大体积混凝土实体强度的实测及研究

某 超 高 层 建 筑 的 筏 板 基 础 厚 度 很 大 。为 在 大 体 积 混 凝 土 施 工 中 控 制 基 础 裂 缝 ， 并 确 定 结 构 中 混 凝 土 的 实 际 性 能（ 包 括 实 体 强 度） ， 进 行 了 本 实 测 试 验 。Ｃ４５ 级 混 凝 土 试 验 结 构 ４．５ｍ× ４．５ｍ×４．５ｍ， 周边围以 １００ｍｍ 厚聚苯泡沫板并回填土。在混 凝 土的不同部位预埋温度传感器， 量测大体积内的温度场以分析 温度及养护条件对结构实体性能的影响。量测时间 ６０ｄ， 至性能 趋于稳定为止。
Ａｂ ｓ ｔ ｒａ ｃｔ ： Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｔｏ ｔｈｅ ｓｏｌｉｄ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｍａｓｓ ｃｏｎｃｒｅｔｅ， ｔｈｅ ｇｒｏｗｔｈ ｒｕｌｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｐｅｒｆｏｒ－ ｍａｎｃｅ ｕｎｄｅｒ ｓａｍｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｃｕｒｅ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ ｏｆ ｓｏｌｉｄ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｉｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚｅ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｓｏｌｉｄ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｕｎｄｅｒ ｓａｍｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｃｕｒｅ ａｒｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ． Ｋｅ ｙ ｗ ｏ ｒｄ ｓ ： ｍａｓｓ ｃｏｎｃｒｅｔｅ； ｓｏｌｉｄ ｓｔｒｅｎｇｔｈ； ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ
１．２ 实体强度的工程意义
从结构设计和保证安全的角度而言， 希望通过同条件试件 收稿日期： ２００７－ ０３－ ０９
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强度对施工、养护进行制约， 加强对混凝土强度的 控 制 ， 使 其 更 为接近实际工程。混凝土提供单位（ 搅拌站） 只能对拌合物的质 量负责， 反映为标准养护强度。由于振捣、养护等缺陷引起同条 件养护试件强度不足， 则主要反映为施工的责任。因此， 分别按 标养强度及同条件养护强度验收， 也反映了不同工序的责任。
摘 要： 通过对大体积混凝土内实体强度及有关性能的实测， 分析了不同养护条件下混凝土强度及有关性能增长的规律， 探讨了混凝土
实体强度的意义。分析了利用同条件养护试件简化检测混凝土实体强度的原理。
关键词： 大体积混凝土； 实体强度； 检测
中图分类号： ＴＵ５２８．０１
文献标志码： Ａ
文章编号： １００２－ ３５５０－（ ２００７） ０９－ ０１０２－ ０３
３．３ 养护湿度的对比
影响混凝土强度的另一因素是湿度， 即水化作用所需的条 件。标准养护可充分水化， 条件最好。同条件养护取决于施工状 态， 一般施工要求 ７￣１４ｄ 浇水、覆盖， 然后自然养护。 对 于 表 面 系 数（ 比 表 面 积） 很 大 的 试 块 ， 干 燥 失 水 使 强 度 增 长 受 到 遏 制 ， 甚至 ６０ｄ 后因混凝土粉化可能造成强度降低。
