简化权重成熟度法预测混凝土早期强度.pdf

2 0 1 0 年 第 5 期 (总 第2 4 7 期) Nu mb e r 5 i n 2 0 l 0 ( T o t a 1 N o 2 4 7 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 THEORETI CAL RES E ARCH d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 0 0 5 0 1 3 简化权重成熟度法预测混凝土早期强度 罗启 灵 ，邢锋 ，韩 宁旭 1 I 2 ，王玉 ( 1 深圳大学 土木工程学院 深圳市土木工程耐久性重点实验室 ，广东 深圳 5 1 8 0 8 1 ；2 荷兰 Vo l k e r We s s e l s 集团 ，荷兰 鹿特丹 ) 摘要： 在权重成熟度理念基础上， 参考国外胶凝材料 c值取值， 结合国内现有的标准和设备， 进行简化 ， 建立混凝土早期强度预测公 式， 并应用该公式预测了相同混凝土不同养护条件下不同龄期的抗压强度。与实测强度比较， 证明预测准确性高， 可及时掌握混凝土早期 强度发展情况 。 关键词 ： 权重成熟度 法 ；C值 ；早期抗 压强度 ；预测公式 中图分类号 ： T U5 2 8 O l 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 0 ) 0 5 0 0 3 9 0 4 Si mpl i f i e d me t h od of t he wei gh t e d m a t ur i t y i n pr e di c t i on of t he e a r l y- ag e c om p r es si v e s t r e ng t h LUO l i n g ， X1 NG Fc n g ， HAN Ni n g- x u ，W AN G Yu ( 1 Co l l e g e o f Ci l E n g i n e e r i n g ， S h e n z h e nDu r a b i l i tyC e n t e r f o r Ci v i l E n g i n e e r i n g ， S h e n z h e nU n i v e r s i ty， S h e n z h e n 5 1 8 0 6 0 ， C h i n a ； 2 V o l k e r We s s e l s ， R o t t e r d a m Ne t h e r l a n d s ) A b s t r a ct： Ba s e d o n t h e w e i g h t e d ma t u ri ty c o n c e p t a n d t h e C v a l u e f r o m l i t e r a t u r e r e v i e w， t h e we i 曲t e d ma t u r i t y me t h o d h a s b e e n i mp r o v e d an d t h e s t r e n g t h p r e d i c t i o n e q u a t i o n h a s b e e n e s t a b l i s h e d i n c o mbi n a t i o n wi th t h e c u r r e n t s t an d a r d s an d e q u i p me n t s T he s t r e n g t h d e v e l o p me n t o f t h e c o nc r e t e s ， wh i c h we r e m a d e wi th t h e s a me c e me n t an d c u r e d u n d e r d i ffe r e n t c o n d i t i o n s we r e p r e d i c t e d u s i n g t h e p r e d i c t i o n e q u a t i o n I t i s s ho wn t h a t the p r e d i c t e d r