学位论文：混凝土结构早拆模板体系与拆模时间的研究.pdf

Y 1031703申请同济大学工学硕士学位论文混凝土结构早拆模板体系 与拆模时间的研究培养单位：土木工程学院 一级学科：土木工程 二级学科：结构工程 摘要摘要随着高层建筑的兴起，现浇钢筋混凝土结构工程不断增多，施工所需的模 板也越来越大模板工程是混凝土结构工程施工的重要部分，直接影响到工 程建设项目的质量和成本.模板的循环利用不仅减少了模板的一次性投入和充 分利用资源而且加速了模板的循环使用速度、周期和折旧.早拆模板体系施工 技术就是将跨度较大的现浇钢筋混凝土梁板等水平构件通过竖向支撑变为短跨 受力结构，从而达到减少拆模时间，提高模板的循环利用率的作用.及时进行模板拆除，可提高模板的周转率，降低工程施工成本，但过早拆 除模板，混凝土又会因强度不足而难以承担自身的重量，或受到外力作用而变 形甚至出现断裂，造成重大的质量事故。因此，模板尤其是底模板的拆除时间 既关系到经济效益，又影响着工程质量.便捷、准确地确定拆模时间是混凝土 工程施工控制的主要环节之一 本文以混凝土结构早拆模板体系和拆模时间为研究对象，系统地分析和总 结了国内研究现状及发展趋势：通过理论分析在新成熟理论的基础上得出确定 混凝土结构拆模时间的方法；通过ANSYS模拟试验，研究分析了早拆模板体系 裂缝产生的原因及防治措施；并进一步总结了早拆模板体系的施工方法，提出 简易的早拆模设计方法。关健词，早拆模板，成熟度，拆模时间，有限元分析AbstractABSTRACTWith th e rise o f h igh-rise buil din gs,th e c o n stan t in c rease in c ast-in-pl ac e rein f o rc ed c o n aete struc ture,th e c o n struc tio n o f th e templ ate vo l ume is al so gro win g.Co n c rete Templ ate Co n struc tio n is an impo rtan t part o f a direc t impac t o n th e qual ity an d c o st o f c o n struc tio n pro jec ts.Templ ate rec yc l in g is n o t o n l y a o n e-time reduc tio n o f in put templ ates an d makes f uD use o f th e reso urc es an d th e rec yc l in g rate h as ac c el erated th e templ ate,an d th e deprec iatio n c yc l e.Co n struc tio n tec h n o l o gy is an earl y templ ate system wil l span l o n g l evel c o mpo n en ts suc h as c ast-in-pl ac e rein f o rc ed c o n c rete beams th ro ugh in to vertic al suppo rt sh o rt in ter-f o rc e struc ture,th ereby reduc e th e disman tl in g templ ate time,an d impro ved util izatio n o f th e ro l e o f th e c yc l e templ ate.Pro mptl y remo ve templ ate,th e templ ate c an in c rease turn o ver rate,l o wer c o n struc tio n c o st,but th e premature remo val o f templ ate Co n c rete wil l be dif f ic ul t due to its o wn weigh t an d stren gth,f rac ture o r even def o rmed by ex tern al f o rc e,c