徐 俊 朱 然 占羿箭 朱敏濤 李鑫奎

1. 上海建工集團股份有限公司 上海 200080；2. 上海高大結(jié)構(gòu)高性能混凝土工程技術(shù)研究中心 上海 200080；3. 上海建工材料工程有限公司 上海 200240

近年來，隨著我國城市化水平的不斷提升，土木工程建設(shè)呈現(xiàn)蓬勃發(fā)展的姿態(tài)，高層和超高層建筑不斷涌現(xiàn)[1]，隨之而來的大體積混凝土、高強/超高強混凝土和超高泵送混凝土也給施工帶來了新的技術(shù)挑戰(zhàn)。

對于采用大體積混凝土澆筑的基礎(chǔ)底板而言，其溫度與結(jié)構(gòu)強度演化及結(jié)構(gòu)裂縫控制緊密相關(guān)，混凝土結(jié)構(gòu)強度必須滿足設(shè)計要求，否則結(jié)構(gòu)安全風(fēng)險難以得到有效控制；與此同時，為滿足工程施工進(jìn)度要求，高層和超高層建筑上部結(jié)構(gòu)施工一般速度較快，通常維持在3～7 d/層，然而只有本層混凝土結(jié)構(gòu)強度達(dá)到設(shè)計要求后，才能拆除模板、爬升模架，進(jìn)行下一層結(jié)構(gòu)施工，否則很可能造成工程事故。

目前，工程中對混凝土結(jié)構(gòu)強度的評估普遍采用同條件養(yǎng)護(hù)、回彈法或超聲回彈法、鉆芯取樣等方法。然而，這些方法要么無法科學(xué)反映混凝土實體結(jié)構(gòu)強度發(fā)展?fàn)顟B(tài)，要么需要破壞結(jié)構(gòu)，并且一般只能在混凝土結(jié)構(gòu)澆筑28 d后進(jìn)行，屬于事后評估，缺乏時效性和代表性，存在明顯的不足，難以滿足現(xiàn)代混凝土結(jié)構(gòu)施工需要[2-3]。相比之下，運用成熟度方法預(yù)測混凝土結(jié)構(gòu)強度演化狀態(tài)，是一種切實可行的實時、原位無損檢測技術(shù)[4-6]。目前，該技術(shù)已在美國密歇根州Grand River道路、紐約自由塔等典型工程項目中得到了廣泛應(yīng)用。

本文以成熟度理論為研究基礎(chǔ)，針對不同強度等級（C30、C40及C60）的混凝土，探索其在不同養(yǎng)護(hù)條件（標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)、自然養(yǎng)護(hù)及60 ℃高溫養(yǎng)護(hù)）下的結(jié)構(gòu)強度演化規(guī)律，以期為現(xiàn)代混凝土工程建造提供相關(guān)的技術(shù)支持與保障。

1 試驗研究

1.1 混凝土配合比設(shè)計

本文試驗配合比均采用工程項目實際施工配合比，主要涉及C30、C40及C60三種強度等級，其水膠比分別為0.41、0.39、0.27，具體如表1所示。

表1 C30、C40及C60混凝土配合比設(shè)計單位：kg/m3

1.2 混凝土性能指標(biāo)測試

混凝土抗壓強度及靜彈性模量指標(biāo)按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行測定。

1.3 混凝土溫度監(jiān)測

1）溫度采集：采用分體式設(shè)計單元，溫度傳感器埋入混凝土，數(shù)據(jù)存儲標(biāo)簽安裝在混凝土本體空間之外，可重復(fù)利用，且可實現(xiàn)多個溫度傳感器連接，避免因故障導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失，如圖1所示。

2）數(shù)據(jù)傳輸：采用基于RFID技術(shù)的無線數(shù)據(jù)傳輸單元，實現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)的長距離、低功耗、高穿透率、可組網(wǎng)傳輸，并且該單元具有封裝體積小、防水防振、電池易更換等優(yōu)點，如圖2所示。

圖1 溫度采集單元

圖2 數(shù)據(jù)傳輸單元

3）接收顯示終端：采用移動端及PC端，方便隨時查看溫度數(shù)據(jù)，調(diào)整監(jiān)測時間間隔。

2 結(jié)果及分析

本文將埋設(shè)溫度傳感器的不同強度等級混凝土試塊置于不同養(yǎng)護(hù)條件下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，實時監(jiān)測其內(nèi)部溫度數(shù)據(jù)，同時根據(jù)Nurse-Saul成熟度方程計算其成熟度，并測試不同齡期（1 d、3 d、7 d、14 d及28 d）混凝土的抗壓強度及靜彈性模量指標(biāo)，研究混凝土材料的強度演化規(guī)律。Nurse-Saul成熟度方程如式（1）所示：