e s u l t s a r e v e r y a c c u r a t e c o mp a r e d t o the me a s u r e d v a l u e s Ke y wor d s： we i g h t e d ma a t r i t y me t h o d； C v a l u e； e a r l y s t r e ng t h； pr e d i c t i o n e q u a t i o n 0 引言 目前成熟度理论被广泛应用于混凝土早期抗压强度的预测， 基于该理论的成熟度公式多种多样， 其中权重成熟度方法充分考 虑了总胶凝材料中硅酸盐水泥含量和温度对于结构混凝土质量的 影响， 准确性较高， 易于工业化， 具有优越陛和实用性。 其为荷兰标 准 N E N 5 9 7 0 ( 2 0 0 1 ) 和德国钢筋混凝土学会( D Af S t b 1 9 9 1 ) 采用 ， 在欧洲大量的运用， 取得良好的效益 ， 但在国内还暂时没有被应 用的记录。 而在国内完全按国外的方法推行存在困难 ， 本研究结合国 内现有的设备、 标准等条件、 遵循权重成熟度的理念， 对方法进 行改进， 使之简单、 方便。 1 混凝土成 熟度理 论和权 重成 熟度 1 1 成 熟度 理论 成熟度理论最早由英国学者绍耳( A S a u 1 ) 在 1 9 5 1 年提出： 温度与时间的乘积称为成熟度( 度时积) ， 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已达到的强度 】 1 。绍耳成熟 度公式如下： t ( T - T o ) a t ( 1 ) 0 式中 ： 肛一成熟度 ， h或 d ； 收稿 日期 ：2 0 0 9 1 2 1 5 卜在 期间混凝土的平均温度， ； 一 基准温度 ， 通常取一 l O； 卜一 持续时间， h或 d 。 Js ( ) ( 2 ) 式中： s 混凝土抗压强度 ； 强度和成熟度关系。 然而 ， Mc l mo s h ( 1 9 5 6 ) ； Kl e i g e r ( 1 9 5 8 ) 的研究表明 ， 式 ( 2 ) 对 于一个给定的混凝土拌合物而言， 其得到的强度与成熟度的关 系式并不唯一 ， 美 国专家 C a r i n o ( 1 9 8 3 ) 研究表明， 混凝土的温 度条件对强度增长快慢影响很大， 绍耳成熟度公式在不同的温度 条件下， 强度预测会出现偏差， 出现交叉效应如图 1 所示 。 40 3 5 目 3 0 2 5 zo 1 5 1 0 5 U l UU 2UU j00 400 ，O0 60 0 成熟 度 ( d ) 图 1 早期混凝土的不同温度下对应不同强度域 熟度关系f 交叉效应 ) 1 2 权 重成 熟度 法国学者 P a p a d a k i s 和 B r e s s o n在成熟度理论的基础上进 行了大量的研究， 考虑到不同水泥品种中硅酸盐水泥含量和温 3 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 度高低对水泥水化的影响因素， 对绍耳成熟度公式进行了改进 ， 引入了水泥 C值和温度对水泥水化的权重影响系数， 即权重成 熟度方法， 其计算公式如下： 1 Mw = t k C ( 3) 式 中： 权重成熟度 ， h ； f lc_ 一 对应温度 ( T + T i ) 2的混凝硬化时间， h ， 见 图 2 ； 一 期间的平均温度( T + T j ) 2 ， ， 见图2 ； 卜硅酸盐水泥占胶凝材料比例确定的系数， 水泥 C值； n r 一 温度相关系数。 赠 时I司 图 2 权重成熟度概念图 图 2给出某种混凝土水泥水化过程中硬化温度和时间的 关系曲线， 对于某一时间段 t 中， 硬化温度的值进行权重划分， ( 温度高， 则权重系数高， 通常 以每 5作为划分间隔) ， 每个 划分段的权重成熟度为 t ， 按式( 3 ) 合计所有划分段即得 到这一时间段的权重成熟度。 水泥对成熟度的影响用 C值来考虑， 温度的影响采用 n表 示， 用对于硬化温度 2 0 ， n 取 1 0 ， 当硬化温度为基准温度一 1 0 时( 水泥停止水化) ， n 取一 2 2 4 5 ， 权重成熟度为 0 。 