冬季施工砼强度曲线

冬季混凝土强度发展的规律性冬季混凝土强度发展的规律性 1 在冬期施工中 需要及时了解混凝土强度的发展情况 例如当采用蓄热养护工艺时 混凝 土冷却至 0 前是否已达到抗冻临界强度 当采用人工加热养护时 在停止加热前混凝土是否已 达到预定的强度 当采用综合养护时 混凝土的预养时间是否足够等 在施工现场留置同条件养 护试件做抗压强度试验 固然可以解决一部分问题 但所做试件很难与结构物保持相同的温度 因此代表性较差 又由于模板未拆 也不能使用任何非破损方法进行测试 因此 运用计算的方 法对混凝土强度进行估计或预测是很有实用价值的 2 用普通硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥拌制的混凝土 在各种养护温度下的强度增长率分别 如图 22 22 和图 22 23 图 22 22 用普通硅酸盐水泥拌制的混凝土 图 22 23 用矿渣硅酸盐水泥拌制的混凝土 3 用普通硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥拌制并掺有早强减水剂的混凝土 在各种养护温度下 的强度增长率分别如图 22 24 和图 22 25 图 22 24 用普通水泥拌制并掺有早强减水剂的混凝土 图 22 25 用矿渣水泥拌制并掺有早强减水剂的混凝土 4 采用负温混凝土工艺 用普通硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥拌制 并掺有适量防冻剂的混 凝土 在负温条件下的强度增长率分别如图 22 26 和图 22 27 图 22 26 用普通硅酸盐水泥拌制并掺有防冻剂的混凝土 图 22 27 用矿渣硅酸盐水泥拌制并掺有防冻剂的混凝土 5 当混凝土的养护温度为一变量时 混凝土的强度可用成熟度的方法来估算 其原理是 相 同配合比的混凝土 在不同的温度 时间下养护 只在成熟度相等 其强度大致相同 计算方法 如下 1 适用范围 本法适用于不掺外加剂在 50 以下正温养护和掺外加剂在 30 以下正温养护的混凝土 亦可 用于掺防冻剂的负温混凝土 本法适用于估算混凝土强度标准值 60 以内的强度值 2 前提条件 使用本法估算混凝土强度 需要用实际工程使用的混凝土原材料和配合比 制作不少于 5 组 混凝土立方体标准试件 在标准条件下养护 得出 1 2 3 7 28d 的强度值 使用本法同时需取得现场养护混凝土的温度实测资料 温度 时间 3 用计算法估算混凝土强度的步骤 1 用标准养护试件 1 7d 龄期强度数据 经回归分析拟合成下列形式曲线方程 22 14 D b aef 式中 f 混凝土立方体抗压强度 N mm2 D 混凝土养护龄期 d a b 参数 2 根据现场的实测混凝土养护温度资料 用式 22 15 计算混凝土已达到的等效龄期 相 当于 20 标准养护的时间 t T tT 22 15 式中 t 等效龄期 h T 温度为 T 的等效系数 按表 22 30 采用 tT 温度为 T 的持续时间 h 3 以等效龄期 t 代替 D 代入公式 22 14 可算出强度 4 用图解法估算混凝土强度的步骤 等效系数 T 表 22 30 温度 T 等效系数 T 温度 T 等效系数 T 温度 T 等效系数 T 503 16281 4560 43 493 07271 3950 40 482 97261 3340 37 472 88251 2730 35 462 80241 2220 32 452 71231 1610 30 442 62221 1100 27 432 54211 05 10 25 422 46201 00 20 23 412 38190 95 30 21 402 30180 91 40 20 392 22170 86 50 18 382 14160 81 60 16 372 07150 77 70 15 361 99140 73 80 14 351 92130 68 90 13 341 85120 64 100 12 331 78110 61 110 11 321 71100 57 120 11 311 6590 53 130 10 301 5880 50 140 10 291 5270 46 150 09 1 根据标准养护试件各龄期强度数据 在坐标纸上画出龄期 强度曲线 2 根据现场实测的混凝土养护温度资料 计算混凝土达到的等效龄期 3 根据等效龄期数值 在龄期 强度曲线上查出相应强度值 