CN101021458A - 大体积混凝土结构实体强度检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大体积混凝土结构实体强度的检测方法，施工前先制作与施工结构完全相同的足尺寸试件；对足尺寸试件的早期龄期强度及温度的变化，试验室内模拟进行各类小试件的变温养护，得出该温度下试件的实际强度；在足尺寸试件具备拆模条件后，对实体混凝土质量进行强度进行超声回弹及实体取芯试验；对大体积混凝土进行水泥水化热温度场进行测定，从而得出可以依靠混凝土早期龄期强度进行的各项施工依据强度关系；根据上述数据来进行实际施工。本方法可以准确测定大体积混凝土结构的实体强度，改变了以往单纯利用同条件、标准养护试块强度值或混凝土回弹数值来评定混凝土实体强度的做法，提高了准确性，同时可以大大缩短工程总体工期，具有显著的技术经济效益。

Description

大体积混凝土结构实体强度检测方法
所属技术领域
本发明属于钢筋混凝土结构施工技术；具体涉及大体积混凝土结构实体强度的检测方法。
背景技术
近年来，随着我国对外开放的进一步扩大，大量国际性会展中心、机场、体育场馆、商业中心等公共建筑在我国各大城市频繁建设，此类建筑因使用功能要求一般为高空间、大跨度，结构设计多采用混凝土梁板结构，其中梁一般为大截面尺寸，属于大体积混凝土结构。
根据规范要求，此类混凝土构件的模板支撑体系要求在混凝土实体强度达到100％后方可拆除。而国内外关于混凝土检测的文献大多表明，目前大多以现场混凝土同条件养护试块的检测强度作为混凝土的实体强度。但是在大体积混凝土中，由于水泥水化热的原因，混凝土内部的温度较高，其实体强度受温升的影响较大，其所处的环境条件与同条件试块差别较大。因此采用同条件养护试块的检测强度作为混凝土的实体强度，显然是偏于保守的，无法科学地评价和反映大体积混凝土的真实强度及其发展规律。此种情况下将推迟整个模板支撑体系的拆除时间，对整体工程工期将造成严重影响，并带来工程成本的增加。
发明内容
本发明的目的是为解决上述问题提供一种能够缩短工期又降低成本的准确测定大体积混凝土结构实体强度及其发展规律的检测方法。
为实现上述目的本发明是这样实现的一种大体积混凝土结构实体强度检测方法，施工前先制作与施工结构完全相同的足尺寸试件；对足尺寸试件的早期龄期强度及温度的变化，试验室内模拟进行各类小试件的变温养护，得出该温度下试件的实际强度；在足尺寸试件具备拆模条件后，对实体混凝土质量进行强度进行超声回弹及实体取芯试验；对大体积混凝土进行水泥水化热温度场进行测定，从而得出可以依靠混凝土早期龄期强度进行的各项施工依据强度关系；根据上述数据来进行实际施工。
优化地，在实际制作大体积预应力钢筋混凝土结构的时候可以辅助采用试块法。
本发明的优点和积极效果是本方法可以准确测定大体积混凝土结构的实体强度，改变了以往单纯利用同条件、标准养护试块强度值或混凝土回弹数值来评定混凝土实体强度的做法，提高了准确性，同时可以大大缩短工程总体工期，具有显著的技术经济效益。以青岛国际会展中心工程为例，本技术的应用使展厅混凝土结构模板支撑体系提前14天拆除，使一层地面，墙面，顶面装饰，安装等分项工程及时切入施工，缩短工程总体工期60天，直接节省工程造价132万元，并使业主提前投入使用，经济效益及社会效益显著。
附图说明
图1是实施例中测温点温点布置图；
图2是实施例中模板外附加保温的大体积混凝土内各点温升(℃-h)；
图3是实施例中模板外无附加保温的大体积混凝土内各点温升(℃-h)；
图4是实施例中模拟变温养护制度；
图5是实施例中不同龄期和不同养护制度的混凝土强度；
图6是实施例中大体积混凝土测温结果；
图7是本发明的原理框图。
具体实施方式
实施例1：
青岛国际会展中心工程展厅钢筋混凝土结构施工为例，详细介绍本专利技术的实施方案：
展厅一层顶梁、板的轴线尺寸为144m×60m，柱网尺寸为24m×30m，在K轴线的南侧和M轴线的北侧设置后浇带，将整个平面分成60m×56m，60m×56m，32m×60m三个区域。该部分梁板纵横向框架主梁截面尺寸分别为1200mm×2400mm和1400mm×2800mm，采用有粘结预应力；纵横向框架次梁截面尺寸为400mm×1400mm，采用无粘结预应力。梁板混凝土强度等级为C40，混凝土量约为5000m3。本层混凝土结构的特点是楼板大面积，框架主粱大体积。
