CN111241719B - 一种施工现场混凝土实际强度测算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于混凝土技术领域，特别涉及一种施工现场混凝土实际强度测算方法，目的在于提供一种建立试验室数据与现场施工环境数据之间的关系并应用于现场快速判定混凝土结构强度的方法。本发明提供了一种施工现场混凝土实际强度测算方法，在考虑温度对混凝土的等效龄期影响的前提下同时考虑湿度的影响，并综合考虑影响工程中混凝土强度的各种因素，分别建立强度系数数据库与强度衰减系数数据库，然后建立新工程现场新配混凝土强度预测公式，最后反算构件拆模时间，使得本发明预测的混凝土强度数据更加精准。本发明通过建立有效的实际混凝土强度与龄期之间的关系式，提供了一种评估混凝土结构强度的简单有效手段。
Description
技术领域
本发明属于混凝土技术领域，特别涉及一种施工现场混凝土实际强度测算方法。
背景技术
混凝土结构强度演化对高层和超高层建造过程有重要影响。基础底板采用大体积混凝土浇筑，其温度与强度演化与结构裂缝控制紧密相关。上部结构施工进度较快，模板拆除、模架爬升都需要混凝土达到特定强度才能进行。另一方面，如果混凝土强度无法满足设计要求，结构安全也无法保证。因此，实时监测与评估混凝土强度对高层超高层建造具有重大意义。然而目前对建筑结构状态的监测主要集中在荷载作用效应方面（应力、应变及变形），而对混凝土实体强度发展缺乏有效监测与评估手段。工程中对混凝土结构强度的评估普遍采用同条件养护、回弹法或超声回弹法、钻芯取样等，但这些方法一般只在混凝土结构浇筑28天后才进行，属于事后评估，缺乏时效性和代表性，存在明显的不足。
相比之下，运用成熟度方法预测混凝土结构强度演化状态，是一种切实可行的实时、原位无损检测技术。成熟度方法是一种综合考虑时间和温度对混凝土强度发展影响的技术，提供了一种评估混凝土结构强度的相对简单的方法。对于施工现场不允许进行试验的情况下，由于无法建立有效的实际混凝土强度与龄期之间的关系式，此种方法的运用受到制约。因此，采用试验室养护环境下所得到的试验数据预测现场施工环境下的混凝土强度是一种用于解决此种境况的简单有效手段。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当视为承认或以任何形式暗示该信息为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明提供了一种施工现场混凝土实际强度测算方法，为建立试验室数据与现场环境数据之间的关系并应用于现场快速判定提供一种解决方法。为解决以上技术问题，本发明包括如下技术方案：
一种施工现场混凝土实际强度测算方法，包括：
步骤一、在试验室标养条件下得到考虑混凝土强度综合影响因素的混凝土各龄期的强度，并记录相应混凝土内部温湿度变化，采用公式(1)计算得到等效龄期：
t e=∑[1/(α u−α 0)]·(T i /T r )−m·exp((−E a /R)·(1/T i −1/T r ))·[H i ·Δt i +((1−H i )/β)·ln(1+β·Δt i )] (1)
式中：t e 为等效龄期，单位h，下同；
T i 为第i小时与第i−1小时间的平均温度，单位℃；
H i 为第i小时与第i−1小时间的平均湿度，单位℃；
T r 为参考温度，取20℃；
Δt i 为第i小时与第i−1小时间的时间间隔，单位h；
R为气体常数，取8.314 J/mol；
β为与粉煤灰用量，水灰比以及干燥表面以下的深度有关的参数；
m为材料属性；
α 0 为固化阈值；
E a 为第i小时与第i−1小时间的活化能，采用公式(2)计算，单位J/mol；
E a =(42830−43·T i )·exp((−0.00017T i )t) (2)
