摻防凍劑混凝土室溫狀態(tài)下達到臨界強度的時間

2007/04/12 00:00 來源：山東鐵正工程試驗檢測中心

......

摘要：
防凍混凝土是冬期混凝土施工中常見的混凝土。在冬期，混凝土要免于凍害，必須達到一定的強度。找到達到這個強度所需的時間，對于指導(dǎo)混凝土配合比設(shè)計和混凝土施工有著重要的意義。我們試驗的目的是建立強度時間關(guān)系曲線，探討室溫下防凍混凝土達到臨界強度的時間。
關(guān)鍵詞：
冬期混凝土施工  室溫   臨界強度   臨界強度時間
The time of critical strength for concrete at ambient temperature
Zhangtianliang
（Shandong tiezheng project test center）
Abstract:
Anti-freezing concrete is very common in winter construction. The concrete must have enough strength before frozen. It is very important for concrete designer and for concrete construction to know the time of the concrete grows this critical strength. We do the test, in order to find out the relative between strength and time of anti-freezing concrete at ambient temperature.
Key words:
Concrete construction in winter  ambient temperature  critical strength  time of critical strength   
一、           前言
    依據(jù)氣象資料：室外日平均氣溫連續(xù)5天低于5℃進行混凝土和鋼筋混凝土施工，稱為冬期施工。隨著交通、建筑工程的不斷發(fā)展，工期的要求，冬季條件下進行混凝土施工已很普遍。
    冬季施工的混凝土在受凍之前，混凝土應(yīng)該具有足夠的強度才能免于受害。一般地對于硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥配制的混凝土，受凍前的抗壓強度應(yīng)達到設(shè)計強度的30%；礦渣硅酸鹽水泥配制的混凝土應(yīng)為設(shè)計強度的40%；而對于強度等級為10MPa或以下的混凝土，則要求不低于5.0MPa（未摻防凍劑的普通混凝土）。摻防凍劑的混凝土，當室外最低氣溫不低于-15℃時不低于4.0MPa；當室外最低氣溫不低于-30℃時不低于5.0MPa。
    臨界強度是新拌混凝土在受凍后再恢復(fù)正溫養(yǎng)護，混凝土強度可繼續(xù)增長并達到設(shè)計強度的95%以上時，所需的初始強度。換而言之，混凝土要想不發(fā)生凍害，必須使混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)展所具有的強度大等于于冰晶膨脹而產(chǎn)生的破壞應(yīng)力，這個強度就是臨界強度。影響這個臨界強度的因素很多：水泥的品種、等級；混凝土的強度等級；防凍劑的種類和摻量等等。在室溫（20±5℃）條件下，達到這個強度（一般5MPa）究竟需要多長時間？為此，我們進行如下的試驗。
二、試驗所用的材料：
1、水泥：山鋁水泥廠生產(chǎn)P.O32.5R、P.O42.5R、 P.O52.5R、水泥。其品質(zhì)指標見下表：
廠家
等級
細度%
標準稠度%
安定性
凝結(jié)時間（min）
強度(MPa)
抗折
抗壓
初凝
終凝
3d
28d
3d
28d
山鋁水泥廠
P.O32.5R
2.8
28.2
合格
185
220
4.2
7.9
17.4
38.0
P.O42.5R
3..2
27.2
合格
170
205
5.1
7.7
24.8
46.4
P.O52.5R
1.2
26.4
合格
145
190
5.2
8.2
28.6
56.0
2）、碎石
淄博邊河石廠的5—25mm的碎石，其品質(zhì)指標如下：
產(chǎn)地
規(guī)格
含泥量
%
泥塊含量
%
針片狀含量
%
壓碎值
%
堿活性
堆積密度
kg/m3
表觀密度
kg/m3
空隙率
淄博邊河石廠
5—25
0.1
0
4.0
13.2
無
1470
2700
46
碎石的級配篩分
 
3）、砂子：濰坊維河河砂，其品質(zhì)指標如下：
產(chǎn)地
細度模數(shù)
含泥量%
泥塊含量%
堆積密度kg/m3
表觀密度kg/m3
空隙率
維河
3
0.3
0.1
1550
2610
41
砂子的級配篩分：
4）、防凍劑的品質(zhì)指標：
廠家
狀態(tài)
細度（粉狀）
固含量%（液體）
類型%
PH
摻量%
抗壓強度比%
山東華偉銀凱
粉狀
8.6
/
/
7.8
3-5
95
5）拌合水的品質(zhì)指標
產(chǎn)地
PH值
不溶物，mg/L
可溶物，mg/L
Cl-，mg/L
SO42-，mg/L
當量Na2O, mg/L
濟南
7.01
116
104
140.92
324.34
11.42

