專利名稱：評(píng)估混凝土強(qiáng)度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于混凝土質(zhì)量監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，涉及一種評(píng)估混凝土強(qiáng)度的方法。
背景技術(shù)：
目前混凝土材料強(qiáng)度性能的現(xiàn)場(chǎng)評(píng)估主要采用同條件養(yǎng)護(hù)法。由于試件尺寸局 限、人為操作等影響，在施工現(xiàn)場(chǎng)成型的混凝土抗壓強(qiáng)度與實(shí)際混凝土構(gòu)件行呀強(qiáng)度差異 較大。特別是對(duì)于大體積混凝土而言，大體積混凝土內(nèi)部最高溫度可達(dá)60°C，甚至更高，高 溫持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。因此，在大體積混凝土硬化早期，混凝土實(shí)質(zhì)上是高溫硬化過(guò)程，相當(dāng)于“準(zhǔn) 蒸養(yǎng)”狀態(tài)。就水泥水化速率與溫度關(guān)系而言，溫度越高水化反應(yīng)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(shí)際抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于同齡期同條件養(yǎng)護(hù)條件下 的強(qiáng)度值。而采用超聲回彈、鉆芯取樣等方法只在混凝土結(jié)構(gòu)澆筑28天后才進(jìn)行，屬于事 后評(píng)估，無(wú)法做到混凝土質(zhì)量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，存在明顯的不足?；炷恋膹?qiáng)度發(fā)展主要與材料本身及所處溫、濕度條件、齡期等密切相關(guān)。1951 年，英國(guó)學(xué)者紹耳首度提出了成熟度的概念，他認(rèn)為當(dāng)混凝土的原材料、配比確定時(shí)，強(qiáng)度 的發(fā)展主要由溫度及時(shí)間決定。只要成熟度相等，混凝土的強(qiáng)度大致相同，而這一理論也漸 漸得到了混凝土領(lǐng)域內(nèi)的普遍認(rèn)同。目前成熟度的計(jì)算方法，主要有紹耳公式法及等效齡期法。1.紹耳(A. Saul)把時(shí)間與溫度的乘積稱為成熟度(度時(shí)積)。他提出了紹耳公 式計(jì)算混凝土的成熟度Μω = Σ (T-T0) XAt由于參數(shù)Ttl取值固定，計(jì)算較為簡(jiǎn)單。但是Saul公式在實(shí)際應(yīng)用中存在一些問(wèn) 題，其最大的缺陷是對(duì)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(jì)算方法的適用溫度范圍較窄，預(yù)測(cè)精度較差。2等效齡期法是在Arrhermius方程的基礎(chǔ)上提出的，等效齡期te的計(jì)算公式如 下te = ￡ exp[^ {j - +M,其中，Ea為活化能，R為氣體常數(shù)，值為8.3144J/(mol · K)，T為為時(shí)間段tQ到t 內(nèi)的平均溫度，單位為K，Ts為基準(zhǔn)溫度，一般取標(biāo)養(yǎng)溫度20°C，即298K。等效齡期法將混 凝土的強(qiáng)度增長(zhǎng)看作是膠凝體系水化反應(yīng)程度的體現(xiàn)，引入了活化能Ea的概念。不同于紹 耳公式，它考慮了材料自身的特性，提高了強(qiáng)度評(píng)估的準(zhǔn)確性，適用范圍廣。從公式上看，溫度歷程獲取后，成熟度的計(jì)算值取決于活化能Ea，因此確定Ea取 值是等效齡期法評(píng)估的關(guān)鍵。美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)(ASTM)用成熟度法預(yù)測(cè)混凝土強(qiáng)度標(biāo) 準(zhǔn)i式驗(yàn)方法(C1074-04 Standard Practice for EstimatingConcrete Strength by the Maturity Method)中混凝土材料的Ea值確定是采用相應(yīng)的砂漿試塊在三種不同溫度條件 下(模擬預(yù)期工程混凝土內(nèi)部達(dá)到的最高溫度、最低溫度及中間溫度情況)進(jìn)行恒溫養(yǎng)護(hù)，
