CN109063371A - 一种基于逐时累计温度确定隧道二次衬砌脱模时间的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于测试及测定技术领域，公开了一种基于逐时累计温度确定隧道二次衬砌脱模时间的方法，判断逐时累计温度℃·h和抗压强度fcu的相关性；使用原材料和配合比，拌制150mm*150mm*150mm混凝土立方体试件；将试件分别置于10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃的养护箱内，测定其早期抗压强度fcu随温度t、随时间h变化规律；将变化规律绘制成C30、C35、C40抗压强度fcu‑逐时累计温度℃·h曲线，并得出回归公式；根据回归公式计算C30～C40混凝土的脱模时间推荐值，用于预判铁路隧道二次衬砌脱模。本发明提供的确定二次衬砌混凝土的脱模时间的方法更加方便，准确度更高。
Description
技术领域
本发明属于测试及测定技术领域，尤其涉及一种基于逐时累计温度确定隧道二次衬砌脱模时间的方法。
背景技术
目前，业内常用的现有技术是这样的：二次衬砌混凝土的脱模时间，关系到施工质量、施工安全以及模板运转效率。模板的拆除是事故多发环节，合适的脱模时间可以保证拆模时混凝土表面及棱角不致因拆模被损坏、断裂或因强度不足导致混凝土变形、坍塌；过早拆模、混凝土强度不足很可能造成衬砌沉降变形、开裂等情况的发生，过晚拆模衬砌台车脱模困难。为保证隧道衬砌的安全和使用功能，提出了拆模时混凝土的强度要求。二次衬砌混凝土的脱模时间，一般由混凝土同条件养护试件强度达到某一规定的数值为准确定。TB10417-2003《铁路隧道工程施工质量验收标准》中规定，承受围岩压力较大的拱墙模板拆除时，封顶和封口混凝土的强度应达到设计强度100％；承受围岩压力较小的拱墙模板拆除时，封顶和封口混凝土的强度应达到设计强度的70％；拆除不承受外荷载的整体式衬砌拱墙、二次衬砌、仰拱、底板等非承重模板时，混凝土强度不得低于2.5MPa，并应保证其表面及棱角不受损伤。检验方法为拆模前进行一组同条件养护试件强度试验。TB10753-2010《高速铁路隧道工程施工质量验收标准》中规定，二次衬砌在初期支护变形稳定前施工的，拆模时的混凝土强度应达到设计强度的100％；在初期支护变形稳定后施工的，拆模时的混凝土强度应达到8MPa，检验方法为拆模前，同配合比设计做一组同条件养护试件强度试验。现行铁路隧道施工相关标准上确定二次衬砌混凝土的脱模强度，全部采用同条件养护试件法，该法比较准确，但存在以下缺点：第一，对于TB10417-2003中的条款来说，其操作上很不方便，每次拆模前需要及时地将现场的同条件养护试块搬至试验室进行抗压，尤其当进洞很深以后，将试块运出更加不便利，不符合工地上公务车辆使用紧张的实际情况；第二，对于TB10753-2010中的条款来说，其虽然不需要在每次拆模前都进行同条件养护试件抗压试验，但忽略了隧道内环境温度随施工里程不同带来的梯度变化，以及隧道工点不同，环境温度可能存在很大差异，因此某一施工段落得到的同条件抗压强度fcu-时间h关系，不一定适用于同配合比的所有隧道以及同一隧道的所有里程段落。因此需要探索一种更加方便、准确度相当的方式，来确定二次衬砌混凝土的脱模时间。混凝土成熟度理论并加以改进和应用于指导框架结构梁脱模；同条件养护试件法记录的逐日累计温度℃·d也是对混凝土成熟度理论的运用。综上，可以尝试将该理论应用于指导铁路隧道二次衬砌脱模时间控制的可能性。
综上所述，现有技术存在的问题是：现有的同条件养护试件法存在：操作不方便，每次拆模前需要及时地将现场的同条件养护试块搬至试验室进行抗压，尤其当进洞很深以后，将试块运出更加不便利，不符合工地上公务车辆使用紧张的实际情况；忽略隧道内环境温度随施工里程不同带来的梯度变化，以及隧道工点不同，环境温度可能存在很大差异，导致同龄期的混凝土强度出现较大不同，影响对脱模最佳时机的准确判断。
解决上述技术问题的难度和意义：
难度：我国幅员辽阔，不同省份和地区的隧道工程所处环境温度条件不同，拌制混凝土用的各种材料性能、配合比也存在差异，必须通过获得大量的数据来寻找内在规律；
意义：按照脱模时间来掌握脱模时机，劳动强度小、方便操作，准确度更高，加速了模板周转，更能准确兼顾结构安全和施工进度的关系，提高施工效率的同时不降低施工质量。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于逐时累计温度确定隧道二次衬砌脱模时间的方法。