三、混凝土的配合比及試配
    等級類別
項目
C20
C25
C30
C50
基準砼
受檢砼
基準砼
受檢砼
基準砼
受檢砼
基準砼
受檢砼
水泥等級
P.O32.5R
P.O32.5R
P.O42.5R
P.O52.5R
砂率sp%
38
37
36
35
設(shè)計坍落度mm
70—90
水灰比w/c
0.55
0.47
0.53
0.40
水泥
382
447
396
525
砂子
687
645
653
600
碎石
1121
1098
1161
1115
水
210
210
210
210
防凍劑
/
4%
/
4%
/
4%
/
4%
含氣量%
0.7
0.9
1.0
1.2
0.65
1.2
1.5
2.9
容重kg/m3
2370
2390
2410
2405
2420
2425
2420
2410
坍落度mm
90
130
85
80
100
150
65
110

四、試驗結(jié)果分析試驗
4.1早期混凝土強度試驗結(jié)果：根據(jù)試驗情況，我們得出室溫狀態(tài)下混凝土強度發(fā)展情況如下表：
室溫狀態(tài)下混凝土強度發(fā)展情況
水泥
品級
W/C
混凝土
類別
項次
硬化時間{h }
8
10
12
14
16
18
20
22
24
28
32
36
40
44
48
P.O
32.5R
0.55
基準混凝土
強度Mpa
/
0.86
2.59
4.03
5.18
6.05
6.91
7.49
8.06
9.22
10.0
10.4
10.7
11.0
11.5
強度百分比%
/
3
9
14
18
21
24
26
28
32
34.9
36.0
37.0
38.1
40
防凍劑混凝土
強度Mpa
/
1.2
3.53
5.29
7.06
8.23
9.41
10.6
11.2
12.3
12.9
13.1
13.2
13.4
13.8
 強度百分比%
/
4
12
18
24
28
32
36
38
42
43.9
44.5
45.0
45.5
47
0.47
基準混凝土
強度Mpa
/
1.4
3.03
5.39
5.73
6.07
7.41
11.8
12.8
14.2
14.8
15.2
15.2
15.5
15.7
 強度百分比%
/
4.2
9
16
23
18
32
35
38
42
44
44.9
45.2
46
46.5
防凍劑混凝土
強度Mpa
/
4.54
5.82
7.7
9.8
11.4
12.5
13.5
14.1
15.6
16.4
16.8
17.3
17.7
18.1
 強度百分比%
/
4.8
15
24
30.5
35.5
39
42
44.5
48.5
51
52.5
54
55
56.5
P.O
42.5R
0.53
基準混凝土
強度Mpa
/
2.2
2.65
4.8
6.5
7.94
8.6
10.3
10.9
12.4
13.4
14.1
14.6
15.2
15.9
 強度百分比%
/
6.6
8
14.5
19.5
24
38
31
33
37.5
40.5
42.5
44
46
48
防凍劑混凝土
強度Mpa
/
2.8
4.4
7.3
9.5
10.9
12.2
13.4
14.3
15.8
16.8
17.3
17.6
17.9
18.3
 強度百分比%
/
8.6
13.5
22.5
29
33.5
37.5
41
44
48.5
51.5
53
54
55
56
P.O
52.5R
0.40
基準混凝土
強度Mpa
4
10.5
14.5
17.5
20
22
23.8
25
26.5
28.5
29.8
30.5
31.5
32.5
33
 強度百分比%
8
21
29
35
40
44
47.5
50
53
57
59.5
61
63
65
66
防凍劑混凝土
強度Mpa
8.8
14.4
17.8
20.5
22.1
23.7
24.9
25.9
26.5
27.7
28.3
28.7
29.5
30.1
30.5
 強度%
22
36
44.5
51
55
59
62
64.5
66
69
70.5
71.5
73.5
75
76
(一)混凝土的凝結(jié)時間：
對于試驗中的W/C=0.55空白混凝土：將混凝土拌和物過5mm圓孔篩，篩出砂漿，人工翻拌后裝入試模內(nèi)整平砂漿表面，并低于試模上沿約10mm，蓋上濕布或玻璃片，靜止吸水后測定混凝土的砂漿的凝結(jié)時間。試驗結(jié)果如下：
測針面積mm2
貫入阻力N
壓強MPa
實測阻力N
實測壓強MPa
時間min
100
20～350
0.2～3.5
274
2.74
270
335
3.35
395
50
175～1000
3.5～20.0
398
7.96
440
468
9.36
475
20
400～560
20.0～28.0
485
24.3
490
536
26.8
510
570
28.5
560
時間h
10
12
14
16
18
20
22
24
28
32
36
40
44
48
強度
（MPa
0.86
2.59
4.03
5.18
6.05
6.91
7.49
8.06
9.22
10.0
10.4
10.7
11.0
11.5
由上圖知強度在28MPa時對應(yīng)得時間約為540min，也就是說對于試驗中的W/C=0.55得空白混凝土，他得終凝時間約是540 min即9h?；炷恋脧姸葟?h后才開始表現(xiàn)出來。設(shè)強度與齡期的關(guān)系為：Y=a+blnX ，利用最小二乘法進行強度和時間的線形回歸，得到系數(shù)a= 1/n(ΣYi)- a/n(ΣXi) =-13.49    b= LXY / LXX = 6.64      相關(guān)系數(shù)r=  0.988     即 ：R=6.64lnT-13.49
達到臨界強度5MPa所需時間：5=6.64 lnT-13.49（基準），T=16.2
P.O32.5R水泥W/C=0.55,基準混凝土強度發(fā)展曲線
對于試驗一中W/C=0.55摻防凍劑混凝土的強度結(jié)果，利用最小二乘法進行強度和時間回歸：設(shè)強度與時間的關(guān)系是Y=a+blnX, a= LXY / LXX=  -15.11   b= 1/n(ΣYi)- a/n(ΣXi)= 7.87     相關(guān)系數(shù)r= 0.962   即 ：R=7.87lnT-15.11（摻防凍劑）; 5=7.87lnT-15.11（摻防凍劑）T=13h
（3）對于試驗中的W/C=0.47空白混凝土的強度結(jié)果，
利用最小二乘法進行強度和時間的線形回歸：設(shè)強度與時間的關(guān)系是Y=a+blnX,
時間h
10
12
14
16
18
20
22
24
28
32
36
40
44
48
強度
（MPa
1.4
3.03
5.39
5.73
6.07
7.41
11.8
12.8
14.2
14.8
15.2
15.2
15.5
15.7
利用最小二乘法進行強度和時間的線形回歸，得到系數(shù)a= 1/n(ΣYi)- a/n(ΣXi) =-21.475    b= LXY / LXX =  10.1  相關(guān)系數(shù)r= 0.962    即 ：R=10.1lnT-21.475達到臨界強度5MPa所需時間：5=10.1 lnT-21.475 T=13.7h
 
