專利名稱：大體積混凝土結(jié)構(gòu)實體強度檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工技術(shù)；具體涉及大體積混凝土結(jié)構(gòu)實體強度的檢測方法。
背景技術(shù)：
近年來，隨著我國對外開放的進一步擴大，大量國際性會展中心、機場、體育場館、商業(yè)中心等公共建筑在我國各大城市頻繁建設(shè)，此類建筑因使用功能要求一般為高空間、大跨度，結(jié)構(gòu)設(shè)計多采用混凝土梁板結(jié)構(gòu)，其中梁一般為大截面尺寸，屬于大體積混凝土結(jié)構(gòu)。
根據(jù)規(guī)范要求，此類混凝土構(gòu)件的模板支撐體系要求在混凝土實體強度達到100％后方可拆除。而國內(nèi)外關(guān)于混凝土檢測的文獻大多表明，目前大多以現(xiàn)場混凝土同條件養(yǎng)護試塊的檢測強度作為混凝土的實體強度。但是在大體積混凝土中，由于水泥水化熱的原因，混凝土內(nèi)部的溫度較高，其實體強度受溫升的影響較大，其所處的環(huán)境條件與同條件試塊差別較大。因此采用同條件養(yǎng)護試塊的檢測強度作為混凝土的實體強度，顯然是偏于保守的，無法科學(xué)地評價和反映大體積混凝土的真實強度及其發(fā)展規(guī)律。此種情況下將推遲整個模板支撐體系的拆除時間，對整體工程工期將造成嚴(yán)重影響，并帶來工程成本的增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為解決上述問題提供一種能夠縮短工期又降低成本的準(zhǔn)確測定大體積混凝土結(jié)構(gòu)實體強度及其發(fā)展規(guī)律的檢測方法。
為實現(xiàn)上述目的本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的一種大體積混凝土結(jié)構(gòu)實體強度檢測方法，施工前先制作與施工結(jié)構(gòu)完全相同的足尺寸試件；對足尺寸試件的早期齡期強度及溫度的變化，試驗室內(nèi)模擬進行各類小試件的變溫養(yǎng)護，得出該溫度下試件的實際強度；在足尺寸試件具備拆模條件后，對實體混凝土質(zhì)量進行強度進行超聲回彈及實體取芯試驗；對大體積混凝土進行水泥水化熱溫度場進行測定，從而得出可以依靠混凝土早期齡期強度進行的各項施工依據(jù)強度關(guān)系；根據(jù)上述數(shù)據(jù)來進行實際施工。
優(yōu)化地，在實際制作大體積預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的時候可以輔助采用試塊法。
本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果是本方法可以準(zhǔn)確測定大體積混凝土結(jié)構(gòu)的實體強度，改變了以往單純利用同條件、標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護試塊強度值或混凝土回彈數(shù)值來評定混凝土實體強度的做法，提高了準(zhǔn)確性，同時可以大大縮短工程總體工期，具有顯著的技術(shù)經(jīng)濟效益。以青島國際會展中心工程為例，本技術(shù)的應(yīng)用使展廳混凝土結(jié)構(gòu)模板支撐體系提前14天拆除，使一層地面，墻面，頂面裝飾，安裝等分項工程及時切入施工，縮短工程總體工期60天，直接節(jié)省工程造價132萬元，并使業(yè)主提前投入使用，經(jīng)濟效益及社會效益顯著。