4比較試塊在不同溫度條件下的強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律確定的?？傮w上來(lái)說(shuō)，等效齡期法較紹耳公式評(píng)估精度有所提高，但操作較為復(fù)雜，需要成 型混凝土及砂漿試塊，且砂漿在各養(yǎng)護(hù)溫度下的凝結(jié)時(shí)間都需要分別測(cè)量，齡期的設(shè)置太 過(guò)頻繁，例如60°C養(yǎng)護(hù)時(shí)，砂漿試塊的凝結(jié)時(shí)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(qiáng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，建立一種以等效齡期概念為基礎(chǔ)，基于溫度匹 配和統(tǒng)計(jì)學(xué)的混凝土強(qiáng)度評(píng)估方法。該方法實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單，評(píng)估精度高。為了達(dá)到上述目的，一種評(píng)估混凝土強(qiáng)度的方法，其特征在于，包括如下具體步 驟成型混凝土試塊，混凝土試塊與施工現(xiàn)場(chǎng)混凝土的配合比一致；標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下，測(cè)試混凝土試塊在ld，2d，3d，7d，14d，28d等齡期的強(qiáng)度，擬合 混凝土試塊的強(qiáng)度與齡期的關(guān)系式；根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的條件，模擬施工現(xiàn)場(chǎng)的混凝土體心的溫度歷程；根據(jù)溫度歷程，對(duì)混凝土試塊進(jìn)行溫度匹配養(yǎng)護(hù)，并實(shí)測(cè)多個(gè)測(cè)試齡期混凝土試 塊的實(shí)測(cè)強(qiáng)度；針對(duì)匹配養(yǎng)護(hù)條件下每個(gè)混凝土試塊的測(cè)試齡期，采用公式
-JP11
K = _[exP[~^(〒一計(jì)算等效齡期，其中、為等效齡期，Ea為活化能，R為氣體常 數(shù)，τ為時(shí)間段、到t內(nèi)的平均溫度，Ts為基準(zhǔn)溫度，298K ；根據(jù)所擬合的混凝土試塊的強(qiáng)度與齡期的關(guān)系式，將混凝土試塊等效齡期帶入關(guān) 系式，計(jì)算這些齡期的計(jì)算強(qiáng)度；利用最小二乘法計(jì)算匹配養(yǎng)護(hù)條件下混凝土試塊的每一測(cè)試齡期實(shí)測(cè)強(qiáng)度與計(jì) 算強(qiáng)度之間的誤差，回歸分析得到實(shí)測(cè)強(qiáng)度與計(jì)算強(qiáng)度誤差最小時(shí)的活化能的參數(shù)值；以 及對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的混凝土進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)，根據(jù)活化能的參數(shù)值，計(jì)算施工現(xiàn)場(chǎng)的混凝 土的等效齡期，將等效齡期帶入所擬合的強(qiáng)度與齡期的關(guān)系式中，計(jì)算混凝土的強(qiáng)度值，其 中所擬合的強(qiáng)度與齡期的關(guān)系式中的活化能的參數(shù)值為回歸分析得到的參數(shù)值。進(jìn)一步說(shuō)，齡期與強(qiáng)度的關(guān)系式為其中，f(t)是齡期為t時(shí)混凝土的強(qiáng)度測(cè)試值；&是7(1齡期的強(qiáng)度測(cè)試值，t為齡 期，A、B為擬合參數(shù)。進(jìn)一步說(shuō)，擬合混凝土試塊的強(qiáng)度與齡期的關(guān)系式的步驟，采用具有非線性擬合 功能的軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。進(jìn)一步說(shuō)，軟件為0RINGIN。進(jìn)一步說(shuō)，模擬混凝土體心的溫度歷程的步驟中，使用有限元分析軟件。進(jìn)一步說(shuō)，其中有限元分析軟件為MIDAS。
進(jìn)一步說(shuō)，施工現(xiàn)場(chǎng)的條件包括施工現(xiàn)場(chǎng)混凝土構(gòu)件尺寸、混凝土材料組成、構(gòu)件 對(duì)流邊界參數(shù)、外部環(huán)境條件及施工狀況等情況。進(jìn)一步說(shuō)，匹配養(yǎng)護(hù)條件下實(shí)測(cè)多個(gè)測(cè)試齡期混凝土試塊的實(shí)測(cè)強(qiáng)度的步驟中， 混凝土試塊的強(qiáng)度測(cè)試齡期的選擇遵照以下原則在所選擇的測(cè)試齡期，混凝土強(qiáng)度不宜超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28天強(qiáng)度的60% ；測(cè)試齡期三個(gè)以上。進(jìn)一步說(shuō)，回歸分析活化能的參數(shù)值時(shí)，活化能的參數(shù)值取值范圍為OkJ/mol 100kJ/mol。