早期推定混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)方法綜述及標(biāo)準(zhǔn)修訂介紹
2007-02-05 00:00
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1 前言
隨著建筑工業(yè)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論的發(fā)展，混凝土質(zhì)量的控制與評(píng)定日益為人們所重視。通常測(cè)定的混凝土標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 天強(qiáng)度的試驗(yàn)方法，由于試驗(yàn)周期長(zhǎng)，既不能及時(shí)預(yù)報(bào)施工過(guò)程中的質(zhì)量狀況，又不能據(jù)此及時(shí)設(shè)計(jì)和調(diào)整混凝土配合比，確定混凝土的施工配制強(qiáng)度。這樣既不利于加強(qiáng)質(zhì)量管理，又不利于充分利用水泥活性。因此，研究早期推定混凝土強(qiáng)度的試驗(yàn)方法，以便早期判定混凝土質(zhì)量，就顯得十分必要。
早期推定混凝土強(qiáng)度的方法，大致可歸納為兩類：一類是依據(jù)經(jīng)過(guò)早期加速養(yǎng)護(hù)的試件強(qiáng)度推定混凝土28d 強(qiáng)度；另一類是依據(jù)快速分析新拌混凝土的水灰比﹑組成等，推定混凝土的強(qiáng)度或依據(jù)從新拌混凝土篩得砂漿所制得試件的早期強(qiáng)度，推定混凝土的強(qiáng)度。依據(jù)經(jīng)過(guò)早期加速養(yǎng)護(hù)的試件強(qiáng)度推定混凝土的強(qiáng)度，由于是直接測(cè)定混凝土的強(qiáng)度特性，其推定結(jié)果的可靠性一般較高，且試驗(yàn)方法與通常標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法基本相同，所需加速養(yǎng)護(hù)設(shè)備較易制備，易于實(shí)施。
目前，混凝土快速試驗(yàn)方法僅適用于混凝土生產(chǎn)中的質(zhì)量控制以及混凝土配合比的設(shè)計(jì)與調(diào)整，而不用于混凝土強(qiáng)度的合格評(píng)定。國(guó)外一些國(guó)家的同類標(biāo)準(zhǔn)也多未用于合格評(píng)定。
2 國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介
國(guó)外有些國(guó)家已經(jīng)研究發(fā)展了多種加速養(yǎng)護(hù)和快速測(cè)定水灰比﹑快速分析混凝土組成等以推定混凝土28 天強(qiáng)度的試驗(yàn)方法。有少數(shù)國(guó)家已制定了早期判定混凝土質(zhì)量的試驗(yàn)方法，并列為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)，如英國(guó)﹑美國(guó)﹑日本﹑前蘇聯(lián)﹑加拿大等。表1 列出了各國(guó)采用的早期加速養(yǎng)護(hù)的試驗(yàn)方法。由表1 可見(jiàn)，我國(guó)采用的加速養(yǎng)護(hù)方法與國(guó)外的方法近似，只是養(yǎng)護(hù)制度有所不同。
3 早期加速養(yǎng)護(hù)的試驗(yàn)方法
早期推定混凝土強(qiáng)度的加速養(yǎng)護(hù)試驗(yàn)，主要是早期強(qiáng)化養(yǎng)護(hù)條件，加速水泥水化，促進(jìn)混凝土強(qiáng)度發(fā)展，求得盡可能高而穩(wěn)定的早期強(qiáng)度，建立早期強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 天（或其他齡期）強(qiáng)度的關(guān)系式，據(jù)以推定混凝土28d（或其他齡期）標(biāo)養(yǎng)強(qiáng)度。該試驗(yàn)方法所用試件與常規(guī)方法相同，不改變混凝土的組成，能較全面地反映影響混凝土強(qiáng)度的各種因素。且加速養(yǎng)護(hù)設(shè)備簡(jiǎn)單，方法簡(jiǎn)便，易于推廣應(yīng)用。
