評估混凝土強度的方法
2023-10-06 17:19:44 1
專利名稱：評估混凝土強度的方法
技術領域：
本發明屬於混凝土質量監測領域，涉及一種評估混凝土強度的方法。
背景技術：
目前混凝土材料強度性能的現場評估主要採用同條件養護法。由於試件尺寸局 限、人為操作等影響，在施工現場成型的混凝土抗壓強度與實際混凝土構件行呀強度差異 較大。特別是對於大體積混凝土而言，大體積混凝土內部最高溫度可達60°C，甚至更高，高 溫持續時間長。因此，在大體積混凝土硬化早期，混凝土實質上是高溫硬化過程，相當於「準 蒸養」狀態。就水泥水化速率與溫度關係而言，溫度越高水化反應速率越快，同樣，溫度高也 使礦物摻合料的活性增加，大體積混凝土實際抗壓強度遠遠高於同齡期同條件養護條件下 的強度值。而採用超聲回彈、鑽芯取樣等方法只在混凝土結構澆築28天後才進行，屬於事 後評估，無法做到混凝土質量的實時監測，存在明顯的不足。混凝土的強度發展主要與材料本身及所處溫、溼度條件、齡期等密切相關。1951 年，英國學者紹耳首度提出了成熟度的概念，他認為當混凝土的原材料、配比確定時，強度 的發展主要由溫度及時間決定。只要成熟度相等，混凝土的強度大致相同，而這一理論也漸 漸得到了混凝土領域內的普遍認同。目前成熟度的計算方法，主要有紹耳公式法及等效齡期法。1.紹耳(A. Saul)把時間與溫度的乘積稱為成熟度(度時積)。他提出了紹耳公 式計算混凝土的成熟度Μω = Σ (T-T0) XAt由於參數Ttl取值固定，計算較為簡單。但是Saul公式在實際應用中存在一些問 題，其最大的缺陷是對材料的自身特性考慮不足，不同研究人員得出的Ttl值差異較大，且該 計算方法的適用溫度範圍較窄，預測精度較差。2等效齡期法是在Arrhermius方程的基礎上提出的，等效齡期te的計算公式如 下te = ￡ exp[^ {j - +M,其中，Ea為活化能，R為氣體常數，值為8.3144J/(mol · K)，T為為時間段tQ到t 內的平均溫度，單位為K，Ts為基準溫度，一般取標養溫度20°C，即298K。等效齡期法將混 凝土的強度增長看作是膠凝體系水化反應程度的體現，引入了活化能Ea的概念。不同於紹 耳公式，它考慮了材料自身的特性，提高了強度評估的準確性，適用範圍廣。從公式上看，溫度歷程獲取後，成熟度的計算值取決於活化能Ea，因此確定Ea取 值是等效齡期法評估的關鍵。美國材料與試驗協會(ASTM)用成熟度法預測混凝土強度標 準i式驗方法(C1074-04 Standard Practice for EstimatingConcrete Strength by the Maturity Method)中混凝土材料的Ea值確定是採用相應的砂漿試塊在三種不同溫度條件 下(模擬預期工程混凝土內部達到的最高溫度、最低溫度及中間溫度情況)進行恆溫養護，
4比較試塊在不同溫度條件下的強度發展規律確定的。總體上來說，等效齡期法較紹耳公式評估精度有所提高，但操作較為複雜，需要成 型混凝土及砂漿試塊，且砂漿在各養護溫度下的凝結時間都需要分別測量，齡期的設置太 過頻繁，例如60°C養護時，砂漿試塊的凝結時間較常溫大大提前，因此其使用受到了很大的 限制，可操作性不強。
發明內容
