摘要：结构中的混凝土实体强度与标准养护强度是有差别的, 施工质量验收规范已提出了用同条件养护试件强度检验实体强度的要求。通过对唐山地区同条件养护混凝土试件强度的系统试验研究, 探讨了其增长规律, 并在此基础上建议了反映实体强度的同条件养护试件强度检验的等效养护龄期及强度折算系数。
关键词：实体强度成熟度等效养护龄期强度折算系数
根据唐山市建设局2002 年科学技术基金资助项目“唐山市泵送混凝土实体强度试验研究”的要求; 唐山市建设工程质量监督站对本地区泵送混凝土的结构实体强度验收方法进行了系统的试验研究, 探讨了混凝土实体强度增长的规律及其与成熟度、等效养护龄期的关系, 提出了唐山地区泵送混凝土实体强度检查验收方法的建议。
1 试验研究目的
( 1) 寻求泵送混凝土标准养护强度的增长规律;
( 2) 寻求泵送混凝土同条件养护强度的增长规律;
( 3) 复核同条件养护试件的等效养护龄期;
( 4) 复核同条件养护试件的强度折算系数;
( 5) 提出泵送混凝土结构实体强度检查验收的建议。
2 试验方案
( 1) 混凝土强度等级及配合比
采用唐山地区常用的混凝土强度等级C20~C50。试验用的混凝土为来自唐山建设集团混凝土搅拌站的商品混凝土。在搅拌站以强制式搅拌机搅拌后, 用罐车运输到施工工地, 泵送至现场后制作试件。混凝土配合比如表1 所示。
混凝土原材料来源如下:
水泥: 启新PO42.5R 水泥;
砂: 迁安中砂, 细度模数M2.6~2.8;
石子: 丰润连续级配石子, 粒径5~31.5mm;
掺合料: 矿渣粉及粉煤灰;
外加剂: 自制YTB 外加剂。
( 2) 试件及其养护
混凝土试件150 mm×150 mm×150mm, 标准方法成型, 3 个一组共44 组。标准养护试件在( 20±2) ℃及95%湿度条件下养护, 按标准方法试验。
同条件养护试件成型后, 在自然条件下浇水养护14d, 再置于露天背阴处。在龄期为7、14、28、60、90d 及成熟度为560℃·d 时, 按标准方法进行试验。记录养护期间的大气温度并求得日平均温度。
3 标准养护强度的增长规律
3.1 标养强度随龄期的增长
以唐山建设集团混凝土搅拌站为代表的唐山地区泵送混凝土, 标准养护试件的强度( fcu,o) 增长趋势如表2 所示, 随龄期增长的曲线如图1 所示。
3.2 相对标养强度的增长规律
标养强度除以每个强度级别的28d 强度( fcu,k) ,而求得其相对强度f 'cu,o( fcu,o / fcu,k) , 并作出其随龄期的增长曲线如图2 所示。分析相对标养强度的增长规律, 可得出以下结论:
( 1) 唐山地区泵送混凝土施工配制强度偏高, 超强现象比较严重, 其中尤以低强混凝土最为明显。例如C20 级混凝土, 28d 标养强度超强达59% 。配制混凝土超强的目的是为了避免强度验收不合格, 但超强过多不仅造成水泥耗费加大, 还会使混凝土收缩加剧, 从而引起间接裂缝, 故应加以控制。
( 2) 低强混凝土后期强度增长尚有相当的裕量, 而高强混凝土后期强度趋于停滞, 强度增长相对较小。
( 3) 混凝土标养强度增长规律是先快后慢。28d以前快速增长, 28d 以后增长减慢, 大体呈对数变化趋势。这与全国其它地区的试验结果基本相同, 反映了混凝土强度随龄期增长的一般规律。
( 4) 统计回归可得标养相对强度随龄期增长的计算公式为
f 'cu,o = 0.2 lnt + 0.33 ( 1)
式中f 'cu,o———混凝土的相对标养强度( fcu,o /fcu,k) ;t———混凝土养护龄期( d) 。
( 5) 如果考虑热效应的影响, 强度还可以表达为随成熟度( M) 增长的关系如图2 下一横坐标所示。同样, 统计回归可得以下公式
f 'cu,o = 0.2 ln M- 0.27 ( 2)
式中M为养护混凝土的成熟度( ℃·d) 。
4 同条件养护强度的增长规律
4.1 同条件养护强度随龄期的增长