ause majo r ac c iden ts.Th eref o re,in partic ul ar,th e en d o f templ ate f o r th e remo val o f ec o n o mic ben ef its to bo th time an d af f ec ts th e qual ity o f th e pro jec t Co n ven ien t,ac c urate determin atio n o f disman tl in g templ ate time c o n tro l is a majo r el emen t o f th e c o n c rete c o n struc tio itIn th is paper,c o n c rete struc ture earl y-disman tl in g templ ate system an d disman tl in g templ ate time f o r th e study,systematic al l y an al yzed an d summarized th e c urren t situatio n an d devel o pmen t tren d o f do mestic researc h;Th ro ugh th eo retic al an al ysis based o n th e th eo ry o f th e n ew maturity to reac h def in itive c o n c rete struc ture disman tl in g templ ate time;by ANSYS simul atio n,an al ysis o f th e c auses o f c rac ks th e earl y-disman tl in g templ ate an d c o n tro l measures;an d f urth er summarized as earl y as templ ate system,th e meth o d in th e earl y kn o c k summary design.Keywo rds:Th e earl y-disman tl in g templ ate,maturity,disman tl in g tei冲l ate time,f in ite el emen t an al ysis学位论文版权使用授权书本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务;学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版:在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。同济大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。第I章结论第1章结论1.1 概述我国改革开放以来，随着高层建筑的兴起，现浇钢筋混凝土结构工程不断 增多，施工所需的模板量也越来越大，从而推动了建筑施工工业化的发展。预 拌混凝土、泵送混凝土、各种新型钢筋连接工艺和各种现浇混凝土的新型模板，也随之有了较快的发展。尤其是约占钢筋混凝土工程总造价30%、劳动量35%、工期50%的模板工程，近年来有了更大的变化，对于加快施工速度、保证施工 质量、节约材料和降低模板成本，均起到了一定的作用.模板工程是混凝土结构工程施工的重要部分，特别是现浇结构的模板工程，直接影响到工程建设项目的质、造价和企业的经济效益，因此是推进我国建 筑技术进步的一个重要内容之一，也己成为依靠科技进步、振兴建筑企业的重 要目标。模板工程施工技术也得到迅速的发展，上世纪6070年代贯彻“以钢代 木技术政策以来，随着组合钢模板的大面积推广应用，相继成功研发了塑料、玻璃钢、木胶合板、竹胶合板等多种材质的模板新品种；同时又针对混凝土工 程的不同特点，开发应用了大模板、滑模、爬模、台（桌）模、滑框倒模、陡道模、筒子模、早拆模板体系等新的模板工程施工技术，都取得了明显的经济效益和 社会效益.