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        不同養(yǎng)護(hù)條件下C40混凝土強(qiáng)度演化試驗研究

        2021-12-21 09:04:00
        建筑施工 2021年8期
        關(guān)鍵詞:力學(xué)性能混凝土

        吳 翔

        海南省滬建建設(shè)有限公司 海南 ???571157

        不同于鋼材,時變性和波動性是混凝土材料性能發(fā)展的兩大特征。與“先檢測,后使用”的鋼材質(zhì)量控制原則不同,混凝土材料一直沿用“先澆筑,后檢測”的質(zhì)量控制方法?;炷敛牧蠞仓?,現(xiàn)有研究對結(jié)構(gòu)狀態(tài)監(jiān)測主要集中在荷載作用效應(yīng)方面(應(yīng)力、應(yīng)變及變形)[1-3],而對結(jié)構(gòu)可靠性具有重要影響的混凝土材料力學(xué)性能實時發(fā)展?fàn)顟B(tài)缺乏高效的監(jiān)測與評估方法,混凝土施工過程質(zhì)量控制一直都是一個挑戰(zhàn)。實現(xiàn)混凝土實體力學(xué)性能的實時評估,一方面,對于施工決策(拆模、預(yù)應(yīng)力操作、養(yǎng)護(hù)措施的撤出以及加快施工進(jìn)程等)、質(zhì)量實時監(jiān)控與預(yù)防工程事故具有積極的作用和顯著的社會、經(jīng)濟(jì)效益;另一方面,掌握混凝土實體力學(xué)性能發(fā)展動態(tài)對于其他相關(guān)性能的研究可起到關(guān)鍵性作用,例如,在大體積混凝土中,硬化過程的水化放熱引發(fā)了多種熱力學(xué)效應(yīng),對這些現(xiàn)象的了解與掌握對于重大工程(如超高層建筑基礎(chǔ))顯得尤為重要。因此,如何精準(zhǔn)估測混凝土的強(qiáng)度演化規(guī)律是當(dāng)前困擾工程界的一大難題。

        前人的研究指出,混凝土的強(qiáng)度演化受多因素影響,但當(dāng)其配比及施工工藝明確后,養(yǎng)護(hù)溫度與齡期則是影響其強(qiáng)度演化的決定性因素。大體積混凝土澆筑過程中,溫度會對混凝土的強(qiáng)度造成影響甚至造成溫度裂縫的出現(xiàn),抗壓強(qiáng)度正比于度時積(溫度和時間的積)。因此,成熟度理論被提出來,以考慮溫度與齡期兩者對強(qiáng)度的影響。由于此法相對簡單易用,且有效地節(jié)省在施工過程中所需要的人力與物力,對結(jié)構(gòu)物強(qiáng)度的預(yù)測精度能夠滿足工程需求,因而在工程上使用廣泛。

        目前,大部分的強(qiáng)度-成熟度試驗[4-7]均采用室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù),而室外不同季節(jié)養(yǎng)護(hù)條件下的混凝土強(qiáng)度-成熟度研究十分有限[8]。因此,本文以C40混凝土為對象,開展不同養(yǎng)護(hù)條件下的試驗研究分析,揭示養(yǎng)護(hù)條件對C40混凝土強(qiáng)度增長的影響規(guī)律。

        1 試驗

        1.1 試驗材料

        試驗所用水泥為安徽銅陵海螺水泥有限公司生產(chǎn)的海螺牌P.Ⅱ 52.5水泥,該水泥的基本物理力學(xué)性能如表1所示。砂為天然河砂,屬于中砂,細(xì)度模數(shù)為2.69,砂的級配情況如表2所示;粉煤灰選用華能Ⅱ級粉煤灰,其物理力學(xué)性能如表3所示;石子為產(chǎn)自揚州的5~25 mm連續(xù)級配的碎石;水為自來水。

        表1 水泥的基本物理力學(xué)性能

        表2 砂級配分布

        表3 粉煤灰物理、化學(xué)性能

        1.2 混凝土配合比設(shè)計

        調(diào)節(jié)減水劑使得新拌混凝土坍落度控制在180 mm±30 mm,混凝土的配合比為:水泥∶水∶砂∶石∶礦粉∶粉煤灰∶減水劑=460∶155∶639∶1 003∶64∶53∶5.77。

        1.3 試驗方法

        混凝土抗壓強(qiáng)度試塊尺寸為100 mm×100 mm×100 mm,攪拌完成后將新拌混凝土放置于不同養(yǎng)護(hù)環(huán)境中,標(biāo)養(yǎng)條件下的混凝土試塊先移至恒溫恒濕室內(nèi)24 h,隨后脫模放入標(biāo)養(yǎng)室;自然養(yǎng)護(hù)的試塊則放置于室外養(yǎng)護(hù)24 h后脫模即可。其中,自然養(yǎng)護(hù)考慮季節(jié)因素,本文分別于2019年1月、2019年3月、2019年10月以及2020年7—8月進(jìn)行試驗,用于分析上海市冬季、春季、秋季及夏季的養(yǎng)護(hù)條件對C40混凝土強(qiáng)度的影響情況,其溫度曲線如圖1所示。