在进行标养试件试验的同时, 还进行了同条件养护试件的试验。同条件养护试件强度随龄期增长情况如表3 及图3 所示。由于气候变化以及养护温度的不确定性很大, 同条件养护强度随龄期增长的规律很难分析。显然, 描述强度增长的参量不应是龄期t( d) , 而应是能够反映温度变化的另一参量———成熟度M( ℃·d) 。
4.2 成熟度对强度增长的影响
自然条件下同条件养护试件强度的增长受大气环境影响而难循规律。为消除自然气候条件下温度变化不同而引起的热效应对混凝土强度增长的影响, 不用龄期而以成熟度作为参数来反映温度对混凝土强度增长的影响。
记录试件养护期间气象台站公布的最高、最低温度, 计算当日的日平均温度, 并做出随时间的变化曲线如图4 所示。由逐日累积的日平均温度可以计算出反映温度影响的成熟度如表4 所示。
为了进行比较, 同条件养护试件混凝土强度fcu,t均除以相应强度等级的28d 标养强度fcu,k 而得到相对强度f 'cu,t, 而龄期t( d) 则换算成成熟度M( ℃·d)表达。图3 可以转换为同条件相对强度f 'cu,t ( fcu,t /fcu,k)随成熟度M增长的曲线如图5 所示。
自然养护的同条件试件强度随龄期的增长比较离散, 但如果考虑温度的影响, 用逐日累积日平均温度的成熟度表达, 则由于反映了热效应的影响, 图5显示的规律性就明显得多了。
4.3 同条件养护强度随成熟度增长的规律
分析图5 可得出以下结论:
( 1) 处于自然环境中的同条件养护试件, 其强度增长与逐日积累的成熟度呈现出明显的规律性和对应关系。
( 2) 同条件养护试件强度的增长, 早期较快而后期滞缓, 大体呈对数变化趋势。这与在全国其它地区进行的类似试验得出的规律相同。
( 3) 统计回归可得同条件养护试件相对强度随成熟度增长的计算公式如下:
f 'cu,t = 0.23 ln M - 0.52 ( 3)
式中f 'cu,t———同条件养护试件的相对强度;
M———同条件养护试件的成熟度( ℃·d) 。
( 4) 同条件养护强度比标养强度相对较低。这是由于同条件自然养护在湿度方面不如标准养护( 95% 湿度) 的差异而造成的。
( 5) 两者的差异, 当为标养强度等效的成熟度560℃·d 时, 比值为0.935, 减小6.5%; 当按施工验收规范取整为600℃·d 时, 比值为0.951, 减小4.9%。
( 6) 成熟度及等效养护龄期反映了温度对强度增长的影响, 但无法反映湿度(水化程度)的影响, 故应乘以折算系数来加以补偿。考虑到必要的检验裕量, 此折算系数宜取为1.10。
5 结论及建议
现行《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-2002 中规定了采用同条件养护试件强度检查验收结构实体强度的方法。具体做法是, 取累积成熟度600℃·d 时为等效养护龄期进行试验; 强度代表值乘折算系数1.10 取值。
通过唐山地区泵送混凝土的系统试验复核, 代表结构实体强度的同条件养护试件强度可按GB50204-2002 的方法检查验收。根据试验研究的结论, 并结合本地区的实际情况, 提出唐山地区混凝土结构实体强度检查验收方法的建议如下;
( 1) 记录每日气象台站公布的最高、最低温度,计算出当日的日平均温度。
( 2) 逐日累积日平均温度作为成熟度以反映温度对强度增长的影响。
( 3) 当日平均温度累积的成熟度达到或超过600℃·d 时, 取该时作为同条件养护试件的等效养护龄期, 进行强度试验。
( 4) 反映湿度条件差异影响的同条件养护试件强度的代表值应乘折算系数1.10 取值。
为验证施工验收规范对结构混凝土实体强度检查验收方法的适用性, 进行了本次试验研究。试验分析结果证实了规范的适用性, 并对其在唐山地区的具体应用提出了更实用的方法。本文可供有关施工质检监理人员参考。
参考文献：
[1]国家标准《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-2002
[2]王有宗, 李柯, 刘立新, 徐有邻.结构中混凝土实体强度的检验.混凝土.2006 年第3 期
