专利名称：评估混凝土强度的方法
技术领域：
本发明属于混凝土质量监测领域，涉及一种评估混凝土强度的方法。
背景技术：
目前混凝土材料强度性能的现场评估主要采用同条件养护法。由于试件尺寸局 限、人为操作等影响，在施工现场成型的混凝土抗压强度与实际混凝土构件行呀强度差异 较大。特别是对于大体积混凝土而言，大体积混凝土内部最高温度可达60°C，甚至更高，高 温持续时间长。因此，在大体积混凝土硬化早期，混凝土实质上是高温硬化过程，相当于“准 蒸养”状态。就水泥水化速率与温度关系而言，温度越高水化反应速率越快，同样，温度高也 使矿物掺合料的活性增加，大体积混凝土实际抗压强度远远高于同龄期同条件养护条件下 的强度值。而采用超声回弹、钻芯取样等方法只在混凝土结构浇筑28天后才进行，属于事 后评估，无法做到混凝土质量的实时监测，存在明显的不足。混凝土的强度发展主要与材料本身及所处温、湿度条件、龄期等密切相关。1951 年，英国学者绍耳首度提出了成熟度的概念，他认为当混凝土的原材料、配比确定时，强度 的发展主要由温度及时间决定。只要成熟度相等，混凝土的强度大致相同，而这一理论也渐 渐得到了混凝土领域内的普遍认同。目前成熟度的计算方法，主要有绍耳公式法及等效龄期法。1.绍耳(A. Saul)把时间与温度的乘积称为成熟度(度时积)。他提出了绍耳公 式计算混凝土的成熟度Μω = Σ (T-T0) XAt由于参数Ttl取值固定，计算较为简单。但是Saul公式在实际应用中存在一些问 题，其最大的缺陷是对材料的自身特性考虑不足，不同研究人员得出的Ttl值差异较大，且该 计算方法的适用温度范围较窄，预测精度较差。2等效龄期法是在Arrhermius方程的基础上提出的，等效龄期te的计算公式如 下te = ￡ exp[^ {j - +M,其中，Ea为活化能，R为气体常数，值为8.3144J/(mol · K)，T为为时间段tQ到t 内的平均温度，单位为K，Ts为基准温度，一般取标养温度20°C，即298K。等效龄期法将混 凝土的强度增长看作是胶凝体系水化反应程度的体现，引入了活化能Ea的概念。不同于绍 耳公式，它考虑了材料自身的特性，提高了强度评估的准确性，适用范围广。从公式上看，温度历程获取后，成熟度的计算值取决于活化能Ea，因此确定Ea取 值是等效龄期法评估的关键。美国材料与试验协会(ASTM)用成熟度法预测混凝土强度标 准i式验方法(C1074-04 Standard Practice for EstimatingConcrete Strength by the Maturity Method)中混凝土材料的Ea值确定是采用相应的砂浆试块在三种不同温度条件 下(模拟预期工程混凝土内部达到的最高温度、最低温度及中间温度情况)进行恒温养护，
4比较试块在不同温度条件下的强度发展规律确定的。总体上来说，等效龄期法较绍耳公式评估精度有所提高，但操作较为复杂，需要成 型混凝土及砂浆试块，且砂浆在各养护温度下的凝结时间都需要分别测量，龄期的设置太 过频繁，例如60°C养护时，砂浆试块的凝结时间较常温大大提前，因此其使用受到了很大的 限制，可操作性不强。

发明内容
本发明针对现有技术存在的缺点，建立一种以等效龄期概念为基础，基于温度匹 配和统计学的混凝土强度评估方法。该方法实验操作简单，评估精度高。为了达到上述目的，一种评估混凝土强度的方法，其特征在于，包括如下具体步 骤成型混凝土试块，混凝土试块与施工现场混凝土的配合比一致；标准养护条件下，测试混凝土试块在ld，2d，3d，7d，14d，28d等龄期的强度，拟合 混凝土试块的强度与龄期的关系式；根据施工现场的条件，模拟施工现场的混凝土体心的温度历程；根据温度历程，对混凝土试块进行温度匹配养护，并实测多个测试龄期混凝土试 块的实测强度；针对匹配养护条件下每个混凝土试块的测试龄期，采用公式