随着模板类型和种类的增多，模板的一次性投入、利用和循环效率 己经成为影响建筑结构工程质量和工程成本的重要内容.特别是施工中模板循 环利用更是重中之重，而篇工中模板的拆模时间是模板循环利用的关键.模板 的循环利用不仅减少了模板的一次性投入和充分利用资源而且加速了模板的循 环使用速度、周期和折旧，这些都符合当前的市场经济运行规律，同时合理的 模板拆除时间也能加快工程进度、节约劳动力.当前随着社会的发展和市场竞 争的加剧，有些工程为降低运营成本，加快工程进度和模板的循环周期一味的 追求循环速度，在混凝土未达到拆模条件时强行拆除，从而影响了非完整结构 的工程质量，造成了严重的后果甚至酿成工程事故.但如果总是因循守旧，不 提高技术实力，不依据具体问题具体分析原则，灵活运用拆模时间，也不能满 足发展社会生产力的需要.那么就必须将加快模板的循环和保证工程质量有机第1章绪论的结合起来.合理模板的循环顺序的有一个非常重要的前提是必须保证非完整 结构的质量。非完整结构的质量控制主要体现在以下几个方面：(1)拆除后混凝土构件的裂缝宽度变化情况；(2)拆除后混凝土梁、板的挠度变化情况；拆除后混凝土截面的应力变化情况；(4)拆除后混凝土结构水平层间位移变化情况；d者统称前期强度）增长与时间、温度之间的 关系直观、准确的反映，为工程实际准确确定混凝土拆模时间提供了可靠的理 论计算依据.表1.1底模拆除时的混凝土强度要求构件类型构件跨度（m）达到设计的混凝土立方体抗压强 度标准值的百分率（%）板502,4758100梁、拱、壳758100悬臂构件1001.1.2模板体系及其施工工艺随着现浇混凝土结构施工技术的发展，现场施工机械的改进以及新材料新 工艺的采用，促进了模板工程不断革新，日益完善.从模板规格、施工技术、加工工艺和管理方法等方面都不断有所发展。按照模板体系及其施工工艺分类，现浇混凝土结构工业化模板可以为：组 合钢模板、钢框覆面胶合板模板、早拆模板体系、利建模板、铸铝模板、大模 板、滑动模板、爬升模板、台（桌）模、隧道模、永久性模板、密肋楼板模壳 等。其中早拆模板体系施工技术就是将跨度较大的现浇钢筋混凝土梁板等水平 构件通过竖向支撑变为短跨受力结构，从而达到减少拆模时间，提高模板的循 环利用率的作用。早拆模板体系施工技术在国外于20世纪70年代开始应用，我国于20世纪 80年代从国外引进，并成功地实施应用多年，展现了显著的技术经济效果。它 主要有以下的四大优点：（1）大大减少了模板投入量.随施工流水段的划分和施工程序不同而有差 别，一般可减少30%40%的模板投入量；（2）威工工效可提高23倍；（3）施工工期每层可提前12d,加快模板周转2Y倍；3第I章绪论(4)综合经济效益比组合钢模板采用普通麓工方法可省30%50%的经费.1.2国内外研究现状 12.1早拆模体系的研究现状早拆模板体系可减少模板配置、降低成本，是混凝土施工中的一项先进技 术,其基本原理就是在施工阶段，用支模体系的支撑立杆作为支点，把结构构 件的跨度减小，降低结构构件的内力，实现提早拆模。图1.1早拆模板体系早拆模板体系是一项早已在上世纪70年代初期就公开的技术.较早、较完 整公布此项技术相关的专利资料有英国的SGB脚手架公司和德国PERI模板公 司。我国在上世纪80年代引进英国SGB公司的SP-7 0早拆模板体系,与此同时 相继引用了德国PERI公司的早拆柱头、箱形模板梁和SGB的碗扣脚手架，对 促进我国早拆模板支撑技术的发展起了推动作用。比尔特(BILD)早拆模板支撑体系就是在引进国外先进技术的基础上，结 合国内建筑结构的特点和组合钢模板、钢支撑的现状，进行消化、吸收、开发,逐步形成一套 图1.1早拆模板体系比较完善的、适用性强的体系.在国内应用较多的还有TLC插卡型多功能早拆 模板支撑体系.这是一种模板支架与施工单位的钢木楞和模板配合使用而形成 第1章绪论的早拆模板支撑体系.这种模板支架由北京市泰利城建筑技术发展中心研究开 发，它是由插卡型多功能脚手架和可调型组装式模板早拆柱头组成的.经过多年的研究和实践应用，我国的早拆模板技术已达到国际先进水平 然而，目前在国内早拆模板体系的应用仍不广泛，原因如下：(1)模板布板配模设计深度、细度要求高，国内一般的施工人员不易完成；(2)对施工现场的施工管理提出更高的要求(尤其是放线次数)，减慢了 施工速度，在节省模板材料经济效益不明显的情况下，施工单位，尤其对专业 劳务分包往往不愿使用；(3)在过多的次梁结构中其优越性不很显著；(4)对模板早拆时间及早拆后对最终混凝土结构的影响尚没有一个确定的 结论，使建设单位、设计人员和施工技术人员难以把握，影响了这一技术的推 广1.2.2 混凝土早期受力后对后期性能的影响现代现浇混凝土施工方法致力于尽量的缩短施工工期.