本发明是这样实现的，一种基于逐时累计温度确定隧道二次衬砌脱模时间的方法，所述基于逐时累计温度确定隧道二次衬砌脱模时间的方法包括以下步骤：
步骤一，从绘制的柱状图判断逐时累计温度℃·h和抗压强度fcu的相关性；
步骤二，使用原材料和配合比，拌制150mm*150mm*150mm混凝土立方体试件；
步骤三，将试件分别置于10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃的养护箱内，测定在一定龄期时，用压力试验机，测定其早期抗压强度，根据获得的强度数据，统计分析早期抗压强度fcu、温度t、时间h三者之间的关系，进而确定其早期抗压强度fcu随温度t、随时间h变化规律；
步骤四，将变化规律按照强度等级不同，绘制成C30、C35、C40抗压强度fcu-逐时累计温度℃·h曲线，并得出回归公式：
y＝0.6724x2+6.2278x+266.03(R2＝0.9158，C30回归公式)
y＝0.7334x2+11.771x+205.43(R2＝0.9399，C35回归公式)
y＝0.15x2+15.731x+263.61(R2＝0.9508，C40回归公式)
其中y为逐时累计温度℃·h
x为混凝土的抗压强度Mpa；
步骤五，根据回归公式计算脱模时间。二衬脱模强度规定值为8Mpa，将此值代入C30～C40对应的回归公式，计算出需要达到的逐时累计温度，然后计算对应温度下需要的养护时间，将C30～C40同一温度下的三个养护时间进行算术平均，得到C30～C40混凝土的脱模时间推荐值，用于预判铁路隧道二次衬砌脱模，具体做法为：先测定隧道内环境温度，查本研究制得的脱模时间统计表，根据查到的时间安排脱模施工。
进一步，所述步骤一的具体步骤如下：
(1)对若干个在建隧道内的同条件养护试件在不同龄期的强度进行采集、分析；
(2)将采集、分析结果绘制成C30～C40二衬混凝土达到8MPa需要的逐时累计温度℃·h柱状图；
(3)根据柱状图判断抗压强度fcu和逐时累计温度℃·h可能高度相关。
进一步，所述步骤四的回归公式的相关系数R2都在0.9以上。
进一步，所述步骤五之后，在将脱模时间推荐值进行应用时，需要根据项目实际使用的二次衬砌混凝土，进行同条件试件抗压强度验证，以判断脱模时间推荐值是否需要修正。
综上所述，本发明的优点及积极效果为：本发明通过对若干个在建隧道内的同条件养护试件，在不同龄期(小时)的强度以及隧道内环境养护温度进行了采集后，绘制成C30～C40二衬混凝土达到8MPa需要的逐时累计温度℃·h柱状图，从图中看，不同强度等级混凝土、不同隧道工点达到同一抗压强度的逐时累计温度大约都为400℃·h，因此，得出逐时累计温度℃·h和混凝土抗压强度fcu高度相关。同时，在若干个项目的中心试验室，使用项目实际使用的原材料和配合比，拌制了大量的150mm*150mm*150mm混凝土立方体试件，分别置于10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃的养护箱内，测定其早期抗压强度fcu随温度t、随时间h变化规律(见表2～4)，并绘制成C30、C35、C40抗压强度fcu-逐时累计温度℃·h曲线，同时得到了相应的回归公式，通过回归公式进行了印证，相关系数R2都达到了0.9以上，并计算得出C30～C40混凝土的脱模时间推荐值，用于预判铁路隧道二次衬砌脱模，同时提出了需要对该推荐值进行修正的情况。本发明提供的确定二次衬砌混凝土的脱模时间的方法更加方便，改变了以往通过同条件试件法测定脱模强度时劳动强度大、程序繁琐的特点，本法经过大量数据汇总，其准确度更高。
附图说明
图1是本发明实施例提供的基于逐时累计温度确定隧道二次衬砌脱模时间的方法流程图。
图2是本发明实施例提供的基于逐时累计温度确定隧道二次衬砌脱模时间的方法的C30～C40二衬混凝土达到8MPa需要的逐时累计温度柱形图。
图3是本发明实施例提供的二衬砼抗压强度fcu-逐时累计温度℃·h关系示意图；
图中：(a)C30二衬砼抗压强度fcu-逐时累计温度℃·h关系；(b)C35二衬砼抗压强度fcu-逐时累计温度℃·h关系；(c)C35二衬砼抗压强度fcu-逐时累计温度℃·h关系。
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。
