CN107571386B - 复杂环境结构混凝土养护和表面湿度快速计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供复杂环境结构混凝土养护和表面湿度快速计算方法，该方法能够有效地控制混凝土养护质量，包括以下步骤：步骤1.环境气温、湿度、风速数据实时采集；步骤2.凝土养护期表面湿度实时快速计算：将步骤1中实时采集的数据代入下式中计算出混凝土表面湿度：s(t)＝(‑0.1508+0.1468Sk+0.0001T‑0.0001F)ln(t)+(0.9256+0.599Sk‑0.0056T‑0.01488F)；步骤3.实时保湿喷淋养护质量控制：在步骤2中计算出的s(t)小于要求值的情况下，缩短停止喷淋养护时间，基于缩短后的停止喷淋养护时间进行喷淋养护；步骤4.每隔一定时间重复上述步骤1至3。

Description

复杂环境结构混凝土养护和表面湿度快速计算方法

技术领域

本发明属于工程结构混凝土养护领域，具体涉及一种复杂环境结构混凝土养护方法和相应的表面湿度快速计算方法。

背景技术

混凝土养护是指混凝土浇筑后，因为水泥水化作用逐渐凝结硬化，而水化作用则需要适当的温度和湿度条件，因此为了保证混凝土有适宜的硬化条件，使其强度不断增长而进行的养护。从湿度交换原理来说，养护必须保证混凝土内部具有足够的湿度(水份)、养护面混凝土与空气基本没有湿度交换，即养护必须保持混凝土的湿度，以下称为保湿养护。

混凝土的养护包括自然养护和蒸汽养护。具体有蒸汽法(包括箱梁蒸汽法)、自然养护法、养生液法、满水法、养护膜法。预制结构混凝土一般采用蒸汽法；现场浇筑混凝土一般采用自然养护法；对于不易洒水养护的异型混凝土结构有时采用养生液法或者养护膜法；满水法一般用于房屋楼梯、结构水平面混凝土养护。自然养护法，一般都是对混凝土面人工浇水或者喷淋洒水。

有关规范要求混凝土终凝后应立即进行养护，干硬性混凝土应于浇筑完毕后立即进行养护。对于养护龄期、水温控制、混凝土与环境温度差及其保温等都提出了明确要求，并要求“潮湿养护”。混凝土养护手册要求保持表面湿度≥95％。但如何做到“潮湿养护”和达到表面湿度≥95％，如何实时控制没有具体规定和方法，由于没有混凝土表面湿度的计算公式和方法，养护过程技术人员也并不知道混凝土表面湿度。更没有定量的快速检测办法。实际混凝土工程养护过程中，一般都是施工人自行控制，监理人难以深入管理控制。例如洒水养护，并没有要求一天洒水几次，不同温度季节如何控制次数，或者在什么情况下再次洒水，都没有明确要求。结果是，有的一天洒几次水，有的几天洒一次水，养护条件好的、责任心强的，养护质量较好，反之则质量差。如图1为三板溪水电站泄洪洞衬砌混凝土裂缝情况，明显是养护等不够的龟裂缝。

综合以上情况说明，目前混凝土养护，如何做到“潮湿养护”和过程中实时控制，没有具体规定和方法，更没有混凝土表面湿度的计算、检测办法，科学性差，混凝土质量保障差，难以确保有效实现混凝土保湿养护目标。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种复杂环境结构混凝土养护方法和相应的表面湿度快速计算方法，从而确保有效地控制混凝土养护质量，科学实现混凝土保湿养护。

本发明为了实现上述目的，采用了以下方案：

<养护方法>

本发明提供一种复杂环境结构混凝土养护方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1.环境气温、湿度、风速数据实时采集；

步骤2.凝土养护期表面湿度实时快速计算：

将步骤1中实时采集的数据代入公式1中计算出混凝土表面湿度：

s(t)＝(-0.1508+0.1468Sk+0.0001T-0.0001F)ln(t)+(0.9256+0.599Sk-0.0056T-0.01488F) (公式1)