即为所求值 例 某混凝土在试验室测得 20 标准养护条件下的各龄期强度值如表 22 31 混凝土浇筑 后测得构件的温度如表 22 32 试估算混凝土浇筑后 38h 时的强度 标养试件试验结果 表 22 31 标养龄期 d 1237 抗压强度 N mm2 4 011 015 421 8 测温记录 表 22 32 从浇筑起算的时间 h 02468101238 温度 1420263032364040 解 1 当采用计算法时 根据表 22 31 的数据 通过回归分析求得曲线方程为 D ef 989 1 459 29 2 当采用图解法时 将表 22 31 中的数据在坐标纸上绘出龄期 强度曲线 如图 22 28 图 22 28 某混凝土的龄期 强度曲线 标养 3 根据测温记录 计算出整个养护过程中的时间 温度关系如表 22 33 并计算等效龄期 养护过程的时间 温度关系 表 22 33 时间间隔 h 22222226 平均温度 17232831343840 等效龄期 t 2 0 86 2 1 16 2 1 45 2 1 65 2 1 85 2 2 14 26 2 30 78h 3 25d 4 根据等效龄期估算混凝土强度 当采用计算法时 将 t 值作为龄期 D 代入曲线方程 得 16 0N mm2 25 3 989 1 459 29 ef 当采用图解法时 在图 22 28 上找到相应的点 查得强度值为 16 0N mm2 6 当采用综合蓄热法施工时 混凝土如果在达到抗冻临界强度值之前就撤除保温材料 混凝 土会遭受冻害 如果在达到抗冻临界强度值之后继续保温 则势必影响工程进度 用以下方法可 以找到混凝土浇筑后达到抗冻临界强度的时刻 1 使用与施工混凝土相同的材料和配合比 配制混凝土并制备抗压试件 6 块 成型后立即 放进 20 标准养护室 养护至 24h 时取出试压 从试压数据中舍弃最大和最小值 取中间 4 个数 据计算其平均值 作为该种混凝土标养 24h 的强度 f1 2 根据 f1与该种混凝土的设计强度 f设 的比值 按表 22 34 查出该种混凝土强度 0 点 的标养时间 强度 0 点取值表 表 22 34 f1 f设比值 强度 0 点的标养时间 h 1012 10 209 20 307 30 405 5 404 3 以标养时间 h 为横坐标 以强度 MPa 为纵坐标 建立坐标系 将强度 0 点的标 养时间标绘在横坐标上 再将 f1标绘在 24h 处 做直线相连 在该直线上查到强度达到 4MPa 时 所需的标准养护时间 t0 h 4 计算成熟度的公式如下 M 22 16 t tT 0 15 式中 M 混凝土成熟度 h T 混凝土温度 t 两次测温间隔时间 h 5 将 t0作为 t T 为 20 代入公式 22 16 再除以平均差值系数 0 8 所得值即为达到 抗冻临界强度的成熟度值 6 工地在实际施工时 应做好测温记录 根据混凝土的实际养护温度与养护时间 按公式 22 16 计算成熟度 当达到抗冻临界强度的成熟度时 即可停止保温 22 5 5 蓄热法养护蓄热法养护 1 工艺特点 工艺特点 将混凝土的组成材料进行加热然后搅拌 在经过运输 振捣后仍具有一定温度 浇筑后的混 凝土周围用保温材料严密覆盖 利用这种预加的热量和水泥的水化热量 使混凝土缓慢冷却 并 在冷却过程中逐渐硬化 当混凝土温度降至 0 时可达到抗冻临界强度或预期的强度要求 蓄热法具有经济 简便 节能等优点 混凝土在较低温度下硬化 其最终强度损失小 耐久 性较高 可获得较优质量的制品 但用蓄热法施工 强度增长较慢 因此宜选用强度等级较高 水化热较大的硅酸盐水泥 普通硅酸盐水泥或快硬硅酸盐水泥 同时选用导热系数小 价廉耐用 的保温材料 保温层敷设后要注意防潮和防止透风 对于构件的边棱 端部和凸角要特别加强保 温 新浇混凝土与已硬化混凝土连接处 为避免热量的传导损失 必要时应采取局部加热措施 2 适用范围 适用范围 当结构表面系数较小或气温不太低时 应优先采用蓄热法施工 蓄热法的适用范围大致如表 22 35 所示 蓄热法适用范围 表 22 35 结构表面系数室外平均气温 5 7 57 5 1010 12 512 5 15 0蓄热法蓄热法蓄热法蓄热法 2蓄热法蓄热法蓄热法综合蓄热法 5蓄热法蓄热法综合蓄热法综合蓄热法 8蓄热法综合蓄热法综合蓄热法 10综合蓄热法综合蓄热法 注 综合蓄热法即在蓄热法工艺的基础上 在混凝土中掺入防冻剂 以延长硬化时间和提高抗冻害能力 3 热工计算 