一种混凝土28d强度的推定方法与流程

1.本发明涉及混凝土技术领域，尤其涉及一种混凝土28d强度的推定方法。


背景技术：

2.混凝土的质量是工程质量控制的关键，而混凝土的抗压强度又是混凝土质量控制的核心，故在工程建设中保证混凝土强度显得尤为重要。现行规范是以标准养护28d的立方体抗压强度作为混凝土强度，不仅所需周期较长，影响工程进度，而且混凝土立方体试件较大，所需原材料较多，造成资源浪费，并且工作量也较大。随着建筑行业的发展，混凝土需求量也越来越大，混凝土的施工进程也会越来越快，迫切需要简便而又快捷的方法来推定混凝土28d抗压强度。因此有必要研究早期推定混凝土强度的简便的试验方法。根据资料显示，目前主要有以下早期推定混凝土强度的试验方法：
3.1、沸水法：混凝土试件成型、静置后，浸入沸水中养护，测得加速养护混凝土试件强度，以此推定标准养护28d混凝土强度的方法。
4.2、热水法80℃：混凝土试件成型、静置后，浸入80℃热水中养护，测得加速养护混凝土试件强度，以此推定标准养护28d混凝土强度的方法。
5.3、温水法55℃：混凝土试件成型、静置后，浸入55℃温水中养护，测得加速养护混凝土试件强度，以此推定标准养护28d混凝土强度的方法。
6.4、砂浆促凝压蒸法：筛取混凝土拌合物中的砂浆，加入促凝剂，成型试件，然后置于高温高压中养护，测得加速养护砂浆试件强度，以此推定标准养护28d混凝土抗压强度的方法。
7.5、早龄期法：以早龄期标准养护混凝土强度推定标准养护28d混凝土强度的方法。
8.上述五种早期推定混凝土强度的方法，一在于养护难度比较大，饱和ca(oh)2沸水、80℃热水、55℃温水、压蒸养护等需要专用恒温设备、压蒸锅、促凝剂,其中带模养护的模具需要加密封装置；二在于仍需要成型混凝土试件，且用于早期的混凝土试件和标养至28d的混凝土需取自同一盘，用混凝土的早期强度预测混凝土28d强度，无法超越这个限制；三在于这些在用方法都是一对一的模型，没有考虑到其他因素也会影响混凝土的强度，比如砂浆富余系数，在原材料进行较小的更换时，无法进行较准确的预测。另外根据现行混凝土强度早期推定方法的特征表明：根据某一推定方法获得的混凝土强度关系式，其系数对原材料的性能比较敏感，受制约因素较多。因此，目前急需一种新型的混凝土28d推定方法。


技术实现要素：

9.因此，本发明的目的是提供一种混凝土28d强度的推定方法，直接采用7d砂浆推定混凝土28d的强度，不需要高温或压蒸养护，可以简化操作过程，同时避免制成混凝土立方体试件造成浪费，且推定函数中考虑了砂浆富余系数对混凝土强度的影响，推定函数的相关系数大，稳定性好，所需时间短，具有良好的拟合度，可以为工程中的混凝土质量预判以及配合比调整提供快速的参考。
10.本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：
11.一种混凝土28d强度的推定方法，包括以下步骤：
12.(1)砂浆制备；
13.(2)砂浆试件养护；
14.(3)砂浆试件7d抗压强度测定；
15.(4)按配合比和原材料密度数据计算砂浆富余系数；
16.(5)推定混凝土28d抗压强度：
17.f
28
＝aγ bf
m,7-50.5γ
2-0.03f
m,72-271.8；
18.其中，f
28
—混凝土28d抗压强度(mpa)；f
m，7
—砂浆7d抗压强度(mpa)；γ—砂浆富余系数，a为系数选择范围为227.5-229.5，b为系数选择范围为3.05-3.15。
19.进一步，当水胶比≥0.4时，a的选择范围为227-228.5，b的选择范围3.05-3.10；当水胶比＜0.4时，a的选择范围为228.5-229.5，b的选择范围3.10-3.15。
20.所述水胶比为水的质量比上胶凝材料的质量，其中胶凝材料质量包括水泥、粉煤灰、矿粉的总质量。
21.进一步，所述砂浆需要剔除混凝土中的粗骨料后进行配制。
22.进一步，所述砂浆制备的具体操作方法为：
23.(1)试验室内温度应控制在20℃
±
5℃，相对湿度大于50％，砂浆拌和用原材料在试验室内放置至少24h；
24.(2)砂应过9.5mm的方孔筛，4.75mm筛上分计筛余不超过10％，且砂料应翻拌均匀；水泥及掺合料不允许有结块，使用前应过0.9mm筛；
25.除此之外，砂料应为干燥状态，且含水率低于0.2％，含水率按现行《公路工程集料试验规程》(jtge42)的规定进行测定。