式中：t为混凝土保湿喷淋(表面和内部湿度达到100％)养护后，停止养护的时间(h)；s(t)为停止养护后t时刻混凝土表面湿度；F为环境风速等级；T为环境空气温度；Sk为环境空气湿度；

步骤3.实时保湿喷淋(洒水)养护质量控制：

在步骤2中计算出的s(t)小于要求值的情况下，缩短停止喷淋养护时间，基于缩短后的停止喷淋养护时间进行喷淋养护；在步骤2中计算出的s(t)大于等于要求值的情况下，说明喷淋养护时间满足要求，基于该喷淋养护时间进行正常喷淋养护；

步骤4.每隔一定时间重复上述步骤1至3。

本发明提供的复杂环境结构混凝土养护和表面湿度快速计算方法，还可以具有以下特征：在步骤1中，是采用温湿度计在混凝土养护面测量环境气温和湿度，风速根据当天气象预报取值，全部测量值均做好施工记录。

本发明提供的复杂环境结构混凝土养护和表面湿度快速计算方法，还可以具有以下特征：在步骤3中，要求值为95％。

本发明提供的复杂环境结构混凝土养护和表面湿度快速计算方法，还可以具有以下特征：在步骤3中，对于特别重要的工程，要求值为98％。

本发明提供的复杂环境结构混凝土养护和表面湿度快速计算方法，还可以具有以下特征：在步骤4中，间隔时间为1～2小时。

<表面湿度快速计算方法>

本发明还提供了一种复杂环境结构混凝土表面湿度快速计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

将实时采集的环境气温、湿度、风速数据代入公式1中计算出混凝土表面湿度：

s(t)＝(-0.1508+0.1468Sk+0.0001T-0.0001F)ln(t)+(0.9256+0.599Sk-0.0056T-0.01488F) (公式1)

式中：t为混凝土保湿喷淋养护后，停止养护的时间(h)；s(t)为停止养护后t时刻混凝土表面湿度；F为环境风速等级；T为环境空气温度；Sk为环境空气湿度。

发明的作用与效果

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)本发明方法，能够科学实时实现混凝土面保湿养护。养护人员，实时采集环境温度、湿度、风速，利用公式(1)计算混凝土表面湿度，确保混凝土表面湿度≥98％，确保混凝土湿润。

(2)本发明方法，实时高质量控制混凝土保湿养护质量。监理人员，也可以实时采集环境温度、湿度、风速，计算混凝土表面湿度，检查、监控混凝土保湿养护质量。

(3)本发明方法，可以适用于任何温度、湿度、风速等变化的复杂环境进行混凝土保湿养护，并实时调整养护喷淋间隔时间、养护频次，高质量保湿养护。

(4)本发明方法简单，经济，实时性强，混凝土保湿养护质量高。

附图说明

图1为背景技术中三板溪水电站泄洪洞衬砌混凝土裂缝情况示意图，其中(a)为整体情况示意图，(b)为局部放大图；

图2为本发明实施例中复杂环境结构混凝土养护方法的流程图；

图3为本发明实施例中白鹤滩水电站泄洪洞上平段进口断面图；

图4为本发明实施例中混凝土湿度计算模型；

图5为本发明实施例中混凝土湿度随时间变化的曲线图(环境温度20℃，湿度20％，风速0m/s)。

具体实施方式

以下结合附图对本发明涉及的复杂环境结构混凝土养护和表面湿度快速计算方法具体实施方案进行详细地说明。

<实施例一>复杂环境结构混凝土养护和表面湿度快速计算方法

如图2所示，本实施例一所提供的复杂环境结构混凝土养护方法包括以下步骤：

步骤1.环境气温、湿度、风速数据实时采集；本实施例中，是在混凝土养护现场，施工养护员(或者监理人员检查、监督时)是采用温湿度计在混凝土养护面测量环境气温和湿度，风速根据当天气象预报取值。全部测量值均做好施工记录。