为了弄清大体积混凝土中的水化温升、混凝土强度发展规律等诸多问题，我们在2005年3月末进行了足断面尺寸的大体积混凝土粱的试验研究。共制作了2根1.4m×2.8m×3.0m试验混凝土粱，模板采用竹胶板。其中一根梁在竹胶板外面和附有20mm的膨胀聚苯板，用以研究模板保温对大体积混凝土性能的影响。实验所用混凝土的配合比见表3-10，混凝土在工地现场制备。
1.混凝土试块的强度发展
表1是制备试验粱时的混凝土预留试块不同龄期、不同养护条件下的抗压强度。数据表明，现场预留试块的强度比试验是制备的试块强度低大约9MPa。我们认为是由于现场混凝土配合比控制不严(尤其是用水量控制不准)，混凝土质量较差所造成。
表1试验粱用混凝土预留试块强度(MPa)
养护条件     龄期(d)
    3     7     14     21     28     60
标准养护     16.8     26.5     33.9     37.9     41.9     52.1
自然养护     15.5     25.4     33.9     39.0     41.3     50.1
2.大体积混凝土温升试验研究
为了了解大体积混凝土内部的温度变化情况，我们在混凝土粱中部的同一断面上10个测温点，如图1所示。试验测得的2根梁内部的温度曲线分别如图2和图3。
结果表明：
1)混凝土在40h之内温度升高较快，大约在60h时出现最高峰；
2)每根梁的最高温度均约为54-56℃，环境温度为10℃。
3)混凝土内外温差均不超过25℃；
4)模板外部附加保温有利于表面混凝土的温度提高，同时也可以看出竹胶板自身也具有较好的保温性能。
众所周知，混凝土的水化硬化速度与养护温度密切相关。在混凝土预制工厂，为了加速混凝土的硬化，常采用70℃左右的高温进行湿热养护。湿热养护十分有利于粉煤灰混凝土的强度发展。基于此，我们提出了利用大掺量粉煤灰来降低大体积混凝土的水化热，同时也利用大体积混凝土的水化热来促进粉煤灰混凝土的强度发展。为了弄清大体积混凝土不同部位的混凝土的强度发展速度，我们在实验室进行了变温养护试验研究。变温养护制度分别依据图3中的曲线2、5、6、10，并进行了适当的圆滑处理，见图4。不同龄期和不同养护制度以及标准养护和自然养护的混凝土强度见表2和图5。
表2不同养护条件下混凝土抗压强度
养护条件 模拟条件 对应的温度曲线  3d  5d  7d  14d  28d
A 中心混凝土 2  46.4  52.1  58.8  58.2  57.9
B 中间混凝土 5  39.2  44.6  48.3  57.0  57.2
C 侧表面混凝土 6  33.0  38.9  43.9  55.6  56.4
D 外表面混凝土 10  31.4  34.9  39.4  49.6  55.4
E 标准养护混凝土 标准养护  25.5  32.3  37.4  45.1  52.5
F 自然养护混凝土 自然养护  19.4  30.2  32.0  37.7  40.7
试验结果表明，温度越高，混凝土达到设计强度时间越短。由于混凝土强度的高离散性和复杂性，我们不想给出一个精确地计算混凝土试体强度的计算公式，只给出一个估算混凝土达到设计强度的龄期的表格，见表3。可见大体积混凝土强度发展不均衡，内部发展较快，外部发展较慢。
表3大体积混凝土达到设计强度的龄期估算表
  最高温度，℃   达到设计强度的时间，d 备注
  53   3 1、模板采用竹胶板2、最高温度指可持续8h的温度
  48   5
  43   10
  40   14
4.大体积混凝土芯样强度发展
我们在实验室模拟大体积混凝土的热历程进行了变温养护，得出了大体积混凝土达到设计强度的龄期估算表。为了验证上述试验结论，我们进行了实体混凝土的取芯试验研究。尽管大体积混凝土中心部位的混凝土可以在3d后就能达到设计强度，但是由于早期混凝土内部温度较高，不宜过早拆模，因此我们在12天时拆模并取样，14天时进行芯样强度试验。实验结果分别列于表4至表9。由于受取芯设备所限，只能钻取450mm的芯样。试验结果表明：
(1)保温有利于混凝土强度的发挥；
(2)大体积混凝土由表及里，强度发展越来越快；
