雙曲線(xiàn)冷卻塔筒壁混凝土拆模強(qiáng)度監(jiān)測(cè)研究

張衛(wèi)星，何永學(xué)，劉 驊，胡小紅，楊承春，夏長(zhǎng)銀，姚 磊

（1.中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)安徽電力建設(shè)第二工程有限公司，安徽 合肥 230000；2.中國(guó)能源建設(shè)股份公司，北京 100000）

尋找一種科學(xué)的非人為因素的監(jiān)測(cè)雙曲線(xiàn)冷卻塔筒壁施工拆模強(qiáng)度是相關(guān)人員共同的目標(biāo)?？茖W(xué)家們一直沒(méi)有停止過(guò)關(guān)于混凝土的強(qiáng)度研究，有大量研究證明，對(duì)于同一種水泥配制為同一標(biāo)號(hào)的混凝土具有同一強(qiáng)度增長(zhǎng)規(guī)律，即強(qiáng)度增長(zhǎng)的兩個(gè)主要影響因素是溫度和時(shí)間（齡期），故強(qiáng)度是溫度及齡期兩個(gè)變量的函數(shù)?；诖?，通過(guò)大量試驗(yàn)找出“強(qiáng)度-成熟度”的關(guān)系，并以成熟度為基準(zhǔn)來(lái)監(jiān)測(cè)現(xiàn)澆混凝土的強(qiáng)度，可以實(shí)現(xiàn)排除人為因素監(jiān)測(cè)混凝土強(qiáng)度。

1 雙曲線(xiàn)冷卻塔筒壁拆模強(qiáng)度的要求及常規(guī)方法

冷卻塔筒壁在混凝土澆筑即將結(jié)束時(shí)，根據(jù)需要按標(biāo)準(zhǔn)方法制作與結(jié)構(gòu)實(shí)體同條件養(yǎng)護(hù)的邊長(zhǎng)為150mm的立方體試件，并將制作好的同條件試塊放置在筒壁混凝土澆筑操作平臺(tái)上，采用與筒壁養(yǎng)護(hù)條件一致的方法進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。模板拆除前，在監(jiān)理人員的見(jiàn)證下，從筒壁操作平臺(tái)上運(yùn)送至現(xiàn)場(chǎng)第三方實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。待試驗(yàn)強(qiáng)度滿(mǎn)足規(guī)范要求后，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員和監(jiān)理簽字確認(rèn)后，再進(jìn)行筒壁模板拆除作業(yè)[1]。

2 用混凝土成熟度指標(biāo)監(jiān)測(cè)筒壁混凝土強(qiáng)度的基本原理

（1）建立一套筒壁混凝土內(nèi)部溫度信息采集、處理系統(tǒng)，主要包括在筒壁現(xiàn)澆混凝土內(nèi)部布置溫度傳感器采集混凝土溫度信息，再通過(guò)采集器將接收到現(xiàn)場(chǎng)溫度實(shí)時(shí)傳回指定服務(wù)器。

（2）研發(fā)一種混凝土“溫度-強(qiáng)度”關(guān)系曲線(xiàn)，找出混凝土內(nèi)部溫度與對(duì)應(yīng)強(qiáng)度的關(guān)系，并根據(jù)該關(guān)系曲線(xiàn)監(jiān)測(cè)冷卻塔筒壁混凝土實(shí)時(shí)強(qiáng)度[2]。

3 “溫度-強(qiáng)度”曲線(xiàn)試驗(yàn)

3.1 研究思路

混凝土拌合物澆注成型后，在合適的養(yǎng)護(hù)下逐漸硬化，其強(qiáng)度的增長(zhǎng)既取決于它的內(nèi)在因素，又決定于外部條件。組成原材料的品質(zhì)、比例是它的內(nèi)在因素，而養(yǎng)護(hù)溫度與硬化時(shí)間，則是它的外部條件。當(dāng)某一種混凝土的原材料、組成比例為已知時(shí)，其強(qiáng)度的增長(zhǎng)主要由溫度與時(shí)間決定[3]。

根據(jù)這一原理，建立合適的混凝土的強(qiáng)度與溫度、時(shí)間之間的關(guān)系，既可以在已知溫度和時(shí)間的情況下獲知混凝土的強(qiáng)度，又可以在已知的養(yǎng)護(hù)條件（溫度）下，獲知達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度需要的時(shí)間。

針對(duì)冷卻塔筒壁施工經(jīng)常采用的混凝土種類(lèi)，設(shè)計(jì)不同的養(yǎng)護(hù)溫度和時(shí)間，測(cè)定混凝土的早期強(qiáng)度，建立冷卻塔筒壁常用混凝土早期強(qiáng)度與溫度、時(shí)間之間的關(guān)系曲線(xiàn)[4]。通過(guò)引入混凝土成熟度指標(biāo)M，根據(jù)成熟度指標(biāo)M與早期混凝土強(qiáng)度的關(guān)系，得出冷卻塔筒壁混凝土早期實(shí)時(shí)強(qiáng)度。