步骤2.凝土养护期表面湿度实时快速计算方法：

将步骤1中实时采集的数据代入公式1中计算出混凝土表面湿度：

s(t)＝(-0.1508+0.1468Sk+0.0001T-0.0001F)ln(t)+(0.9256+0.599Sk-0.0056T-0.01488F) (公式1)

式中：t为混凝土保湿喷淋养护后，停止养护的时间(h)；s(t)为停止养护后t时刻混凝土表面湿度；F为环境风速等级；T为环境空气温度；Sk为环境空气湿度；

步骤3.实时保湿喷淋养护质量控制：

在步骤2中计算出的s(t)小于要求值的情况下，缩短停止喷淋养护时间，基于缩短后的停止喷淋养护时间时间进行喷淋养护；在步骤2中计算出的s(t)大于等于要求值的情况下，说明喷淋养护时间满足要求，基于该喷淋养护时间进行正常喷淋养护；

步骤4.每隔一定时间重复上述步骤1至3。间隔时间为1～2小时。

对于步骤3和步骤4，在本实施例中，是在混凝土养护现场，施工养护员(或者监理人员检查、监督时)每隔一定时间(如1小时)将环境气温、湿度、风速数据采集成果代入式(1)计算停止养护后t时刻混凝土表面湿度s(t)。如果S(t)≥95％，则满足养护质量控制(混凝土养护手册)要求。对于特别重要的工程，应该要求S(t)≥98％。如果S(t)≤95％(或者98％)，则不满足养护质量控制要求，应该缩短停止喷淋养护时间。此外，水温、混凝土表面保护必须满足规范要求。

<实施例二>白鹤滩水电站泄洪洞无压段衬砌混凝土保湿养护质量实时控制

(1)基本资料

白鹤滩水电站位于金沙江下游四川省宁南县和云南省巧家县境内，是长江开发治理的控制性工程。电站装机容量14004MW，多年平均发电量602.41亿kW·h，是全世界第2大水电站(仅次于三峡)。枢纽工程由拦河坝、泄洪消能建筑物和引水发电系统等主要建筑物组成。拦河坝为混凝土双曲拱坝，最大坝高289.0m。泄洪设施包括大坝的6个表孔、7个深孔和左岸的3条泄洪隧洞。地下厂房系统采用首部开发方案，分别对称布置在左、右两岸，厂房内各安装8台水轮发电机组。

如图3所示，泄洪洞洞身上平段，城门洞形断面，衬砌厚度2.5m，沿泄洪洞轴线方向每隔12m设置环向施工分缝，Ⅲ类围岩，衬砌结构的底板和边墙为C₉₀40低热水泥混凝土，顶拱为C₉₀30低热水泥混凝土。混凝土浇筑温度18℃。采用常温自来水养护。衬砌混凝土分3期浇筑，先浇边墙(12m+2.5m)，30天后浇顶拱，然后浇筑底板(15m)。低热水泥混凝土养护龄期要求60天。

白鹤滩多年平均气温21.9℃，极端最高气温42.7℃，极端最低气温2.1℃。平均相对湿度为66％，最小的相对湿度值仅为2％。平均风速1.9m/s，最大风速值能达到12.8m/s，常年7级风较多，达200多天发生，有时风速甚至可以达到11级。以浇筑在岩基面、暴露于空气的5m厚度6面体C₉₀30混凝土建立三维有限元模型(图4)，共划分23373个节点和20506个单元，进行具有代表性的环境温度20℃、30℃、40℃、50℃情况，不同空气湿度30％、45％、60％、75％、90％与不同风速等级0、5、8、11级情况，共计80个方案的混凝土湿度场仿真计算。为直观，将其中环境温度20℃、相对湿度30％、风速为0m/s条件下距离表面和不同深度混凝土的湿度随时间的演变过程示于图5。由于80个方案都有图5类似的成果，数据量巨大，所以没有详细列出。对这80个方案的成果，采用回归方法统计分析，获得结果与公式1一致。