然而，相对于早龄 期混凝土的低强度而言，较小的压力就可能引起较大的破坏，这样必须重视混 凝土在早龄期受力对其后期性能的影响。早龄期混凝土是指龄期少于7 d的混凝土.在这7 d里，混凝土的内部成分 发生了很大的改变.由于早龄期混凝土水化过程的快速进行和微结构的形成，任何作用于早龄期混凝土而产生的影响比后期受外界作用的影响要大的多.实 际上，混凝土的真正内部变化发展是相当复杂的，在水泥颗粒分解的同时，水 化产物沉淀，水化晶体互相胶结，从而引起内部微结构的变化.水泥颗粒一经 接触水便开始分解反应，水化产物便溶解在溶液中并沉积在还未水化的水泥颗 粒表面。混凝土的强度就是靠这些水化产物的逐渐累积而获得的.混凝土强度随龄期的增长而增长，混凝土早期的快速水化导致混凝土强度 的快速增加，通过在不同龄期施加不同的荷载来揭示混凝土的自愈能力.考虑 到混凝土在一定的加教范围内才可能自愈众所周知，混凝土的水化程度决定 了混凝土的强度.当处于潮湿状态时，混凝土可以水化的较为充分，而当混凝 土孔隙内相对湿度低于80%时，水化程度就严重降低.当混凝土受静力后，内 部微结构也发生了改变，当然水化结果也相应的发生了变化.s第1章绪论Abrams在1913年发现，混凝土具有自愈能力，即混凝土内部没有切向位移 的细微裂缝在潮湿环境里能自动愈合.当然，混凝土实际愈合程度取决于实际 断裂几何尺寸和混凝土的养护情况。混凝土自愈所能承受的最大裂纹宽度估计 为0.1mm到0.2mm,还要经常定时给水以保证混凝土养护的潮湿环境。混凝土 的自愈实际上是因断裂而暴露于外的未水化水泥的水化结果.同时，氢氧化钙 溶液中由于碳酸钙饱和而析出的不溶性碳酸钙的形成也对混凝土的自愈做出了 一定的贡献.在早龄期混凝土内部，未水化的水泥含量更多在静力荷载作用下，由于微裂缝的产生使更多的未水化水泥暴露.从而导致更多的水泥水化.混凝土 的自愈是混凝土各个方面综合作用的结果。我国学者通过试验对混凝土在早龄期受力后对后期性能的影响进行了研 究。试验中采用高强混凝土和普通强度混凝土来观察不同强度混凝土受静力荷 载作用的影响，试验荷载选择为混凝土当时强度的30%,50%和70%,同时试验 考虑拉、压两方面。得出以下结论【列：（1）混凝土早龄期的静力加载时间和卸羲后混凝土的养护条件对混凝土后 期性能的影响要比加载的荷载大小对混凝土后期性能的影响要大。（2）不管是高强混凝土还是普通强度混凝土，混凝土早龄期受静力对其后 期性能影响不大.在浇筑8h后，除力大小不超过其当时强度的70%,受静力作 用不影响混凝土后期强度增长.（3）混凝土受早期静力作用后，其后期的养护条件很重要，它将影响混凝 土的自愈程度.如果卸载后混凝土能够充分水化，将使混凝土得到更好的恢复,还可能提高混凝土的强度.（4）较之与实验室条件养护混凝土试件，养护室养护混凝土试件水泥水化 更为充分.所以要使混凝土试件得到很好的水化，或者要使受过静力损伤的混 凝土试件得到较好的恢复，必须保证其养护条件.1.2.3 现浇混凝土结构早期裂缝控制研究按照作用和效应的关系法则，现浇混凝土结构早期受到的直接作用主要为 施工荷载，以往的施工技术规范和结构设计规范已经有明确的规定，即直接作 用可以采用成熟的结构分析方法计算。跟早期裂缝生成效应相关的间接作用，可以归纳为温度作用（热胀冷缩）、湿度作用（干缩与湿胀）、施工临时支撑结 第1章绪论构变形、地基变形等.徐变(应力松弛)为混凝土材料在各种作用下的特殊效 应。1.23.1温度作用现浇混凝土构件至于现场环境中，除混凝土水化发展的水化热外，还要受 到环境温度变化的影响.环境温度的来源主要是太阳辐射、或施工后加热养护 等.此外，重要的还有混凝土材料的热工特性参数，随混凝土不同而变化，导 致相同环境条件所得温度发展结果不同。(1)水化热水泥在水化过程中会产生水化热，如果一次浇注混凝土的体积量大，产生 的大量水化热散不出去，表面和内部升温、降温速度不同，从而会产生表面甚 至贯穿裂缝。大坝的大体积混凝土温度裂缝问题尤其突出，朱伯芳等早在1976 年就对此进行了详细论述.