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K = _[exP[~^(〒一计算等效龄期，其中、为等效龄期，Ea为活化能，R为气体常 数，τ为时间段、到t内的平均温度，Ts为基准温度，298K ；根据所拟合的混凝土试块的强度与龄期的关系式，将混凝土试块等效龄期带入关 系式，计算这些龄期的计算强度；利用最小二乘法计算匹配养护条件下混凝土试块的每一测试龄期实测强度与计 算强度之间的误差，回归分析得到实测强度与计算强度误差最小时的活化能的参数值；以 及对施工现场的混凝土进行温度监测，根据活化能的参数值，计算施工现场的混凝 土的等效龄期，将等效龄期带入所拟合的强度与龄期的关系式中，计算混凝土的强度值，其 中所拟合的强度与龄期的关系式中的活化能的参数值为回归分析得到的参数值。进一步说，龄期与强度的关系式为其中，f(t)是龄期为t时混凝土的强度测试值；&是7(1龄期的强度测试值，t为龄 期，A、B为拟合参数。进一步说，拟合混凝土试块的强度与龄期的关系式的步骤，采用具有非线性拟合 功能的软件来实现。进一步说，软件为0RINGIN。进一步说，模拟混凝土体心的温度历程的步骤中，使用有限元分析软件。进一步说，其中有限元分析软件为MIDAS。
进一步说，施工现场的条件包括施工现场混凝土构件尺寸、混凝土材料组成、构件 对流边界参数、外部环境条件及施工状况等情况。进一步说，匹配养护条件下实测多个测试龄期混凝土试块的实测强度的步骤中， 混凝土试块的强度测试龄期的选择遵照以下原则在所选择的测试龄期，混凝土强度不宜超过标准养护28天强度的60% ；测试龄期三个以上。进一步说，回归分析活化能的参数值时，活化能的参数值取值范围为OkJ/mol 100kJ/mol。本发明所提出的评估混凝土强度的方法的有益效果如下1就成熟度计算方法而言，采用温度匹配养护和统计分析方法，强度的评估充分考 虑了材料的自身特性和使用环境，普适性大大提高。2就实验过程而言，与ASTM标准相比，该方案只需要成型混凝土试块，且只需测 试标养条件和匹配养护条件下试块相应龄期的抗压强度，不需要对凝结时间等项目进行检 测，操作简单易行，可行性大大提高。3就Ea的确定过程而言，由ASTM标准追求的繁琐的实验值向统计值转变，由此评 估的混凝土强度更接近于实际，评估精度显著改善。


图1为实施例中软件模拟的混凝土底板体心温度历程曲线。图2为实施例中施工现场监测的混凝土的温度曲线。图3为实施例中根据温度监测数据评估的混凝土强度预测曲线。图4为本发明评估混凝土强度的方法的步骤流程图。
具体实施例方式为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。实施例1某建筑工程基础底板大体积混凝土标号为C50，混凝土配合比见表1。底板厚度为 6m，底面及顶面均为圆形，直径12. 5m。春季施工，环境温度20°C，入模温度15°C。表面覆盖 两层薄膜，2cm草袋。在混凝土底板中轴某部位进行温度监测，进行混凝土强度评估。表1底板混凝土配合比
权利要求