(2)混凝土实时保湿喷淋养护

2017年4月以前浇筑边墙混凝土，都是采用在顶部挂花管，人工控制开关喷水养护。以此为例进行计算和养护质量控制分析。

环境气温、湿度、风速数据实时采集。在混凝土养护现场，施工养护员每隔1～2小时采用温湿度计在混凝土养护面测量环境气温、湿度，隧洞内风速取为0。4月2日上午10点，实测洞内气温21℃，湿度55％。

凝土养护期表面湿度实时快速计算。由于前一次喷淋养护是4月1日下午2点，已经停止养护20小时。实测洞内气温21℃，湿度55％，风速取为0，代入式(1)计算得混凝土表面湿度s(t)＝93.4％，小于95％。结果表明，必须加密养护。养护用水为自来水，大约20℃，满足水温控制要求。混凝土表面，4月气温适宜，没有专门保护。

(3)混凝土实时保湿喷淋养护质量控制

4月4日下午2点，监理人员检查、监督时,发现养护人员误工，养护不足，距上次4月2日上午10点养护有52小时，在混凝土养护现场测量洞内气温21℃，湿度55％，风速取为0，代入公式1计算得混凝土表面湿度s(t)＝87％，远小于95％。

监理单位进一步根据4月2日上午10时混凝土表面湿度的计算成果，监理人员发文要求施工单位从4月5日开始，改为每天早晨8点和下午18点前养护2次(考虑到白天温度高些，湿度低些，而且白天便于养护)。

(4)保湿喷淋养护质量控制效果

白鹤滩水电站泄洪洞衬砌混凝土边墙，在养护人员实时计算、精心保湿养护和监理人员严格质量控制下，从4月5日开始，每天早晨8点和下午18点前养护2次，混凝土得到实时保湿养护，没有发生表面裂缝，养护效果好。

<实施例三>白鹤滩水电站大坝混凝土保湿喷淋养护

白鹤滩水电站基本情况同上。拦河坝为混凝土双曲拱坝，坝顶高程为834.00m，最大坝高为289m，拱冠梁顶宽14m，底宽63m，最大拱端厚度85.45m。坝顶中心线弧长709m，共分31个坝段。2017年4月11晚24点日开始浇筑第一仓混凝土，为坝底18#坝段，长度63m，宽度24m。然后，跳仓分块浇筑。

大坝C₉₀30低热水泥混凝土，采用常温自来水养护。养护期28d，外表面养护至完工。

(2)混凝土实时保湿喷淋养护

2017年7月底以前浇筑岸坡坝段混凝土，都是采用人工喷淋洒水养护(河床坝段和8月以后的岸坡坝段混凝土采用智能化养护)。以此为例进行计算和养护质量控制分析。

环境气温、湿度、风速数据实时采集。在混凝土养护现场，施工养护员每隔2小时采用温湿度计在混凝土养护面测量环境气温、湿度。由于大坝在河中，河谷风大，风速取气象台预报值加2级。5月10日上午10点，现场气温32℃，湿度45％。天气预报5级风，取7级计算。

混凝土养护期表面湿度实时快速计算。由于前一次喷淋养护是5月10日早晨6点，已经停止养护4小时。将现场实测数据代入公式1计算得混凝土表面湿度s(t)＝79.8％，远小于95％。养护用水为自来水，大约20℃，满足水温控制要求。混凝土表面采用土工布保护，满足规范要求。

(3)混凝土实时保湿喷淋养护质量控制

5月11日下午2点，监理人员检查、监督时，在混凝土养护现场测量气温35℃，湿度40％，风速取气象台预报值加2级，为7级，距离上午10点洒水养护有4小时。代入式(1)计算得混凝土表面湿度s(t)＝74％，远小于95％。

监理单位，进一步结合5月10日上午10时混凝土表面湿度的计算成果，并补充不同停止养护时间对应湿度的试算(考虑到白天温度高些，湿度低些，而且白天便于养护)，监理人员发文要求施工单位从5月12日开始，改为每天：早晨8点至下午18点，每1小时喷淋透湿养护1次；晚上18点至次日早晨8点，每2小时喷淋透湿养护1次。