時間h
10
12
14
16
18
20
22
24
28
32
36
40
44
48
強度
（MPa
4.54
5.82
7.7
9.8
11.4
12.5
13.5
14.1
15.6
16.4
16.8
17.3
17.7
18.1
（4）對于試驗中W/C=0.47摻防凍劑混凝土的強度結(jié)果，利用最小二乘法進行強度和時間的線形回歸：設(shè)強度與時間的關(guān)系是Y=a+blnX,
a = 1/n(ΣYi)- a/n(ΣXi) = -18.28   b = LXY / LXX =9.816
即：R =9.816lnT-18.28
相關(guān)系數(shù)r= LXY /（ LXX×LYY）1/2=0.96121。達到5臨界強度5MPa所需時間：5=9.816lnT-18.28，T=11
（5）對于試驗中的P.O42.5R水泥W/C=0.53空白混凝土的強度結(jié)果，利用最小二乘法進行強度和時間的線形回歸：設(shè)強度與時間的關(guān)系是Y= a+blnX,
時間h
10
12
14
16
18
20
22
24
28
32
36
40
44
48
強度
（MPa
2.2
2.65
4.8
6.5
7.94
8.6
10.3
10.9
12.4
13.4
14.1
14.6
15.2
15.9
a = 1/n(ΣYi)- a/n(ΣXi) = -19.15   b = LXY / LXX =9.252
即：R =9.252lnT-19.15
相關(guān)系數(shù)r= LXY /（ LXX×LYY）1/2=0.9991。達到5臨界強度5MPa所需時間：5=9.252lnT-19.15 T=14
P.O42.5R水泥W/C=0.53基準混凝土強度發(fā)展曲線
（6）對于試驗中W/C=0.53摻防凍劑混凝土的強度結(jié)果，利用最小二乘法進行強度和時間的線形回歸：設(shè)強度與時間的關(guān)系是Y= a+blnX,
時間h
10
12
14
16
18
20
22
24
28
32
36
40
44
48
強度
（MPa
2.8
4.4
7.3
9.5
10.9
12.2
13.4
14.3
15.8
16.8
17.3
17.6
17.9
18.3
a =1/n(ΣYi)- a/n(ΣXi) = -21.11  b = LXY / LXX =10。1818
即：R =10。1818lnT-21.11
達到5臨界強度5MPa所需時間：5=10。1818lnT-19.33，T=13h
 