26.(3)材料用量以质量计。称量精度：水泥及掺合料、水和外加剂为
±
0.5％；砂为
±
1％；
27.制备时，将砂浆搅拌锅清洗干净，并保持锅内润湿，按照配合比，先拌制不少于30％容量同配比砂浆，使搅拌机内壁挂浆，将剩余料卸出。
28.(4)将称好的砂料、水、水泥及外掺料等依次倒入机内，立即开动搅拌机，搅拌时间大于180s。一次拌和量不宜少于搅拌机容量的30％，不宜大于搅拌机容量的70％。
29.进一步，所述砂浆试件制作及养护的具体操作方法为：
30.(1)试模内壁涂刷薄层机油或脱模剂后，向试模内一次注满砂浆，用捣棒均匀由外向里按螺旋方向插捣25次，为了防止低稠度砂浆插捣后可能留下孔洞，允许用油灰刀沿模壁插数次，使砂浆高出试模顶面6-8mm；
31.(2)当砂浆表面开始出现麻斑状态时(时间约15-30min)，将高出部分的砂浆沿试模顶面削去抹平；
32.(3)试件制作后应在温度为20℃
±
5℃、湿度大于50％的环境下，停置一昼夜(24h
±
2h)；当气温较低时，可适当延长时间，但不应超过两昼夜。
33.对试件进行编号并拆模。试件拆模后，应在标准养护条件(温度20℃
±
2℃、相对湿度≥90％)下继续养护至7d，然后进行抗压强度测定。
34.进一步，试模的尺寸为70.7mm
×
70.7mm
×
70.7mm。
35.进一步，所述砂浆7d抗压强度f
m，7
为测量值，采用《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》(jtg 3420)进行测量。
36.进一步，所述砂浆富余系数γ为计算值，所述砂浆富余系数的计算方法为：
[0037][0038]
其中，γ—砂浆富余系数；mc—单位混凝土中水泥的质量(kg)；mf—单位混凝土中掺和料a的质量(kg)；mk—单位混凝土中掺和料b的质量(kg)；mw—单位混凝土中水的质量(kg)；ms—单位混凝土中细集料的质量(kg)；mg—单位混凝土中粗集料的质量(kg)；ρc—水泥的密度(kg/m3)；ρf—掺和料a的密度(kg/m3)；ρk—掺和料b的密度(kg/m3)；ρw—水的密度，1000(kg/m3)；ρs—细集料的表观密度(kg/m3)；ρg—粗集料的表观密度(kg/m3)；ρ
′g—粗集料的紧堆积密度(kg/m3)。
[0039]
进一步，本发明所公开的方法适用于普通混凝土，主要是由水泥、粉煤灰、矿渣粉、粗细集料和水所组成，为改善混凝土的某些性能还可加入适量的外加剂，如减水剂等。如重混凝土、轻质混凝土等不适用本发明的方法。
[0040]
有益效果：
[0041]
1、本发明提供的7d砂浆强度推定混凝土28d强度的方法，不需要特殊设备，操作过程简单，所需的时间也比较少，且推定结果与实际测量结果误差较小，相关系数大，准确率较高；
[0042]
2、采用砂浆推定混凝土抗压强度简化了实验过程，同时避免制成混凝土立方体试件造成材料的浪费；
[0043]
3、推定函数中考虑了砂浆富余系数对混凝土强度的影响，推定函数的相关系数大，稳定性好，具有良好的拟合度，可以为工程中的混凝土质量预判以及配合比调整提供快速的参考。
附图说明
[0044]
图1为配制的用于推测混凝土28d抗压强度的砂浆；
[0045]
图2为配制的用于测量实际抗压强度的混凝土；
具体实施方式
[0046]
以下将结合具体实施例对本发明进行详细说明：
[0047]
实施例1：推定混凝土28d强度一
[0048]
混凝土混合质量配比如表1所示：
[0049]
表1(单位：kg)
[0050]
序号水泥粉煤灰矿粉细集料粗集料水减水剂水胶比1#221484882811441663.60.52
2#285616171111631714.90.42
[0051]
其中，水泥为标号为p.o 42.5的普通硅酸盐水泥，密度3050kg/m3；
[0052]
细集料为ⅱ区中砂机制砂，细度模数为3.0，表观密度2780kg/m3；
[0053]
粗集料为4.75-9.5mm，9.5-19.0mm，19.0mm-31.5mm的河卵石碎石，表观密度2960kg/m3，紧堆积密度1780kg/m3，三个粒径的碎石按比例搭配使用；
[0054]
粉煤灰密度2640kg/m3；
[0055]
矿粉为s95粒化高炉矿渣微粉，密度2910kg/m3；
[0056]
减水剂为聚羧酸系高性能减水剂，减水率为25.8％；
[0057]
水采用自来水，密度取1000kg/m3。
[0058]