(4)保湿喷淋养护质量控制效果

白鹤滩水电站大坝，在养护人员实时计算、精心保湿养护和监理人员严格质量控制下，从5月12日开始，每天早晨8点至下午18点每1小时喷淋透湿养护1次，晚上18点至次日早晨8点每2小时喷淋透湿养护1次，混凝土得到实时保湿养护。喷淋养护实施情况表明，混凝土面一直保持湿润，整个养护期混凝土面无微裂纹，即得到良好保湿养护。

以上实施例的结果表明，本发明方法能够实时采集环境温度、湿度、风速数据，实时计算混凝土表面湿度，实时控制喷淋洒水，有效地保持混凝土养护面足够湿润；混凝土表面湿度计算公式，科学反映环境温度、湿度、风速对混凝土的复杂作用；监理人员可以实时检查、监控保湿养护质量；可以运用于各种复杂环境进行复杂大型结构混凝土保湿养护。

本发明的保护范围并不限于复杂环境结构混凝土，通过适当调整和变形，完全可以在不同工程、预制结构中得到应用。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行某些变形而不脱离本发明的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围内，则发明的意图也包含这些改动和变形在内。

上述实施例仅仅是对本发明技术方案所做的举例说明。本发明所涉及的复杂环境结构混凝土养护和表面湿度快速计算方法并不仅仅限定于在以上实施例中所描述的内容，而是以权利要求所限定的范围为准。本发明所属领域技术人员在该实施例的基础上所做的任何修改或补充或等效替换，都在本发明的权利要求所要求保护的范围内。

Claims (6)

1.一种复杂环境结构混凝土养护方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1.环境气温、湿度、风速数据实时采集；

步骤2.凝土养护期表面湿度实时快速计算：

将步骤1中实时采集的数据代入公式1中计算出混凝土表面湿度：

s(t)＝(-0.1508+0.1468Sk+0.0001T-0.0001F)ln(t)+(0.9256+0.599Sk-0.0056T-0.01488F)(公式1)

式中：t为混凝土保湿喷淋养护后，停止养护的时间；s(t)为停止养护后t时刻混凝土表面湿度；F为环境风速等级；T为环境空气温度；Sk为环境空气湿度；

步骤3.实时保湿喷淋养护质量控制：

在步骤2中计算出的s(t)小于要求值的情况下，缩短停止喷淋养护时间，基于缩短后的停止喷淋养护时间进行喷淋养护；在步骤2中计算出的s(t)大于等于要求值的情况下，说明喷淋养护时间满足要求，基于该喷淋养护时间进行正常喷淋养护；

步骤4.每隔一定时间重复上述步骤1至3。

2.根据权利要求1所述的复杂环境结构混凝土养护方法，其特征在于：

其中，在步骤1中，是采用温湿度计在混凝土养护面测量环境气温和湿度，风速根据当天气象预报取值。

3.根据权利要求1所述的复杂环境结构混凝土养护方法，其特征在于：

其中，在步骤3中，要求值为95％。

4.根据权利要求1所述的复杂环境结构混凝土养护方法，其特征在于：

其中，在步骤3中，对于特别重要的工程，要求值为98％。

5.根据权利要求1所述的复杂环境结构混凝土养护方法，其特征在于：

其中，在步骤4中，间隔时间为1～2小时。

6.一种复杂环境结构混凝土表面湿度快速计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

将实时采集的环境气温、湿度、风速数据代入公式1中计算出混凝土表面湿度：

s(t)＝(-0.1508+0.1468Sk+0.0001T-0.0001F)ln(t)+(0.9256+0.599Sk-0.0056T-0.01488F) (公式1)

式中：t为混凝土保湿喷淋养护后，停止养护的时间(h)；s(t)为停止养护后t时刻混凝土表面湿度；F为环境风速等级；T为环境空气温度；Sk为环境空气湿度。