混凝土成熟度计算方法及应用

付晓丽，张天亮

（1.山东省水利勘测设计院，山东 济南 250014；2.山东广信工程试验检测集团有限公司，山东 济南 250000）

混凝土在硬化过程中发生着复杂的物理、化学变化。在适当的养护条件下，混凝土浇筑后其强度的增长取决于组成原材料的品质、比例以及养护温度和硬化时间。当混凝土原材料比例一定时，强度的增长快慢则主要取决于养护的温度和养护的时间。养护温度和养护时间的乘积通常称之为成熟度。一定配合比的混凝土不管温度与时间如何组成，只要成熟度相等，其强度大致相同。因此，对于配合比一定的混凝土，可以依据养护温度与养护时间来推算结构混凝土已达到的大致强度。

早期推定混凝土强度的意义：

1）混凝土标准养护28d强度试验，周期长、不能及时预报施工质量或调整配合比，不利于加强混凝土质量管理和充分利用水泥活性。

2）通过早期强度推定标准养护28d强度，利于在混凝土生产施工中对其进行强度控制及对配合比进行调整和辅助设计。

1 混凝土成熟度计算方法

采用与工程相同原材料制作试件，坍落度或工作度与工程相近；避免由于原材料不同而造成强度增长不一致；数量不少于30组，水胶比不少于3种，且最大最小水灰比之差≥0.2；按回归方程建立强度关系式，相关系数不小于0.9，剩余标准差不大于标准养护28d强度的10%；专门建立强度关系式时，条件应基本相同，加速养护强度在关系式最大最小值范围内；宜利用应用过程中积累数据加原有数据对关系式进行修正。

《建筑工程冬期施工规程》（JGJ104-2011）中采用的成熟度计算公式：

正温养护条件下：M=∑（t+10）αt（不掺防冻剂）

负温养护条件下：M=∑k（t+15）αt（掺防冻剂，系数k，因水泥而定）

式中M为混凝土的成熟度，℃·h；t为混凝土的养护温度，℃；αt为温度为t时的持续时间，h。

2 成熟度的应用

《建筑工程冬期施工规程》JGJ/T104-2011的附录B，关于成熟度的应用有如下规定：

1）本方法适用于不掺外加剂在50℃以下正温养护和掺外加剂在30℃以下养护的混凝土；也可用于掺防冻剂负温养护法施工的混凝土。

2）本方法适用于预估混凝土强度标准值60%以内的强度值。

3）应采用工程实际使用的混凝土原材料和配合比，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，测试 1d、2d、3d、7d、28d 的强度值。

4）采用本法应取得现场养护混凝土的连续温度实测资料。

2.1 应用范围

1）测定成熟度曲线，预测早期强度。

2）用于无损测强。即：取实际的工程材料，按实际施工配合比成型4组试件，分别测定 1d、2d、3d、7d 的强度 f1、f2、f3、f7。建立龄期—度曲线（图解法或计算法）。

（1）图解法。在坐标纸上，以强度为纵坐标，以成熟度为横坐标建立曲线图，依据成熟度曲线图求对应龄期的强度。

（2）计算法。就是通过回归分析，得出拟合公式，通过公式计算。依据混凝土的养护温度—时间关系，利用公式：

计算达到强度时的等效龄期。即相当于标准养护条件下的养护时间。依据等效龄期可通过图解法或计算法得到混凝土等效龄期的强度值。

3）用于冬期混凝土施工。

2.2 成熟度应用举例

某混凝土经试验测得20℃标准养护条件下，各龄期的强度如表1所示。混凝土浇筑后，初养护阶段测温记录见表2。

表1 各龄期混凝土强度

表2 混凝土初养护阶段测温记录表

计算浇筑38h后混凝土的强度。

1）回归计算法。计算标养龄期的成熟度（计算成熟度：依据养护测温资料，按下式计算混凝土的成熟度M：

式中M，混凝土的成熟度，℃·h；T，在时间t内混凝土的平均温度，℃；t，温度为T时的持续时间，h。

设Y=AX+B，则 y=LnR；X=1/M

经计算，得Y=-1671.175X+3.383

即：LnR=-1671.175/M+3.383

表3 标准养护龄期成熟度表

计算38h后的等效成熟度为：M38h=1742℃·h，代入上式得：

2）图解法。计算标养试件的成熟度，作成熟度与试件抗压强度的关系曲线，如图1所示。

图1 混凝土抗压强度与成熟度关系曲线

计算浇筑38h后的成熟度。

在曲线图上找出成熟度为1882℃·h对应的强度为12.0MPa。将成熟度M分别代入上述公式计算出强度f，养护后混凝土的强度为计算强度的80%。

3 结语

成熟度的概念在水泥混凝土的施工中具有重要的地位。尤其是在冬期低温环境下施工和无损检测方面。但是，由于混凝土组成材料的不同，所处环境条件的差异，试验人员业务水平的参差不齐，目前还没有统一的混凝土成熟度公式，至少在低温条件下没有统一的成熟度公式，还需要进一步探索和研究。