式中：t为水泥水化时间，单位h；
α u 为极限水化程度，采用公式(3)计算；
α u =1.031w/(w+0.194) (3)
式中：w为混凝土中的水灰比；
步骤二、依据试验数据，回归公式(4)中的强度系数a，b，c与d，建立混凝土强度发展预测模型，即公式(4)；
f=a−b·exp(c·t e d ) (4)
式中：f为混凝土的预估强度；
a，b，c与d为强度系数,均为依据试验结果所得回归常数；
步骤三、参照所述步骤一、步骤二,采用公式(1)与公式(4)得到考虑混凝土强度综合影响因素的混凝土的实际强度f’与等效龄期间函数关系，从而得到混凝土的强度衰减系数γ，即公式(5)；
γ= f’ / f (5)
从而建立强度系数数据库与强度衰减系数数据库；
步骤四、根据步骤三中所得到的强度衰减系数γ，建立新工程现场新配混凝土强度预测公式，即公式(6)；
f’= γ·[a−b·exp(c·t e d )] (6)
步骤五、通过对施工现场环境下实体混凝土强度的评估，根据混凝土的配合比，调用强度衰减系数数据库，确定强度衰减系数γ；依据试验室标养条件下已有的试验数据，调用强度系数数据库，确定公式(6)中的强度系数a，b，c与d，建立现场混凝土强度发展预测模型；若数据库中未包含同等环境条件及配合比，则根据最接近的环境条件及配合比进行线性插值方法计算强度系数和强度衰减系数；然后根据混凝土构件拆模所需要满足的最小强度，通过公式(6)反算实际等效龄期，然后根据公式(1)反算构件拆模时间，该时间即为预测的现场混凝土拆模时刻。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：
本发明提供了一种施工现场混凝土实际强度测算方法，在考虑温度对混凝土的等效龄期影响的前提下同时考虑湿度的影响，并综合考虑影响工程中混凝土强度的各种因素，分别建立强度系数数据库与强度衰减系数数据库，然后建立新工程现场新配混凝土强度预测公式，最后反算构件拆模时间，使得本发明预测的混凝土强度数据更加精准。本发明采用试验室养护条件下混凝土强度数据即可对现场施工环境混凝土构件强度进行预测，对于现场施工不便的条件下混凝土构件的强度预测提供了保障，同时也给现场施工人员提供了便利。该发明中几乎囊括了影响工程中混凝土强度的所有因素，可以根据将要评估的混凝土实体实际工况进行选择，普适性好。
进一步地，所述混凝土强度综合影响因素包括水灰比、骨料粒径、水泥强度、砂石比、水泥品种、骨料品种、粉煤灰掺量、硅粉掺量、高炉矿渣掺量。在试验室标养条件下考虑混凝土强度综合影响因素的作用，分别进行相关试验，每次试验改变一种影响因素，其余八种因素固定，得到混凝土各龄期的强度，并记录相应混凝土内部温湿度变化，通过等效龄期的计算公式计算出等效龄期。
进一步地，为了尽可能真实再现施工现场实际工程的混凝土强度，所述强度系数数据库是分别通过大规模室内与现场试验，得到相对应混凝土室内与现场试验强度，进而通过二者比值得到其强度衰减系数，进而集成进入混凝土强度演化系统中所对应的强度衰减系数数据库。
进一步地，为了建立施工现场条件下混凝土强度与试验室标准养护条件下强度之间的换算关系，所述步骤三还包括：将与试验室相同配合比的混凝土试块放置于新工程现场进行同条件养护，同时监测混凝土试块内部的温度和湿度。
进一步地，所述步骤五还包括以新工程现场新配混凝土水灰比为基础值，在强度系数数据库中寻找与所述基础值最接近的两个水灰比数值以及对应的强度系数，利用线性插值法取值，同理可得到其他几种强度综合影响因素的强度系数，最后通过Maltlab进行编程计算得到总强度系数。