将上述两种配合比的混凝土中的粗骨料剔除形成砂浆配合比以配制砂浆，具体的制备方法如下：
[0059]
(1)试验室内温度应控制在20℃
±
5℃，相对湿度大于50％，砂浆拌和用原材料在试验室内放置至少24h；
[0060]
(2)砂应过9.5mm的方孔筛，4.75mm筛上分计筛余不超过10％，且砂料应翻拌均匀；水泥及掺合料不允许有结块，使用前应过0.9mm筛；
[0061]
除此之外，砂料应为干燥状态，且含水率低于0.2％，含水率按现行《公路工程集料试验规程》(jtg e42)的规定进行测定。
[0062]
(3)材料用量以质量计。称量精度：水泥及掺合料、水和外加剂为
±
0.5％；砂为
±
1％；
[0063]
制备时，将砂浆搅拌锅清洗干净，并保持锅内润湿，按照配合比，先拌制不少于30％容量同配比砂浆，使搅拌机内壁挂浆，将剩余料卸出。
[0064]
(4)将称好的砂料、水、水泥及外掺料等依次倒入机内，立即开动搅拌机，搅拌时间大于180s。一次拌和量不宜少于搅拌机容量的30％，不宜大于搅拌机容量的70％。
[0065]
将上述砂浆制备成试件，具体的制备方法和养护方法如下：
[0066]
(1)于尺寸为70.7mm
×
70.7mm
×
70.7mm的试模内壁涂刷薄层机油或脱模剂后，向试模内一次注满砂浆，用捣棒均匀由外向里按螺旋方向插捣25次，为了防止低稠度砂浆插捣后可能留下孔洞，允许用油灰刀沿模壁插数次，使砂浆高出试模顶面6-8mm；
[0067]
(2)当砂浆表面开始出现麻斑状态时(时间约15-30min)，将高出部分的砂浆沿试模顶面削去抹平；
[0068]
(3)试件制作后应在温度为20℃
±
5℃、湿度大于50％的环境下，停置一昼夜(24h
±
2h)；当气温较低时，可适当延长时间，但不应超过两昼夜。
[0069]
对试件进行编号并拆模。试件拆模后，应在标准养护条件(温度20℃
±
2℃、相对湿度≥90％)下继续养护至7d，然后进行抗压强度测定。
[0070]
砂浆富余系数等于砂浆体积除以混凝土中粗集料空隙体积，按下式计算：
[0071]
[0072]
其中，γ—砂浆富余系数；mc—单位混凝土中水泥的质量(kg)；mf—单位混凝土中掺和料a的质量(kg)；mk—单位混凝土中掺和料b的质量(kg)；mw—单位混凝土中水的质量(kg)；ms—单位混凝土中细集料的质量(kg)；mg—单位混凝土中粗集料的质量(kg)；ρc—水泥的密度(kg/m3)；ρf—掺和料a的密度(kg/m3)；ρk—掺和料b的密度(kg/m3)；ρw—水的密度，1000(kg/m3)；ρs—细集料的表观密度(kg/m3)；ρg—粗集料的表观密度(kg/m3)；ρ
′g—粗集料的紧堆积密度(kg/m3)。
[0073]
根据上述公式，通过设计砂浆富余系数分别为2.03、2.63和砂浆成分等比例计算出各个原材料用量。
[0074]
按照《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》(jtg3420)规定的t0570进行砂浆成型、养护和抗压强度测定；按t0551进行混凝土的成型、养护和t0553进行抗压强度测定，参与强度推定的砂浆和混凝土使用同一种原材料。经测量砂浆7d强度分别为：21.8mpa、22.6mpa，混凝土28d强度实测值分别为：36.4mpa、33.3mpa。
[0075]
随后进行混凝土28d抗压强度推定，以1#砂浆为例，1#的水胶比为0.52，均符合水胶比≥0.4时，a选择范围为227-228.5，b选择范围为3.05-3.10。
[0076]
当a＝227，b＝3.05时，f
28
＝227γ 3.05f
m,7-50.5γ
2-0.03f
m,72-271.8，计算可得f
28
＝33.1mpa，f
推
/f
实
＝0.91；
[0077]
当a＝227，b＝3.1时，f
28
＝227γ 3.1f
m,7-50.5γ
2-0.03f
m,72-271.8，计算可得f
28
＝34.2mpa，f
推
/f
实
＝0.94；
[0078]
当a＝228.5，b＝3.05时，f
28
＝228.5γ 3.05f
m,7-50.5γ
2-0.03f
m,72-271.8，计算可得f
28
＝36.2mpa，f
推
/f
实
＝0.99；
[0079]
当a＝228.5，b＝3.1时，f
28
＝228.5γ 3.1f
m,7-50.5γ
2-0.03f
m,72-271.8，计算可得f
28
＝37.3mpa，f