        圖1 不同季節(jié)室外養(yǎng)護(hù)溫度曲線

        2 試驗結(jié)果與分析

        通過測定標(biāo)養(yǎng)及不同季節(jié)自然養(yǎng)護(hù)條件下,混凝土試塊1、3、5、7、14及28 d齡期的抗壓強(qiáng)度,并利用Saul成熟度計算公式〔式(1)〕計算不同養(yǎng)護(hù)條件下各齡期的成熟度,其計算結(jié)果如表4所示。

        由表4可知,溫度將會對混凝土強(qiáng)度造成顯著的影響。冬季養(yǎng)護(hù)的混凝土各個齡期強(qiáng)度均低于其他養(yǎng)護(hù)溫度下的混凝土強(qiáng)度,這表明冬季較低的室外環(huán)境溫度將使混凝土強(qiáng)度的增長受到阻礙,尤其是對于早齡期的混凝土而言。然而,此因素對強(qiáng)度的影響是隨著混凝土齡期的增大而逐漸減弱的。持續(xù)的水泥水化作用使得混凝土強(qiáng)度得到增長,冬季的持續(xù)低溫環(huán)境降低了混凝土內(nèi)水化反應(yīng)的速率與水化程度,因而混凝土的強(qiáng)度增長速度下降。

        表4 C40混凝土抗壓強(qiáng)度值與成熟度計算結(jié)果

        夏季養(yǎng)護(hù)條件下混凝土7 d前的強(qiáng)度顯著高于其他養(yǎng)護(hù)條件下的混凝土強(qiáng)度,而后期強(qiáng)度略高于室內(nèi)養(yǎng)護(hù)及春秋季節(jié)養(yǎng)護(hù)的混凝土強(qiáng)度。這是由于養(yǎng)護(hù)溫度的提高使得混凝土內(nèi)水化反應(yīng)速率得到提升,從而提高了其強(qiáng)度。然而,夏季炎熱的氣候條件也會造成混凝土內(nèi)部的水分大量蒸發(fā)散失,進(jìn)而阻礙了水泥的繼續(xù)水化。Spears[9]指出,混凝土內(nèi)部的相對濕度低于80%時,水泥的水化反應(yīng)將會趨于停止;同時,混凝土由于干燥收縮而產(chǎn)生拉應(yīng)力,會造成表面裂縫的出現(xiàn),致使其強(qiáng)度降低。

        成熟度可用于表現(xiàn)混凝土性能的改變。Carino[10]指出,混凝土的抗壓強(qiáng)度與成熟度兩者間是一一映射的,比較經(jīng)典的有3種,如表5所示。

        表5 強(qiáng)度-成熟度關(guān)系

        為了得到混凝土強(qiáng)度與成熟度之間的關(guān)系,將表5中的3種模型分別進(jìn)行擬合,所得到的預(yù)測強(qiáng)度與實測強(qiáng)度之間的偏差如圖2所示。

        圖2 不同養(yǎng)護(hù)條件下相同成熟度時實測強(qiáng)度與預(yù)測強(qiáng)度關(guān)系

        從圖2中可以看出,采用雙曲函數(shù)式預(yù)估混凝土的強(qiáng)度值時,其估測誤差均小于10%;采用指數(shù)函數(shù)式時,其7 d之前的預(yù)測偏差范圍均超過10%,甚至超過20%;當(dāng)采用對數(shù)函數(shù)式預(yù)測其早期強(qiáng)度時,其預(yù)測精準(zhǔn)度介于指數(shù)式與對數(shù)式之間。因此,雙曲函數(shù)式較適合本次試驗中對C40混凝土強(qiáng)度的預(yù)測,則不同養(yǎng)護(hù)條件下混凝土強(qiáng)度-成熟度公式表示如下。

        1)20 ℃標(biāo)養(yǎng)時,公式為:f=M/(0.018 2M+51.4)。

        2)春季室外養(yǎng)護(hù)時,公式為:f=M/(0.020 33M+43.05)。

        3)夏季室外養(yǎng)護(hù)時,公式為:f=M/(0.019 38M+27.44)。

        4)秋季室外養(yǎng)護(hù)時,公式為:f=M/(0.020 30M+45.07)。

        5)冬季室外養(yǎng)護(hù)時,公式為:f=M/(0.022 29M+46.89)。

        3 結(jié)語

        本文針對不同養(yǎng)護(hù)條件下,C40混凝土強(qiáng)度-成熟度之間的映射關(guān)系開展了試驗研究,結(jié)果表明:

        1)混凝土強(qiáng)度與養(yǎng)護(hù)溫度呈正比關(guān)系,養(yǎng)護(hù)溫度越高,混凝土抗壓強(qiáng)度(尤其是早期強(qiáng)度)也越大。

        2)混凝土強(qiáng)度也受到濕度的影響,在高溫、低濕度的環(huán)境中,混凝土強(qiáng)度的增長會受到影響,因此,夏季室外混凝土澆筑過程中應(yīng)特別注意保濕養(yǎng)護(hù)。

        3)相比指數(shù)函數(shù)與對數(shù)函數(shù)形式,采用雙曲函數(shù)可以較為精準(zhǔn)地表征不同養(yǎng)護(hù)條件下混凝土抗壓強(qiáng)度-成熟度之間的映射關(guān)系,可為混凝土結(jié)構(gòu)施工提供技術(shù)參考。

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