进一步地，所述步骤五还包括以新工程现场新配混凝土水灰比为基础值，在强度衰减系数数据库中寻找与所述基础值最接近的两个水灰比数值以及对应的强度衰减系数，利用线性插值法取值，同理可得到其他几种强度综合影响因素的强度衰减系数，最后通过Maltlab进行编程计算得到总强度衰减系数。
附图说明
图1为本发明一实施例中施工现场混凝土实际强度测算方法中步骤三至步骤五的流程图；
图2为本发明一实施例中施工现场混凝土实际强度测算方法中步骤五的示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的施工现场混凝土实际强度测算方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。为叙述方便，下文中所述的“上”、“下”与附图的上、下的方向一致，但这不能成为本发明技术方案的限制。
实施例一
下面结合图1和图2，详细说明本发明的施工现场混凝土实际强度测算方法。
请参考图1和图2，一种施工现场混凝土实际强度测算方法，包括：
步骤一、在试验室标养条件下得到考虑混凝土强度综合影响因素的混凝土各龄期的强度，并记录相应混凝土内部温湿度变化，采用公式(1)计算得到等效龄期：
t e=∑[1/(α u−α 0)]·(T i /T r )−m·exp((−E a /R)·(1/T i −1/T r ))·[H i ·Δt i +((1−H i )/β)·ln(1+β·Δt i )] (1)
式中：t e 为等效龄期，单位h，下同；
T i 为第i小时与第i−1小时间的平均温度，单位℃；
H i 为第i小时与第i−1小时间的平均湿度，单位℃；
T r 为参考温度，取20℃；
Δt i 为第i小时与第i−1小时间的时间间隔，单位h；
R为气体常数，取8.314 J/mol；
β为与粉煤灰用量，水灰比以及干燥表面以下的深度有关的参数；
m为材料属性；
α 0为固化阈值；
E a 为第i小时与第i−1小时间的活化能，采用公式(2)计算，单位J/mol；
E a =(42830−43·T i )·exp((−0.00017T i )t) (2)
式中：t为水泥水化时间，单位h；
α u 为极限水化程度，采用公式(3)计算；
α u =1.031w/(w+0.194) (3)
式中：w为混凝土中的水灰比；
步骤二、依据试验数据，回归公式(4)中的强度系数a，b，c与d，建立混凝土强度发展预测模型，即公式(4)；
f=a−b·exp(c·t e d ) (4)
式中：f为混凝土的预估强度；
a，b，c与d为强度系数,均为依据试验结果所得回归常数；
步骤三、为了建立现场条件下混凝土强度与试验室标准养护条件下混凝土强度之间的换算关系，将与试验室相同配比的混凝土试块放置于现场工程环境中进行同条件养护，同时监测混凝土内部的温湿度。参照所述步骤一、步骤二,得到混凝土强度与等效龄期之间的关系式。即采用公式(1)与公式(4)得到考虑混凝土强度综合影响因素的混凝土的实际强度f’与等效龄期间函数关系，从而得到混凝土的强度衰减系数γ，即公式(5)；
γ= f’ / f (5)
从而通过步骤三的方法进行大规模的室内和施工现场试验，以建立强度系数数据库与强度衰减系数数据库；
步骤四、根据步骤三中所得到的强度衰减系数γ，建立新工程现场新配混凝土强度预测公式，即公式(6)；
f’= γ·[a−b·exp(c·t e d )] (6)