热工计算 蓄热法热工计算的依据是热量平衡原理 即每立方米混凝土从浇筑完毕时的温度下降到 0 的过程中 透过模板和保温层所放出的热量 等于混凝土预加热量和水泥在此期间所放出的水化 热之和 当施工条件 结构尺寸 材料配比 浇筑后的温度和养护期间的预测气温 确定以后 先初 步选定保温材料的种类 厚度和构造 然后计算出混凝土冷却到 0 的延续时间和混凝土在此期 间的平均温度 据此再用成熟度方法估算出混凝土可能获得的强度 如所得结果达不到抗冻临界 强度值或预期的强度要求 则需调整某些施工条件或修改保温层设计 再进行计算 直至符合要 求为止 蓄热法的热工计算按以下方法进行 1 混凝土蓄热养护开始到任一时刻 t 的温度 可按下式计算 22 17 2 混凝土蓄热养护开始到任一时刻 t 的平均温度 可按下式计算 22 18 其中 为综合参数 按下式计算 式中 T 混凝土蓄热养护开始到任一时刻 t 的温度 Tm 混凝土蓄热养护开始到任一时刻 t 的平均温度 t 混凝土蓄热养护开始到任一时刻的时间 h Tm a 混凝土蓄热养护开始到任一时刻 t 的平均气温 c 混凝土的质量密度 kg m3 mce 每立方米混凝土水泥用量 kg m3 Qce 水泥水化累积最终放热量 kJ kg vce 水泥水化速度系数 h 1 透风系数 M 结构表面系数 m 1 K 结构围护层的总传热系数 kJ m2 h K e 自然对数底 可取 e 2 72 注 结构表面系数 M 值可按下式计算 M A V 式中 A 混凝土结构表面积 m2 v 混凝土结构的体积 m3 结构围护层总传热系数可按下式计算 n i i i d K 1 04 0 6 3 di 第 i 层围护层厚度 m i 第 i 层围护层的导热系数 W m K 平均气温 Tm a取法 可采用蓄热养护开始至 t 时气象预报的平均气温 亦可按每时或每日 平均气温计算 水泥水化累积最终放热量 Qce 水泥水化速度系数 vce及透风系数 取值见表 22 36 和表 22 37 水泥水化累积最终放热量 Qce和水化速度系数 vce 表 22 36 水泥品种及强度等级Qce kJ kg vce h 1 52 5 号硅酸盐水泥400 52 5 号普通硅酸盐水泥360 42 5 号普通硅酸盐水泥3300 013 42 5 号矿渣 火山灰 粉煤灰硅酸盐水泥240 透风系数 表 22 37 透风系数 围护层种类 小风中风大风 围护层由易透风材料组成2 02 53 0 易透风保温材料外包不易透风材料1 51 82 0 围护层由不易透风材料组成1 31 451 6 注 小风 风速 vw 3m s 中风 风速 3 vw 5m s 大风 风速 vw 5m s 3 当需要计算混凝土蓄热养护冷却至 0 的时间时 可根据公式 22 17 采用逐次逼近 的方法进行计算 如果蓄热养护条件满足 且 KM 50 时 也可按下式直接计算 5 1 am T 22 19 amce Tv t 0 ln 1 式中 t0 混凝土蓄热养护冷却至 0 的时间 h 混凝土冷却至 0 的时间内 其平均温度可根据公式 22 18 取 t t0进行计算 4 混凝土蓄热养护的有关参数 也可用图 22 29 和表 22 38 查得 各种保温模板的传热系数 表 22 38 保温模板构造传热系数 K W m2 K 钢模板 区格间填以聚苯乙烯板 50mm 厚3 0 钢模板 区格间填以聚苯乙烯板 50mm 厚 外包岩棉毡 30mm 厚 0 9 钢模板 外包毛毡三层 20mm 厚3 5 木模板 25mm 厚 外包岩棉毡 30mm 厚1 1 木模板 25mm 厚 外包草帘 50mm 厚1 0 图 22 29 用普通 42 5 级水泥拌制的混凝土蓄热计算图 入模温度 20 例 一批钢筋混凝土柱 断面为 300mm 400mm 用普通 42 5 号水泥拌制 混凝土浇筑 后的温度为 20 预计养护期间室外平均气温为 10 要求混凝土温度降至 0 时达到 50 的设 计强度 求保温条件和构件冷却时间 平均温度 解 先计算构件的表面系数 7 11 4 03 0 2 4 03 0 M 使用图 22 29 中 M 12 5 的一栏 在 达到设计强度的百分率 中找出 50 的强度线与 10 的气温线相交 在纵坐标上查得 K 0 9W m2 K 然后在 K 0 9 的水平线与 10 气温 线相交处分别查得冷却时间为 5d 平均温度为 10 根据 K 值在表 22 38 各种保温模板的传热系数 中选用 钢模板 在钢模板的区格间填以