混凝土成熟度法在高寒地區預制箱梁強度估算中的應用

李東光

（中鐵建大橋工程局集團第四工程有限公司，黑龍江 哈爾濱 150000）

0 引言

混凝土成熟度指混凝土養護時間（h）和等效養護溫度（°C）的乘積，一般用于計算混凝土早期強度。混凝土成熟度理念認為在配合比確定的情況下，只要混凝土養護溫度和養護時間的乘積相等，混凝土的強度基本大致相同。目前工程中混凝土強度的確定大多都是通過壓混凝土試塊、現場回彈等方法獲取，這些方法都有一定的局限性。如鉆芯取樣做抗壓強度試驗，對構造物造成破壞，后期還得修補。留置同條件試塊做抗壓強度試驗，試塊數量少，代表性差，試塊數量多，造成浪費不節省。現場回彈檢測混凝土強度，只能反應混凝土表面強度，不能真實代表混凝土強度。對比而言，用混凝土成熟度理論估算混凝土強度是一種簡單有效的方法。本文就混凝土成熟度法在高寒地區預制箱梁強度估算中的應用進行分析和探討。

1 工程概況

案例工程為新建哈爾濱至鐵力鐵路，設計時速250km∕h，制梁場為哈鐵鐵路5標平安制梁場，位于工程線路DK158+600右側位置，占地155畝，在黑龍江省綏化市慶安縣平安鎮附近。該梁場共預制箱梁369孔，其中雙線32m簡支箱梁359孔，24m簡支箱梁10孔。

2 應用混凝土成熟度法的目的

根據施工工藝預制箱梁需要經過拆模、初張后才能將箱梁從模板吊運出來，進行下一片的箱梁預制，而箱梁的拆模強度為33.5MPa及以上，初張強度為43.5MPa及以上[1]。混凝土齡期過短，混凝土強度不夠，不滿足預制箱梁拆模、初張條件；混凝土養護齡期過長，雖然混凝土強度滿足拆模、初張要求，但是耽誤預制箱梁吊運倒出，造成工序銜接不連續，影響制梁效率，對施工工期造成影響。在箱梁的拆模時間和初張時間中，直接影響下一片箱梁的預制時間和箱梁的初張時間，因而如何正確合理地掌握預制箱梁的初張時間就顯得特別重要。

在制梁現場，制梁同時做同條件養生試塊，對同條件試塊進行抗壓強度試驗，看是否滿足初張拉條件[2]。試塊組數做多了，雖然能滿足多次進行抗壓試驗來判定是否滿足箱梁初張條件，但是會消耗大量的人力和材料，造成經濟上的浪費，試塊組數做少了，又不能及時反應預制箱梁實際混凝土強度。為此，決定采用混凝土成熟度法，收集整理試驗數據，與現場同條件試塊比較并對試驗數據進行分析，最后建立強度關系，估算混凝土早期強度，為后續預制箱梁同條件養生試塊（拆模、張拉）適時地進行抗壓強度試驗，以達到預制箱梁在高寒地區能夠及時拆模、初張、加快模板周轉效率，保證預制箱梁施工工期。