(3)模板内侧的混凝土14天即可达到设计强度，与表2给出的数据相吻合。
表414d芯样强度统计(下部取样)
保温情况     芯样中心距实验梁表面距离(mm) 平均
    100     200     300
  有保温     43.4     42.8     46.2     44.1
  无保温     37.4     44.2     43.8     41.8
  平均     40.4     43.5     45.0     43.0
表521d芯样强度统计(下部取样)
保温情况     芯样中心距实验梁表面距离(mm) 平均
    100     200     300
  有保温     42.7     44.4     46.7     44.6
  无保温     37.4     37.7     44.0     39.7
  平均     40.1     41.0     45.4     42.2
表628d芯样强度统计(上部取样)
保温情况     芯样中心距实验梁表面距离(mm) 平均
    100     200     300
有保温     41.6     45.4     41.0     42.7
无保温     42.2     43.6     43.8     43.2
平均     41.9     44.5     42.4     43.0
表760d芯样强度统计(下部取样)
保温情况     芯样中心距实验梁表面距离(mm) 平均
    100     200     300
  有保温     48.8     50.0     48.1     49.0
  无保温     47.2     49.4     47.8     48.1
  平均     48.0     49.8     48.0     48.6
表8混凝土强度比较
龄期(d) 预留试块强度(MPa) 芯样强度(MPa)
标准养护 自然养护 模板外不保温   模板外保温   平均
3 16.8 15.5
7 26.5 25.4
14 33.9 33.9 41.8   44.1   43.0
21 37.9 39.0 39.7   44.6   42.2
28 41.9 41.3 43.2   42.7   43.0
60 52.1 50.1 48.1   49.0   48.6
表9芯样中心距实验梁表面距离对混凝土强度影响
龄期(d)     芯样中心距实验梁表面距离(mm)
    100     200     300
14     38.6     42.6     41.8
21     40.8     43.3     44.0
28     37.5     39.9     40.4
60     46.4     49.9     48.7
5.回弹试验研究
回弹是一种简单的无损检测方法，可以用于检测表面混凝土的强度。我们利用回弹法测得的大体积混凝土的表层混凝土强度见表10，回弹强度与芯样强度之必列于表11。结果表明，试验数据有较大的离散性，而且回弹强度仅为芯样强度的85％左右。
表10大体积混凝土回弹强度(MPa)
    龄期     14d     21d     28d
    位置     低处     低处     高处
    保温     37.3     36.2     37.3
  不保温     35.9     35.6     36.7
  平均     36.6     35.9     37.0
表11大体积混凝土回弹强度(MPa)
龄期     14d     21d     28d
回弹值     36.6     35.9     37.0
芯样强度     43.0     42.2     43.0
回弹值/芯样强度 0.85 0.85 0.86
6.施工时的温升与强度发展
6.1混凝土的配合比
基于前面的试验梁的研究基础，建设方、施工方、监理方和设计单位协商后，决定利用商品混凝土进行施工，商品混凝土由青岛鑫和工程有限公司提供。所用原材料均满足有关要求(略)，实际混凝土配合比见表12。
表12纤维增强粉煤灰混凝土配合比
编号 P.042.5水泥   砂   石子   水 II级粉煤灰 泵送剂 聚丙烯纤维