加速養(yǎng)護(hù)試驗(yàn)的周期（從攪拌﹑取樣，經(jīng)成型﹑加速養(yǎng)護(hù)到抗壓試驗(yàn)測(cè)得早期強(qiáng)度）以在求得較高的早期強(qiáng)度條件下，周期較短并適應(yīng)一般的工作時(shí)間為宜。基于此，大致可在取樣成型的當(dāng)日或次日取得試驗(yàn)結(jié)果。
 一般認(rèn)為，早期加速養(yǎng)護(hù)的試件強(qiáng)度較接近于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d 的強(qiáng)度，較有利于提高其推定強(qiáng)度的可靠程度。當(dāng)養(yǎng)護(hù)條件相同時(shí)，加速養(yǎng)護(hù)早期強(qiáng)度一般隨養(yǎng)護(hù)溫度的增高而有所增大，故多采用較高的加速養(yǎng)護(hù)溫度。但由于試驗(yàn)作業(yè)周期短，如試件成型后在水泥水化初期即在過(guò)高溫度條件下加速養(yǎng)護(hù)時(shí)，溫差過(guò)大，將不利于強(qiáng)度的穩(wěn)定發(fā)展。故當(dāng)采用成型后隨即進(jìn)行加熱養(yǎng)護(hù)的試驗(yàn)方法時(shí)，宜選用較低的養(yǎng)護(hù)溫度；當(dāng)采用成型后經(jīng)較長(zhǎng)靜置養(yǎng)護(hù)試件的試驗(yàn)方法時(shí)，可選用較高的養(yǎng)護(hù)溫度。
《早期推定混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)方法》（JGJ15—83）給出下述三種早期加速養(yǎng)護(hù)的試驗(yàn)方法：
1）沸水法 在拌和﹑取樣﹑成型試件并抹面后，隨即以橡皮墊或塑料布覆蓋表面，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室或室溫20±5℃室內(nèi)靜置24 小時(shí)±15 分鐘，然后脫模。將試件浸入養(yǎng)護(hù)箱沸水中養(yǎng)護(hù)4 小時(shí)±15 分鐘。取出試件置于室溫下靜置1 小時(shí)±10 分鐘，使試件冷卻，在試件齡期為29 小時(shí)±15 分鐘時(shí)進(jìn)行抗壓試驗(yàn)。
靜置24 小時(shí)后脫模與通常標(biāo)準(zhǔn)抗壓試驗(yàn)方法相同，易為混凝土攪拌站或試驗(yàn)室應(yīng)用實(shí)施。脫模后浸入沸水中養(yǎng)護(hù)試件，既可避免使用密封試模，沸水箱也易制備。比之國(guó)外用密封試模浸養(yǎng)試件的沸水法，簡(jiǎn)化為脫模浸養(yǎng)試件，更適合于我國(guó)一般生產(chǎn)實(shí)際，操作簡(jiǎn)便，易于實(shí)施。
2）80℃熱水法
在拌和﹑取樣﹑成型試件并抹面后，密封試模，靜置共1 小時(shí)±10 分鐘。將密封試模放入養(yǎng)護(hù)箱80±2℃熱水中養(yǎng)護(hù)5 小時(shí)±5 分鐘。取出試模脫模 ，將試件在室溫下置放1 小時(shí)±10 分鐘，使之冷卻，在試件齡期為7 小時(shí)±15 分鐘時(shí)進(jìn)行抗壓試驗(yàn)。此法于當(dāng)日即可判定混凝土的強(qiáng)度質(zhì)量。與其他方法相比可提前判定混凝土強(qiáng)度。所需能控制溫度的熱水箱及可密封的試模也較易制備，便于混凝土攪拌站或試驗(yàn)室應(yīng)用實(shí)施。
3）55℃溫水法
在拌和﹑取樣﹑成型試件并抹面后，密封試模，靜置共1 小時(shí)±10 分鐘。將密封試模放入養(yǎng)護(hù)箱55±2℃溫水中養(yǎng)護(hù)23 小時(shí)±15 分鐘。取出試模脫模 ，將試件在室溫下置放1 小時(shí)±10 分鐘，使之冷卻，在試件齡期為25 小時(shí)±15 分鐘時(shí)進(jìn)行抗壓試驗(yàn)。此法由于養(yǎng)護(hù)溫度不高，操作較安全。但要求養(yǎng)護(hù)設(shè)備需能連續(xù)正常工作約一晝夜，以保證養(yǎng)護(hù)條件符合規(guī)定要求。上述三種加速養(yǎng)護(hù)試驗(yàn)方法各有其特點(diǎn)：沸水法，水溫容易控制，在無(wú)專用加速養(yǎng)護(hù)箱的單位，可自制簡(jiǎn)易沸水箱進(jìn)行加速養(yǎng)護(hù)，因此易于實(shí)施。但要求試件在室內(nèi)靜置24 小時(shí)期間室溫需能保持205℃，或具有標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室；80℃熱水法的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)日即可得出試驗(yàn)結(jié)果，據(jù)此推定混凝土強(qiáng)度；55℃溫水法，由于養(yǎng)護(hù)溫度不高，操作安全，但要求加速養(yǎng)護(hù)設(shè)備需能連續(xù)正常工作約一晝夜。