式中：M——成熟度（℃·h或℃·d）；

T——時間間隔?t內(nèi)混凝土平均溫度（℃）；

T0——基準(zhǔn)溫度（℃），基準(zhǔn)溫度是指混凝土強度 不再隨齡期增長而增加的溫度，即混凝土 內(nèi)部水化反應(yīng)停止的溫度，通常取－10 ℃； JGJ/T 104—2011《建筑工程冬季施工規(guī)程》 中規(guī)定當(dāng)采用蓄熱法或綜合蓄熱法施工時， 其基準(zhǔn)溫度取為－15 ℃；

?t——時間間隔（h或d）。

2.1 不同養(yǎng)護(hù)條件下混凝土結(jié)構(gòu)強度演化規(guī)律

為切合工程實際情況，本試驗以C40混凝土為對象，對標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)、自然養(yǎng)護(hù)（參考工程實際環(huán)境）以及60 ℃高溫養(yǎng)護(hù)（參考大體積混凝土環(huán)境）這3種養(yǎng)護(hù)模式展開研究。

2.1.1 標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)

標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)是指將制備的混凝土試塊置于溫度20 ℃±2 ℃、相對濕度95%以上的混凝土標(biāo)養(yǎng)室內(nèi)進(jìn)行的養(yǎng)護(hù)。該條件下混凝土內(nèi)部溫度與養(yǎng)護(hù)溫度變化曲線如圖3所示。

混凝土性能指標(biāo)測試結(jié)果如表2所示。

表2 混凝土性能測試指標(biāo)（標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)）

采用式（1）計算得到成熟度M，使用Matlab軟件分析得到抗壓強度fc隨成熟度M的變化曲線如圖4所示。

圖3 混凝土內(nèi)部溫度與標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù) 環(huán)境溫度變化曲線

其中，a＝11.13，b＝－60.7，相關(guān)系數(shù)R2＝0.996。

2.1.2 自然養(yǎng)護(hù)

自然養(yǎng)護(hù)是指將制備的混凝土試塊置于室外自然環(huán)境下進(jìn)行的養(yǎng)護(hù)，用于模擬工程實際施工條件下混凝土結(jié)構(gòu)強度演化情況。該條件下混凝土內(nèi)部溫度與自然環(huán)境溫度變化曲線如圖5所示。

混凝土性能指標(biāo)測試結(jié)果如表3所示。

表3 混凝土性能測試指標(biāo)（自然養(yǎng)護(hù)）

采用式（1）計算得到成熟度M，隨后使用Matlab軟件分析得到抗壓強度fc隨成熟度M的變化曲線，如圖6所示。

綜上所述，將多種影像聯(lián)合診斷用于瘢痕妊娠合并子宮動靜脈瘺中能獲得較高的診斷效能，能為臨床診療提供影像學(xué)依據(jù)和參考，值得推廣應(yīng)用。

圖5 混凝土內(nèi)部溫度與自然 環(huán)境溫度變化曲線

圖6 混凝土抗壓強度隨成熟度 變化曲線（自然養(yǎng)護(hù)）

擬合得到fc與M之間的映射關(guān)系也比較接近對數(shù)函數(shù)模型關(guān)系，如式（3）所示：

其中，a＝8.212，b＝－39.65，相關(guān)系數(shù)R2＝0.986 3。

2.1.3 60 ℃高溫養(yǎng)護(hù)

60 ℃高溫養(yǎng)護(hù)是指采用數(shù)顯溫控電熱加熱設(shè)備將養(yǎng)護(hù)水加熱至60 ℃并維持恒溫，而后將制備的混凝土試塊置于該水浴環(huán)境進(jìn)行的養(yǎng)護(hù)，用于模擬高溫環(huán)境下（如大體積混凝土環(huán)境）混凝土結(jié)構(gòu)強度演化情況。該條件下混凝土內(nèi)部溫度與自然環(huán)境溫度變化曲線如圖7所示。混凝土性能指標(biāo)測試結(jié)果如表4所示。

采用Saul公式計算得到成熟度M，使用Matlab軟件分析得到抗壓強度fc隨成熟度M的變化曲線，如圖8所示。

擬合得到fc與M之間的映射關(guān)系也比較接近對數(shù)函數(shù)模型關(guān)系，如式（4）所示：

其中，a＝12.59，b＝－75.16，相關(guān)系數(shù)R2＝0.893 4。

表4 混凝土性能測試指標(biāo)（60 ℃高溫養(yǎng)護(hù)）

圖7 混凝土內(nèi)部溫度與高溫養(yǎng)護(hù) 環(huán)境溫度變化曲線

圖8 混凝土抗壓強度隨成熟度 變化曲線（60 ℃高溫養(yǎng)護(hù)）

2.1.4 不同養(yǎng)護(hù)條件下混凝土結(jié)構(gòu)強度演化之間的函數(shù)關(guān)系

以3種不同養(yǎng)護(hù)條件下混凝土結(jié)構(gòu)強度演化數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過Matlab擬合函數(shù)方程，建立相互之間的映射關(guān)系，實現(xiàn)實驗室標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下混凝土結(jié)構(gòu)強度演化數(shù)據(jù)的工程化轉(zhuǎn)換應(yīng)用。式（5）、式（6）分別表示60 ℃高溫養(yǎng)護(hù)及自然養(yǎng)護(hù)條件下混凝土結(jié)構(gòu)強度fc1、fc2與標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下混凝土結(jié)構(gòu)強度fc0之間的三角函數(shù)映射關(guān)系。