本發(fā)明所提出的評(píng)估混凝土強(qiáng)度的方法的有益效果如下1就成熟度計(jì)算方法而言，采用溫度匹配養(yǎng)護(hù)和統(tǒng)計(jì)分析方法，強(qiáng)度的評(píng)估充分考 慮了材料的自身特性和使用環(huán)境，普適性大大提高。2就實(shí)驗(yàn)過(guò)程而言，與ASTM標(biāo)準(zhǔn)相比，該方案只需要成型混凝土試塊，且只需測(cè) 試標(biāo)養(yǎng)條件和匹配養(yǎng)護(hù)條件下試塊相應(yīng)齡期的抗壓強(qiáng)度，不需要對(duì)凝結(jié)時(shí)間等項(xiàng)目進(jìn)行檢 測(cè)，操作簡(jiǎn)單易行，可行性大大提高。3就Ea的確定過(guò)程而言，由ASTM標(biāo)準(zhǔn)追求的繁瑣的實(shí)驗(yàn)值向統(tǒng)計(jì)值轉(zhuǎn)變，由此評(píng) 估的混凝土強(qiáng)度更接近于實(shí)際，評(píng)估精度顯著改善。


圖1為實(shí)施例中軟件模擬的混凝土底板體心溫度歷程曲線。圖2為實(shí)施例中施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的混凝土的溫度曲線。圖3為實(shí)施例中根據(jù)溫度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)評(píng)估的混凝土強(qiáng)度預(yù)測(cè)曲線。圖4為本發(fā)明評(píng)估混凝土強(qiáng)度的方法的步驟流程圖。
具體實(shí)施例方式為了更了解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，特舉具體實(shí)施例并配合所附圖式說(shuō)明如下。實(shí)施例1某建筑工程基礎(chǔ)底板大體積混凝土標(biāo)號(hào)為C50，混凝土配合比見(jiàn)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(huán)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(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)，進(jìn)行混凝土強(qiáng)度評(píng)估。表1底板混凝土配合比
權(quán)利要求
一種評(píng)估混凝土強(qiáng)度的方法，其特征在于，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(xiàn)場(chǎng)混凝土的配合比一致；標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下，測(cè)試所述混凝土試塊在1d，2d，3d，7d，14d，28d等齡期的強(qiáng)度，擬合所述混凝土試塊的強(qiáng)度與齡期的關(guān)系式；根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的條件，模擬施工現(xiàn)場(chǎng)的混凝土體心的溫度歷程；根據(jù)所述溫度歷程，對(duì)所述混凝土試塊進(jìn)行溫度匹配養(yǎng)護(hù)，并實(shí)測(cè)多個(gè)測(cè)試齡期所述混凝土試塊的實(shí)測(cè)強(qiáng)度；針對(duì)匹配養(yǎng)護(hù)條件下每個(gè)所述混凝土試塊的測(cè)試齡期，采用公式計(jì)算等效齡期，其中te為等效齡期，Ea為活化能，R為氣體常數(shù)，T為時(shí)間段t0到t內(nèi)的平均溫度，Ts為基準(zhǔn)溫度，298K；根據(jù)所擬合的混凝土試塊的強(qiáng)度與齡期的關(guān)系式，將所述混凝土試塊等效齡期帶入所述關(guān)系式，計(jì)算這些齡期的計(jì)算強(qiáng)度；利用最小二乘法計(jì)算匹配養(yǎng)護(hù)條件下所述混凝土試塊的每一測(cè)試齡期所述實(shí)測(cè)強(qiáng)度與計(jì)算強(qiáng)度之間的誤差，回歸分析得到所述實(shí)測(cè)強(qiáng)度與計(jì)算強(qiáng)度誤差最小時(shí)的活化能的參數(shù)值；以及對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的混凝土進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)，根據(jù)所述活化能的參數(shù)值，計(jì)算施工現(xiàn)場(chǎng)的混凝土的等效齡期，將所述等效齡期帶入所擬合的強(qiáng)度與齡期的關(guān)系式中，計(jì)算所述混凝土的強(qiáng)度值，其中所擬合的強(qiáng)度與齡期的關(guān)系式中的活化能的參數(shù)值為回歸分析得到的參數(shù)值。FSA00000228216800011.tif