在工业和民用建筑工程中，常见的大体积混凝土是 基础底板，王铁梦教授最早在国内进行建筑工程中大体积混凝土裂缝控制的研 究，他还提出了取消伸缩缝的理论和实践依据.国外对于温度裂缝的研究也相对深入1989年，RILEM专门建立了相应的 技术委员会TLC119,研讨预防混凝土早期温度裂缝问题，该委员会组织了国际 研讨会来加深对于该方面的认识.讨论的关键问题还在于热膨胀系数(Th ermal Dil atio n Co ef f ic ien t,简称TDC,控制温度变化转化为结构材料的应变)的确定.(2)环境温度、湿度现浇混凝土结构与其他混凝土结构形式不同的是，产品成形阶段会经历季 节变化、昼夜温度、湿度变化等的影响，譬如，在上海地区昼夜温差可达15X?左右，而春秋季节的湿度比夏天梅雨季节低得多.这样的变化会导致现浇混凝 土结构材料强度发展的不均衡性。(3)混凝土材料的热工特征结构设计中一般只涉及成熟混凝土的热膨胀系数(TDC).一般认为，热 膨胀系数取决于混凝土孔隙结构中的湿度状态，孔隙结构干燥的和湿饱和的混 凝土其热膨胀系数较低，而孔隙结构部分饱和的混凝土的热膨胀系数较高.另 外，热膨胀系数还取决与混凝土的骨料的选用，例如石灰石骨料的热膨胀系数 只有l.Ox l O-6/r.然而，对于早期混凝土热膨胀系数的研究则相当有限，至今仍 未去的共识。其他热工参数如比热、热传导系数等的研究也较少。7第1章绪论1.23.2收缩变形作用一般地，混凝土收缩变形包括塑性收缩、自干燥收缩、干燥收缩、温度收 缩和碳化收缩五种主要形式.(1)塑性收缩混凝土的塑性收缩发生在塑性阶段，由水泥水化反应决定，也有研究者称 之为化学收缩。虽然体积变化量很大，但由于混凝土尚未硬化，一般认为，在 施工作业振捣充分时不会影响后期质量.(2)自干燥收缩发生在水泥硬化过程(早前期阶段)，源于混凝土内部尚未完全水化的水泥 颗粒的继续反应消耗自由水，不与环境介质接触，因此也称为自身收缩。高性 能混凝土因水灰比低，后续水化产生的自收缩量值较高.(3)干燥收缩由于水分的散失而导致的干燥收缩最为常见，发生在早期阶段，是造成收 缩裂纹的主要原因.水分散失既包括大气蒸发，也包括地基土壤的吸收。(4)温度收缩温度收缩主要是在混凝土初凝之后，水泥水化热的释放量逐渐减少，导致 稍后阶段与外界发生热交换后混凝土中的温度降低而产生的.此外，随外界温 度变化的胀缩也是一个主要原因.(5)碳化收缩碳化收缩主要指表层混凝土由于同空气中的C02发生作用而引起的收缩 一般发生于年代较长、暴露于潮湿环境中的混凝土.混凝土早期裂缝的生成，一般不是直接作用(结构荷载和施工荷载)的结 果，大部分可归结为温度变形和收缩变形等间接作用的效应.123.3应力松弛和徐变变形效应固体材料在固定荷载长期作用下将产生缓慢的变形，力学术语为儒变，混 凝土科学中习惯地称为徐变；固体材料在固定变形约束下，其内部的应力随时 间逐渐变形的现象定义为应力的松弛。混凝土徐变的研究一直得到重视，尤其是处于高应力作用下的构件，或计 算预应力构件的预加应力损失等，已经有成熟应用的规范。工程界已经意识到，混凝土的松弛可以减低早期混凝土内部由于温度和收缩变形引起的拉应力积第I章绪论累，从而缓解裂缝的产生和发展.1.3本文研究思路及主要内容影响混凝土结构拆模时间的因素很多，包括混凝土的强度、模板体系及工 艺方法、结构的性质、混凝土养护硬化时的温度等等.本文主要研究混凝土早期强度和模板体系及工艺方法对混凝土结构拆模时 间的影响.目前，大多数的工程都是按日平均温度逐日累计达到600c时的龄期或结合 试块强度测定确定拆模时间，这种确定拆模时间的方法，只片面强调温度决定 拆模时间，有可能造成较大的时间偏差.而且，试块强度测定较为复杂.新成 熟度的提出，不仅仅是推算强度，尚可直接指导施工进程，特别是其对混凝土 前期强度增长与时间、温度之间的关系直观、准确的反映，为工程实际准确确 定混凝土拆模时间提供了可靠的理论计算依据.本文通过理论分析在新成熟理 论的基础上得出确定混凝土结构拆模时间的方法.经过多年的研究和实践应用，我国的早拆模板技术有了很大的发展.然而,目前在国内早拆模板体系的应用仍不广泛，本文提出简易的早拆模设计方法以 便工程实际的应用。影响早拆模的因素很多，但是通过对模板支撑系统做大量 的试验来进行研究又是不现实的.随着计算机的发展，数值模拟试验逐渐成为 一种有效的研究方法，通过数值试验进行大量的模拟试验研究，分析出有效的 成果再进行实际的试验来检验，这样可以降低研究的成本，而且数值试验可以 取得更多的样本，并且可以排除实际试验中的偶然因素和次要因素的影响.