其中，a01＝－3.629×107，a1＝3.629×107，b1＝－7.486× 104，w1＝－4.444×10-5，相關(guān)系數(shù)R2＝0.998 7。

其中，a02＝－2.847×109，a2＝2.847×109，b2＝－5.017×105，w2＝－2.395×10-6，相關(guān)系數(shù)R2＝0.998 8。

圖4、圖6與圖8表明，不同養(yǎng)護(hù)條件下混凝土結(jié)構(gòu)強度演化曲線均基本符合對數(shù)函數(shù)模型關(guān)系，而且不同養(yǎng)護(hù)條件下混凝土結(jié)構(gòu)強度演化之間存在一定的映射關(guān)系，該關(guān)系可由三角函數(shù)關(guān)系表征。

2.2 不同強度等級混凝土結(jié)構(gòu)強度演化規(guī)律

針對C30、C40及C60這3種工程廣泛應(yīng)用的不同強度等級混凝土，研究其在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下，混凝土結(jié)構(gòu)強度演化規(guī)律，并分析其差異化特點，為工程實踐提供理論指導(dǎo)，試驗結(jié)果如表5、表6所示。

同樣地，采用式（1）計算得到成熟度M，隨后使用Matlab軟件分析得到C30、C60兩種不用強度等級混凝土抗壓強度fc隨成熟度M的變化曲線，如圖9、圖10所示。

同樣地，C30強度等級混凝土fc與M之間的映射關(guān)系比較接近指數(shù)函數(shù)模型關(guān)系，而C60強度等級混凝土與C40強度等級相似，其fc與M之間的映射關(guān)系比較接近對數(shù)函數(shù)模型關(guān)系，擬合公式如式（7）及式（8）所示：

表5 混凝土性能測試指標(biāo)（C30）

表6 混凝土性能測試指標(biāo)（C60）

圖9 混凝土抗壓強度隨成熟度 變化曲線（C30）

圖10 混凝土抗壓強度隨成熟度 變化曲線（C60）

其中，a＝1.207，b＝0.350 8，c＝－2.285，相關(guān)系數(shù)R2＝0.991 8。

其中，a＝10.89，b＝－41.67，相關(guān)系數(shù)R2＝0.797 8。

分析圖4、圖9以及圖10可知，不同強度等級混凝土結(jié)構(gòu)強度演化規(guī)律基本一致，均隨成熟度的增加而上升，不同之處在于C30混凝土呈指數(shù)函數(shù)上升，而C40及C60混凝土則呈對數(shù)函數(shù)上升。

3 結(jié)語

1）建立了3種不同養(yǎng)護(hù)條件下混凝土結(jié)構(gòu)強度演化曲線擬合方程，均基本符合對數(shù)函數(shù)模型關(guān)系，為自然環(huán)境及60 ℃高溫環(huán)境下混凝土結(jié)構(gòu)工程施工提供強有力的技術(shù)支撐。

2）建立了3種不同養(yǎng)護(hù)條件下，混凝土結(jié)構(gòu)強度演化之間的相互映射關(guān)系，均基本符合三角函數(shù)關(guān)系，實現(xiàn)實驗室標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下，混凝土結(jié)構(gòu)強度演化數(shù)據(jù)的工程化轉(zhuǎn)換應(yīng)用，有效解決了實際工程項目試驗條件相對薄弱的缺陷。

3）建立了3種不同強度等級混凝土結(jié)構(gòu)強度演化曲線擬合方程，相同之處在于不同強度等級混凝土結(jié)構(gòu)強度演化規(guī)律基本一致，均隨成熟度的增加而上升，不同之處在于C30混凝土呈指數(shù)函數(shù)上升，而C40及C60混凝土則呈對數(shù)函數(shù)上升，為C30、C40及C60混凝土結(jié)構(gòu)工程施工提供強有力的技術(shù)支撐。

4）混凝土原材料及配合比設(shè)計等因素差異，會對研究的規(guī)律方程產(chǎn)生一定的影響，下一步將重點針對上述問題展開研究，以期確定其合理的偏差范圍[7-11]。