摘要：在冬期施工过程中，低温环境会导致混凝土强度受损，为保证混凝土施工质量，需要对混凝土保温养护，并及时了解混凝土强度增长情况。当下广泛使用的成熟度法推算混凝土早期强度，操作方便，可靠度高，在施工中有很大的实用价值。本次通过分析混凝土成熟度法的基本原理，发散思维，探讨成熟度在实际工作中的具体应用方式，拓展成熟度法的应用范围。
关键词：冬期施工；成熟度；早期强度
0.引言
在冬期施工时，对混凝土有着更高的养护要求。冬期混凝土如何养护？是否已经养护到位？这一系列的问题都需要及时了解混凝土强度的发展情况。
正常施工环境下，在施工现场留置同条件养护试件做抗压强度试验，可以间接了解混凝土浇筑后的强度情况。但在冬期施工时，同条件养护试块表面系数大，比模板中浇筑的混凝土冷却更快，所以用同条件养护试块的强度推算入模混凝土的早期强度会存在较大误差，而且需要预留多组同条件养护试件做对比，可操作性较差。在模板未拆除的情况下，也不便采用其他非破损方式进行测试。
通过对比正常天气状态下和寒冷天气状态下的混凝土强度增长过程，找到不同状态下混凝土强度增长的等效关系。利用累计养护时间和累计养护温度等已知数据之间的等效关系推算出冬期施工混凝土的早期强度，将对冬期施工混凝土养护作业产生极大的指导意义。
1.常温天气下的混凝土硬化过程
当水泥、骨料等拌合物与适量的水调和时，形成一种可塑性的浆体。混凝土拌和物浇筑完毕之后，在水泥的水化作用下，浆体逐渐失去了可塑性。随着时间的推移，浆体逐渐凝结硬化，此后浆体的强度逐渐增加，直至获得最终强度。
2.寒冷天气下的混凝土硬化过程
水泥水化作用的速度除了与混凝土本身组成材料和配合比有关，还与外界温度密切相关。当温度升高时水化作用加快，强度增长加快，而当温度降低到0℃度时，存在于混凝土中的水有一部分开始结冰，逐渐由液相的水变为固相的冰，这时参与水泥水化作用的水减少了，水化作用减慢，强度增长相应缓慢。当温度继续降低时，存在于混凝土中的水完全变成冰，水泥水化作用基本停止，此时混凝土的强度不会再增长。
3.不同养护温度下的强度曲线对比
图1：用普通硅酸盐水泥拌制的混凝土在各种养护温度下的强度增长情况
通过水化作用的原理可知，混凝土强度的增长速度与养护温度正相关。
通过分析图1中不同养护温度下的混凝土强度增长情况，对比时间坐标轴，在相同的养护时间内，养护温度越高，强度越高。对比强度坐标轴，达到同一强度值，养护温度越低，则需要更长的养护时间。
这也意味着，相同配合比的混凝土，低养护温度、长养护时间与高养护温度、短养护时间两种组合可以达到同一强度。养护温度和养护时间的不同组合之间有着等效关系。
其实，早在20世纪50年代初英国学者绍尔和瑞典学者伯格斯特就发现了这一等效关系，并提出了混凝土的成熟度概念。其基本原理是：混凝土的抗压强度是养护温度（°C）与养护时间（h）乘积的单价函数。他认为不管温时间和温度如何组合。只要成熟度相等，其强度大致相同。这一概念后来为各国学者所接受，不少国家将这一理论纳入标准规范，作为预测砼强度方法之一。这也为我们冬期施工时预测混凝土早期强度提供了科学有效的方法。
4.用成熟度计算混凝土早期强度的方法
根据成熟度的原理，对于组分相同的混凝土，即使经历不同养护时间和养护温度，只要计算的成熟度相同，强度也就相同。根据这一假设，以标准养护试件的各龄期强度曲线为参照，对比现场养护计算累积成熟度，推算出现场养护混凝土的早期强度。
4.1采用工程实际使用的混凝土配合比和原材料，制作不少于5组混凝土立方体标准试件，在标准条件下养护并测试1天、2天、3天、7天和28天的强度值。
用标准养护试件的各龄期强度数据，经回归分析拟合成曲线方程：
4.2对现场冬期施工阶段的混凝土，按照冬施方案布置测温点，按照固定时间间隔持续测温（对于本项目使用的添加防冻剂的混凝土，在达到受冻临界强度之前，测温时间间隔2小时，在达到受冻临界强度之后，测温时间间隔6小时），统计连续温度实测数据。计算成熟度：
式中：式中：f——混凝土立方体抗压 强度（MPa）
M——混凝土养护的成熟度（oC•h）
a、b——曲线参数
T——在时间段（∆t）内混凝土平均养护温度（OC）
将计算成熟度代入上式曲线方程，即可得出现场混凝土强度。
5.成熟度法的应用
5.1保证施工质量
冬期施工期间对混凝土保温的主要目的是为了避免混凝土强度出现永久性受损。混凝土的硬化过程是拌合物的水化作用。冬期时间，当施工温度低于0度时，水结冰后导致水化作用停止，混凝土强度受损且无法修复。将极大的影响工程质量。
成熟度法提供了准确可靠的混凝土强度无损检测方法。通过计算混凝土的成熟度，预测养护期间混凝土早期强度发展，有针对性的采取蓄热法等措施，制定保温对策，在混凝土温度降至0摄氏度之前，确保混凝土达到了受冻临界强度。应用其早期强度来控制施工质量。
5.2提高施工效率
成熟度法常用于通过统计时间和温度的变化曲线，计算混凝土浇筑后的早期强度。但在施工过程中，也可以灵活应用。
在混凝土浇筑前，根据天气情况预判未来一段时间的混凝土温度范围，对成熟度法逆向应用，估算达到受冻临界强度所需的养护时间。例如，通过天气预报了解近一周的平均气温为2摄氏度，通过蓄热法养护下的混凝土平均温度为5摄氏度，推算一周后的混凝土累积成熟度和混凝土强度（约40%）依然不能达到顶板拆模标准，应减少本周的劳动力安排。从而合理安排工期，进一步完善劳动力、材料、机械等资源的调配以及后续工作的安排。做到精细化管理，提高效率。
6.结语
从上一世纪的理论阶段开始，经过长期的发展和演练，利用成熟度计算混凝土早期强度的方法已经得到了充分的实践证明。过程实施方便，结果准确可靠。在现有规范《建筑工程冬期施工规程》中，成熟度法已经形成一套成熟可靠的固定模式。作为施工人员，熟练掌握成熟度的基本原理，并将其灵活应用于工作之中，可以有效的保证施工质量、提高施工效率，对于现场施工有很大的指导意义。
参考文献：
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[2] 黄玉华，刘 松．混凝土成熟度的原理与应用[J]．国外建材科技，2004（11）．
[3] 张胜峰，赵炳山，何扬.不同养护方式对混凝土硬化过程的影响[J].科技风，2010（12）.
论文作者:任程磊,尚静伟
论文发表刊物:《基层建设》2019年第18期
论文发表时间:2019/9/12
标签：混凝土论文; 强度论文; 成熟度论文; 温度论文; 水化论文; 时间论文; 测温论文; 《基层建设》2019年第18期论文;