【研究探索】快速养护法在混凝土质量控制中的应用研究
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本文选自《商品混凝土》杂志2024年第4期
快速养护法在混凝土质量控制中的应用研究
孙志伟
［摘 要］通过混凝土的快速养护预测混凝土 28d 标准养护强度可以及时有效地反映混凝土质量，这对混凝土生产企业的混凝土配合比设计和质量控制有着重要作用。本文在沸水法、80℃热水法、55℃温水法的基础上设计了一种新方法，同时建立以上 4 种方法快速养护混凝土强度与混凝土 28 天标准养护强度之间的线性与幂函数回归关系，探索满足混凝土 28 天标准养护强度快速预测要求的快捷方式和科学步骤。
［关键词］快速养护；回归方程；推定强度
1 研究背景与现状
目前混凝土原材料的品种和质量变化较大，各种新技术新材料的成功应用，对混凝土28天强度的增长贡献不同，规律性也与水泥混凝土不同。近两年来，工业厂房、高强现浇结构的市场需求逐渐提高，工程施工周期比较短，进度安排特别紧，试配混凝土需要进行快速养护初步估计混凝土28天强度，研究加速养护方法在混凝土质量控制中的作用日益突出。如果能通过试验在短时间内测试得到混凝土的快速养护强度，并与混凝土28天标准养护强度之间建立相关性良好的公式，就可以实现混凝土出厂与混凝土标准养护强度的同步推断，有利于及时优化混凝土配合比和进行工业化生产。
在快速养护试验研究上，谭建湘[1]曾用沸水法进行混凝土快速养护强度预测，蒋德稳等[2]用微波蒸压法进行混凝土快速养护强度预测，曹日辉等[3]用砂浆早期强度推断混凝土标准养护强度，罗昕旻等[4]对比了55℃温水法和80℃热水法快速养护与28天标准养护强度的关系。对混凝土生产企业来说操作性强、安全性高、用具简单和科学合理在质量控制手段上尤为重要。简化强度快速检测方法，积累试验数据，探索快速养护试件强度与28天标养强度的相关性及影响因素，完善企业早期推定混凝土强度试验研究，可作为混凝土后期强度及时推断的依据及参考。
2 试验仪器情况
目前常用的加速养护箱型号为HJ84型，主要生产厂家有天津首科、无锡华南和北京科达京威，均可满足使用需求。本试验使用无锡华南实验仪器公司出厂的快速养护箱，为保证混凝土试件浸入水中，在15min内使水温到达规定快速养护温度，设置功率6kW。
3 加速养护试验方案
3.1 原材料情况
选用天津地区混凝土行业比较常见的原材料进行混凝土试验试件的制作，具体参数如下：
（1）水泥：PO42.5水泥，主要物理性能见表1。
）粉煤灰：级，其主要物理性能见表
）粒化高炉矿渣粉：S95级，其主要物理性能见表
）砂：Ⅱ区中砂，细度模数2.72.8
（5）石：5～25mm连续级配碎石。
（6）减水剂：聚羧酸高性能减水剂。
3.2 加速养护试验方法
依据《早期推定混凝土强度试验方法标准》JGJ/T 15—2021的要求，针对标准中提到的试验方法，包括养护水温度、时间和拆模等，认真进行了分析，见表4。通过调研天津市混凝土行业混凝土生产企业内部质量控制体系，初步形成加速养护方法的思路，其中脱模养护的试件需要在成型室静置24h±15min，成型后即刻进行加速养护试验的试件必须封闭试模。
混凝土拌合物的取样、静置和成型过程按照现行《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》GB/T 50080—2016执行，与其他试验试件留置过程保持一致，试验员无需特殊培训，即可上手操作实施。养护时间从加水时间开始算起。
结合沸水法、80℃热水法和55℃热水法三种试验方法的条件，本研究采用的方法（以下简称新方法），具体操作步骤为：将混凝土试件在(20±5)℃室温下成型、抹面后以塑料布覆盖，在成型室静置24h±15min后脱模，这个操作过程该对组试块完全一致。脱模后标养试块放入标养室，速养试块放入加速养护箱进行试验，养护箱热水温度80±2℃，养护24h±15min，取出试件在室温(20±5)℃下静置1h±10min使其冷却。
新方法养护方式的设置有如下几点考虑：
（1）规范要求封闭试模是防止热水扰动未凝结混凝土表面，漏失水分。混凝土硬化封闭试模过程比较繁琐，而且脱模剂一般为油脂类，不利于加速养护的过程，油脂类侵入养护水中，还有可能造成水温控制不力的情况，因此采用脱模后将计划体制放入养护水中养护的方法。
（2）试验试件拆模后，立即进入(80±2)℃热水中养护。选择(80±2)℃热水一是考虑节能减少能耗，保证加速养护的水温，二是沸水对脱模后的混凝土试件可能会产生影响。该试验方法并不适用于补偿收缩和微膨胀混凝土。
（3）沸水法中使用温度不低于98℃的Ca(OH)饱和水是为了促进混凝土的水化，而新方法混凝土试件静置24h后再热水养护24h，混凝土加速养护强度已相对充分，可以不必用Ca(OH)饱和水。