4 混凝土強(qiáng)度關(guān)系式的建立
由于在目前條件下，還無(wú)法以某種早期測(cè)定的強(qiáng)度（或參數(shù)）直接取代標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d強(qiáng)度。因此通過(guò)建立混凝土標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d（或其他齡期）強(qiáng)度與早期強(qiáng)度二者的關(guān)系式，用早期測(cè)得的強(qiáng)度推定混凝土28d（或其他齡期）標(biāo)養(yǎng)強(qiáng)度。
為建立混凝土強(qiáng)度關(guān)系式而進(jìn)行專門試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)采用與工程相同的原材料制作試件。試樣拌合物的坍落度或工作度應(yīng)與工程所用的相近。
每一混凝土試樣應(yīng)至少成型兩組試件，組成一個(gè)對(duì)組。其中一組進(jìn)行加速養(yǎng)護(hù)，測(cè)得加速養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度；另一組進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，測(cè)得28d（或其他齡期）標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度。需進(jìn)行不少于30 對(duì)組試樣的對(duì)比試驗(yàn)。通常以橫坐標(biāo)表示加速養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度，以縱坐標(biāo)表示標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d強(qiáng)度。則：cu fˆ = A + B cu j f , (1)式中： cu fˆ —標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的混凝土試件強(qiáng)度的推定值；cu j f , —加速養(yǎng)護(hù)的混凝土試件強(qiáng)度的實(shí)測(cè)值；其中：
 衡量線性回歸方程相關(guān)顯著性的參數(shù)是相關(guān)系數(shù)，用加速養(yǎng)護(hù)早期強(qiáng)度推定28d 強(qiáng)度的精確度一般用剩余標(biāo)準(zhǔn)差表示。根據(jù)這兩個(gè)指標(biāo)確定本次試驗(yàn)所建立的混凝土強(qiáng)度關(guān)系式是否可用。
在建立混凝土強(qiáng)度關(guān)系式時(shí)還要考慮原材料的影響因素，如外加劑，因外加劑的品種不同，對(duì)水泥凝結(jié)硬化的速度影響不一，勢(shì)必影響混凝土的早期強(qiáng)度。試驗(yàn)結(jié)果表明：在前置時(shí)間較長(zhǎng)，混凝土經(jīng)一定凝結(jié)階段達(dá)一定強(qiáng)度后，再進(jìn)行沸水養(yǎng)護(hù)時(shí)，摻木鈣的與不摻的無(wú)顯著差異。在前置時(shí)間較短，進(jìn)行加速養(yǎng)護(hù)時(shí)，早期強(qiáng)度隨外加劑的品種﹑加速養(yǎng)護(hù)制度而有所差異。因此，對(duì)不同品種的外加劑應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)選定適宜的加速養(yǎng)護(hù)方法。而不同品種骨料對(duì)加速養(yǎng)護(hù)早期強(qiáng)度沒(méi)有顯著影響，在實(shí)用上可不考慮骨料品種（碎石﹑卵石）的影響。