研究表明参数 随硬化温度不连续的变化， 为了计算方便， 采用下列函数表示 ： n = 0 1 T - 1 2 4 5 ( 4 ) 代人式( 3 ) ， 权重成熟度值重新写成： M w ： t t 5 f n C lr-la4s d T =- 。 C o 245 ( 6 ) 最后推导 的权重成熟度公式如下 ： 1 0 _ C l T - 1 2 4 5 - C - 2 2 4 5 ( 7 ) 式中： M 一 权重成熟度 ， h ； C 硅酸盐水泥占胶凝材料比例确定的系数； 卜养护温度 ， ； r一 温度为 的持续 时间 ， h 。 在( 2 0 2 ) 和( 6 5 3 ) 循环水养护条件下， 在不同龄期， 实测混凝土试块中心点温度， 根据某龄期内的温度历史计算权 重成熟度， 同时实测混凝土强度 ， 按式( 8 ) 建立线性 回归关系 式 ， 预测混凝土的强度 ： f c = a + b l o g Mw ( 8 ) 式中： 产一 混凝土抗压强度， MP a ； 一 权重成熟度， h ； a ， 6 回归系数。 在实际工程的应用中， 为了保险起见， 在公式中引人安全 值， 该安全值与应用及混凝土标准差有关， 对曲线进行校正。 b l o g Mw - 6 ( 9) 40 6 = s o - ( 1 0) o 0= f ， C v ( 1 1 ) 式中i 混凝土抗压强度， MP a ； a ， 6 回归 系数 ； 6 一安全值 ； s 系数， 养护期间取0 ， 拆模时取1 0 ， 施加预直力时取 1 5 ； 一 混凝 土标准差 ； ，厂一 混凝土平均强度； C 一 混凝土已知的变异系数。 最后实际中使用的曲线类型如图3所示： 25 2 善l 器 权 重成熟度 ， f h 1 图 3 权重成熟度一 强度预测曲线类型 2 权重成熟度 的简化 国外权重成熟度在建立强度预测公式时， 采用边长 1 5 0 m A T I 立方体试块， 要求带模密封试块在( 2 0 2 ) 和( 6 5 3 ) 循环水养 护， 各实测至少 1 块试块的中心温度， 其在国内推行存在以下困难： ( 1 ) 养护条件要求与国内不同； ( 2 ) ( 6 5 3 ) 控制温度且可循环的水槽没有现成的； ( 3 ) 立方体试块成型后还没有硬化就带模放入水中养护， 密封装置没有 ； ( 4 ) 水泥 C值确定流程比较繁琐。 为推广方便 ， 对此进行简化和本 土化改进 ， 新方法如下 ： ( 1 ) 按 G B 5 0 0 8 1 -2 0 0 2 普通混凝土力学胜能魂硷 方法标准 成型 5组共 l 5块 1 0 0 n u n立方体试块 ， 记录加水时间、 成型 时间和 温度 ， 其 中 2组 不用 密封带 模放 置在 J C Y 7 3 8 -2 0 0 4 水泥强度快速检验方法 的湿热养护箱中， 记录开始温度， 在 1 5 h内等速加热维持在( 5 5 2 ) ， 相对湿度 9 0 以上， 分别在 4 、 8 、 1 6 、 2 4 、 3 0 、 3 6 h进行抗压试验。其中湿热养护箱 ， 需调整试 件架高度， 1 0 01 l r n立方体混凝土 3联试模的4个带圆环的螺 母需切除圆环， 使 2组试模同时放入箱内。 另外 3 组按 G B 5 0 0 8 1 -2 0 0 2 普通混凝土力学性能试验方 法标准 标准中 2 0喷雾养护 ， 养护时试块不用密封， 带模养 护 2 4h后拆模， 继续养护到试验前为止。分别在 1 、 3 、 5 、 7 、 1 0 、 1 4 、 2 1 d进行抗压试验。试块 中心点温度无需实际测量 。 ( 2 ) 根据混凝土中所用胶凝材料中的硅酸盐水泥含量( 各 水泥种类的硅酸盐水泥含量参见表 1 ) ， 按国外参考资料表 2 ， 确定水泥的C值。 、 胶凝材料总量包括水泥和其他的掺合料， 如粉煤灰、 硅灰等。 ( 3 ) 确定 C值后， 根据不同龄期和养护温度按式( 7 ) 计算 权重成熟度 ， 按式 ( 8 ) 进行回归分析， 建立混凝土强度预测 公式 。 强度预测公式建立后， 根据应用情况确定系数， 得到校正后 的式( 9 ) ， 只要实测现场结构混凝土的温度( 如每小时记录 1 次) ， 根据某龄期内的温度历史 ， 按式( 7 ) 计算权重成熟度， 代入式( 9 ) 即可预测该龄期的混凝土抗压强度。