早期推定混凝土强度试验方法综述

1早期推定混凝土强度试验方法综述及标准修订介绍张秀芳♣，张仁瑜（中国建筑科学研究院建材所，北京，100013）摘要：评述国外采用早期加速养护试件强度推定混凝土28d强度的试验方法；简述《早期推定混凝土强度试验方法》（JGJ15—83）给出的三种加速养护试验方法以及混凝土强度关系式的建立；介绍该标准修订的动态及主要修订内容。关键词：混凝土；加速养护；养护制度；快测强度；回归方程1前言随着建筑工业与结构设计理论的发展，混凝土质量的控制与评定日益为人们所重视。通常测定的混凝土标准养护28天强度的试验方法，由于试验周期长，既不能及时预报施工过程中的质量状况，又不能据此及时设计和调整混凝土配合比，确定混凝土的施工配制强度。这样既不利于加强质量管理，又不利于充分利用水泥活性。因此，研究早期推定混凝土强度的试验方法，以便早期判定混凝土质量，就显得十分必要。早期推定混凝土强度的方法，大致可归纳为两类：一类是依据经过早期加速养护的试件强度推定混凝土28d强度；另一类是依据快速分析新拌混凝土的水灰比﹑组成等，推定混凝土的强度或依据从新拌混凝土筛得砂浆所制得试件的早期强度，推定混凝土的强度。依据经过早期加速养护的试件强度推定混凝土的强度，由于是直接测定混凝土的强度特性，其推定结果的可靠性一般较高，且试验方法与通常标准试验方法基本相同，所需加速养护设备较易制备，易于实施。目前，混凝土快速试验方法仅适用于混凝土生产中的质量控制以及混凝土配合比的设计与调整，而不用于混凝土强度的合格评定。国外一些国家的同类标准也多未用于合格评定。2国外标准简介国外有些国家已经研究发展了多种加速养护和快速测定水灰比﹑快速分析混凝土组成等以推定混凝土28天强度的试验方法。有少数国家已制定了早期判定混凝土质量的试验方法，并列为国家标准或协会标准，如英国﹑美国﹑日本﹑前苏联﹑加拿大等。表1列出了各国采用的早期加速养护的试验方法。由表1可见，我国采用的加速养护方法与国外的方法近似，只是养护制度有所不同。3早期加速养护的试验方法早期推定混凝土强度的加速养护试验，主要是早期强化养护条件，加速水泥水化，促进混凝土强度发展，求得尽可能高而稳定的早期强度，建立早期强度与标准养护28天（或其他龄期）强度的关系式，据以推定混凝土28d（或其他龄期）标养强度。该试验方法所用试件与常规方法相同，不改变混凝土的组成，能较全面地反映影响混凝土强度的各种因素。且加速养护设备简单，方法简便，易于推广应用。♣张秀芳（1963—），女，高级工程师，联系电话：[phone]-27812加速养护试验的周期（从搅拌﹑取样，经成型﹑加速养护到抗压试验测得早期强度）以在求得较高的早期强度条件下，周期较短并适应一般的工作时间为宜。基于此，大致可在表1各国关于混凝土早期加速养护试验方法的标准养护制度（小时）国家标准号标准名称加速养护方法前置加速养护后置英国BS1881-112-1983立方体试块的加速养护方法①35℃法②55℃法③82℃法011241916020+1～21美国ASTMC684-99混凝土抗压试件的制作﹑加速养护和试验方法①温水法②沸水法③自热法④高温高压法0230023.53.54850.510.50原苏联ГOCT22783-77混凝土抗压强度的快速测定方法①制度Ⅰ（70℃）②制度Ⅱ（70℃）21164.51.51.5日本JCI—4用温水法（70℃）进行混凝土快速强度试验方法温水法（70℃）18241中国JGJ15—83早期推定混凝土强度试验方法①沸水法②80℃热水法③55℃温水法24114523111取样成型的当日或次日取得试验结果。一般认为，早期加速养护的试件强度较接近于标准养护28d的强度，较有利于提高其推定强度的可靠程度。当养护条件相同时，加速养护早期强度一般随养护温度的增高而有所增大，故多采用较高的加速养护温度。但由于试验作业周期短，如试件成型后在水泥水化初期即在过高温度条件下加速养护时，温差过大，将不利于强度的稳定发展。