CN104807983A - 一种早龄混凝土弹性模量的确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种早龄混凝土弹性模量的确定方法，包括一定级配的混凝土在不同养护温度下不同龄期的静力受压弹性模量变化规律的测定，得出成熟度与弹性模量的关系曲线。摒弃以往通过强度计算弹性模量的做法，提出通过成熟度预测弹性模量的新方法，可以更加精确的对混凝土弹性模量进行计算和预测。在实际工程使用中，可根据工程混凝土级配，提前设计实验得出成熟度与弹性模量的关系式，从而利用得出关系式对整个工程进行指挥和监测。

Description

一种早龄混凝土弹性模量的确定方法

技术领域

本发明涉及一种对混凝土静力受压弹性模量的预测技术领域，并基于成熟度理论，提出一种早龄混凝土弹性模量的确定方法。

背景技术

近年来，因对施工过程中混凝土实际性能监测不力，对早期混凝土弹性模量的预测有较大偏差，施工期即产生严重的混凝土结构非正常裂缝，影响了结构的耐久性和安全性，甚至发生严重的工程事故造成重大的人员伤亡和经济损失。

目前，针对混凝土弹性模量的预测基本是根据各规范规定的已有公式，通过测定混凝土试块强度等因素直接对其弹性模量进行计算，而对早期混凝土弹性模量随时间的变化过程则无法确定，因而无法得出早期不同龄期混凝土弹性模量的准确预测，导致施工措施控制不当，甚至产生严重的工程事故。

而常用的通过超声波原理测定混凝土强度，再建立模型预测弹模对早龄期混凝土并不适用，推算出的不同龄期混凝土弹模相对准确性也较差。

发明内容

本发明为解决以上问题，围绕混凝土成熟度、弹性模量等的动态发展过程，结合实验室试验情况进行分析与总结，提出一种早龄混凝土弹性模量的确定方法。

为了实现上述目的，本发明采取下述技术方案，包括以下步骤：

步骤1：制备若干混凝土试块，测定所述混凝土试块在不同养护温度下不同龄期的弹性模量；

步骤2：确定成熟度与温度、混凝土龄期的关系公式；

步骤3：整理不同温度下不同龄期的弹性模量数值和相应的成熟度的数据，对所述弹性模量和成熟度进行公式拟合，获取弹性模量和成熟度的关系曲线，进而得到早龄混凝土的弹性模量的计算方法。

步骤1中，所述混凝土试块的制备按工程所需的混凝土级配制作。

步骤1中，所述弹性模量按《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T50081-2002)的规定通过试验测得。

步骤2中，所述关系公式采用M＝Σ(T+15)·Δt计算相应成熟度，式中，M为所述成熟度，T为所述混凝土的养护温度，Δt为所述混凝土龄期。

步骤3中，对于所测定的所述弹性模量值，采用matlab对试验结果进行数据处理，拟合弹性模量与成熟度函数，根据评价拟合优度指标判定拟合效果。

步骤3中，所述公式拟合过程包括：根据试验所得弹性模量和成熟度的变化规律，采用matlab中Curve Fitting Tool进行多种函数初步拟合，并选取拟合效果最好的函数作为最终拟合函数。

步骤3中，通过所获取的弹性模量与成熟度关系的最终拟合函数，结合工程监控所得温度与龄期的数据，进而得到早期混凝土弹性模量的发展过程。

步骤3中，利用得出的成熟度与弹性模量的关系曲线，运用在使用该级配混凝土的实际工程中。

本发明的有益效果是：

该方法通过早期温度和时间的记录，计算成熟度，进而预测出早期混凝土弹性模量，具有较高的准确性和实用性。

本发明摒弃以往通过强度计算弹性模量的做法，提出通过成熟度预测弹性模量的新方法，可以更加精确的对混凝土弹性模量进行计算和预测。

在实际工程使用中，可根据工程实际使用的混凝土级配，提前设计实验得出成熟度与弹性模量的关系式，从而利用得出关系式对整个工程进行指挥和监测。

附图说明

图1：弹性模量在不同温度下随龄期变化规律；

图2：采用一阶多项式局部加权处理数据得到的成熟度-弹性模量曲线；

图3：采用一阶多项式局部加权处理数据得到的成熟度-残差曲线；

图4：某测试段成熟度-弹性模量曲线。

具体实施方式

下面结合某大桥工程实施对本发明做进一步说明：

1.实验设计：

1)试验原材料及配合比

水泥：产地山东济南，品种为PO52.5R；

粗集料：产地嘉祥，10～20mm单粒集掺量60％，5～10mm单粒集掺量40％；

细集料：产地东平，河砂，规格为Ⅱ区中砂；

水：饮用水；

外加剂：徐州超力CNF-2，高效减水剂。

水泥：粗集料：细集料：水：外加剂＝1：1.45：2.26：0.34：0.022

使用以上材料及配合比配制C50混凝土。

2)试件制作及养护：

混凝土静力受压弹性模量实验制作尺寸为150mm×150mm×300mm的试块，六个试块为一组。分别置于20℃、40℃、60℃的养护温度下，采取1天、2天、3天、7天、14天、28天的不同龄期养护，共计6×3×6＝108块。