3.2 研究方法

（1）混凝土強(qiáng)度等級(jí)的選定。根據(jù)目前雙曲線(xiàn)冷卻塔筒壁的施工情況，鋼筋混凝土雙曲線(xiàn)筒壁多用強(qiáng)度等級(jí)C40的混凝土，較少量采用C35強(qiáng)度等級(jí)的混凝土。本次試驗(yàn)選用鋼筋混凝土雙曲線(xiàn)冷卻塔筒壁較多狀況下使用的，強(qiáng)度等級(jí)為C40的混凝土作為研究對(duì)象。

（2）試驗(yàn)獲取混凝土早期強(qiáng)度數(shù)據(jù)。對(duì)于強(qiáng)度等級(jí)為C40的混凝土，選取標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)和自然養(yǎng)護(hù)兩種不同的養(yǎng)護(hù)條件進(jìn)行對(duì)比：在混凝土中設(shè)置溫度傳感器，連續(xù)實(shí)時(shí)記錄溫度，并實(shí)時(shí)檢測(cè)抗壓強(qiáng)度值。

制作標(biāo)準(zhǔn)混凝土立方體試塊14×2=28組，并進(jìn)行編號(hào)；14組放在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室，14組同條件養(yǎng)護(hù)。制作的混凝土抗壓強(qiáng)度試件，8h、12h、16h、20h、24h、28h、32h、36h、40h、44h、48h、52h、56h、60h 共 14個(gè)齡期測(cè)定混凝土抗壓強(qiáng)度，得出強(qiáng)度值如表1所示。

表1 混凝土早期強(qiáng)度數(shù)據(jù)

（3）建立混凝土內(nèi)部溫度及時(shí)間之間的關(guān)系曲線(xiàn)。混凝土內(nèi)部溫度及時(shí)間之間的關(guān)系曲線(xiàn)具體如圖1所示。

圖1 混凝土內(nèi)部溫度及時(shí)間之間的關(guān)系曲線(xiàn)

（4）成熟度M計(jì)算公式。成熟度計(jì)算方法如下：

式中：t為時(shí)間；T為t時(shí)所對(duì)應(yīng)的溫度；K為常數(shù)，由試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定（以相同成熟度達(dá)到的各齡期強(qiáng)度相等為標(biāo)準(zhǔn)，確定哪種成熟度表示方式才最適合本工程的配合比）。

通過(guò)分析，判斷伯格斯公式驗(yàn)證成熟度準(zhǔn)則的適用性。試驗(yàn)顯示，采用該公式對(duì)早期混凝土成熟度的相對(duì)誤差較大，但適用于齡期偏厚區(qū)間的混凝土成熟度測(cè)定。為保證其適用性，增加了考慮溫度修正后公式驗(yàn)證的成熟度。通過(guò)查找溫度影響系數(shù)Ki，結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)和自然養(yǎng)護(hù)下相對(duì)誤差情況如下，考慮溫度修正后公式驗(yàn)證成熟度更為合適。具體公式如下：

（5）混凝土實(shí)時(shí)強(qiáng)度計(jì)算公式。通過(guò)分析，可得出C40混凝土“成熟度-抗壓強(qiáng)度”的關(guān)系，從而確定其擬合函數(shù)如下：

（6）驗(yàn)證計(jì)算式符合性。根據(jù)C40混凝土“成熟度-抗壓強(qiáng)度”關(guān)系式得出的混凝土早期強(qiáng)度值與自然養(yǎng)護(hù)及標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的早期強(qiáng)度值進(jìn)行準(zhǔn)確性驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)誤差最大為5.7%，可知關(guān)系式滿(mǎn)足混凝土早期強(qiáng)度監(jiān)測(cè)要求。

（7）雙曲線(xiàn)冷卻塔筒壁混凝土拆模強(qiáng)度監(jiān)測(cè)。根據(jù)C40混凝土“成熟度-抗壓強(qiáng)度”關(guān)系式，按照規(guī)范設(shè)定拆模強(qiáng)度δ，就可以得出M。當(dāng)預(yù)埋在冷卻塔筒壁中的溫度采集器收集的溫度與時(shí)間的值達(dá)到M時(shí)，認(rèn)為筒壁混凝土強(qiáng)度達(dá)到拆模強(qiáng)度δ。

經(jīng)過(guò)實(shí)際工程測(cè)試，用此方法可以方便、準(zhǔn)確地控制拆模強(qiáng)度。

4 結(jié)束語(yǔ)

文章采用在混凝土試塊內(nèi)部埋置測(cè)溫導(dǎo)線(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)不同齡期試塊溫度的方法，基于混凝土早齡期溫度-強(qiáng)度對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)混凝土試塊抗壓強(qiáng)度的發(fā)展進(jìn)行了監(jiān)測(cè)和分析。結(jié)果表明，對(duì)于試塊早期內(nèi)部溫度與齡期的累計(jì)增長(zhǎng)變化量曲線(xiàn)與試塊抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)曲線(xiàn)形狀非常相似，引入混凝土成熟度M指標(biāo)后，得到了成熟度M與混凝土實(shí)時(shí)強(qiáng)度d之間的定量對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而形成了一套可行且可靠的混凝土早期實(shí)時(shí)強(qiáng)度無(wú)損檢測(cè)方法。