双曲线冷却塔筒壁混凝土拆模强度监测研究

张卫星，何永学，刘 骅，胡小红，杨承春，夏长银，姚 磊

（1.中国能源建设集团安徽电力建设第二工程有限公司，安徽 合肥 230000；2.中国能源建设股份公司，北京 100000）

寻找一种科学的非人为因素的监测双曲线冷却塔筒壁施工拆模强度是相关人员共同的目标。科学家们一直没有停止过关于混凝土的强度研究，有大量研究证明，对于同一种水泥配制为同一标号的混凝土具有同一强度增长规律，即强度增长的两个主要影响因素是温度和时间（龄期），故强度是温度及龄期两个变量的函数。基于此，通过大量试验找出“强度-成熟度”的关系，并以成熟度为基准来监测现浇混凝土的强度，可以实现排除人为因素监测混凝土强度。

1 双曲线冷却塔筒壁拆模强度的要求及常规方法

冷却塔筒壁在混凝土浇筑即将结束时，根据需要按标准方法制作与结构实体同条件养护的边长为150mm的立方体试件，并将制作好的同条件试块放置在筒壁混凝土浇筑操作平台上，采用与筒壁养护条件一致的方法进行养护。模板拆除前，在监理人员的见证下，从筒壁操作平台上运送至现场第三方实验室进行抗压强度试验。待试验强度满足规范要求后，经现场技术人员和监理签字确认后，再进行筒壁模板拆除作业[1]。

2 用混凝土成熟度指标监测筒壁混凝土强度的基本原理

（1）建立一套筒壁混凝土内部温度信息采集、处理系统，主要包括在筒壁现浇混凝土内部布置温度传感器采集混凝土温度信息，再通过采集器将接收到现场温度实时传回指定服务器。

（2）研发一种混凝土“温度-强度”关系曲线，找出混凝土内部温度与对应强度的关系，并根据该关系曲线监测冷却塔筒壁混凝土实时强度[2]。

3 “温度-强度”曲线试验

3.1 研究思路

混凝土拌合物浇注成型后，在合适的养护下逐渐硬化，其强度的增长既取决于它的内在因素，又决定于外部条件。组成原材料的品质、比例是它的内在因素，而养护温度与硬化时间，则是它的外部条件。当某一种混凝土的原材料、组成比例为已知时，其强度的增长主要由温度与时间决定[3]。

根据这一原理，建立合适的混凝土的强度与温度、时间之间的关系，既可以在已知温度和时间的情况下获知混凝土的强度，又可以在已知的养护条件（温度）下，获知达到规定强度需要的时间。

针对冷却塔筒壁施工经常采用的混凝土种类，设计不同的养护温度和时间，测定混凝土的早期强度，建立冷却塔筒壁常用混凝土早期强度与温度、时间之间的关系曲线[4]。通过引入混凝土成熟度指标M，根据成熟度指标M与早期混凝土强度的关系，得出冷却塔筒壁混凝土早期实时强度。

3.2 研究方法

（1）混凝土强度等级的选定。根据目前双曲线冷却塔筒壁的施工情况，钢筋混凝土双曲线筒壁多用强度等级C40的混凝土，较少量采用C35强度等级的混凝土。本次试验选用钢筋混凝土双曲线冷却塔筒壁较多状况下使用的，强度等级为C40的混凝土作为研究对象。

（2）试验获取混凝土早期强度数据。对于强度等级为C40的混凝土，选取标准养护和自然养护两种不同的养护条件进行对比：在混凝土中设置温度传感器，连续实时记录温度，并实时检测抗压强度值。

制作标准混凝土立方体试块14×2=28组，并进行编号；14组放在标准养护室，14组同条件养护。制作的混凝土抗压强度试件，8h、12h、16h、20h、24h、28h、32h、36h、40h、44h、48h、52h、56h、60h 共 14个龄期测定混凝土抗压强度，得出强度值如表1所示。

表1 混凝土早期强度数据

（3）建立混凝土内部温度及时间之间的关系曲线。混凝土内部温度及时间之间的关系曲线具体如图1所示。

图1 混凝土内部温度及时间之间的关系曲线

（4）成熟度M计算公式。成熟度计算方法如下：

式中：t为时间；T为t时所对应的温度；K为常数，由试验数据确定（以相同成熟度达到的各龄期强度相等为标准，确定哪种成熟度表示方式才最适合本工程的配合比）。

通过分析，判断伯格斯公式验证成熟度准则的适用性。试验显示，采用该公式对早期混凝土成熟度的相对误差较大，但适用于龄期偏厚区间的混凝土成熟度测定。为保证其适用性，增加了考虑温度修正后公式验证的成熟度。通过查找温度影响系数Ki，结合试验数据，得出标准养护和自然养护下相对误差情况如下，考虑温度修正后公式验证成熟度更为合适。具体公式如下：

（5）混凝土实时强度计算公式。通过分析，可得出C40混凝土“成熟度-抗压强度”的关系，从而确定其拟合函数如下：

（6）验证计算式符合性。根据C40混凝土“成熟度-抗压强度”关系式得出的混凝土早期强度值与自然养护及标准养护的早期强度值进行准确性验证，发现误差最大为5.7%，可知关系式满足混凝土早期强度监测要求。

（7）双曲线冷却塔筒壁混凝土拆模强度监测。根据C40混凝土“成熟度-抗压强度”关系式，按照规范设定拆模强度δ，就可以得出M。当预埋在冷却塔筒壁中的温度采集器收集的温度与时间的值达到M时，认为筒壁混凝土强度达到拆模强度δ。

经过实际工程测试，用此方法可以方便、准确地控制拆模强度。

4 结束语

文章采用在混凝土试块内部埋置测温导线实时监测不同龄期试块温度的方法，基于混凝土早龄期温度-强度对应关系，对混凝土试块抗压强度的发展进行了监测和分析。结果表明，对于试块早期内部温度与龄期的累计增长变化量曲线与试块抗压强度增长曲线形状非常相似，引入混凝土成熟度M指标后，得到了成熟度M与混凝土实时强度d之间的定量对应关系，从而形成了一套可行且可靠的混凝土早期实时强度无损检测方法。