本发明旨在解决现有的同条件养护试件法存在：操作不方便，每次拆模前需要及时地将现场的同条件养护试块搬至试验室进行抗压，尤其当进洞很深以后，将试块运出更加不便利，不符合工地上公务车辆使用紧张的实际情况；忽略隧道内环境温度随施工里程不同带来的梯度变化，以及隧道工点不同，环境温度可能存在很大差异的问题。本发明提供的确定二次衬砌混凝土的脱模时间的方法更加方便，准确度更高。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的基于逐时累计温度确定隧道二次衬砌脱模时间的方法包括以下步骤：
S101：判断逐时累计温度℃·h和抗压强度fcu的相关性；
S102：使用项目实际的原材料和配合比，拌制大量的150mm*150mm*150mm混凝土立方体试件；
S103：将试件分别置于10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃的养护箱内，测定其早期抗压强度fcu随温度t、随时间h变化规律；
S104：将变化规律绘制成C30、C35、C40抗压强度fcu-逐时累计温度℃·h曲线，并得出相应的回归公式；
S105：根据回归公式计算C30～C40混凝土的脱模时间推荐值，用于预判铁路隧道二次衬砌脱模。
作为本发明的优选实施例，步骤S101的具体步骤如下：
(1)对若干个在建隧道内的同条件养护试件在不同龄期(小时)的强度进行采集、分析；
(2)将采集、分析结果绘制成C30～C40二衬混凝土达到8MPa需要的逐时累计温度℃·h柱状图；
(3)根据柱状图判断抗压强度fcu和逐时累计温度℃·h可能高度相关。
作为本发明的优选实施例，步骤S104的回归公式的相关系数R2都在0.9以上。
作为本发明的优选实施例，步骤S105之后，在将脱模时间推荐值进行应用时，需要根据项目实际使用的二次衬砌混凝土，进行同条件试件抗压强度验证，以判断脱模时间推荐值是否需要修正。
下面结合试验对本发明的应用原理作进一步的描述。
1、逐时累计温度法试验研究的配比
本发明对部分项目在用的原材料及二次衬砌混凝土配合比进行了统计比较(见表1)，并在此基础上开展下面的试验。
2、逐时累计温度℃·h和抗压强度fcu的相关性
逐时累计温度℃·h，它是对逐日累计温度℃·d的借鉴，为了证明逐时累计温度℃·h和抗压强度fcu发展的存在联系，对若干个在建隧道内的同条件养护试件在不同龄期(小时)的强度进行了采集、分析后，绘制成C30～C40二衬混凝土达到8MPa需要的逐时累计温度℃·h柱状图，从图上看，不同强度等级混凝土、不同隧道工点达到同一抗压强度的逐时累计温度大约都为400℃·h，因此，抗压强度fcu和逐时累计温度℃·h可能高度相关(见图2)。
3、逐时累计温度℃·h和抗压强度fcu关系的统计与回归
由2中可知，抗压强度fcu和逐时累计温度℃·h可能高度相关，因此在若干个项目的中心试验室，使用项目实际的原材料和配合比，拌制了大量的150mm*150mm*150mm混凝土立方体试件，分别置于10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃的养护箱内，测定其早期抗压强度fcu随温度t、随时间h变化规律(见表2～4)，并绘制成C30、C35、C40抗压强度fcu-逐时累计温度℃·h曲线，同时得到了相应的回归公式，其相关系数R2都在0.9以上(见图3)。
4、根据回归公式预判不同环境温度下二次衬砌混凝土脱模时间
根据脱模强度的要求，利用(图3)得到的二衬砼抗压强度fcu-逐时累计温度℃·h关系回归公式，计算了C30～C40混凝土在某一养护温度下达到8MPa需要的时间(表5)。
从表4看，同环境温度下各强度等级的混凝土达到8MPa需要的时间基本接近，因此为方便操作和简化数据量，对表中同温度的脱模时间计算值进行了算术平均，并将该算术平均值作为C30～C40混凝土的脱模时间推荐值h0，用于预判铁路隧道二次衬砌脱模。
脱模时间推荐值h0，仅适用于某一结构实体在混凝土从浇筑到脱模的时间段内，环境温度无变化或变化不大的情况。隧道二次衬砌正是符合该条件，这样可以减少环境温度观测的频次，使脱模时机的控制更加准确。
然而，将脱模时间推荐值h0进行应用时，应考虑到各地区的原材料质量、性能差异，如外加剂缓凝、早强等成分的影响，以及水泥凝结时间、矿物掺合料的活性等的影响，同时还有配合比方面存在一定区别，如矿物掺合料掺量等，因此仍需要根据项目实际使用的二次衬砌混凝土，进行同条件试件抗压强度验证，以判断脱模时间推荐值h0是否需要修正。
修正的标准，建议以同条件试件抗压强度实测值达到8MPa的时间和脱模时间推荐值h0进行比较，当两者相差0.5h以上时，建议修正。这是因为，当实际测定的脱模时间比推荐时间短时，进行修正可提高模板利用率，加快施工进度；其次，当实际测定的脱模时间如果比推荐时间长时，进行修正可保证脱模时结构实体及现场施工人员、设备的安全可靠。脱模时间误差过小(≤0.5h)时，可不必修正，以避免现场操作过于复杂化，不方便指导施工。