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 1 通用硅酸盐水泥的硅酸盐水泥的含量 表 2权重成熟度法中的 C值参考 混凝土中硅酸盐水 泥占总胶凝材料 的质量百分数 c值 l -3 1 4 1 5 1 6 6 5 5 0 -6 4 3 5 - 49 2 0 -3 4 3 应 用 实例 3 1 原材料与配合比 采用深圳某海港工程实际使用的C 3 5混凝土， 如表 3 ， 水灰 比为 0 4 5 ， 采用广州珠江“ 粤秀” 牌 P I I 4 2 5 R级水泥； 其他原材料 分别是产自惠州淡水中砂、 产自东信的公称粒径为 5 1 0 mm和 l O 2 0 m r r l 的碎石 、 富斯乐 S P 3 3 7 外加剂。 表 3 混凝土配合比 k g m 3 2 权重成熟度计算 ( 1 ) 查表 1 ， 可知广州珠江“ 粤秀” 牌 P I I 4 2 5 R级水泥 ， 其 硅酸盐水泥占水泥总质量百分数为t9 5 ， 混凝土中除水泥外无 其他的胶凝材料， 再查表 2 ， 确定该 C值为 1 - 3 。 ( 2 ) 混凝土从加水搅拌到取样期间的权重成熟度计算： 混凝土从现场取样， 从加水时间到取样成型后开始养护的 龄期 为 2h ， 现场测温为 2 7 5 ： h - 1 0 1 3 o l , a 7 5 - 1 2 4 5 1 3 - 2 2 4 5 2 ： 7 0 8( h ) l n1 _ 3 ( 3 ) 5 5湿热养护期间的权重成熟度计算如下： 试块带模放入湿热养护箱时的温度为 2 5， 在 1 5 h内等 速加热维持在( 5 5 2 ) 。 龄期 3 5 h ： 其中 1 5 h中是从 2 5 5 5， 该部分按平均温度 进行计算 ： 慨 h + 塑 I 5 _ l 5 6 9( 1 a ) I n1 j 龄期 4 h ： 5 5恒温时间为 4 h - 3 5 h = 0 5 h = M3 ,5 h q o 50 _ 2 0 4 5( - h ) I nI j 其他龄期和龄期 4 h计算一样， 只是 5 5恒温时间不同。 ( 4 ) 2 0标准养护期间的权重成熟度如下 ： 龄期 1 d ， 其中2 O恒温时间为 2 4 h - 2 h = 2 2h M( d = Mz h +1 0 1 3 a a-j 2 4 - l - 3 - z 2 4 5 2 2 ： 6 2 7 8( 1a ) I n1 j 其他龄期和龄期 1 d 计算一样， 只是 2 0恒温时间不同。 最终权重成熟各龄期的计算结果和抗压强度如表 4所示。 表 4 C3 5混凝土权重成熟度与抗压 强度试验结果 3 3 强度预测公式的建立 根据表 4的数值， 采用 O R I G I N软件， 进行回归分析， 建立 c值成熟度强度预测公式如图4所示。 5 4 0 5 ： ? 权 重成熟 度 ， ( h ) 图 4 C3 5混凝土权重成熟度一 强度预测 曲线 s系数在养护期间取 0 ， 6 O ， 所以混凝土早期强度预测 公式为 ： 亍 一 3 1 5 3 0 7 + 1 1 0 5 1 4 9 1 g M 该公式适用于所有相同原材料和配合比的混凝土， 只要测 得混凝土的实际的龄期和温度记录， 即可按 C = I _ 3 进行计算成 熟度 ， 再代人上式预测其强 度。 3 4强度 预 测公 式的 应 用 ( 1 ) 相同配合比的混凝土取样成型后， 采用香港标准 CS 1 ： 1 9 9 0 n 的( 2 7 3 ) 循环水养护 ， 假设养护期间温度保持恒定 ， 计算不同龄期权重成熟度， 代人强度预测回归公式计算强度预 测值 ， 并与相同龄期的实测抗压强度进行比较， 如表 5所示。 由表 5可知 ， 代入强度预测值与实测值相对误差较小， 强 度预测值比较准确。 2 7循环水养护的不同龄期的混凝土权重成熟度与抗压 强度数值 ， 其与强度预测回归曲线关系如图 5 所示， 数值趋势 与强度预测曲线相同， 并靠近该曲线。 ( 2 ) 相同配合比的混凝土取样成型后 ， 采用与施工现场条 件完全相同的同条件养护， 采用温度记录仪实测其中 1 个试块 的中心点温度， 根据不同龄期内的温度记录( 见图 6 ) 计算的权 重成熟度， 代入回归公式计算强度预测值， 并与相同龄期的实 测抗压强度进行比较， 结果表 6所示。 