步骤五、通过对施工现场环境下实体混凝土强度的评估，根据混凝土的配合比，调用强度衰减系数数据库，确定强度衰减系数γ；依据试验室标养条件下已有的试验数据，调用强度系数数据库，确定公式(6)中的强度系数a，b，c与d，建立现场混凝土强度发展预测模型；若数据库中未包含同等环境条件及配合比，则根据最接近的环境条件及配合比进行线性插值方法计算强度系数和强度衰减系数；然后根据混凝土构件拆模所需要满足的最小强度，通过公式(6)反算实际等效龄期，然后根据公式(1)反算构件拆模时间，该时间即为预测的现场混凝土拆模时刻。例如，已知混凝土构件拆模所需要满足的最小强度为f min ，则通过公式（6）可以反算出其等效龄期t e,min =[ln((a-f min /γ)/b)/c]1/d ,其中强度系数a，b，c与d以及强度衰减系数γ已根据配合比及所用材料，调用强度衰减系数数据库以及强度系数数据库中数据内插后确定。随后将得到的等效龄期t e,min 代入公式（1）中即可反算得到构件拆模的时间Δt min 。
具体来说，本实施例就如何建立试验室数据与现场环境数据之间的关系并应用于现场快速判定提供一种解决方法。本实施例提供了一种施工现场混凝土实际强度测算方法，通过在考虑温度对混凝土的等效龄期影响的前提下同时考虑湿度的影响，并综合考虑影响工程中混凝土强度的各种因素，分别建立强度系数数据库与强度衰减系数数据库，然后建立新工程现场新配混凝土强度预测公式，最后反算构件拆模时间，使得本发明预测的混凝土强度数据更加精准。本发明采用试验室养护条件下混凝土强度数据即可对现场施工环境混凝土构件强度进行预测，对于现场施工不便的条件下混凝土构件的强度预测提供了保障，同时也给现场施工人员提供了便利。该发明中几乎囊括了影响工程中混凝土强度的所有因素，可以根据将要评估的混凝土实体实际工况进行选择，普适性好。
在本实施例中，更优选地，混凝土强度综合影响因素包括水灰比、骨料粒径、水泥强度、砂石比、水泥品种、骨料品种、粉煤灰掺量、硅粉掺量、高炉矿渣掺量。在试验室标养条件下考虑混凝土强度综合影响因素的作用，分别进行相关试验，每次试验改变一种影响因素，其余八种因素固定，得到混凝土各龄期的强度，并记录相应混凝土内部温湿度变化，通过等效龄期的计算公式计算出等效龄期。
在本实施例中，更优选地，在步骤五中，还包括以新工程现场新配混凝土水灰比为基础值，在强度系数数据库中寻找与所述基础值最接近的两个水灰比数值以及对应的强度系数，利用线性插值法取值，同理可得到其他几种强度综合影响因素的强度系数，最后通过Maltlab进行编程计算得到总强度系数。同理，可以得到到总强度衰减系数。具体来说，以强度衰减系数库为例，假设新工程现场新配混凝土水灰比为w w ，在数据库中寻找最接近的两个水灰比及相应衰减系数,即[w 1,γ1]与[w 2, γ2]。要得到[w 1,w 2]区间内w w 的衰减系数，则采用线性插值进行取值，即γ w =(w 1-w w )/(w 2-w 1)*(γ2-γ1)+ γ1。同理可得其他影响参数的衰减系数(γagg，γFA，γSG,……)，再通过Matlab进行编程计算得到总衰减系数γsum。强度系数数据库同理。
本实施例采用试验室养护环境下所得到的试验数据预测现场施工环境下的混凝土强度，解决了成熟度方法预测混凝土结构强度方法的不适用于施工现场不允许进行试验的不足。从而，本发明通过建立有效的实际混凝土强度与龄期之间的关系式，提供了一种评估混凝土结构强度的简单有效手段。
上述实例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受以上实施例的限制。以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (6)
1.一种施工现场混凝土实际强度测算方法，其特征在于，包括：
步骤一、在试验室标养条件下得到考虑混凝土强度综合影响因素的混凝土各龄期的强度，并记录相应混凝土内部温湿度变化，采用公式(1)计算得到等效龄期：
t e=∑[1/(α u−α 0)]·(T i /T r )−m·exp((−E a /R)·(1/T i −1/T r ))·[H i ·Δt i +((1−H i )/β)·ln(1+β·Δt i )] (1)
式中：t e为等效龄期，单位h；