本發明針對現有技術存在的缺點，建立一種以等效齡期概念為基礎，基於溫度匹 配和統計學的混凝土強度評估方法。該方法實驗操作簡單，評估精度高。為了達到上述目的，一種評估混凝土強度的方法，其特徵在於，包括如下具體步 驟成型混凝土試塊，混凝土試塊與施工現場混凝土的配合比一致；標準養護條件下，測試混凝土試塊在ld，2d，3d，7d，14d，28d等齡期的強度，擬合 混凝土試塊的強度與齡期的關係式；根據施工現場的條件，模擬施工現場的混凝土體心的溫度歷程；根據溫度歷程，對混凝土試塊進行溫度匹配養護，並實測多個測試齡期混凝土試 塊的實測強度；針對匹配養護條件下每個混凝土試塊的測試齡期，採用公式
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K = _[exP[~^(〒一計算等效齡期，其中、為等效齡期，Ea為活化能，R為氣體常 數，τ為時間段、到t內的平均溫度，Ts為基準溫度，298K ；根據所擬合的混凝土試塊的強度與齡期的關係式，將混凝土試塊等效齡期帶入關 系式，計算這些齡期的計算強度；利用最小二乘法計算匹配養護條件下混凝土試塊的每一測試齡期實測強度與計 算強度之間的誤差，回歸分析得到實測強度與計算強度誤差最小時的活化能的參數值；以 及對施工現場的混凝土進行溫度監測，根據活化能的參數值，計算施工現場的混凝 土的等效齡期，將等效齡期帶入所擬合的強度與齡期的關係式中，計算混凝土的強度值，其 中所擬合的強度與齡期的關係式中的活化能的參數值為回歸分析得到的參數值。進一步說，齡期與強度的關係式為其中，f(t)是齡期為t時混凝土的強度測試值；&是7(1齡期的強度測試值，t為齡 期，A、B為擬合參數。進一步說，擬合混凝土試塊的強度與齡期的關係式的步驟，採用具有非線性擬合 功能的軟體來實現。進一步說，軟體為0RINGIN。進一步說，模擬混凝土體心的溫度歷程的步驟中，使用有限元分析軟體。進一步說，其中有限元分析軟體為MIDAS。
進一步說，施工現場的條件包括施工現場混凝土構件尺寸、混凝土材料組成、構件 對流邊界參數、外部環境條件及施工狀況等情況。進一步說，匹配養護條件下實測多個測試齡期混凝土試塊的實測強度的步驟中， 混凝土試塊的強度測試齡期的選擇遵照以下原則在所選擇的測試齡期，混凝土強度不宜超過標準養護28天強度的60% ；測試齡期三個以上。進一步說，回歸分析活化能的參數值時，活化能的參數值取值範圍為OkJ/mol 100kJ/mol。本發明所提出的評估混凝土強度的方法的有益效果如下1就成熟度計算方法而言，採用溫度匹配養護和統計分析方法，強度的評估充分考 慮了材料的自身特性和使用環境，普適性大大提高。2就實驗過程而言，與ASTM標準相比，該方案只需要成型混凝土試塊，且只需測 試標養條件和匹配養護條件下試塊相應齡期的抗壓強度，不需要對凝結時間等項目進行檢 測，操作簡單易行，可行性大大提高。3就Ea的確定過程而言，由ASTM標準追求的繁瑣的實驗值向統計值轉變，由此評 估的混凝土強度更接近於實際，評估精度顯著改善。
圖1為實施例中軟體模擬的混凝土底板體心溫度歷程曲線。圖2為實施例中施工現場監測的混凝土的溫度曲線。圖3為實施例中根據溫度監測數據評估的混凝土強度預測曲線。圖4為本發明評估混凝土強度的方法的步驟流程圖。
具體實施例方式為了更了解本發明的技術內容，特舉具體實施例並配合所附圖式說明如下。實施例1某建築工程基礎底板大體積混凝土標號為C50，混凝土配合比見表1。底板厚度為 6m，底面及頂面均為圓形，直徑12. 5m。春季施工，環境溫度20°C，入模溫度15°C。表面覆蓋 兩層薄膜，2cm草袋。在混凝土底板中軸某部位進行溫度監測，進行混凝土強度評估。表1底板混凝土配合比
權利要求