圖1是實施例中測溫點溫點布置圖；圖2是實施例中模板外附加保溫的大體積混凝土內(nèi)各點溫升(℃-h)；圖3是實施例中模板外無附加保溫的大體積混凝土內(nèi)各點溫升(℃-h)；圖4是實施例中模擬變溫養(yǎng)護制度；圖5是實施例中不同齡期和不同養(yǎng)護制度的混凝土強度；圖6是實施例中大體積混凝土測溫結(jié)果；圖7是本發(fā)明的原理框圖。
具體實施例方式
實施例1青島國際會展中心工程展廳鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工為例，詳細介紹本專利技術(shù)的實施方案展廳一層頂梁、板的軸線尺寸為144m×60m，柱網(wǎng)尺寸為24m×30m，在K軸線的南側(cè)和M軸線的北側(cè)設(shè)置后澆帶，將整個平面分成60m×56m，60m×56m，32m×60m三個區(qū)域。該部分梁板縱橫向框架主梁截面尺寸分別為1200mm×2400mm和1400mm×2800mm，采用有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力；縱橫向框架次梁截面尺寸為400mm×1400mm，采用無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力。梁板混凝土強度等級為C40，混凝土量約為5000m3。本層混凝土結(jié)構(gòu)的特點是樓板大面積，框架主粱大體積。
為了弄清大體積混凝土中的水化溫升、混凝土強度發(fā)展規(guī)律等諸多問題，我們在2005年3月末進行了足斷面尺寸的大體積混凝土粱的試驗研究。共制作了2根1.4m×2.8m×3.0m試驗混凝土粱，模板采用竹膠板。其中一根梁在竹膠板外面和附有20mm的膨脹聚苯板，用以研究模板保溫對大體積混凝土性能的影響。實驗所用混凝土的配合比見表3-10，混凝土在工地現(xiàn)場制備。
1.混凝土試塊的強度發(fā)展表1是制備試驗粱時的混凝土預(yù)留試塊不同齡期、不同養(yǎng)護條件下的抗壓強度。數(shù)據(jù)表明，現(xiàn)場預(yù)留試塊的強度比試驗是制備的試塊強度低大約9MPa。我們認(rèn)為是由于現(xiàn)場混凝土配合比控制不嚴(yán)(尤其是用水量控制不準(zhǔn))，混凝土質(zhì)量較差所造成。
表1試驗粱用混凝土預(yù)留試塊強度(MPa)

2.大體積混凝土溫升試驗研究為了了解大體積混凝土內(nèi)部的溫度變化情況，我們在混凝土粱中部的同一斷面上10個測溫點，如圖1所示。試驗測得的2根梁內(nèi)部的溫度曲線分別如圖2和圖3。
結(jié)果表明1)混凝土在40h之內(nèi)溫度升高較快，大約在60h時出現(xiàn)最高峰；2)每根梁的最高溫度均約為54-56℃，環(huán)境溫度為10℃。
3)混凝土內(nèi)外溫差均不超過25℃；4)模板外部附加保溫有利于表面混凝土的溫度提高，同時也可以看出竹膠板自身也具有較好的保溫性能。
眾所周知，混凝土的水化硬化速度與養(yǎng)護溫度密切相關(guān)。在混凝土預(yù)制工廠，為了加速混凝土的硬化，常采用70℃左右的高溫進行濕熱養(yǎng)護。濕熱養(yǎng)護十分有利于粉煤灰混凝土的強度發(fā)展?；诖?，我們提出了利用大摻量粉煤灰來降低大體積混凝土的水化熱，同時也利用大體積混凝土的水化熱來促進粉煤灰混凝土的強度發(fā)展。為了弄清大體積混凝土不同部位的混凝土的強度發(fā)展速度，我們在實驗室進行了變溫養(yǎng)護試驗研究。變溫養(yǎng)護制度分別依據(jù)圖3中的曲線2、5、6、10，并進行了適當(dāng)?shù)膱A滑處理，見圖4。不同齡期和不同養(yǎng)護制度以及標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護和自然養(yǎng)護的混凝土強度見表2和圖5。
表2不同養(yǎng)護條件下混凝土抗壓強度

試驗結(jié)果表明，溫度越高，混凝土達到設(shè)計強度時間越短。由于混凝土強度的高離散性和復(fù)雜性，我們不想給出一個精確地計算混凝土試體強度的計算公式，只給出一個估算混凝土達到設(shè)計強度的齡期的表格，見表3?？梢姶篌w積混凝土強度發(fā)展不均衡，內(nèi)部發(fā)展較快，外部發(fā)展較慢。
表3大體積混凝土達到設(shè)計強度的齡期估算表