試驗(yàn)結(jié)果還表明：不同尺寸試件的早期強(qiáng)度與28d 強(qiáng)度的比值基本相同。用不同尺寸試件建立的回歸方程無(wú)顯著差異，回歸曲線幾乎重合?？梢哉J(rèn)為同一種加速養(yǎng)護(hù)試驗(yàn)方法采用不同尺寸的試件可以取得同等效應(yīng)。因此，可以使用兩種不同尺寸的試件建立通用的回歸方程，或當(dāng)一種尺寸的試件尚未建立回歸方程時(shí)，可利用另一種尺寸試件所建立的回歸方程。回歸方程與用于試驗(yàn)的原材料（主要是水泥）的品種和質(zhì)量狀況有直接關(guān)系，水泥強(qiáng)度質(zhì)量狀況和組成的變化，將引起混凝土強(qiáng)度關(guān)系式系數(shù)的變化，它對(duì)推定誤差有較大的影響。為了保證強(qiáng)度關(guān)系式的可靠性，可用生產(chǎn)累積的數(shù)據(jù)校核強(qiáng)度關(guān)系式。若無(wú)異常情況，可用累積的數(shù)據(jù)加原有試驗(yàn)數(shù)據(jù)修訂原強(qiáng)度關(guān)系式。當(dāng)發(fā)現(xiàn)有系統(tǒng)誤差時(shí)，應(yīng)重新建立混凝土強(qiáng)度關(guān)系式。
試驗(yàn)表明：各地區(qū)雖采用相同的加速養(yǎng)護(hù)試驗(yàn)方法，但由于水泥的品種﹑組成的不同，各法所得回歸曲線的分布范圍一般較寬，表明不適于綜合建立成一個(gè)通用公式，而要根據(jù)各自的特定條件求得回歸方程，據(jù)以推定28d 強(qiáng)度，以取得較高的推定精度。推定的強(qiáng)度可用以預(yù)測(cè)混凝土28d 強(qiáng)度，判定混凝土潛在質(zhì)量，進(jìn)行生產(chǎn)質(zhì)量控制。
5 標(biāo)準(zhǔn)修訂情況介紹
2004 年建設(shè)部以建標(biāo)[2004]第66 號(hào)文下達(dá)了《早期推定混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)方法》（JGJ15—83）的修訂計(jì)劃，中國(guó)建筑科學(xué)研究院為主編單位。
因《早期推定混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)方法》（JGJ15—83）是于1981 年開(kāi)始制訂的，當(dāng)時(shí)的混凝土技術(shù)還比較落后，混凝土強(qiáng)度等級(jí)普遍偏低，外加劑和礦物摻合料的應(yīng)用還不太廣泛，大部分混凝土為塑性混凝土。該標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施至今已二十多年，而混凝土技術(shù)有了較大的發(fā)展。混凝土正朝著高強(qiáng)高性能方向發(fā)展，化學(xué)外加劑﹑礦物摻合料在混凝土中的應(yīng)用日益廣泛，混凝土施工技術(shù)也由原來(lái)的塑性混凝土向著泵送﹑大流動(dòng)方向發(fā)展。有鑒于此，為了適應(yīng)混凝土技術(shù)的發(fā)展，滿足工程需要，此次標(biāo)準(zhǔn)修訂將有較大的變化。具體闡述如下：
5.1 適用范圍擴(kuò)大
現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)制訂當(dāng)初，混凝土強(qiáng)度等級(jí)較低（不大于C60），為了適應(yīng)高強(qiáng)高性能混凝土的發(fā)展，此次修訂擬通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證高強(qiáng)混凝土與中低強(qiáng)度混凝土是否在一條回歸直線上，能否用一條回歸直線表示。如果不在一條回歸直線上，可否采用分段表示。混凝土中摻加外加劑和礦物摻合料（尤其是大摻量）情況下，回歸線是否呈線性關(guān)系。另外，將適用范圍擴(kuò)大到輕骨料混凝土。
5.2 增加混凝土拌合物性能推定混凝土強(qiáng)度的試驗(yàn)方法