T i 为第i小时与第i−1小时间的平均温度，单位℃；
H i为第i小时与第i−1小时间的平均湿度，单位℃；
T r 为参考温度，取20℃；
Δt i 为第i小时与第i−1小时间的时间间隔，单位h；
R为气体常数，取8.314 J/mol；
β为与粉煤灰用量，水灰比以及干燥表面深度有关的参数；
m为材料属性；
α 0为固化阈值；
E a为第i小时与第i−1小时间的活化能，采用公式(2)计算，单位J/mol；
E a =(42830−43·T i )·exp((−0.00017T i )t) (2)
式中：t为水泥水化时间，单位h；
α u 为极限水化程度，采用公式(3)计算；
α u =1.031w/(w+0.194) (3)
式中：w为混凝土中的水灰比；
步骤二、依据试验数据，回归公式(4)中的强度系数a，b，c与d，建立混凝土强度发展预测模型，即公式(4)；
f=a−b·exp(c·t e d ) (4)
式中：f为混凝土的预估强度；
a，b，c与d为强度系数,均为依据试验结果所得回归常数；
步骤三、参照所述步骤一、步骤二,采用公式(1)与公式(4)得到考虑混凝土强度综合影响因素的混凝土的实际强度f’与等效龄期间函数关系，从而得到混凝土的强度衰减系数γ，即公式(5)；
γ= f’ / f (5)
从而建立强度系数数据库与强度衰减系数数据库；
步骤四、根据步骤三中所得到的强度衰减系数γ，建立新工程现场新配混凝土强度预测公式，即公式(6)；
f’ = γ·[a−b·exp(c·t e d )] (6)
步骤五、通过对施工现场环境下实体混凝土强度的评估，根据混凝土的配合比，调用强度衰减系数数据库，确定强度衰减系数γ；依据试验室标养条件下已有的试验数据，调用强度系数数据库，确定公式(6)中的强度系数a，b，c与d，建立现场混凝土强度发展预测模型；若数据库中未包含同等环境条件及配合比，则根据最接近的环境条件及配合比进行线性插值方法计算强度系数和强度衰减系数；然后根据混凝土构件拆模所需要满足的最小强度，通过公式(6)反算实际等效龄期，然后根据公式(1)反算构件拆模时间，该时间即为预测的现场混凝土拆模时刻。
2.如权利要求1所述的施工现场混凝土实际强度测算方法，其特征在于，所述混凝土强度综合影响因素包括水灰比、骨料粒径、水泥强度、砂石比、水泥品种、骨料品种、粉煤灰掺量、硅粉掺量、高炉矿渣掺量。
3.如权利要求2所述的施工现场混凝土实际强度测算方法，其特征在于，所述强度系数数据库是分别通过大规模室内与现场试验，得到相对应混凝土室内与现场试验强度，进而通过二者比值得到其强度衰减系数，进而集成进入混凝土强度演化系统中所对应的强度衰减系数数据库。
4.如权利要求1所述的施工现场混凝土实际强度测算方法，其特征在于，所述步骤三还包括：将与试验室相同配合比的混凝土试块放置于新工程现场进行同条件养护，同时监测所述混凝土试块内部的温度和湿度。
5.如权利要求2所述的施工现场混凝土实际强度测算方法，其特征在于，所述步骤五还包括以新工程现场新配混凝土水灰比为基础值，在强度系数数据库中寻找与所述基础值最接近的两个水灰比数值以及对应的强度系数，利用线性插值法取值，同理可得到其他几种强度综合影响因素的强度系数，最后通过Matlab进行编程计算得到总强度系数。
6.如权利要求2所述的施工现场混凝土实际强度测算方法，其特征在于，所述步骤五还包括以新工程现场新配混凝土水灰比为基础值，在强度衰减系数数据库中寻找与所述基础值最接近的两个水灰比数值以及对应的强度衰减系数，利用线性插值法取值，同理可得到其他几种强度综合影响因素的强度衰减系数，最后通过Matlab进行编程计算得到总强度衰减系数。
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