凝土强度关系式不能通用，不同条件的强度关系式均需建立，推定强度范围有限制。

3、特别适用无法使用现有方法推定混凝土抗压强度的情况。

本发明与荷兰标准NEN5970(2001)权重成熟度方法比较，具有以下显著特点和积极效果：

1、荷兰权重成熟度需建立混凝土强度预测公式，且养护制度与国内不同，为20℃和65℃的循环水养护，相关设备国内没有现成的，而本发明只采用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，就可推定强度。

2、本发明的推定强度的周期短，为48小时，而荷兰标准NEN5970(2001)权重成熟度建立强度预测公式至少需要21天，公式建立后，回归统计分析后，才能根据实际的龄期和温度记录，预测混凝土的强度。

3、荷兰权重成熟度确定水泥C值的过程比较繁琐，本发明直接取值。

4、荷兰权重成熟度建立预测强度关系式，要求实测试块中心温度，而本发明无需实测试块中心温度，按养护温度和龄期计算即可。

5、荷兰权重成熟度法预测的有效范围为28天强度的70％以内的强度，而本发明扩大其强度预测范围到28天龄期的强度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种早期推定混凝土抗压强度方法，其特征在于包括以下步骤：

(4)根据不同龄期和温度按下式计算权重成熟度；

M_{w} = Σ_{0}^{t} \frac{10 [C^{0.1 T - 1.245} - C^{- 2.245}]}{\ln C} Δt;

f = \frac{f_{48 h} - f_{24 h}}{\lg M_{w 48 h} - \lg M_{w 24 h}} \times (\lg M_{w} - \lg M_{w 24 h}) + f_{24 h};

2.如权利要求1所述的早期推定混凝土抗压强度方法，其特征在于，在步骤(6)之后还包括：

3.如权利要求2所述的早期推定混凝土抗压强度方法，其特征在于，在步骤(1)中，采用塑料试模成型1组共3块100mm立方体试块，在55℃湿热养护下共进行2次龄期抗压强度试验。

4.如权利要求3所述的早期推定混凝土抗压强度方法，其特征在于，在步骤(1)和(2)中，湿热养护、标准养护试块中心点温度无需实际测量，湿热养护取55℃、标准养护取20℃用于计算权重成熟度。

5.如权利要求4所述的早期推定混凝土抗压强度方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述湿热养护箱型号为《水泥强度快速检验方法》中的JC/T738-2004。

6.如权利要求4所述的早期推定混凝土抗压强度方法，其特征在于，在步骤(2)中，55℃湿热养护下抗压强度试验龄期分别为24、48h，强度预测公式建立周期为48小时。

7.如权利要求6所述的早期推定混凝土抗压强度方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述按C值参考资料为：硅酸盐水泥P.Ⅰ占总胶凝材料的质量百分数大于>65％时，C值为1.3；质量百分数在50～64％时，C值为1.4；质量百分数在35～49％时，C值为1.5；质量百分数在20～34％时，C值为1.6。

8.如权利要求7所述的早期推定混凝土抗压强度方法，其特征在于，在步骤(7)中还包括：根据实测现场结构混凝土任何龄期内的养护温度，以及龄期和C值，按(4)中公式计算权重成熟度，代入(5)的强度预测关系式，得到对应龄期结构实体的混凝土抗压强度。