结构实体混凝土强度的增长规律

贾世欣

【摘要】实际工程中，结构实体混凝土强度的增长规律受很多因素影响，其中影响相对较大的因素主要是湿度和温度。混凝土的湿度在水化阶段也起到关键性作用，必须保证混凝土表面层能够进行高度水化，然而这一点在混凝土强度发展初期可以通过改善养护方式基本达到要求，国内外相关标准也对养护做了明确的规定，所以本章对混凝土强度增长规律的讨论，主要考虑的影响因素是温度。

【关键词】结构实体；混凝土；强度；增长；规律

实际工程中，结构实体混凝土强度的增长规律受很多因素影响，其中影响相对较大的因素主要是湿度和温度。这是由于水泥通过水化反应、凝结组合和硬化过程使得混凝土自身强度得到充分发展，然而这些过程均需要一定的温度和湿度，才能保证正常进行。水泥的水化反应过程受温度影响比较明显，在零度以下该过程基本停止，导致混凝土强度几乎不再发展，严重时可导致实体混凝土冻裂，特别是在水化初期，冻结会使混凝土崩溃，而且早期受冻还会影响后期强度增长。混凝土的湿度在水化阶段也起到关键性作用，必须保证混凝土表面层能够进行高度水化，然而这一点在混凝土强度发展初期可以通过改善养护方式基本达到要求，国内外相关标准也对养护做了明确的规定，所以本章对混凝土强度增长规律的讨论，主要考虑的影响因素是温度。 为了解在规定龄期内不同条件养护下的结构实体混凝土所能达到的强度值，以及当实体混凝土达到预期强度时的养护龄期，我们就的明确结构混凝土强度在不同养护条件下的增长规律。现阶段，不仅在国内对该项工作进行了试验研究，国外也不例外，在材料和养护条件选定时，分别建立了混凝土强度增长规律的计算公式。本章主要针对在标准养护和自然养护条件下混凝土各种强度随龄期的变化规律展开分析，同时做出能够较好反应本地区掺合料混凝土强度增长趋势的相关公式，从而对结构實体混凝土强度检验评定提供参考。 混凝土自浇筑成型开始进行水化反应，并逐渐硬化提高强度，而其强度增长过程主要受两个因素的影响：一个是养护时间；一个是养护温度。为了能获得混凝土强度发展随二者的关系，以便能够通过控制温度使强度在规定时间内满足要求，长期以来是通过温度与时间的累积，即“成熟度法”来预测强度增长规律。随着人们对非标准条件养护下混凝土强度与龄期关系的需求和研究，在九十年代出现了“等效龄期法”。

“等效龄期法”最先是在 1992 年全国冬施会议上，由陕西省建筑科学研究设计院的张德鸾发表的。建立在等效系数的概念基础上，该论文对养护条件的影响展开理论研究，其中把在标准条件下养护的混凝土达到预定强度时所需的养护时间与自然养护时间之比称为“等效系数”。之后把整个养护龄期按不同的养护温度分割成各自独立的延续时间，通过各延续时间与相对应的温度等效系数相乘，便可获得不同温度段等同于20 C 时的养护龄期，最后将养护阶段所有等效龄期累积求和，所得结果为总等效龄期，同时经过改变预定混凝土的强度值，得到许多组不同的比值，统计回归后建立了强度与等效龄期的关系式。 “等效龄期”的提出不仅涉及到影响混凝土强度发展的两大因素，还简单直接的体现出了混凝土强度发展趋势与不同条件下养护时间的关系。实质上，它既保持了与成熟度概念的一致性，在表达上，也显得更加简洁易懂。

在实际工程中，“等效龄期”可用来提早推算混凝土强度，且在结构安全度检验方面有重要作用，根据混凝土的实际养护时间和养护温度，可实时准确的计算出混凝土任意时刻的强度，这一点在混凝土施工、生产中有重要作用，可以合理控制养护时间以及确定模板周转的时间；如果混凝土在特许养护条件下养护时，可以用此来估算拆模时间；如果在冬期或低温环境中施工时，可用以确保是否达到临界强度。只是采用等效龄期法的计算公式比较繁琐，且对温度上限也进行限制，但等效龄期系数的推算并没有假设水泥水化速率是随温度线性变化。虽然简化成熟度的计算公式较等效龄期的公式简单，且避免了高温度的限制因素，但其使用前提条件是假定水泥的水化速率与温度呈线性关系，忽略温度变化对强度增长速率的影响，同时使用温度为零度以上。由上可知，上述二者均存在不完善的地方，在建筑工程的实际应用中，可以根据实际条件以及具体要求加以选择。简化成熟度法与等效龄期法基本类似，原理都是为了保证自然条件下养护程度尽可能达到 28d 标准养护程度，实质上是相同的，关于二者在实际工程中的应用，本文推荐下面两种应用方式：

（1） 根据实测温度以及相应的算法，较准确的推算出绝对龄期 28d（或某一规定天数）时，结构实体混凝土所能达到的强度值。这一应用主要是针对施工期间进行实时温度记录的工程，这样可以计算出混凝土在自然养护下相应绝对龄期所对应的等效龄期Tt 或成熟度 M，即可通过混凝土随等效龄期的增长曲线求出结构混凝土在绝对龄期 28d（或其它天数）的比值28 ds，c cu，of f 。根据已经获得的 28d 标准养护试件强度28dcu，of 与比值28ds，c cu，of f ，即得结构混凝土在绝对龄期 28d 时的各类强度。

（2） 可提前推算结构实体混凝土强度达到设计值（或某一强度指定值）所需的绝对龄期。首先令28ds，c cu，of f ？ 1.0（或其它指定值），求出结构混凝土达到 28d 标准养护强度所需的等效龄期Tt 或成熟度 M，这样通过所测温度与给定公式计算出各段时间所对应的等效龄期idTt 或成熟度idM ，当所有对应的等效龄期或成熟度求和等于所需的Tt 或 M 时，当前的绝对龄期便为结构混凝土取芯强度s，cf 达到标准养护 28d 立方体抗压强度28dcu，of （或某一强度指定值）所需的实际养护龄期。

总之，无论是人们之前一致认同的成熟度法还是等效龄期法，对结构实体混凝土强度的预测和评定都是很重要的，但是混凝土掺合料与外加剂的应用可能使得原有的混凝土增长趋势与相应的限制条件发生改变。在《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2002）中，认为可以采用混凝土同条件养护试件强度来代表结构实体混凝土强度，且其实际检测龄期可取成熟度为600 C d时对应的龄期，各地均可根据其确定原则试验确定。目前，随着商品混凝土的不断发展，同时为了改善混凝土的工作和使用性能，粉煤灰、矿渣等掺合料被广泛使用，且掺合料混凝土在成熟度为600 C d时的相对强度以及等效养护龄期也得以充分应用。就600 C d的相对强度而言，对于每一批由生产厂家供应的混凝土，他们自己均留有标准养护试件，同时结合气候变化情况来推测施工现场中结构实体混凝土的同条件养护试件强度，进而对结构实体强度有一个初步的把握；同理，在现场的施工项目人员亦可根据现场同条件养护情况推测标准养护试件强度的情况，对出厂混凝土的材料本身质量是否达标有一个初步了解，从而可以对现场施工进度进行合理安排。混凝土同条件养护试件养护至600 C ？ d时的强度与标准养护试件养护 28d 时强度的关系，对于工程监理验收及施工质量评定也有同样的作用。本章关于掺合料混凝土同条件养护试件强度以及结构实体混凝土取芯强度随等效养护龄期变化的一些结论亦可供工程实际参考。