一種評估混凝土強度的方法，其特徵在於，包括如下具體步驟成型混凝土試塊，所述混凝土試塊與施工現場混凝土的配合比一致；標準養護條件下，測試所述混凝土試塊在1d，2d，3d，7d，14d，28d等齡期的強度，擬合所述混凝土試塊的強度與齡期的關係式；根據施工現場的條件，模擬施工現場的混凝土體心的溫度歷程；根據所述溫度歷程，對所述混凝土試塊進行溫度匹配養護，並實測多個測試齡期所述混凝土試塊的實測強度；針對匹配養護條件下每個所述混凝土試塊的測試齡期，採用公式計算等效齡期，其中te為等效齡期，Ea為活化能，R為氣體常數，T為時間段t0到t內的平均溫度，Ts為基準溫度，298K；根據所擬合的混凝土試塊的強度與齡期的關係式，將所述混凝土試塊等效齡期帶入所述關係式，計算這些齡期的計算強度；利用最小二乘法計算匹配養護條件下所述混凝土試塊的每一測試齡期所述實測強度與計算強度之間的誤差，回歸分析得到所述實測強度與計算強度誤差最小時的活化能的參數值；以及對施工現場的混凝土進行溫度監測，根據所述活化能的參數值，計算施工現場的混凝土的等效齡期，將所述等效齡期帶入所擬合的強度與齡期的關係式中，計算所述混凝土的強度值，其中所擬合的強度與齡期的關係式中的活化能的參數值為回歸分析得到的參數值。FSA00000228216800011.tif
2.根據權利要求1所述的評估混凝土強度的方法，其特徵在於，所述齡期與強度的關 系式為其中，f(t)是齡期為t時混凝土的強度測試值；f7d是7d齡期的強度測試值，t為齡期， A、B為擬合參數。
3.根據權利要求1所述的評估混凝土強度的方法，其特徵在於，所述擬合所述混凝土 試塊的強度與齡期的關係式的步驟，採用具有非線性擬合功能的軟體來實現。
4.根據權利要求3所述的評估混凝土強度的方法，其特徵在於，所述軟體為0RINGIN。
5.根據權利要求1所述的評估混凝土強度的方法，其特徵在於，所述模擬混凝土體心 的溫度歷程的步驟中，使用有限元分析軟體。
6.根據權利要求5所述的評估混凝土強度的方法，其特徵在於，其中所述有限元分析 軟體為MIDAS。
7.根據權利要求1所述的評估混凝土強度的方法，其特徵在於，所述施工現場的條件 包括施工現場混凝土構件尺寸、混凝土材料組成、構件對流邊界參數、外部環境條件及施工 狀況等情況。
8.根據權利要求1所述的評估混凝土強度的方法，其特徵在於，匹配養護條件下實測 多個測試齡期所述混凝土試塊的實測強度的步驟中，所述混凝土試塊的強度測試齡期的選擇遵照以下原則在所選擇的測試齡期，混凝土強度不宜超過標準養護28天強度的60% ； 測試齡期的個數為三個以上。
9.根據權利要求1所述的評估混凝土強度的方法，其特徵在於，所述回歸分析活化能 的參數值時，所述活化能的參數值取值範圍為OkJ/mol lOOkJ/mol。
全文摘要
本發明提出一種評估混凝土強度的方法，在標準養護條件下，擬合混凝土試塊強度與齡期的關係式。根據模擬施工現場的混凝土的溫度歷程對混凝土試塊進行溫度匹配養護，並實測其在多個測試齡期的實測強度。結合試算過程假設的活化能的參數值，根據測試齡期，計算等效齡期，再將等效齡期帶入所擬合的強度與齡期關係式，得到計算強度值。利用最小二乘法計算實測強度與計算強度之間的誤差，回歸分析得到二者誤差最小時的活化能的參數值。根據活化能的參數值和施工現場混凝土溫度監測數據，施工現場的混凝土的強度值能夠通過所擬合的關係式計算得到強度值。本發明的方法中對強度的評估考慮了材料的自身特性和使用環境，普適性提高。
文檔編號G01N33/38GK101975848SQ20101025260
公開日2011年2月16日 申請日期2010年8月13日 優先權日2010年8月13日
發明者周雲, 廖曉敏, 許永和, 魯文嘉 申請人:上海建工(集團)總公司