相關(guān)系數(shù)r= LXY /（ LXX×LYY）1/2= 0。9741
P.O42.5R水泥W/C=0.53,摻防凍劑混凝土強度發(fā)展曲線
 
（7）、對于試驗中W/C=0.40不摻防凍劑混凝土的強度結(jié)果，利用最小二乘法進行強度和時間的線形回歸：設(shè)強度與時間的關(guān)系是Y= a+blnX,
時間h
8
10
12
14
16
18
20
22
24
28
32
36
40
44
48
強度
（MPa
4
10.5
14.5
17.5
20
22
23.8
25
26.5
28.5
29.8
30.5
31.5
32.5
33
b = LXY / LXX= 15.3
a =1/n(ΣYi)- a/n(ΣXi)=-23.8即：R =15.3 lnT-23.8
達到5臨界強度5MPa所需時間：5=15.3lnT-23.8，T=6.5h
相關(guān)系數(shù)r= LXY /（ LXX×LYY）1/2= 0.9793175
P.O52.5R水泥W/C=0.40基準混凝土強度發(fā)展曲線
（8）對于試驗中W/C=0.40摻防凍劑混凝土的強度結(jié)果，利用最小二乘法進行強度和時間的線形回歸：設(shè)強度與時間的關(guān)系是Y= a+blnX,
時間h
8
10
12
14
16
18
20
22
24
28
32
36
40
44
48
強度
（MPa
8.8
14.4
17.8
20.5
22.1
23.7
24.9
25.9
26.5
27.7
28.3
28.7
29.5
30.1
30.5
b = LXY / LXX=10.9 ；a =1/n(ΣYi)- a/n(ΣXi)=-9.617即：R =10.9 lnT-9.617
達到5臨界強度5MPa所需時間：5=10.9lnT-9.617，T=4h；相關(guān)系數(shù)r= LXY /（ LXX×LYY）1/2= 0.958329
P.O52.5R水泥W/C=0.40摻防凍劑混凝土強度發(fā)展曲線

五、結(jié)論
綜上所述，混凝土達到5MPa實測、趨勢線及理論所需時間匯總于下表：
水泥
等級
W/C
強度百分比%
實測線達到5MPa所需時間h
趨勢線達到5MPa所需時間h
數(shù)學(xué)模型
理論達到5MPa所需時間h
P.O32.5R
0.55
基準混凝土
17.4
15
13.1
R=6.64lnT-13.49
16
摻防凍劑混凝土
13.6
10.5
R=7.87lnT-15.11
13
0.47
基準混凝土
15.1
13.6
9.2
R=10.1lnT-21.475
13．7
摻防凍劑混凝土
12
8.5
R =9.816lnT-18.28
 
11
P.O42.5R
0.53
基準混凝土
13.1
13.5
10
R =9.252lnT-19.15
14
摻防凍劑混凝土
12
8.1
R =10。1818lnT-21.11
13
P.O52.5R
0.40
基準混凝土
8.3
8
4.8
R =15.3 lnT-23.8
 
6．5
摻防凍劑混凝土
7
3.9
R =10.9 lnT-9.617
 
4

由數(shù)學(xué)模型以及試驗結(jié)果可知，
1、混凝土達到5MPa所需的時間，由最小二乘法線形回歸所得的關(guān)系式，雖然相關(guān)性都很好，但由于受試驗組數(shù)的限制，所得計算結(jié)果與實際試驗測的時間有些出入。但試驗結(jié)果對于掌握混凝土在室溫條件下達到臨界強度（5MP）的時間的探討起到了很好的指導(dǎo)作用。試驗結(jié)果告訴我們，無論基準混凝土還是摻防凍劑的混凝土，也無論是低標號混凝土還是高標號的 混凝土，只要保證16h的室溫養(yǎng)護，強度都能達到5MPa的臨界強度。
2、混凝土的強度增長快慢受多種因素的制約，水泥的品種、等級；防凍劑的種類摻量以及有效成分的含量大小；混凝土摻合料的有無以及摻量的多少；混凝土的強度等級等等都是影響混凝土強度增長的因素。不同的防凍劑、不同防凍劑的摻量、不同的水泥配出的混凝土，其達到臨界強度的時間也不相同。因此臨界強度時間應(yīng)該是一范圍，不應(yīng)該是一個確定的定值。
3、本次試驗僅僅是一個開端，對于摻防凍劑混凝土的研究，還需要加深。
 
 
 
 
參考文獻：
1、《建筑工程冬期施工規(guī)程》JGJ104-97
2、《鐵路混凝土與砌體工程施工規(guī)范》TB10210-2001
3、《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》（GB50119）
　
原作者： 張?zhí)炝?/TD>

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