1、大体积混凝土不同龄期的强度计算【摘要】：随着现代高层建筑的发展，大体积混凝土梁在现代工业与民用建筑中被广泛使用。由于大体积混凝土水化热不易散失，其内部混凝土温度将远远高于普通混凝土。传统工程中均以标准养护或同条件养护的立方体试件抗压强度对混凝土进行验收。由于养护条件（湿度、温度和龄期）不同，它反映的是混凝土拌合物的质量，实际上只是一种材料强度而不是构件强度，而真正决定结构承载力，影响结构安全性的是混凝土的构件强度。利用超声法、回弹法进行无损检测，以及钻芯取样、拉拔试验法进行半破损检测虽有其自身的优势，但也存在很多不足。这些方法存在测量精度不高、对构件产生破坏以及无法判断温度和龄期对混凝土强度的
2、影响，为了衡量温度与龄期对混凝土整体强度等性能发展的双重影响，以便为施工时拆模、预应力张拉等工序提供参考数据，本章提出了利用改进的成熟度理论计算各龄期混凝土实体强度值。 用混凝土的成熟度来推定其各龄期强度时，不需制做大量混凝土试件，通过变温养护便可得到各龄期的强度值。可以仅通过测量混凝土各龄期的温度值来推定任何需要掌握部位的强度值。根据得到的代表性点的强度变化曲线得出各龄期截面强度场分布规律。 【关键字】：大体积混凝土梁成熟度强度场温度场 中图分类号： TU37 文献标识码： A 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
3、内在因素又与外部条件有关。原材料的性质及配合比是它的内在因素，而养护条件和硬化时间，则是它的外部条件。当某一种混凝土的原材料、配合比已知时，其早期强度的增长主要由温度与时间决定（当养护条件充分时，忽略湿度的影响，假定湿度满足标准养护的条件） 。也就是说，在温度随时间变化曲线中，只要温度对时间的积分是个定值，其强度便是一个定值，积分值与强度是一一对应的函数关系。因此，对某特定混凝土而言，可以根据它的养护历程养护温度与硬化时间来计算混凝土的强度。 2温度场对混凝土成熟度的影响 成熟度在工程实践中应用具有重大的现实意义，由于混凝土施工过程中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
4、要求，需要了解混凝土的阶段强度。例如当采用蓄热养护工艺时，混凝土冷却到 0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己达到稳定的强度；当采用综合养护时，混凝土的预养护时间是否足够等。以往的做法是留设同条件试块，到需要龄期试压。此种方法的缺点是：同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；另一方面留设同条件试块工程量大，不利于操作；再者此种方法不能了解混凝土部件各部位的强度增长情况。另一种方法是实验室匹配养护，此种方法需要在混凝土内部预埋测温仪，隔一定时间传回温度信息，在试验变温养护箱的养护下得到某一时刻的强度值，此种方法亦
5、比较繁琐，对工程实践来说是不现实的。由于一般情况下，混凝土温度场变化规律可以通过有限元模拟实现，这就给大体积混凝土采用“混凝土成熟度理论”来掌握强度增长规律带来了先决条件和广泛的应用前景。 大体积混凝土由于水化热不能及时散失，温度高于普通混凝土。而对大体积混凝土梁的施工一般涉及模板的支设与拆除、预应力筋的张拉等施工工序。显然，大体积混凝土的高温必然导致其成熟度（度时积）发展早于普通混凝土。其达到 100%强度所需龄期也必定缩短。因此，若能得到其早期龄期强度，则可以安排提前拆模和张拉预应力筋等工序。这将有效缩短工期，提高施工材料循环利用，节约施工成本。因此，利用成熟度理论对大体积混凝土的施工具有
6、重要意义。 3. 成熟度原理和表达式的提出 经过国内外大量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。Geert De Schutter 等人通过化学热力学、数学模型的方法证明了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，利用水泥成熟度和水泥水化程度预测混凝土强度是等效的，这为成熟度概念提供了理论依据。H.Ka-da-Benameur、E.Wirquin B.Duthoit 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。 4. 成熟度理论的演变 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
7、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，但限制条件十分苛刻，其基本观点也是不要滥用绍尔准则。经过多年试验和实践，在总结前人试验成果的基础上对绍尔准则给予修正。以往研究者在利用绍尔公式时往往忽略一个客观事实，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。它并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。出于这样的考虑，计算公式中加入了一个系数“K”值，这个数据不可能用计算的方法得到，它只能具有所谓的“试验性质” 。实践己经证明，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
8、这个“K”是以温度“名 义”给出，体现了温度影响下的其它因素对成熟度的影响，故把它命名为“温度影响系数” 。目前，国内外针对大体积混凝土早期强度测试仍采用混凝土试块标准养护或同条件养护的方法，而大体积混凝土梁承载力计算方法则采用混凝土结构设计原理，按截面等强度计算极限承载力。本文考虑在温度条件不同的情况下，混凝土强度发展不同，对混凝土大梁采用非等强度截面模型，在混凝土结构设计原理的基础之上，推导非等强度截面大梁计算公式。根据公式计算各工况、各截面混凝土大梁承载力，从而判断拆模龄期。 5. 结论与展望 通过改进的成熟度理论，计算得到大梁各点强度值，建立各龄期强度场，从而建立简化承载力计算模型。对
9、不同截面混凝土大梁在不同环境温度、入模温度时的承载力计算，考虑拆模时放宽承载力要求。通过对不同工况下，不同截面（截面高宽比 1:2）混凝土大梁拆模龄期的拟合，得到了拆模龄期与环境温度、截面宽度的关系式。为更为一般的混凝土大梁拆模龄期的确定提供依据。 影响大体积混凝土早期强度的因素多种多样，其中包括混凝土配合比、外掺剂种类、外掺剂比例、混凝土截面面积、养护条件等。因此，对大体积混凝土梁承载力的计算更不是一蹴而就的，需要就行不懈的研究与实践。由于时间有限，本文对大体积混凝土梁承载力的研究还不尽完善，对于今后的一段时期内，大体积混凝土梁的研究应着力开展以下几个方面的工作： （1）计算得到常用配合比的
10、大体积混凝土梁早期强度和承载力，统计常用配合比大体积混凝土梁承载力变化规律，提出建议拆模时间。 （2）外层混凝土对内部混凝土相当于保温层的作用，本文从有限元模拟温度场的角度出发，计算其强度场。可以从混凝土强度与混凝土深度（即外层混凝土厚度）的角度出发，考虑二者关系，建立强度场。 （3）本文对大体积混凝土梁提前拆模做了常规静力分析，日后研究可考虑整个框架在偶然荷载、动力荷载作用下，提前拆模是否可靠。 【参考文献】 1 蔡正咏.混凝土性能M.中国建筑工业出版社,2011. 2 王龙志,王桂玲.考虑温度历程的大体积混凝土实际强度试验研究J.山东建材,2012.(5):48-51. 3 朱伯芳.考虑温度影响的混凝土绝热温升表达式J.水利发电学报, 2011,81(2)：69-73. 4 张子明,冯树荣,石青青等.基于等效时间的混凝土绝热温升J.河海大学学报,2012,32(5):573-577.