（ ２） 半 破 损 的 钻 芯 强 度 ： 在 结 构 实 体 上 钻 芯 取 样 可 以 直 接 测定实体的抗压强度， 准确性大大提高。但钻芯工艺的干扰以 及对结构局部的损害， 加上检测成本较高， 使其难以成为一种 普 查 的 手 段 。 因 此 多 用 作 校 核 、标 定 推 定 强 度 之 用 。
示 。劈 裂 强 度 的 发 展 趋 势 与 立 方 体 抗 压 强 度 基 本 一 致 。同 条 件
养 护 强 度 小 于 标 养 强 度 并 低 于 结 构 内 部 的 实 体 强 度 。用 以 反 映
结构的实体强度是偏于安全的。在标准养护的条件下， 混凝土
的立方体抗压强度 ｆｃｕ 与劈裂强度 ｆｓｐ 有以下关系：
图 ２ 中标准养护的成熟度为直线， 在 ５６０℃·ｄ时达到龄期， 可 通 过 试 验 而 得 到 标 养 强 度 代 表 值 。同 条 件 养 护 成 熟 度 的 时 随 曲线（ 虚线） 反映了同条件养护对于混凝土强度增长的 影 响 ， 在
如果以成熟度（ Ｍ） 作为横坐标来描述不同养护状态下混凝 土强度的增长趋势， 则图 ４ 中增长趋势的差别就小得多了。这 表 明 以 成 熟 度 Ｍ（ ℃·ｄ） 所 反 映 的 热 效 应 对 混 凝 土 强 度 增 长 的 影响， 比单纯只靠龄期 （ｔ ｄ） 来反映要客观得多了。因此， 施工验 收规范中同条件养护试件的有效养护龄期用成熟度来控制， 就 基本消除了气候条件对试验结果的影响， 是比较简便的科学方 法。
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从图 ４ 还可以看出， 在相同的成熟度下， 反映表层的同条
件养护强度最低。这是由于表面系数（ 比表面积） 所反映的水化
条件差异造成的。因此， 用同条件养护试件强度低于真正结构
内部的实体强度， 系统地偏于安全， 在验收时应乘以折算系数
加以修正。
４．２ 劈裂强度的对比
对比不同养护状态混凝土劈裂强度的时随曲线如图 ５ 所
２００７ 年 第 ９ 期（ 总 第 ２１５ 期 ） Ｎｕｍｂｅｒ ９ ｉｎ ２００７（ Ｔｏｔａｌ Ｎｏ．２１５）
混
凝
土
Ｃｏｎｃｒｅｔｅ
实用技术 ＰＲＡＣＴＩＣＡＬ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
大体积混凝土实体强度的实测及研究
刘 刚 １， 徐有邻 １， 余成行 ２ （ １． 中国建筑科学研究院， 北京 １０００１３； ２． 北京中超混凝土有限责任公司， 北京 １０００２４）
ｆｓｐ＝０．１９ｆｃｕ０．７５
（ １）
对比不同养护条件与不同龄期劈裂强度与立方体抗压强
由环境温度代表的同条件养护温度（ 虚线） 可以 看 出 ， 其 与 结构表层的温度（ Ｇ 点） 仍有一定的差异。早期偏低约 ５￣１０℃， 后期基本一致。即同条件养护温度比结构表层温度偏低， 从验 收的角度是偏安全的。标准养护温度（ 点划线） 是特定条件下的 温度， 不能代表结构混凝土的实际强度增长条件。但由于其有 可比性， 常作为材料强度（ 拌合物质量） 验收的依据。
Ｅｘｐ ｅ ｒｉｍ ｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｏ ｌｉｄ ｓ ｔ ｒｅ ｎ ｇ ｔ ｈ ｏ ｆ ｍ ａ ｓ ｓ ｃｏ ｎ ｃｒｅ ｔ ｅ
ＬＩＵ Ｇａｎｇ１， ＸＵ Ｙｏｕ－ｌｉｎ１， ＹＵ Ｃｈｅｎｇ－ｈａｎｇ２ （ １． Ｃｈｉｎａ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００１３， Ｃｈｉｎａ； ２． Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｚｈｏｎｇｃｈａｏ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｃｏ．， Ｌｔｄ．， Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００２４， Ｃｈｉｎａ）