故当采用成型后随即进行加热养护的试验方法时，宜选用较低的养护温度；当采用成型后经较长静置养护试件的试验方法时，可选用较高的养护温度。《早期推定混凝土强度试验方法》（JGJ15—83）给出下述三种早期加速养护的试验方法：1）沸水法在拌和﹑取样﹑成型试件并抹面后，随即以橡皮垫或塑料布覆盖表面，在标准养护室或室温20±5℃室内静置24小时±15分钟，然后脱模。将试件浸入养护箱沸水中养护4小时±15分钟。取出试件置于室温下静置1小时±10分钟，使试件冷却，在试件龄期为29小时±15分钟时进行抗压试验。静置24小时后脱模与通常标准抗压试验方法相同，易为混凝土搅拌站或试验室应用实施。脱模后浸入沸水中养护试件，既可避免使用密封试模，沸水箱也易制备。比之国外用密封试模浸养试件的沸水法，简化为脱模浸养试件，更适合于我国一般生产实际，操作简便，易于实施。2）80℃热水法在拌和﹑取样﹑成型试件并抹面后，密封试模，静置共1小时±10分钟。将密封试模放入养护箱80±2℃热水中养护5小时±5分钟。取出试模脱模，将试件在室温下置放1小时±10分钟，使之冷却，在试件龄期为7小时±15分钟时进行抗压试验。此法于当日即可判定混凝土的强度质量。与其他方法相比可提前判定混凝土强度。所需能控制温度的热水箱及可密封的试模也较易制备，便于混凝土搅拌站或试验室应用实施。33）55℃温水法在拌和﹑取样﹑成型试件并抹面后，密封试模，静置共1小时±10分钟。将密封试模放入养护箱55±2℃温水中养护23小时±15分钟。取出试模脱模，将试件在室温下置放1小时±10分钟，使之冷却，在试件龄期为25小时±15分钟时进行抗压试验。此法由于养护温度不高，操作较安全。但要求养护设备需能连续正常工作约一昼夜，以保证养护条件符合规定要求。上述三种加速养护试验方法各有其特点：沸水法，水温容易控制，在无专用加速养护箱的单位，可自制简易沸水箱进行加速养护，因此易于实施。但要求试件在室内静置24小时期间室温需能保持20±5℃，或具有标准养护室；80℃热水法的优点是当日即可得出试验结果，据此推定混凝土强度；55℃温水法，由于养护温度不高，操作安全，但要求加速养护设备需能连续正常工作约一昼夜。4混凝土强度关系式的建立由于在目前条件下，还无法以某种早期测定的强度（或参数）直接取代标准养护28d强度。因此通过建立混凝土标准养护28d（或其他龄期）强度与早期强度二者的关系式，用早期测得的强度推定混凝土28d（或其他龄期）标养强度。为建立混凝土强度关系式而进行专门试验时，应采用与工程相同的原材料制作试件。试样拌合物的坍落度或工作度应与工程所用的相近。每一混凝土试样应至少成型两组试件，组成一个对组。其中一组进行加速养护，测得加速养护强度；另一组进行标准养护，测得28d（或其他龄期）标准养护强度。需进行不少于30对组试样的对比试验。通常以横坐标表示加速养护强度，以纵坐标表示标准养护28d强度。则：cufˆ=A+Bjcuf,(1)式中：cufˆ—标准养护的混凝土试件强度的推定值；jcuf,—加速养护的混凝土试件强度的实测值；其中：B=xxxyLLA=cuf-Bjcuf,cuf=n1icunif,1∑=jcuf,=n1jicunif,1∑=xxL=∑=ni1(jicuf,-jcuf,)2=∑=ni1jicuf,2-n1（jicunif,1∑=）2xyL=∑=ni1(jicuf,-jcuf,)(icuf,-cuf)=∑=ni1jicuf,icuf,-n1(∑=ni1jicuf,)(icunif,1∑=)4衡量线性回归方程相关显著性的参数是相关系数，用加速养护早期强度推定28d强度的精确度一般用剩余标准差表示。根据这两个指标确定本次试验所建立的混凝土强度关系式是否可用。在建立混凝土强度关系式时还要考虑原材料的影响因素，如外加剂，因外加剂的品种不同，对水泥凝结硬化的速度影响不一，势必影响混凝土的早期强度。试验结果表明：在前置时间较长，混凝土经一定凝结阶段达一定强度后，再进行沸水养护时，掺木钙的与不掺的无显著差异。