借鑒國(guó)外的試驗(yàn)方法，通過(guò)測(cè)試新拌混凝土的粘滯阻力及砂﹑石自振頻率，建立粘滯阻力﹑砂﹑石﹑水泥漿與混凝土坍落度﹑擴(kuò)展度﹑水灰比﹑強(qiáng)度﹑水化溫度之間的數(shù)學(xué)模型，測(cè)量出混凝土的坍落度﹑擴(kuò)展度﹑水灰比﹑溫度，從而預(yù)測(cè)混凝土28d 強(qiáng)度。該方法用于坍落度在120～260mm﹑強(qiáng)度等級(jí)C10～C60 之間的現(xiàn)場(chǎng)攪拌混凝土﹑預(yù)拌泵送高性能混凝土的工作性﹑水灰比﹑強(qiáng)度﹑溫度等指標(biāo)的測(cè)定。該方法操作簡(jiǎn)便﹑快捷，測(cè)量范圍寬，可靠性較高，數(shù)據(jù)處理實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)智能化。
5.3 增加混凝土中砂漿加速養(yǎng)護(hù)的試驗(yàn)方法
現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的三種加速養(yǎng)護(hù)試驗(yàn)方法，最快也需要7 小時(shí)得出試驗(yàn)結(jié)果，另外二種方法均于次日得出試驗(yàn)結(jié)果。這些方法有時(shí)還不能滿足工程的需要，還需要更短的時(shí)間。交通部于1994 年發(fā)布的《公路工程混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（JTJ053—94）中提出采用1 小時(shí)促凝壓蒸法進(jìn)行混凝土強(qiáng)度快速試驗(yàn)。它是通過(guò)測(cè)定新拌混凝土濕篩砂漿試樣促凝壓蒸1 小時(shí)后的快硬強(qiáng)度，預(yù)測(cè)混凝土28d 標(biāo)養(yǎng)強(qiáng)度。該方法經(jīng)過(guò)十余年的使用，證明效果較好，1 個(gè)多小時(shí)就可得出試驗(yàn)結(jié)果，能滿足工程的需要，但該方法不適于高強(qiáng)混凝土。本次修訂擬增加該方法，并規(guī)定其使用條件.
5.4 增加早期推定混凝土強(qiáng)度的應(yīng)用
現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施已二十余年，各地在混凝土質(zhì)量控制方面積累了較多的經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)。此次修訂擬將多年來(lái)積累的經(jīng)驗(yàn)和方法歸納匯總，形成條文列入標(biāo)準(zhǔn)。
總之，此次標(biāo)準(zhǔn)修訂將根據(jù)混凝土技術(shù)的發(fā)展動(dòng)態(tài)，吸收國(guó)外的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，制定出既符合我國(guó)國(guó)情﹑又具有一定先進(jìn)性，且實(shí)用性較強(qiáng)的早期推定混凝土強(qiáng)度的試驗(yàn)方法。
6 結(jié)語(yǔ)
1）國(guó)外一些國(guó)家已制定早期加速養(yǎng)護(hù)的試驗(yàn)方法，我國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的早期加速養(yǎng)護(hù)試驗(yàn)方法的養(yǎng)護(hù)制度與國(guó)外的近似。
2）《早期推定混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)方法 》（JGJ15—83）給出三種早期加速養(yǎng)護(hù)的試驗(yàn)方法，各有其特點(diǎn)。
3）行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《早期推定混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)方法 》正在修訂之中。由于現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)已實(shí)施二十余年，此次修訂將有較大的變化。
參 考 文 獻(xiàn)
[1] 早期推定混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)方法 （JGJ15—83）
[2] 公路工程混凝土試驗(yàn)規(guī)程（JTJ053—94）
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