推
/f
实
＝1.02；
[0080]
由此可知，1#的28d混凝土推测强度为f
28
＝(33.1-37.3)mpa，f
推
/f
实
＝(0.91-1.02)，说明通过本发明的公式以7d砂浆强度推测混凝土28d强度的方法比较准确。
[0081]
选取a＝227.5，b＝3.08进行计算，f
28
＝228γ 3.1f
m,7-50.5γ
2-0.03f
m,72-271.8，计算后得到推定值，具体的数值如表2所示：
[0082]
表2(a＝227.5，b＝3.08)
[0083][0084]
实施例2：推定混凝土28d强度二
[0085]
混凝土混合质量配比如表3所示：
[0086]
表3
[0087]
序号水泥粉煤灰矿粉细集料粗集料水减水剂水胶比3#366464673611661656.70.364#48005368011221629.10.30
[0088]
其中各原料的相关参数与实施例1相同，随后将上述两种配比的混凝土中的粗骨
料剔除以配制砂浆，同时制作砂浆试件，具体操作方法与实施例1相同。砂浆富余系数等于砂浆体积除以混凝土中粗集料空隙体积，按下式计算：
[0089][0090]
根据上述公式，通过设计砂浆富余系数分别为2.33、2.63和砂浆成分等比例计算出各个原材料用量。
[0091]
按照《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》(jtg 3420)规定的t0570进行砂浆成型、养护和抗压强度测定；按t0551进行混凝土的成型、养护和t0553进行抗压强度测定，参与强度推定的砂浆和混凝土使用同一种原材料。经测量砂浆7d强度分别为：34.2mpa、44.1mpa，混凝土28d强度实测值分别为：56.4mpa、57.5mpa。
[0092]
随后进行混凝土28d抗压强度推定，以3#砂浆为例，3#的水胶比为0.36，均符合水胶比＜0.4时，a选择范围为228.5-229.5，b选择范围为3.1-3.15。
[0093]
当a＝228.5，b＝3.1时，f
28
＝228.5γ 3.1f
m,7-50.5γ
2-0.03f
m,72-271.8，计算可得f
28
＝57.4mpa，f
推
/f
实
＝1.02；
[0094]
当a＝228.5，b＝3.15时，f
28
＝228.5γ 3.15f
m,7-50.5γ
2-0.03f
m,72-271.8，计算可得f
28
＝59.1mpa，f
推
/f
实
＝1.05；
[0095]
当a＝229.5，b＝3.1时，f
28
＝229.5γ 3.1f
m,7-50.5γ
2-0.03f
m,72-271.8，计算可得f
28
＝59.7mpa，f
推
/f
实
＝1.06；
[0096]
当a＝229.5，b＝3.15时，f
28
＝229.5γ 3.15f
m,7-50.5γ
2-0.03f
m,72-271.8，计算可得f
28
＝61.4mpa，f
推
/f
实
＝1.09；
[0097]
由此可知，3#的28d混凝土推测强度为f
28
＝(57.4-61.4)mpa，f
推
/f
实
＝(1.02-1.09)，误差小于9％，说明通过本发明的公式以7d砂浆强度推测混凝土28d强度的方法比较准确，准确率达到91％以上。
[0098]
当a＝229，b＝3.13进行计算，f
28
＝229γ 3.13f
m,7-50.5γ
2-0.03f
m,72-271.8计算后得到推定值，具体的数值如表4所示：
[0099]
表4(a＝229，b＝3.13)
[0100][0101]
分析表2和表4的数据结果可知：
[0102]
1、推定值/实测值在0.91-1.09之间，准确率在91％以上，说明采用7d砂浆抗压强度推定28d混凝土抗压强度的相关系数大，准确性高。
[0103]
2、本发明的推定方法只需要等待7d即可出结果，显著的节约了时间，可以为工程中的混凝土质量预判以及配合比调整提供快速的参考。
[0104]
3、本发明采用砂浆推定混凝土抗压强度简化了实验过程，减少了特殊设备、模具的使用，避免制成混凝土立方体试件的浪费，节约了资源。
[0105]
4、本发明考虑了砂浆富余系数对混凝土强度的影响，所得的推定公式对原材料的敏感程度降低了，在现有推定方法的基础上扩大了使用范围。
[0106]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。