因 此本文采用有限元程序对早拆模施工进行了数值模拟试验，得出影响早拆模的 因素，提出施工措施，以进一步提高施工质量，控制由于采用早拆模而产生的 混凝土裂缝.第2章 混凝土早期强度的确定第2章 混凝土早期强度的确定2.1 混凝土成熟度的原理和发展混凝土拌合物经振捣成型以后，在充分的保温养护之下逐渐硬化，其强度 的增长既取决于它的内在因素又取决于外部条件.组成原材料的品质、比例是 它的内在因素，而养护温度和硬化时间，则是它的外部条件。当某一种混凝土 的原材料、组成比例为已知时，其强度的增长主要由温度与时间决定的。因此，早在1951年，英国学者绍尔（A.Sual）就把二者的乘积称为成熟度（度时积。他认为：一定配合比的混凝土，不管温度与时间如何组成，只要成熟度相等，其强度大致相同.因此，对于一种已知的混凝土而言，可以根据它的养护历程 养护温度与硬化时间来估算混凝土的强度。成熟度在工程实践中有重要意义，混凝土工程在施工过程中，由于混凝土 冬期施工、模板支撑体系的拆除、预应力混凝土的张拉和结构吊装等的施工规 范要求，需要了解混凝土的阶段强度.例如当采用畜热养护工艺时，混凝土冷 却到0C前是否已具有足够的早期抗冻能力；当采用人工加热养护时，在停止加 热前混凝土是否已达到稳定的强度；当采用综合养护时，混凝土的预养护时间 是否足够等.以往的做法是留设等条件养护试块，到需要龄期试压。此种方法 的缺点是：等条件试块的养护条件与现场浇筑部件的养护条件不能完全相同，因此得出结果不一定准确；另一方面留设等条件试块太繁琐；再者此种方法不 能随意了解混凝土部件的强度增长情况.相比之下，运用成熟度规则来估算强度，是一种方便有效的方法.由于预 拌混凝土在建筑工程中的广泛使用，混凝土厂家一般都有不同类别混凝（混凝 土强度、原材料和配合比）的标养强度一时间曲线和保证率曲线，这就给采用“混 凝土成熟度来掌握混凝土强度增长的性能，带来了先决条件和广泛应用前景。2.1.1 成熟度原理和表达式的提出和发展经过国内外大置学者的长期研究和工程实践证明了绍尔（A.Saul）成熟度 概念的正确性.GeertDeSc h utter等人通过化学热力学、数学模型的方法证明了 10第2章 混凝土早期强度的确定水泥水化程度与硅酸盐水泥成熟度的概念等价，水泥水化程度是最基本的方法,但对于硅酸盐水泥来说，水泥成熟度和水泥水化程度预测混凝土强度是同效的，为成熟度概念提供了理论依据.H.Kada-Ben ameur E.Wirquin B.Duth o it 等人对硅酸盐水泥的水化热进行了详细的研究，提出了不同温度下的活化能.Do c to r o f Piul o so ph y在其博士论文中也对水泥水化程度与水泥成熟度间的关系 做了详细的论述.2.1.1.1绍尔成熟度公式从20世纪50年代初期以来，先后发表了许多有关温度与时间关系不同的 混凝土成熟度的公式，从197 0-197 1年大多数成熟度公式都由迈尔浩亚搜集并 整理成书，贝尔也曾试验过四参数成熟度公式。1953年，SG、Bergstro m与Ngkan en按照Saul等人的成熟度概念，对一系 列抗压强度试验的结果进行了归纳之后得出：=20+10居（2.1）式中为成熟度（Ch）；方一为养护温度（P*一为温度为K的持续养护时间（h）.11第2章 混凝土早期强度的确定2.1.1.2阿累尼乌斯成熟度公式贝夫在瑞典所进行的试验指出：在低温养护条件下，绍尔公式对混凝土成 热度的描述是十分有限的.1960年，Co petan o l LE等人提出，可根据水泥的水 化程度来表达混凝土的成熟度，费斯本一汉森和彼得森建议使用公式2.2来计算 混凝土成熟度.(2.2)式中与一混凝土养护的开尔文温度(K)；E一水泥活化能；R-气体常数；七一常数；。一为温度7；的持续养护时间(h).它建立在阿累尼乌斯热力学基础上，这个公式对混凝土的养护温度适应范 围为一 1080C混凝土中水泥水化是一个放热反应，阿累尼乌斯公式考虑了 水泥水化过程中的活化能的作用.既然水化为放热反应，则每一个温度都对应 一个稍有不同的活化能E当然，不同型号的水泥，组成不同，活化能也不同.