由表 6可知， 强度预测值与实测值相对误差较小， 强度预 测值比较准确。 同条件养护的不同龄期的混凝土权重成熟度与抗压强度 4j 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 5 C3 5混凝土 2 7循环水养护强度预测值与实测值 的相对误差 、 憩 廷 1 0 0 1 0 0 0 1 00 0 0 1 O 00 0 0 权重成熟度 O c h ) 图 5 C 3 5混凝土强度预测回归曲线与 2 7循环水养护数值 关系 4 0 38 3 6 3 4 芝3 2 3 0 赠 2 8 2 6 2 4 2 2 2 0 龄期 ， b 图6 C 3 5 混凝土同条件养护龄期与温度曲线 数值， 其与强度预测回归曲线关系如图 7 所示 ， 数值趋势与强 度预测曲线相同， 并靠近该曲线。 表 6 C3 5混凝土同条件养护强度预测值与实测值的相对误差 5 5湿热养护 1 0 0 0 1 0 0 0 0 权重成熟度 C c h ) 图7 C 3 5 混凝土强度预测回归曲线与同条件养护数值关系 4结 论 ( 1 ) 简化权重成熟度法结合国内现有的标准， 采用 1 0 0 mi l l 立方体试块， 体积比较小， 成型工作量小； 利用现有的设备 ， 不 用增加新投资； 无需实测硬化温度， 直接按国外资料确定胶凝 材料 C值， 可利用现有的历史数据 ， 如预拌混凝土的质量控制 数据、 施工中的混凝土温度记录等， 简单方便。 ( 2 ) 简化权重成熟度法建立的混凝土抗压强度预测公式 ， 代表了混凝土早期强度发展趋势， 预测强度准确性高。 4 2 参考文献 ： 1 d A N N i n g - x u A d v a n c e d t e s ti n go f c e me n t - b a s e d ma t e r i a l s d u ri n g s e t t i n g a n d h a r d e n i n g - fi n a l r e p o o f RI L EM TC 1 8 5 - AT C c h a p t e r 6 ma t u rit y me t h o d R RI L E M P u b l i c a t i o n s S A R L， 2 0 0 5 ： 2 7 7 ， 2 8 4 - 2 9 2 2 】C A RI N O N J ， L E W H S T h e m a t u r i t y m e t h o d： f r o m t h e o r y t o a p p l i c a t i o n M T h e N a t i o n a l I n s t it u t e o f S t a n d a r d s a n d T e c h n o l o g y ， 2 0 0 1 ( 5 ) ： 2 3 3 】 G B T 5 0 0 8 1 -2 0 0 2 ， 普通混凝土力学性能试验方法标准f s 】 4 J C T 7 3 8 -2 0 0 4 ， 水泥强度快速检验方法标准 s 】 【 5 】 G B 1 7 5 2 0 0 7 ， 通用硅酸盐水泥 s 6 】K E RK H O F F B ， G A J D A J Ma t u r i t y o f c o n c r e t e ： c o n c e p t ， t e s t s a n d a p p l i c a ti o n s J C o n c r e t e T e c h n o l o g y T o d a y ， 2 0 0 5 ： 4 - 5 7 】C S 1 ： t 9 9 0 ， T e s t i n g c o n g c r e t e S 作者简介： 单位地址 ： 联 系电话 ： 罗启灵( 1 9 7 6 一 ) ， 男， 硕士， 工程师， 主要研究方向为混凝土 现场监测系统。 广穷 剥 I喃山区南海大道 I 木卫 ( 5 1 8 0 6 0 ) 0 7 5 5 2 5 28 l 04 0 如 如 加 m 0 r 。 。 。 r L 。 。 。 r ， r r k 。 L O 如 如 加 加 0 B d 、 鹱 刊 磐 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m