一种评估混凝土强度的方法，其特征在于，包括如下具体步骤成型混凝土试块，所述混凝土试块与施工现场混凝土的配合比一致；标准养护条件下，测试所述混凝土试块在1d，2d，3d，7d，14d，28d等龄期的强度，拟合所述混凝土试块的强度与龄期的关系式；根据施工现场的条件，模拟施工现场的混凝土体心的温度历程；根据所述温度历程，对所述混凝土试块进行温度匹配养护，并实测多个测试龄期所述混凝土试块的实测强度；针对匹配养护条件下每个所述混凝土试块的测试龄期，采用公式计算等效龄期，其中te为等效龄期，Ea为活化能，R为气体常数，T为时间段t0到t内的平均温度，Ts为基准温度，298K；根据所拟合的混凝土试块的强度与龄期的关系式，将所述混凝土试块等效龄期带入所述关系式，计算这些龄期的计算强度；利用最小二乘法计算匹配养护条件下所述混凝土试块的每一测试龄期所述实测强度与计算强度之间的误差，回归分析得到所述实测强度与计算强度误差最小时的活化能的参数值；以及对施工现场的混凝土进行温度监测，根据所述活化能的参数值，计算施工现场的混凝土的等效龄期，将所述等效龄期带入所拟合的强度与龄期的关系式中，计算所述混凝土的强度值，其中所拟合的强度与龄期的关系式中的活化能的参数值为回归分析得到的参数值。FSA00000228216800011.tif
2.根据权利要求1所述的评估混凝土强度的方法，其特征在于，所述龄期与强度的关 系式为其中，f(t)是龄期为t时混凝土的强度测试值；f7d是7d龄期的强度测试值，t为龄期， A、B为拟合参数。
3.根据权利要求1所述的评估混凝土强度的方法，其特征在于，所述拟合所述混凝土 试块的强度与龄期的关系式的步骤，采用具有非线性拟合功能的软件来实现。
4.根据权利要求3所述的评估混凝土强度的方法，其特征在于，所述软件为0RINGIN。
5.根据权利要求1所述的评估混凝土强度的方法，其特征在于，所述模拟混凝土体心 的温度历程的步骤中，使用有限元分析软件。
6.根据权利要求5所述的评估混凝土强度的方法，其特征在于，其中所述有限元分析 软件为MIDAS。
7.根据权利要求1所述的评估混凝土强度的方法，其特征在于，所述施工现场的条件 包括施工现场混凝土构件尺寸、混凝土材料组成、构件对流边界参数、外部环境条件及施工 状况等情况。
8.根据权利要求1所述的评估混凝土强度的方法，其特征在于，匹配养护条件下实测 多个测试龄期所述混凝土试块的实测强度的步骤中，所述混凝土试块的强度测试龄期的选择遵照以下原则在所选择的测试龄期，混凝土强度不宜超过标准养护28天强度的60% ； 测试龄期的个数为三个以上。
9.根据权利要求1所述的评估混凝土强度的方法，其特征在于，所述回归分析活化能 的参数值时，所述活化能的参数值取值范围为OkJ/mol lOOkJ/mol。
全文摘要
本发明提出一种评估混凝土强度的方法，在标准养护条件下，拟合混凝土试块强度与龄期的关系式。根据模拟施工现场的混凝土的温度历程对混凝土试块进行温度匹配养护，并实测其在多个测试龄期的实测强度。结合试算过程假设的活化能的参数值，根据测试龄期，计算等效龄期，再将等效龄期带入所拟合的强度与龄期关系式，得到计算强度值。利用最小二乘法计算实测强度与计算强度之间的误差，回归分析得到二者误差最小时的活化能的参数值。根据活化能的参数值和施工现场混凝土温度监测数据，施工现场的混凝土的强度值能够通过所拟合的关系式计算得到强度值。本发明的方法中对强度的评估考虑了材料的自身特性和使用环境，普适性提高。
文档编号G01N33/38GK101975848SQ20101025260
公开日2011年2月16日 申请日期2010年8月13日 优先权日2010年8月13日
发明者周云, 廖晓敏, 许永和, 鲁文嘉 申请人:上海建工(集团)总公司