按照阿累尼乌斯公式，如果养护温度是常数，则：%=(%4)/.20(2.3)综合公式2.2在 时，3叩(葡(2.4)因此故%=4 ex p(-E/H1/后 ex p(-E/293R).f(2.5)(2.6)12第2章 混凝土早期强度的确定或公式2.6将混凝土的实际成熟度值转换成标准养护温度20C下的等效龄期，即非标准养护温度下的混凝土试块达到一定的强度，如果该混凝土试块标准养 护，达到相同强度时所须的时间.如果在取得水泥混凝土成熟度数据的同时，得到相应成熟度的混凝土试块 的强度值就可以建立成熟度一强度曲线.大量文献研究了绍尔公式与阿累尼乌 斯公式的准确性，研究表明：阿累尼乌斯公式计算出的混凝土成熟度一强度曲 线分布比较集中，分散性小，特别是在低温情况下，而且阿氏公式在很大的温 度范围内吻合性极好，而绍尔公式建议使用于相对温度较高的条件下.但在实 际施工中，由于使用绍尔公式相对方便，目前施工中大多数采用的是绍尔成熟 度公式或其修正公式.2.1.2 混凝土成熟度的应用(1)测定成熟度曲线并预测早期强度混凝土成熟度曲线的早龄期阶段近似直线，已是国内外许多专家的共识.因此通过建立的成熟度一强度曲线就可以预测混凝土的早期强度.(2)用于混凝土冬季施工大量资料均将成熟度用于冬期施工中。因为可以用水泥混凝土成熟度来估 算强度，在冬季施工中特别有用，所以国外均将此法列入有关规程.我国北京 建工总公司，新疆建筑科研所对各种水泥、各种外加剂和各种施工工艺条件下 的成熟度规则进行了大量的研究，并且还相继开发了成熟度的实地检测设备，如玻璃棒式成熟度计、智能型成熟度巡回检潇仪等，美国james公司运用阿累尼 乌斯公式原理开发出精度更高的成熟度测定仪，为成熟度规则运用于实际工程 提供了技术手段.不论用仪器还是人工计算，通过成熟度可以测得各点的混凝土即时强度和 构件总体的综合评定强度，随时掌握混凝土强度增长情况.对保证混凝土工程 质加快工程进度、缩短工期、提高设备周转率，提高经济效益，具有很大13第2章 混凝土早期强度的确定的现实意义02.2 混凝土新成熟度2.2.1 新成熟度公式的建立绍尔成熟度公式，在实际应用中发现，负温和高温并不适用，因此对成熟 度准则多采取限制政策.成熟度的研究一度也被冷落下来，甚至有的学者另起 炉灶.建议用“等效龄期”或“水泥水化速度”来取代“度时积”，虽然也建议使用成 熟度，但限制条件是苛刻的，其基本观点也是不要滥用绍尔准则。经过多年试验和实践，绍尔准则应给予修正.原来，研究者们忽视了这样 一些客观事实，那就是成熟度与混凝土强度之间的函数关系中两大因素中的温 度。换言之，它不是单方面的影响水泥水化，而是被许多内在和外在诸层原因 所支配，既复杂又多变而且特殊，不可能单一地表现在公式之中.众所周知：这个数据不可能用计算的方法得到，它只能具有所谓的5验性质”.出于这样的 思考，计算公式中加入了一个值，实践已经证明，采用系数的方法进行简化 的定量计算，往往是行之有效的。因为这个“2T是以温度“名义”给出，把它命名 为“温度影响系数”，于是新的成熟度公式1便是：M=2MT+10）f,（2.8）式中必一新成熟度，（Cd）；ZT凝土养护温度，温度范围，10C105匕；正在养护温度T,的持续养护时间（d）,4=0.177 300d之间；10-计算常数；Kl温度影响系数，它的涵义是某温度7；下相当于20t的影响效应（倍 数）.公式2.8的灵瑰在于温度影响系数，它能集多维影响于一身，表现在公式之 中。有了它，混凝土成熟度公式才能在更广泛的温度范围和强度范围适用.2.2.2 温度影响系数的确定用绍尔公式计算，虽然成熟度相同，强度未必相等.举一例子说明：当混 14第2章 混凝土早期强度的确定凝土强度（相对强度）达到35%时.其按绍尔公式计算的成熟度根据温度曲线 计算如表2.1表2.1强度35%时的成熟度表温度Q成熟度/（r-d）I19851741014015140201402514030120从表2.1可以看出在相对强度35%的情况下，成熟度相同者是10C25C,1匕以下和30t以上均不符合了.分别按50%、70%、90%逐一比较都大致 如此.为了寻求绍尔准则的普遍性、统一性，我们以20t为出发点作为统一标 准考察之.凡符合20c诸条件的成熟度都符合绍尔准则，反之亦然.于是我们 按下述定义给出了“温度影响系数值的公式：长=等（2.9）M,式中K是温度影响系数，环是以温度T,按绍尔准则计算的成熟度，A%是 以20c温度计算的成熟度，跖产140c d.