混凝土成熟度計算方法及應(yīng)用

付曉麗，張?zhí)炝?/p>

（1.山東省水利勘測設(shè)計院，山東 濟南 250014；2.山東廣信工程試驗檢測集團有限公司，山東 濟南 250000）

混凝土在硬化過程中發(fā)生著復(fù)雜的物理、化學(xué)變化。在適當(dāng)?shù)酿B(yǎng)護條件下，混凝土澆筑后其強度的增長取決于組成原材料的品質(zhì)、比例以及養(yǎng)護溫度和硬化時間。當(dāng)混凝土原材料比例一定時，強度的增長快慢則主要取決于養(yǎng)護的溫度和養(yǎng)護的時間。養(yǎng)護溫度和養(yǎng)護時間的乘積通常稱之為成熟度。一定配合比的混凝土不管溫度與時間如何組成，只要成熟度相等，其強度大致相同。因此，對于配合比一定的混凝土，可以依據(jù)養(yǎng)護溫度與養(yǎng)護時間來推算結(jié)構(gòu)混凝土已達到的大致強度。

早期推定混凝土強度的意義：

1）混凝土標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護28d強度試驗，周期長、不能及時預(yù)報施工質(zhì)量或調(diào)整配合比，不利于加強混凝土質(zhì)量管理和充分利用水泥活性。

2）通過早期強度推定標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護28d強度，利于在混凝土生產(chǎn)施工中對其進行強度控制及對配合比進行調(diào)整和輔助設(shè)計。

1 混凝土成熟度計算方法

采用與工程相同原材料制作試件，坍落度或工作度與工程相近；避免由于原材料不同而造成強度增長不一致；數(shù)量不少于30組，水膠比不少于3種，且最大最小水灰比之差≥0.2；按回歸方程建立強度關(guān)系式，相關(guān)系數(shù)不小于0.9，剩余標(biāo)準(zhǔn)差不大于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護28d強度的10%；專門建立強度關(guān)系式時，條件應(yīng)基本相同，加速養(yǎng)護強度在關(guān)系式最大最小值范圍內(nèi)；宜利用應(yīng)用過程中積累數(shù)據(jù)加原有數(shù)據(jù)對關(guān)系式進行修正。

《建筑工程冬期施工規(guī)程》（JGJ104-2011）中采用的成熟度計算公式：

正溫養(yǎng)護條件下：M=∑（t+10）αt（不摻防凍劑）

負溫養(yǎng)護條件下：M=∑k（t+15）αt（摻防凍劑，系數(shù)k，因水泥而定）

式中M為混凝土的成熟度，℃·h；t為混凝土的養(yǎng)護溫度，℃；αt為溫度為t時的持續(xù)時間，h。

2 成熟度的應(yīng)用

《建筑工程冬期施工規(guī)程》JGJ/T104-2011的附錄B，關(guān)于成熟度的應(yīng)用有如下規(guī)定：

1）本方法適用于不摻外加劑在50℃以下正溫養(yǎng)護和摻外加劑在30℃以下養(yǎng)護的混凝土；也可用于摻防凍劑負溫養(yǎng)護法施工的混凝土。

2）本方法適用于預(yù)估混凝土強度標(biāo)準(zhǔn)值60%以內(nèi)的強度值。

3）應(yīng)采用工程實際使用的混凝土原材料和配合比，制作不少于5組混凝土立方體標(biāo)準(zhǔn)試件在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護，測試 1d、2d、3d、7d、28d 的強度值。

4）采用本法應(yīng)取得現(xiàn)場養(yǎng)護混凝土的連續(xù)溫度實測資料。

2.1 應(yīng)用范圍

1）測定成熟度曲線，預(yù)測早期強度。

2）用于無損測強。即：取實際的工程材料，按實際施工配合比成型4組試件，分別測定 1d、2d、3d、7d 的強度 f1、f2、f3、f7。建立齡期—度曲線（圖解法或計算法）。

（1）圖解法。在坐標(biāo)紙上，以強度為縱坐標(biāo)，以成熟度為橫坐標(biāo)建立曲線圖，依據(jù)成熟度曲線圖求對應(yīng)齡期的強度。

（2）計算法。就是通過回歸分析，得出擬合公式，通過公式計算。依據(jù)混凝土的養(yǎng)護溫度—時間關(guān)系，利用公式：

計算達到強度時的等效齡期。即相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護條件下的養(yǎng)護時間。依據(jù)等效齡期可通過圖解法或計算法得到混凝土等效齡期的強度值。

3）用于冬期混凝土施工。

2.2 成熟度應(yīng)用舉例

某混凝土經(jīng)試驗測得20℃標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護條件下，各齡期的強度如表1所示?；炷翝仓螅躔B(yǎng)護階段測溫記錄見表2。

表1 各齡期混凝土強度

表2 混凝土初養(yǎng)護階段測溫記錄表

計算澆筑38h后混凝土的強度。

1）回歸計算法。計算標(biāo)養(yǎng)齡期的成熟度（計算成熟度：依據(jù)養(yǎng)護測溫資料，按下式計算混凝土的成熟度M：

式中M，混凝土的成熟度，℃·h；T，在時間t內(nèi)混凝土的平均溫度，℃；t，溫度為T時的持續(xù)時間，h。

設(shè)Y=AX+B，則 y=LnR；X=1/M

經(jīng)計算，得Y=-1671.175X+3.383

即：LnR=-1671.175/M+3.383

表3 標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護齡期成熟度表

計算38h后的等效成熟度為：M38h=1742℃·h，代入上式得：

2）圖解法。計算標(biāo)養(yǎng)試件的成熟度，作成熟度與試件抗壓強度的關(guān)系曲線，如圖1所示。

圖1 混凝土抗壓強度與成熟度關(guān)系曲線

計算澆筑38h后的成熟度。

在曲線圖上找出成熟度為1882℃·h對應(yīng)的強度為12.0MPa。將成熟度M分別代入上述公式計算出強度f，養(yǎng)護后混凝土的強度為計算強度的80%。

3 結(jié)語

成熟度的概念在水泥混凝土的施工中具有重要的地位。尤其是在冬期低溫環(huán)境下施工和無損檢測方面。但是，由于混凝土組成材料的不同，所處環(huán)境條件的差異，試驗人員業(yè)務(wù)水平的參差不齊，目前還沒有統(tǒng)一的混凝土成熟度公式，至少在低溫條件下沒有統(tǒng)一的成熟度公式，還需要進一步探索和研究。