4.大體積混凝土芯樣強度發(fā)展我們在實驗室模擬大體積混凝土的熱歷程進行了變溫養(yǎng)護，得出了大體積混凝土達到設(shè)計強度的齡期估算表。為了驗證上述試驗結(jié)論，我們進行了實體混凝土的取芯試驗研究。盡管大體積混凝土中心部位的混凝土可以在3d后就能達到設(shè)計強度，但是由于早期混凝土內(nèi)部溫度較高，不宜過早拆模，因此我們在12天時拆模并取樣，14天時進行芯樣強度試驗。實驗結(jié)果分別列于表4至表9。由于受取芯設(shè)備所限，只能鉆取450mm的芯樣。試驗結(jié)果表明
(1)保溫有利于混凝土強度的發(fā)揮；(2)大體積混凝土由表及里，強度發(fā)展越來越快；(3)模板內(nèi)側(cè)的混凝土14天即可達到設(shè)計強度，與表2給出的數(shù)據(jù)相吻合。
表414d芯樣強度統(tǒng)計(下部取樣)

表521d芯樣強度統(tǒng)計(下部取樣)

表628d芯樣強度統(tǒng)計(上部取樣)

表760d芯樣強度統(tǒng)計(下部取樣)

表8混凝土強度比較

表9芯樣中心距實驗梁表面距離對混凝土強度影響

5.回彈試驗研究回彈是一種簡單的無損檢測方法，可以用于檢測表面混凝土的強度。我們利用回彈法測得的大體積混凝土的表層混凝土強度見表10，回彈強度與芯樣強度之必列于表11。結(jié)果表明，試驗數(shù)據(jù)有較大的離散性，而且回彈強度僅為芯樣強度的85％左右。
表10大體積混凝土回彈強度(MPa)


表11大體積混凝土回彈強度(MPa)

6.施工時的溫升與強度發(fā)展6.1混凝土的配合比基于前面的試驗梁的研究基礎(chǔ)，建設(shè)方、施工方、監(jiān)理方和設(shè)計單位協(xié)商后，決定利用商品混凝土進行施工，商品混凝土由青島鑫和工程有限公司提供。所用原材料均滿足有關(guān)要求(略)，實際混凝土配合比見表12。
表12纖維增強粉煤灰混凝土配合比

6.2標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護和同條件養(yǎng)護試件強度表13試驗粱用混凝土預(yù)留試塊強度(MPa)

6.3混凝土溫升由于施工時正直青島的高溫季節(jié)，混凝土的入模溫度也較高，大體積混凝土中心溫度超過了70℃，由于模板保溫性能較好，加之混凝土表面保溫措施得當(dāng)，模板內(nèi)側(cè)混凝土和表面混凝土的最高溫度也都超過了55℃，混凝土內(nèi)外溫差均不超過20℃，見圖6。根據(jù)我們進行的變溫養(yǎng)護實驗研究結(jié)果，可以推測該大體積混凝土3d的實體強度即可達到標(biāo)養(yǎng)試塊的28d強度。但是由于此時混凝土溫度較高，不宜進行張拉和拆模。
6.4混凝土芯樣強度和回彈強度由于施工工期緊，為了提前對混凝土進行張拉作業(yè)，需要準(zhǔn)確測定混凝土實體強度，為此我們在施工現(xiàn)場又制作了一根1.4m×2.8m×3.0m試驗梁，我們對該梁進行取芯試驗結(jié)果和回彈試驗結(jié)果列于表14。結(jié)果表明，大摻量大體積粉煤灰混凝土實體的14d強度就超過了標(biāo)養(yǎng)試塊的28d強度，此后強度增長速度較慢。而且回彈強度實測值偏低，僅為芯樣強度的0.81左右。
表14芯樣強度和回彈強度(MPa)