按照公式2.9把表2.1中数算出K值 便是表2215第2章 混凝土早期强度的确定表22温度/匕成熟度/11980.7 151740.81101401.0151401.0201401.0251401.0301201.17从表2.2中可以看出凡混凝土相对强度达到35%的成熟度必须等于 140-C d.这样公式2.9中的K值便把所有该强度段上的成熟度统一起来了.然 而K值的认定远非表2.2那么简单，它必须通过所有的强度段（35%、50%、70%、90%等）和所有水泥品种（如普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥和火山 灰质硅酸盐水泥等）以及不同水泥强度等级（如：425#、325#等）总体的数据 加以分析，取其平均值，通过适当调整确认下来.经过计算、修整、调整之后 所确认下来的数据（K值）如表2.3所示.表2.3温度影响系数一览表序号温度范围/匕民值备注I-10-70.15按一 9匕定2-6-4027按一 5匕定3一 30050按0匕定4130.60按1C和21c平均值定5470.81按5c定68271.00按20c定728321.15按301c定833421.29按35匕定943471.34按45匕定16第2章 混凝土早期强度的确定1048 522.00按50c定11S3 543.60按53c定1255565J0按55匕定1357 597.60按58c定1460 678.50按60c定1568 729.7 0按7 0C定1673 7710.7 5按7 6c定1778 8211.S5按80匕定1883 8713.90按85C定1988 9216.00按90c定2093 9717.90按95c定2198 10519.80按100C定按理每一温度值都应对应一个K值.从10匕105c共有116个，这样会 给计算带来不便，有必要合并一下，便有上表21个系数，这样做不会影响计算 的精度.温度影响系数曲线分三大段落即第1段从10t20匕、第H段从 20c7 0c、第m段从70匕105C。每一段均呈S形，它们的拐点分别在 o r、55c和9o r上，这说明温度对于水泥水化影响除有大小不同外，在三 个拐点上也有其特殊意义，它们起“划阶段”作用.另一个特点就是三个拐点的切 线倾角是有很大不同，最大者是第n阶段，最小者是第1阶段，这也说明温度 对混凝土硬化的影响速率在不同的温度段上是有区别的从整体上看.分成三 个而每一夕都有其不同特点，它们不是重复而是每段都在上升和变化着.2.2.3 利用新成熟度推算混凝土强度混凝土成熟度与混凝土强度之间的函数关系，用成熟度原则考察.除了受 温度高低和时间长短影响外，水泥品种也是不可忽视的.温度与时间在成熟度 公式中得以体现，而水泥品种只能通过不同的水泥回归方程加以解决，即不同 的水泥品种可以建立不同的回归方程式.强度与成熟度之间的函数关系我们拟以募函数表达，因为塞函数与温度曲 线拟合很好，且通过原点与实际情况统一.(1)普通水泥混凝土强度公式是，!7第2章 混凝土早期强度的确定以=10.7 6M；珈(2.10)式中 跖一新成熟度，按公式2.8计算，跖440t5启/相对强度(某龄期强度与28d强度的百分比)公式以百分点入式,启 100通过回归计算结果是：4a=2.55,58.44,3).32,相关系数：0.934(2.11)(2)矿渣硅酸盐混凝土强度公式是：02=2.319“？”(2.12)式中M一新成熟度，按公式2.8计算，跖承OCd启l相对强度(某龄期强度与28d强度的百分比)公式以百分点入式,启100通过回归计算结果是：7.437 6,J=4.1594,52.4940,相关系数：(3)关于高温临界成熟度是按下述原则确定的：普通硅酸盐水泥混凝土:100C下，其“时限”不得超过3.5h(0.15d),其临界成熟为:Mio o=19.8x(io 0+10)x 0.15320(Cd).80C,其“时限”不得超过13h(0.54d),其临界成熟度为：M8)=11.85x(804-10)x 0.54=57 7 CC d)60c,其“时限”不得超过23.3h(0.97 d),其临界成熟度为：M6o=8.5x(6O+1O)xO.97=57 7(T d),矿渣硅酸盐水泥混凝土：100X?,按6.6h(0.28d)限制，其临界成熟度：Mio o=19.8x(10(HO)x 0.28=609(X?-d)80,C,按13.5h(0.56d)限制，其临界成熟度：Mw=l l.85