混凝土成熟度計算方法及應用

付曉麗，張天亮

（1.山東省水利勘測設計院，山東 濟南 250014；2.山東廣信工程試驗檢測集團有限公司，山東 濟南 250000）

混凝土在硬化過程中發生著復雜的物理、化學變化。在適當的養護條件下，混凝土澆筑后其強度的增長取決于組成原材料的品質、比例以及養護溫度和硬化時間。當混凝土原材料比例一定時，強度的增長快慢則主要取決于養護的溫度和養護的時間。養護溫度和養護時間的乘積通常稱之為成熟度。一定配合比的混凝土不管溫度與時間如何組成，只要成熟度相等，其強度大致相同。因此，對于配合比一定的混凝土，可以依據養護溫度與養護時間來推算結構混凝土已達到的大致強度。

早期推定混凝土強度的意義：

1）混凝土標準養護28d強度試驗，周期長、不能及時預報施工質量或調整配合比，不利于加強混凝土質量管理和充分利用水泥活性。

2）通過早期強度推定標準養護28d強度，利于在混凝土生產施工中對其進行強度控制及對配合比進行調整和輔助設計。

1 混凝土成熟度計算方法

采用與工程相同原材料制作試件，坍落度或工作度與工程相近；避免由于原材料不同而造成強度增長不一致；數量不少于30組，水膠比不少于3種，且最大最小水灰比之差≥0.2；按回歸方程建立強度關系式，相關系數不小于0.9，剩余標準差不大于標準養護28d強度的10%；專門建立強度關系式時，條件應基本相同，加速養護強度在關系式最大最小值范圍內；宜利用應用過程中積累數據加原有數據對關系式進行修正。

《建筑工程冬期施工規程》（JGJ104-2011）中采用的成熟度計算公式：

正溫養護條件下：M=∑（t+10）αt（不摻防凍劑）

負溫養護條件下：M=∑k（t+15）αt（摻防凍劑，系數k，因水泥而定）

式中M為混凝土的成熟度，℃·h；t為混凝土的養護溫度，℃；αt為溫度為t時的持續時間，h。

2 成熟度的應用

《建筑工程冬期施工規程》JGJ/T104-2011的附錄B，關于成熟度的應用有如下規定：

1）本方法適用于不摻外加劑在50℃以下正溫養護和摻外加劑在30℃以下養護的混凝土；也可用于摻防凍劑負溫養護法施工的混凝土。

2）本方法適用于預估混凝土強度標準值60%以內的強度值。

3）應采用工程實際使用的混凝土原材料和配合比，制作不少于5組混凝土立方體標準試件在標準條件下養護，測試 1d、2d、3d、7d、28d 的強度值。

4）采用本法應取得現場養護混凝土的連續溫度實測資料。

2.1 應用范圍

1）測定成熟度曲線，預測早期強度。

2）用于無損測強。即：取實際的工程材料，按實際施工配合比成型4組試件，分別測定 1d、2d、3d、7d 的強度 f1、f2、f3、f7。建立齡期—度曲線（圖解法或計算法）。

（1）圖解法。在坐標紙上，以強度為縱坐標，以成熟度為橫坐標建立曲線圖，依據成熟度曲線圖求對應齡期的強度。

（2）計算法。就是通過回歸分析，得出擬合公式，通過公式計算。依據混凝土的養護溫度—時間關系，利用公式：

計算達到強度時的等效齡期。即相當于標準養護條件下的養護時間。依據等效齡期可通過圖解法或計算法得到混凝土等效齡期的強度值。

3）用于冬期混凝土施工。

2.2 成熟度應用舉例

某混凝土經試驗測得20℃標準養護條件下，各齡期的強度如表1所示?；炷翝仓螅躔B護階段測溫記錄見表2。

表1 各齡期混凝土強度

表2 混凝土初養護階段測溫記錄表

計算澆筑38h后混凝土的強度。

1）回歸計算法。計算標養齡期的成熟度（計算成熟度：依據養護測溫資料，按下式計算混凝土的成熟度M：

式中M，混凝土的成熟度，℃·h；T，在時間t內混凝土的平均溫度，℃；t，溫度為T時的持續時間，h。

設Y=AX+B，則 y=LnR；X=1/M

經計算，得Y=-1671.175X+3.383

即：LnR=-1671.175/M+3.383

表3 標準養護齡期成熟度表

計算38h后的等效成熟度為：M38h=1742℃·h，代入上式得：

2）圖解法。計算標養試件的成熟度，作成熟度與試件抗壓強度的關系曲線，如圖1所示。

圖1 混凝土抗壓強度與成熟度關系曲線

計算澆筑38h后的成熟度。

在曲線圖上找出成熟度為1882℃·h對應的強度為12.0MPa。將成熟度M分別代入上述公式計算出強度f，養護后混凝土的強度為計算強度的80%。

3 結語

成熟度的概念在水泥混凝土的施工中具有重要的地位。尤其是在冬期低溫環境下施工和無損檢測方面。但是，由于混凝土組成材料的不同，所處環境條件的差異，試驗人員業務水平的參差不齊，目前還沒有統一的混凝土成熟度公式，至少在低溫條件下沒有統一的成熟度公式，還需要進一步探索和研究。