雙曲線冷卻塔筒壁混凝土拆模強度監測研究

張衛星，何永學，劉 驊，胡小紅，楊承春，夏長銀，姚 磊

（1.中國能源建設集團安徽電力建設第二工程有限公司，安徽 合肥 230000；2.中國能源建設股份公司，北京 100000）

尋找一種科學的非人為因素的監測雙曲線冷卻塔筒壁施工拆模強度是相關人員共同的目標。科學家們一直沒有停止過關于混凝土的強度研究，有大量研究證明，對于同一種水泥配制為同一標號的混凝土具有同一強度增長規律，即強度增長的兩個主要影響因素是溫度和時間（齡期），故強度是溫度及齡期兩個變量的函數。基于此，通過大量試驗找出“強度-成熟度”的關系，并以成熟度為基準來監測現澆混凝土的強度，可以實現排除人為因素監測混凝土強度。

1 雙曲線冷卻塔筒壁拆模強度的要求及常規方法

冷卻塔筒壁在混凝土澆筑即將結束時，根據需要按標準方法制作與結構實體同條件養護的邊長為150mm的立方體試件，并將制作好的同條件試塊放置在筒壁混凝土澆筑操作平臺上，采用與筒壁養護條件一致的方法進行養護。模板拆除前，在監理人員的見證下，從筒壁操作平臺上運送至現場第三方實驗室進行抗壓強度試驗。待試驗強度滿足規范要求后，經現場技術人員和監理簽字確認后，再進行筒壁模板拆除作業[1]。

2 用混凝土成熟度指標監測筒壁混凝土強度的基本原理

（1）建立一套筒壁混凝土內部溫度信息采集、處理系統，主要包括在筒壁現澆混凝土內部布置溫度傳感器采集混凝土溫度信息，再通過采集器將接收到現場溫度實時傳回指定服務器。

（2）研發一種混凝土“溫度-強度”關系曲線，找出混凝土內部溫度與對應強度的關系，并根據該關系曲線監測冷卻塔筒壁混凝土實時強度[2]。

3 “溫度-強度”曲線試驗

3.1 研究思路

混凝土拌合物澆注成型后，在合適的養護下逐漸硬化，其強度的增長既取決于它的內在因素，又決定于外部條件。組成原材料的品質、比例是它的內在因素，而養護溫度與硬化時間，則是它的外部條件。當某一種混凝土的原材料、組成比例為已知時，其強度的增長主要由溫度與時間決定[3]。

根據這一原理，建立合適的混凝土的強度與溫度、時間之間的關系，既可以在已知溫度和時間的情況下獲知混凝土的強度，又可以在已知的養護條件（溫度）下，獲知達到規定強度需要的時間。

針對冷卻塔筒壁施工經常采用的混凝土種類，設計不同的養護溫度和時間，測定混凝土的早期強度，建立冷卻塔筒壁常用混凝土早期強度與溫度、時間之間的關系曲線[4]。通過引入混凝土成熟度指標M，根據成熟度指標M與早期混凝土強度的關系，得出冷卻塔筒壁混凝土早期實時強度。

3.2 研究方法

（1）混凝土強度等級的選定。根據目前雙曲線冷卻塔筒壁的施工情況，鋼筋混凝土雙曲線筒壁多用強度等級C40的混凝土，較少量采用C35強度等級的混凝土。本次試驗選用鋼筋混凝土雙曲線冷卻塔筒壁較多狀況下使用的，強度等級為C40的混凝土作為研究對象。

（2）試驗獲取混凝土早期強度數據。對于強度等級為C40的混凝土，選取標準養護和自然養護兩種不同的養護條件進行對比：在混凝土中設置溫度傳感器，連續實時記錄溫度，并實時檢測抗壓強度值。

制作標準混凝土立方體試塊14×2=28組，并進行編號；14組放在標準養護室，14組同條件養護。制作的混凝土抗壓強度試件，8h、12h、16h、20h、24h、28h、32h、36h、40h、44h、48h、52h、56h、60h 共 14個齡期測定混凝土抗壓強度，得出強度值如表1所示。

表1 混凝土早期強度數據

（3）建立混凝土內部溫度及時間之間的關系曲線。混凝土內部溫度及時間之間的關系曲線具體如圖1所示。

圖1 混凝土內部溫度及時間之間的關系曲線

（4）成熟度M計算公式。成熟度計算方法如下：

式中：t為時間；T為t時所對應的溫度；K為常數，由試驗數據確定（以相同成熟度達到的各齡期強度相等為標準，確定哪種成熟度表示方式才最適合本工程的配合比）。

通過分析，判斷伯格斯公式驗證成熟度準則的適用性。試驗顯示，采用該公式對早期混凝土成熟度的相對誤差較大，但適用于齡期偏厚區間的混凝土成熟度測定。為保證其適用性，增加了考慮溫度修正后公式驗證的成熟度。通過查找溫度影響系數Ki，結合試驗數據，得出標準養護和自然養護下相對誤差情況如下，考慮溫度修正后公式驗證成熟度更為合適。具體公式如下：

（5）混凝土實時強度計算公式。通過分析，可得出C40混凝土“成熟度-抗壓強度”的關系，從而確定其擬合函數如下：

（6）驗證計算式符合性。根據C40混凝土“成熟度-抗壓強度”關系式得出的混凝土早期強度值與自然養護及標準養護的早期強度值進行準確性驗證，發現誤差最大為5.7%，可知關系式滿足混凝土早期強度監測要求。

（7）雙曲線冷卻塔筒壁混凝土拆模強度監測。根據C40混凝土“成熟度-抗壓強度”關系式，按照規范設定拆模強度δ，就可以得出M。當預埋在冷卻塔筒壁中的溫度采集器收集的溫度與時間的值達到M時，認為筒壁混凝土強度達到拆模強度δ。

經過實際工程測試，用此方法可以方便、準確地控制拆模強度。

4 結束語

文章采用在混凝土試塊內部埋置測溫導線實時監測不同齡期試塊溫度的方法，基于混凝土早齡期溫度-強度對應關系，對混凝土試塊抗壓強度的發展進行了監測和分析。結果表明，對于試塊早期內部溫度與齡期的累計增長變化量曲線與試塊抗壓強度增長曲線形狀非常相似，引入混凝土成熟度M指標后，得到了成熟度M與混凝土實時強度d之間的定量對應關系，從而形成了一套可行且可靠的混凝土早期實時強度無損檢測方法。