B 335   710   1024   175 126 10.1 0.8
6.2标准养护和同条件养护试件强度
表13试验粱用混凝土预留试块强度(MPa)
养护条件     龄期(d)
    7 14     28   28-32多组数据平均
    标准养护     35     50.2
    同条件养护 40.1-44.3     45.1   45.7
6.3混凝土温升
由于施工时正直青岛的高温季节，混凝土的入模温度也较高，大体积混凝土中心温度超过了70℃，由于模板保温性能较好，加之混凝土表面保温措施得当，模板内侧混凝土和表面混凝土的最高温度也都超过了55℃，混凝土内外温差均不超过20℃，见图6。根据我们进行的变温养护实验研究结果，可以推测该大体积混凝土3d的实体强度即可达到标养试块的28d强度。但是由于此时混凝土温度较高，不宜进行张拉和拆模。
6.4混凝土芯样强度和回弹强度
由于施工工期紧，为了提前对混凝土进行张拉作业，需要准确测定混凝土实体强度，为此我们在施工现场又制作了一根1.4m×2.8m×3.0m试验梁，我们对该梁进行取芯试验结果和回弹试验结果列于表14。结果表明，大掺量大体积粉煤灰混凝土实体的14d强度就超过了标养试块的28d强度，此后强度增长速度较慢。而且回弹强度实测值偏低，仅为芯样强度的0.81左右。
表14芯样强度和回弹强度(MPa)
龄期(d)      芯样中心距实验梁表面距离(mm) 回弹强度     回弹与芯样强度比
     100     200     300     平均     单值     平均
14      47.5     49.5     49.9     49.0     39.1     0.80 0.81
28     49.3     49.8     51.4     50.2     40.2     0.80
60     50.6     50.7     51.8     51.0     41.8     0.82
7.大体积混凝土实体强度评定方法
由于大体积混凝土内部温度较高，早期实体强度远高于同条件试块或标准养护试块，不宜用同条件试块或标准养护试块强度评定同龄期的大体积混凝土实体强度。可以根据混凝土表面的最高温度(指可持续8h的最高温度)，按照表3推测大体积混凝土达到设计强度的龄期。评定大体积混凝土的实体强度可采用回弹等无损检验方法(需换算)，但是有争议时，必须利用同断面尺寸的实体(长度方向尺寸应大于断面尺寸，应采用工程实际相同的模板)芯样强度作为评判依据。
利用回弹值推测实体强度时，为了确保工程质量，建议取回弹强度/芯样强度＝0.85，即大体积混凝土的实体强度按下式推算：
fcu＝1.18fcu，，e    (3-3)
式中 fcu-大体积混凝土实体推测强度(MPa)；
fcu，，e-按JGJ/T23-2001计算的回弹强度推定值(MPa)
大体积混凝土强度评定方法：由于大体积混凝土内部温度较高，早期实体强度远高于标准养护试块，不宜用标准养护试块强度评定同龄期的大体积混凝土实体强度。可以根据混凝土表面的最高温度(指可持续8h的最高温度)，按照推测大体积混凝土达到设计强度的龄期。评定大体积混凝土的实体强度可采用回弹等无损检验方法(需换算)，但是有争议时，必须利用同断面尺寸的实体(长度方向尺寸应大于断面尺寸，应采用工程实际相同的模板)芯样强度作为评判依据。
为了保证工程的质量还可以辅助采用试块法检测强度。
这样根据试件推导出的数据总计缩短工期60天。

Claims (2)

1、一种大体积混凝土结构实体强度的检测方法，其特征在于：施工前先制作与施工结构完全相同的足尺寸试件；对足尺寸试件的早期龄期强度及温度的变化，试验室内模拟进行各类小试件的变温养护，得出该温度下试件的实际强度；在足尺寸试件具备拆模条件后，对实体混凝土质量进行强度进行超声回弹及实体取芯试验；对大体积混凝土进行水泥水化热温度场进行测定，从而得出可以依靠混凝土早期龄期强度进行的各项施工依据强度关系；根据上述数据来进行实际施工。
2、根据权利要求1所述的大体积混凝土结构实体强度的检测方法，其特征在于：在实际制作大体积预应力钢筋混凝土结构的时候可以辅助采用试块法。
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