在前置时间较短，进行加速养护时，早期强度随外加剂的品种﹑加速养护制度而有所差异。因此，对不同品种的外加剂应通过试验选定适宜的加速养护方法。而不同品种骨料对加速养护早期强度没有显著影响，在实用上可不考虑骨料品种（碎石﹑卵石）的影响。试验结果还表明：不同尺寸试件的早期强度与28d强度的比值基本相同。用不同尺寸试件建立的回归方程无显著差异，回归曲线几乎重合。可以认为同一种加速养护试验方法采用不同尺寸的试件可以取得同等效应。因此，可以使用两种不同尺寸的试件建立通用的回归方程，或当一种尺寸的试件尚未建立回归方程时，可利用另一种尺寸试件所建立的回归方程。回归方程与用于试验的原材料（主要是水泥）的品种和质量状况有直接关系，水泥强度质量状况和组成的变化，将引起混凝土强度关系式系数的变化，它对推定误差有较大的影响。为了保证强度关系式的可靠性，可用生产累积的数据校核强度关系式。若无异常情况，可用累积的数据加原有试验数据修订原强度关系式。当发现有系统误差时，应重新建立混凝土强度关系式。试验表明：各地区虽采用相同的加速养护试验方法，但由于水泥的品种﹑组成的不同，各法所得回归曲线的分布范围一般较宽，表明不适于综合建立成一个通用公式，而要根据各自的特定条件求得回归方程，据以推定28d强度，以取得较高的推定精度。推定的强度可用以预测混凝土28d强度，判定混凝土潜在质量，进行生产质量控制。5标准修订情况介绍2004年建设部以建标[2004]第66号文下达了《早期推定混凝土强度试验方法》（JGJ15—83）的修订计划，中国建筑科学研究院为主编单位。因《早期推定混凝土强度试验方法》（JGJ15—83）是于1981年开始制订的，当时的混凝土技术还比较落后，混凝土强度等级普遍偏低，外加剂和矿物掺合料的应用还不太广泛，大部分混凝土为塑性混凝土。该标准实施至今已二十多年，而混凝土技术有了较大的发展。混凝土正朝着高强高性能方向发展，化学外加剂﹑矿物掺合料在混凝土中的应用日益广泛，混凝土施工技术也由原来的塑性混凝土向着泵送﹑大流动方向发展。有鉴于此，为了适应混凝土技术的发展，满足工程需要，此次标准修订将有较大的变化。具体阐述如下：5.1适用范围扩大现行标准制订当初，混凝土强度等级较低（不大于C60），为了适应高强高性能混凝土的发展，此次修订拟通过试验验证高强混凝土与中低强度混凝土是否在一条回归直线上，能否用一条回归直线表示。如果不在一条回归直线上，可否采用分段表示。混凝土中掺加外加剂和矿物掺合料（尤其是大掺量）情况下，回归线是否呈线性关系。另外，将适用范围扩大到轻骨料混凝土。5.2增加混凝土拌合物性能推定混凝土强度的试验方法借鉴国外的试验方法，通过测试新拌混凝土的粘滞阻力及砂﹑石自振频率，建立粘滞阻力﹑砂﹑石﹑水泥浆与混凝土坍落度﹑扩展度﹑水灰比﹑强度﹑水化温度之间的数学模型，测量出混凝土的坍落度﹑扩展度﹑水灰比﹑温度，从而预测混凝土28d强度。该方法用于坍落度在120～260mm﹑强度等级C10～C60之间的现场搅拌混凝土﹑预拌泵送高性能混凝5土的工作性﹑水灰比﹑强度﹑温度等指标的测定。该方法操作简便﹑快捷，测量范围宽，可靠性较高，数据处理实现计算机智能化。5.3增加混凝土中砂浆加速养护的试验方法现行标准中规定的三种加速养护试验方法，最快也需要7小时得出试验结果，另外二种方法均于次日得出试验结果。这些方法有时还不能满足工程的需要，还需要更短的时间。交通部于1994年发布的《公路工程混凝土试验规程》（JTJ053—94）中提出采用1小时促凝压蒸法进行混凝土强度快速试验。它是通过测定新拌混凝土湿筛砂浆试样促凝压蒸1小时后的快硬强度，预测混凝土28d标养强度。该方法经过十余年的使用，证明效果较好，1个多小时就可得出试验结果，能满足工程的需要，但该方法不适于高强混凝土。本次修订拟增加该方法，并规定其使用条件。5.4增加早期推定混凝土强度的应用现行标准实施已二十余年，各地在混凝土质量控制方面积累了较多的经