（4）考虑到与其他试验方法制备混凝土试件的制作、拆模、加速养护后的试压试验时间几个关键时间点基本都在同一时间，适应工作时间，易于操作。因此试验试件在(80±2)℃热水中养护时间仍然规定为24h± 15min。
依照新方法养护完成后，按《混凝土物理力学性能试验方法标准》GB/T 50081—2019的规定进行抗压强度试验，测得其加速养护强度，数据见表5。新方法加速养护试验时长总计为49h±15min，可在3天之内对试块强度进行推断，对混凝土早期质量风险防控有重要作用。
在试验室内利用四种方法推测混凝土28天强度，分别建立回归曲线和方程。以新方法为例，混凝土试件的28d强度回归曲线见图1，四种方法推测的方程列于表6。新方法环境误差影响最小，是目前天津市混凝土行业内经过多年试验经验积累普遍采用的试验方法。
3.3 结果分析
快速养护关系式的相关性和准确性是判断该关系式能否用于强度预测的唯一依据，快速养护试验中常用的数据处理方式为对快速养护强度和28d标准养护强度进行线性或幂函数的回归拟合，线性回归方程计算简便，优先选用线性回归。用拟合回归线的相关系数 R 表征快速养护强度与标准养护强度间的相关性，用回归曲线的剩余标准差S判断快速养护强度对标准强度预测的准确性。
本研究统计快速养护试验记录共3946条，从2021年1月至2023年12月的2569对组数据中筛选出相同强度等级、对组数不小于30的数据，一般集中在C20～C50混凝土，其中C20混凝土112对组、C25混凝土239对组、C30混凝土1348对组、C35混凝土549对组、C40混凝土204对组、C45混凝土67对组、C50混凝土50对组。以上强度等级基本涵盖了天津市混凝土行业结构主体设计使用的混凝土强度等级，将以上数据组成的加速养护强度和28天标养强度对比，进行分析研究。
通过对数据进行线性回归，拟合方程为fcu=a+bcu
cu是快速养护强度，得到各个等级线性拟合方程式，见表7。按回归方法建立强度关系式时，其相关系数不小于0.90，关系式的剩余标准差不大于标准养护28d强度平均值的12%，均满足《早期推定混凝土强度试验方法标准》JGJ/T 15—2021的要求，可用于混凝土28d 标准养护强度的推定。
结论
关于混凝土强度关系式的建立与强度推定，标准JGJ/T 15—2021条文说明因水泥品种、粗细骨料品种、矿物掺合料的品种和掺量以及外加剂的品种等均影响混凝土强度的增长速度，所以应采用与工程相同的原材料建立强度关系式，当任何一种原材料发生变化时需重新拟合推断曲线；并且当混凝土配合比不同时，其强度发展情况也有影响，不建议建立行业统一的混凝土强度关系式，而各企业应当根据自己的原材料和配合比情况建立自己的混凝土强度推断体系。
本研究设计的快速养护试验方法，相比标准中的三种混凝土加速养护法，操作简便、时间适宜，养护环境影响因素最小；相比早龄期法（3d或7d)，该方法又能在更快的时间内对设计配合比进行一个力学性能的评估。该方法混凝土强度发展较充分，更能反映混凝土28d强度增长情况，因此相比而言，更接近于混凝土标养28d强度。
对于混凝土生产企业而言，针对目前推广应用的装配式厂房建筑工程施工，结合混凝土强度的早期推定与质量控制图同时使用，可快速科学预测实体结构的质量，推进工程工期。
参考文献
[1] 谭建湘．沸水法加速养护推定混凝土强度的应用[J].商品混凝土，2017(3):57-58．
[2] 蒋德稳，田安国，胡杰，等．应用微波蒸压技术的混凝土强度快速测定方法[J]．混凝土，2015,9．
[3] 曹日辉，郭伟，费洗非．砂浆早期强度与混凝土标准养护强度的相关性研究[J]．广东建材，2019,35 (01): 14-16．
[4] 罗昕旻，费洗非，郭伟，等混凝土快速养护强度与标准养护强度的相关性研究[J]广东建材，2019,35 (08): 9-11
供稿人：孙志伟
编辑员：李海亮
审核人：孙继成，宁夏
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第十届全国建筑固废和余泥渣土处理及资源化利用大会暨中国砂石协会建筑固废利用分会年会
2025第二十一届全国商品混凝土可持续发展论坛暨2025中国商品混凝土年会
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预拌混凝土质量追溯研究
高速公路及桥涵高性能混凝土技术咨询
课题研究
研发中心建设
[绿满庭院]《HJ建筑围护结构自保温技术体系》推广等
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【期刊著作】
《常见预拌混凝土质量事故分析百例》图书
《预拌混凝土企业标准化试验室建设指南》图书
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