7.大體積混凝土實體強度評定方法由于大體積混凝土內(nèi)部溫度較高，早期實體強度遠高于同條件試塊或標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護試塊，不宜用同條件試塊或標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護試塊強度評定同齡期的大體積混凝土實體強度?？梢愿鶕?jù)混凝土表面的最高溫度(指可持續(xù)8h的最高溫度)，按照表3推測大體積混凝土達到設(shè)計強度的齡期。評定大體積混凝土的實體強度可采用回彈等無損檢驗方法(需換算)，但是有爭議時，必須利用同斷面尺寸的實體(長度方向尺寸應(yīng)大于斷面尺寸，應(yīng)采用工程實際相同的模板)芯樣強度作為評判依據(jù)。
利用回彈值推測實體強度時，為了確保工程質(zhì)量，建議取回彈強度/芯樣強度＝0.85，即大體積混凝土的實體強度按下式推算fcu＝1.18fcu，，e(3-3)式中 fcu-大體積混凝土實體推測強度(MPa)；fcu，，e-按JGJ/T23-2001計算的回彈強度推定值(MPa)大體積混凝土強度評定方法由于大體積混凝土內(nèi)部溫度較高，早期實體強度遠高于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護試塊，不宜用標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護試塊強度評定同齡期的大體積混凝土實體強度?？梢愿鶕?jù)混凝土表面的最高溫度(指可持續(xù)8h的最高溫度)，按照推測大體積混凝土達到設(shè)計強度的齡期。評定大體積混凝土的實體強度可采用回彈等無損檢驗方法(需換算)，但是有爭議時，必須利用同斷面尺寸的實體(長度方向尺寸應(yīng)大于斷面尺寸，應(yīng)采用工程實際相同的模板)芯樣強度作為評判依據(jù)。
為了保證工程的質(zhì)量還可以輔助采用試塊法檢測強度。
這樣根據(jù)試件推導(dǎo)出的數(shù)據(jù)總計縮短工期60天。
權(quán)利要求
1.一種大體積混凝土結(jié)構(gòu)實體強度的檢測方法，其特征在于施工前先制作與施工結(jié)構(gòu)完全相同的足尺寸試件；對足尺寸試件的早期齡期強度及溫度的變化，試驗室內(nèi)模擬進行各類小試件的變溫養(yǎng)護，得出該溫度下試件的實際強度；在足尺寸試件具備拆模條件后，對實體混凝土質(zhì)量進行強度進行超聲回彈及實體取芯試驗；對大體積混凝土進行水泥水化熱溫度場進行測定，從而得出可以依靠混凝土早期齡期強度進行的各項施工依據(jù)強度關(guān)系；根據(jù)上述數(shù)據(jù)來進行實際施工。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大體積混凝土結(jié)構(gòu)實體強度的檢測方法，其特征在于在實際制作大體積預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的時候可以輔助采用試塊法。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種大體積混凝土結(jié)構(gòu)實體強度的檢測方法，施工前先制作與施工結(jié)構(gòu)完全相同的足尺寸試件；對足尺寸試件的早期齡期強度及溫度的變化，試驗室內(nèi)模擬進行各類小試件的變溫養(yǎng)護，得出該溫度下試件的實際強度；在足尺寸試件具備拆模條件后，對實體混凝土質(zhì)量進行強度進行超聲回彈及實體取芯試驗；對大體積混凝土進行水泥水化熱溫度場進行測定，從而得出可以依靠混凝土早期齡期強度進行的各項施工依據(jù)強度關(guān)系；根據(jù)上述數(shù)據(jù)來進行實際施工。本方法可以準(zhǔn)確測定大體積混凝土結(jié)構(gòu)的實體強度，改變了以往單純利用同條件、標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護試塊強度值或混凝土回彈數(shù)值來評定混凝土實體強度的做法，提高了準(zhǔn)確性，同時可以大大縮短工程總體工期，具有顯著的技術(shù)經(jīng)濟效益。
文檔編號G01N33/38GK101021458SQ200610140350
公開日2007年8月22日 申請日期2006年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月27日
發(fā)明者張同波, 周偉橋 申請人:青島建設(shè)集團公司