3 成熟度法計算混凝土強度方法

3.1 計算法

（1）把試件在標準養護條件下的不同齡期強度的數據經回歸分析擬合成：

式中：

f——混凝土立方體抗壓強度，MPa；

D——混凝土養護齡期，天；

a、b——參數。

（2）根據現場測得混凝土養護溫度資料，用公式（2）計算混凝土達到的(相當于標準養護20℃的時間)等效齡期。

式中：

D1——等效齡期，h；

αT——溫度是T℃的對應等效系數（采用JGJ∕T104-2011的表B.0.2）；

△T——某溫度下的持續時間，h。

（3）把D1作為D代入公式（1）中，就可得到混凝土的強度。

3.2 圖解法

（1）根據試件在標準養護條件下的各種齡期強度數據，以強度值為縱坐標，齡期為橫坐標，繪出強度-齡期曲線圖[1]；

（2）根據現場混凝土實際測得連續養護的溫度資料，換算混凝土達到的等效齡期；

（3）根據等效齡期的數值，在強度-齡期曲線圖上找出相對應強度值即為所求值。

4 工程實際應用

4.1 用計算法確定混凝土早期強度

（1）該梁場第一片預制箱梁（PA31.5Z-001）在標準養護條件下的各齡期混凝土強度見表1所示。

表1 標準養護條件下預制箱梁各齡期混凝土強度

（2）根據表2，經回歸分析并擬合曲線方程：f=ae-b∕D,其中a=71.7692，b=1.3618。

表2 溫度記錄及等效齡期D1

（3）該梁場第一片預制箱梁（PA31.5Z-001）在2023年5月28日澆筑后測溫記錄及等效齡期D1計算，見表2所示。

4.2 配合比設計

該工程預制箱梁配合比由中鐵檢驗認證中心有限公司國家鐵路產品質量檢驗檢測中心設計，配合比見表3所示。

表3 預制箱梁配合比

（4）以等效齡期D1作為D代入公式（1），計算出混凝土40h、46h、52h、60h、68h、72h的強度（見表4所示）,由表4可以看出預制箱梁強度在46h可以滿足拆模強度，在68h可以滿足初張強度。

表4 等效齡期及強度

4.3 用圖解法確定混凝土的早期強度

（1）根據表2數據繪制強度-齡期曲線（見圖1所示）。

圖1 混凝土強度-齡期曲線圖

（2）根據表3數據的等效齡期，在強度-齡期曲線上，查得相應強度值分別為f（40h）=30.2MPa、f（46h）=34.8MPa、f（52h）=38.4MPa、f（60h）=41.5MPa、f（68h）=46.2MPa、f（72h）=48.4MPa。同條件試塊抗壓強度實測值見表5所示。表中40h、46h、52h、60h、68h、72h的抗壓強度平均值，與上述圖解法、計算法的預測值比較后，可以發現差別不大，基本吻合，可以滿足現場施工的要求。

表5 預制箱梁同條件試塊抗壓強度值

5 經濟效益分析

由于本地區屬于高寒地區，一年中溫度變化大，晝夜溫差大，冬季最低溫度為零下32℃，土體最大凍結深度可達2.05m，夏季最高溫度可達30℃，所以可以根據不同的季節設計不同的配合比，依據成熟度原理取得相應的參數，根據實時的氣溫變化預測混凝土強度，及時進行預制箱梁的拆模和張拉。

溫度低的時候混凝土強度增長比較緩慢，通過成熟度理論估算值，在合適的時間進行同條件試塊抗壓強度試驗，及時地進行預制箱梁的拆模和初張可以保證模板的周轉效率，從而達到節省模板購買等費用。通過實踐發現，采用表2中的配合比，在平均氣溫為20℃時，預制箱梁可在68h左右初張，在平均氣溫為10℃時，預制箱梁則至少需要140h才能初張，氣溫越低則初張時間越長。該梁場生產預制箱梁，為滿足施工進度需要可選擇增加模板或者調整預制箱梁配合比兩種方案，調整配合比每方混凝土增加費用約11元，在進入溫度低的季節，預計生產兩個月時間，每個月按平均生產1.3萬方混凝土，需要增加費用約29萬元。一套模板購買費用約為45萬，增加兩套模板費用為90萬元，此外可節約管理費和場地租金等費用。

6 結束語

成熟度法可以根據現場連續實際測定的養護溫度記錄隨時推算當時的混凝土強度增長情況，通過采用成熟度方法的預估值與同條件養護混凝土試塊強度比對，二者有不錯的一致性。需要注意的是使用該方法時，初期一定要制作一定數量的同條件試塊進行抗壓強度試驗，得到的實測數據與成熟度法的預估值進行比較，通過數理分析保證數據的可參考和準確性。該方法可根據一年四季不同的養護溫度變化情況隨時推算特定養護時間的混凝土強度情況，判定混凝土強度是否達到施工要求，進而保證施工工期按計劃順利完成。如混凝土強度富余太多，需要及時改變混凝土配合比來適應不同季節的施工需求，達到節約成本、經濟合理的目的。