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的評(píng)估混凝土強(qiáng)度的方法，其特征在于，所述齡期與強(qiáng)度的關(guān) 系式為其中，f(t)是齡期為t時(shí)混凝土的強(qiáng)度測(cè)試值；f7d是7d齡期的強(qiáng)度測(cè)試值，t為齡期， A、B為擬合參數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的評(píng)估混凝土強(qiáng)度的方法，其特征在于，所述擬合所述混凝土 試塊的強(qiáng)度與齡期的關(guān)系式的步驟，采用具有非線性擬合功能的軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的評(píng)估混凝土強(qiáng)度的方法，其特征在于，所述軟件為0RINGIN。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的評(píng)估混凝土強(qiáng)度的方法，其特征在于，所述模擬混凝土體心 的溫度歷程的步驟中，使用有限元分析軟件。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的評(píng)估混凝土強(qiáng)度的方法，其特征在于，其中所述有限元分析 軟件為MIDAS。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的評(píng)估混凝土強(qiáng)度的方法，其特征在于，所述施工現(xiàn)場(chǎng)的條件 包括施工現(xiàn)場(chǎng)混凝土構(gòu)件尺寸、混凝土材料組成、構(gòu)件對(duì)流邊界參數(shù)、外部環(huán)境條件及施工 狀況等情況。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的評(píng)估混凝土強(qiáng)度的方法，其特征在于，匹配養(yǎng)護(hù)條件下實(shí)測(cè) 多個(gè)測(cè)試齡期所述混凝土試塊的實(shí)測(cè)強(qiáng)度的步驟中，所述混凝土試塊的強(qiáng)度測(cè)試齡期的選擇遵照以下原則在所選擇的測(cè)試齡期，混凝土強(qiáng)度不宜超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28天強(qiáng)度的60% ； 測(cè)試齡期的個(gè)數(shù)為三個(gè)以上。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的評(píng)估混凝土強(qiáng)度的方法，其特征在于，所述回歸分析活化能 的參數(shù)值時(shí)，所述活化能的參數(shù)值取值范圍為OkJ/mol lOOkJ/mol。
全文摘要
本發(fā)明提出一種評(píng)估混凝土強(qiáng)度的方法，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下，擬合混凝土試塊強(qiáng)度與齡期的關(guān)系式。根據(jù)模擬施工現(xiàn)場(chǎng)的混凝土的溫度歷程對(duì)混凝土試塊進(jìn)行溫度匹配養(yǎng)護(hù)，并實(shí)測(cè)其在多個(gè)測(cè)試齡期的實(shí)測(cè)強(qiáng)度。結(jié)合試算過(guò)程假設(shè)的活化能的參數(shù)值，根據(jù)測(cè)試齡期，計(jì)算等效齡期，再將等效齡期帶入所擬合的強(qiáng)度與齡期關(guān)系式，得到計(jì)算強(qiáng)度值。利用最小二乘法計(jì)算實(shí)測(cè)強(qiáng)度與計(jì)算強(qiáng)度之間的誤差，回歸分析得到二者誤差最小時(shí)的活化能的參數(shù)值。根據(jù)活化能的參數(shù)值和施工現(xiàn)場(chǎng)混凝土溫度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，施工現(xiàn)場(chǎng)的混凝土的強(qiáng)度值能夠通過(guò)所擬合的關(guān)系式計(jì)算得到強(qiáng)度值。本發(fā)明的方法中對(duì)強(qiáng)度的評(píng)估考慮了材料的自身特性和使用環(huán)境，普適性提高。
文檔編號(hào)G01N33/38GK101975848SQ20101025260
公開(kāi)日2011年2月16日 申請(qǐng)日期2010年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月13日
發(fā)明者周云, 廖曉敏, 許永和, 魯文嘉 申請(qǐng)人:上海建工(集團(tuán))總公司