３ 养护条件的对比
３．１ 温度的时随曲线
图 １ 为实测的不同养护条件的温度时随曲线。由图看出， 大体积芯部（ Ｃ） 由于水化 热 积 聚 难 以 散 出 而 迅 速 温 升 ， ７ｄ 时 最 高 温 度 达 到 ５４℃， 以 后 逐 渐 降 低 ， 到 ６０ｄ 时 趋 于 稳 定 。 距 表 面 ５０￣１００ｍｍ 处 的 表 层（ Ｇ） 温 度 变 化 趋 势 与 其 大 致 相 同 ， 但 数 值 小 一 些 。两 条 曲 线 之 间 的 区 域 应 认 为 是 大 体 积 混 凝 土 中 实 际 的 温度范围。
２．２ 量测方案
量测的物理量为： 立方 体 抗 压 强 度 ｆｃｕ， 劈 裂 强 度 ｆｓｐ， 弹 性 模 量 Ｅｃ。混凝土试件的养护条件分为三类：（ １） 标准养护；（ ２） 同条
件 养 护 ： 试 件 置 于 结 构 的 上 表 面 ， 浇 水 、覆 盖 、养 护 与 结 构 相 同 并记录相应的大气环境温度；（ ３） 匹配养护： 根据实 测 大 体 积 混 凝土芯部的温度， 调整保温箱中的温度使之同步变化， 则在此 养护条件下的混凝土立方体试件强度应认为是能够真正代表 结构的实体强度。
目前工程中不留同条件养护试件或试件 丢 失 、混 料 错 批 等 事情时有发生。施工单位应克服落后粗放式的管理， 落实同条 件 养 护 试 件 的 试 验 。 至 于 打 着“ 实 体 强 度 ”幌 子 强 行 以 回 弹 法 “ 推 定 强 度 ”代 替“ 实 体 强 度 ”的 做 法 ， 则 完 全 不 符 合 规 范 要 求 。 当然， 混凝土结构中真正实体强度的含义以及同条件养护试件 强度的代表性， 尚需进行更深入的探讨。例如大体积混凝土结 构中实体强度的意义及确定方法尚须作进一步的试验研究。
１ 混凝土结构的实体强度
１．１ 实体强度的测定方法
传统工程中均以标准养护的立方体试件抗压强度对混凝 土强度进行验收。由于养护条件（ 温度、湿度和龄期） 不同， 结构 中真正的实体混凝土强度与其有很大差异， 而真正决定结构抗 力， 影响安全的还是混凝土的实体强度。目前确定实体强度的 途径有三类：
（ １） 非破损的推定强度： 测定结构的其它物理 量（ 表 面 硬 度 及波速等） 从而间接推定实体强度。由于近年混凝 土 组 成 成 分 的巨大变化且作为地方性材料的差异， 推定关系不确定性太 大， 往往发生误判或错判。应建立地方性的推定关系并以其它 测强方式（ 钻芯强度） 校准， 否则推定强度的可信度较差。
结构实体内的混凝土失水现象比较轻微（ 尤 其 是 大 体 积 混 凝 土） ， 由 于 表 面 系 数（ 比 表 面 积） 很 小 ， 不 会 而 影 响 强 度 增 长 。 有关对比试验表明， 试件与实际结构比值为 ０．９ 左右。亦即在热 效应相同的条件下， 实体中的混凝土强度比同条件养护试件高 １０％左右。故在工程验收时， 同条件养护试件强度代表值宜乘折 算系数 １．１０ 以反映这种差别。
３．２ 成熟度时随曲线
由水泥水化热形成强度需要时间， 因此影响混凝土强度增 长的另一个重要因素是龄期。将图 １ 中温度（ Ｔ） 随时间（ ｔ） 增长 的曲线进行积分， 即为成熟度（ Ｍ） ， 其实际是对混凝土强度增长 所提供热量的度量。图 ２ 为前述四种养护条件相应成熟度随时 间增长的曲线。
６００℃·ｄ时达到等效养护龄期。在本例中环境温度偏高， 等效养 护龄期为 ２４ｄ。对大体积混凝土芯部及表层， 根据实测温度所确 定的成熟度时随曲线如实线所示。可以看出， 由于实体温度高 于环境温度， 实体成熟度比同条件养护曲线要高得多。如按上 述等效养护龄期 ２４ｄ 计， 芯部及表层的成熟度 实 际 已 分 别 达 到 １ １３２℃·ｄ与 ７７７℃·ｄ。由于结构实体内的养护条件比同条件养 护好， 现行规范的检验方案是偏于安全的。