对于0℃、10℃养护的试件采用冰箱养护，20℃的试件采用在标准养护室(或养护箱)养护，40℃、60℃养护的试件放在Ca(OH)2饱和溶液的恒温水箱中养护。养护完成的试件应及时进行试验，避免差生过大温差影响实验精度。

3)测试：

测试方法按《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T 50081-2002)的规定进行。

取每组3个棱柱体试件测值的算术平均值作为该组混凝土的变形值。如果其中有一个试件的轴心抗压强度值与用以确定检验控制荷载的轴心抗压强度值相差超过后者的20％时，则变形值按另两个试件测值的算术平均值计算；如有两个试件超过上诉规定时，则此次实验无效。另3个棱柱体试件用于测定混凝土的棱柱体抗压强度(fcp)。

2.实验结果分析：

采用matlab进行数据处理，其中，模型:f(x)＝30.7*exp(-262/x)，拟合优度SSE:8.402，残差平方和:0.8935，调整的残差平方和:0.8864，均方根误差:0.7484。计算残差与拟合优度统计量进行拟合效果检验，确定最终拟合函数。

3.弹性模量随温度、龄期变化规律：

1)标准养护条件下弹性模量随龄期变化规律：

对标准养护条件(20℃，湿度95％)下试验数据进行分析整理：

表1 20℃弹性模量实验数据

表2 40℃弹性模量实验数据

表3 60℃弹性模量实验数据

4.弹性模量与成熟度的关系：

根据试验所得弹性模量和成熟的数据变化规律，如图2，采用matlab中CurveFitting Tool进行多种函数初步拟合，最终选取E_c＝a×e^-b/M最终拟合函数。

据此得到某大桥工程测试段具有95％置信区间的成熟度——弹性模量曲线，如图3所示。

该曲线公式为：

E_c＝30.7×e^-262/M

上述虽然结合某大桥工程施工对本发明的具体实施方法进行了描述，但并非对本发明使用范围的限制，本发明适用于任何一种混凝土结构的弹性模量计算。

Claims (8)

1.一种早龄混凝土弹性模量的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：制备若干混凝土试块，测定所述混凝土试块在不同养护温度下不同龄期的弹性模量；

步骤2：确定成熟度与温度、混凝土龄期的关系公式；

步骤3：整理不同温度下不同龄期的弹性模量数值和相应的成熟度的数据，对所述弹性模量和成熟度进行公式拟合，获取弹性模量和成熟度的关系曲线，进而得到早龄混凝土的弹性模量的计算方法。

2.根据权利要求1所述的一种早龄混凝土弹性模量的确定方法，其特征在于：步骤1中，所述混凝土试块的制备按工程所需的混凝土级配制作。

3.根据权利要求1所述的一种早龄混凝土弹性模量的确定方法，其特征在于：所述步骤1中，所述弹性模量数值按《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T 50081-2002)的规定通过试验测得。

4.根据权利要求1所述的一种早龄混凝土弹性模量的确定方法，其特征在于：步骤2中，所述关系公式采用M＝Σ(T+15)·Δt计算相应成熟度，式中，M为所述成熟度，T为所述混凝土的养护温度，Δt为所述混凝土龄期。

5.根据权利要求1所述的一种早龄混凝土弹性模量的确定方法，其特征在于：所述步骤3中，对于所测定的所述弹性模量值，采用matlab对试验结果进行数据处理，拟合弹性模量与成熟度函数，根据评价拟合优度指标判定拟合效果。

6.根据权利要求1所述的一种早龄混凝土弹性模量的确定方法，其特征在于：步骤3中，所述公式拟合过程包括：采用matlab中Curve Fitting Tool进行多种函数初步拟合，并选取拟合效果最好的函数作为最终拟合函数。

7.根据权利要求1所述的一种早龄混凝土弹性模量的确定方法，其特征在于：步骤3中，通过所获取的弹性模量与成熟度关系的最终拟合函数，获取所述弹性模量与混凝土温度、龄期的关系，进而得到早期混凝土弹性模量的计算方法。

8.根据权利要求1所述的一种早龄混凝土弹性模量的确定方法，其特征在于：步骤3中，利用得出的成熟度与弹性模量的关系曲线，运用在使用该级配混凝土的实际工程中。