5、结果
(1)逐时累计温度℃·h是对逐日累计温度℃·d的借鉴，它和混凝土抗压强度fcu高度相关，即环境温度t、养护时长h和抗压强度fcu存在函数关系。
(2)在养护箱内模拟不同温度环境，对C30～C40的二次衬砌混凝土配合比立方体试件进行养护，并按照预期的养护时间测试了其抗压强度，通过对抗压强度数据进行汇总、公式回归，发现对应回归公式的相关系数R2都在0.9以上，再次印证了逐时累计温度℃·h和混凝土抗压强度fcu高度相关。
(3)根据得到抗压强度fcu-逐时累计温度℃·h回归公式，计算了C30～C40混凝土抗压强度达到8MPa需要的时间，将三个强度等级对应的脱模时间计算值进行了算术平均，并将该算术平均值作为C30～C40混凝土的脱模时间推荐值，用于预判铁路隧道二次衬砌脱模。同时提出了需要对该推荐值进行修正的情况，并阐述了理由。
(4)因模筑混凝土拆模前封闭在模板内，其湿度变化不大，且环境湿度对混凝土早期强度的发展影响比较弱，因此在对脱模时间的试验研究过程中并未考虑湿度因素的影响。
表1部分项目在用的原材料及二次衬砌混凝土配合比
表2 C30混凝土养护温度、龄期、抗压强度统计表
表3 C35混凝土养护温度、龄期、抗压强度统计表
表4 C40混凝土养护温度、龄期、抗压强度统计表
表5不同温度下混凝土达到8MPa需要的时间(h)
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 (4)
1.一种基于逐时累计温度确定隧道二次衬砌脱模时间的方法，其特征在于，所述基于逐时累计温度确定隧道二次衬砌脱模时间的方法包括以下步骤：
步骤一，判断逐时累计温度℃·h和抗压强度fcu的相关性；
步骤二，使用原材料和配合比，拌制150mm*150mm*150mm混凝土立方体试件；
步骤三，将试件分别置于10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃的养护箱内，测定其早期抗压强度fcu随温度t、随时间h变化规律；
步骤四，将变化规律绘制成C30、C35、C40抗压强度fcu-逐时累计温度℃·h曲线，并得出回归公式；
y＝0.6724x2+6.2278x+266.03；R2＝0.9158，C30回归公式；
y＝0.7334x2+11.771x+205.43；R2＝0.9399，C35回归公式；
y＝0.15x2+15.731x+263.61；R2＝0.9508，C40回归公式；
其中y为逐时累计温度℃·h；
x为混凝土的抗压强度Mpa；
步骤五，根据回归公式计算C30～C40混凝土的脱模时间推荐值，用于预判铁路隧道二次衬砌脱模。
2.如权利要求1所述的基于逐时累计温度确定隧道二次衬砌脱模时间的方法，其特征在于，所述步骤一的具体步骤如下：
(1)对若干个在建隧道内的同条件养护试件在不同龄期的强度进行采集、分析；
(2)将采集、分析结果绘制成C30～C40二衬混凝土达到8MPa需要的逐时累计温度℃·h柱状图；
(3)根据柱状图判断抗压强度fcu和逐时累计温度℃·h可能高度相关。
3.如权利要求1所述的基于逐时累计温度确定隧道二次衬砌脱模时间的方法，其特征在于，所述步骤四的回归公式的相关系数R2都在0.9以上。
4.如权利要求1所述的基于逐时累计温度确定隧道二次衬砌脱模时间的方法，其特征在于，所述步骤五之后，在将脱模时间推荐值进行应用时，需要根据项目实际使用的二次衬砌混凝土，进行同条件试件抗压强度验证，以判断脱模时间推荐值是否需要修正。
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| 张立勃等: "逐时累计温度法预判隧道二次衬砌脱模时间", 《混凝土与水泥制品》 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117162225A (zh) * | 2023-11-03 | 2023-12-05 | 江苏神禹港务工程有限公司 | 一种混凝土预制构件脱模成型方法及系统 |
| CN117162225B (zh) * | 2023-11-03 | 2024-02-23 | 江苏神禹港务工程有限公司 | 一种混凝土预制构件脱模成型方法及系统 |
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