阅读说明：本技术 一种快速预测单掺粉煤灰轻骨料混凝土实际强度的方法 (Method for rapidly predicting actual strength of single-doped fly ash lightweight aggregate concrete ) 是由 朱然 占羿箭 朱毅敏 徐磊 黄玉林 徐俊 王圣怡 史晓婉 于 2020-07-24 设计创作，主要内容包括：本发明属于混凝土技术领域,特别涉及一种快速预测单掺粉煤灰轻骨料混凝土实际强度的方法,目的在于提供一种评估单掺粉煤灰轻骨料混凝土强度的简单有效手段。该方法以粉煤灰掺量、水胶比、水泥强度以及成熟度为自变量,建立显式快速预测单掺粉煤灰轻骨料混凝土抗压强度的强度计算模型,提供了一种评估单掺粉煤灰轻骨料混凝土强度的简单有效手段。该方法可以直接根据成熟度、水泥出厂报告中所给的28d抗压强度、配合比中的粉煤灰掺量以及水胶比快速预测单掺粉煤灰轻骨料混凝土强度。而且对于现场施工不便的条件下单掺粉煤灰轻骨料混凝土构件的强度预测提供了保障,同时也给现场施工人员提供了便利。(The invention belongs to the technical field of concrete, and particularly relates to a method for quickly predicting actual strength of single-doped fly ash lightweight aggregate concrete, aiming at providing a simple and effective means for evaluating the strength of the single-doped fly ash lightweight aggregate concrete. The method takes the fly ash mixing amount, the water-cement ratio, the cement strength and the maturity as independent variables, establishes an explicit strength calculation model for rapidly predicting the compressive strength of the single-doped fly ash lightweight aggregate concrete, and provides a simple and effective means for evaluating the strength of the single-doped fly ash lightweight aggregate concrete. The method can be used for rapidly predicting the strength of the singly-doped fly ash lightweight aggregate concrete directly according to the maturity, 28d compressive strength given in a cement delivery report, the fly ash mixing amount in the mixing proportion and the water-cement ratio. And the method provides guarantee for strength prediction of the single-doped fly ash lightweight aggregate concrete member under the condition of inconvenient field construction, and simultaneously provides convenience for field construction personnel.)

一种快速预测单掺粉煤灰轻骨料混凝土实际强度的方法

技术领域

本发明属于混凝土技术领域，特别涉及一种快速预测单掺粉煤灰轻骨料混凝土实际强度的方法。

背景技术

在水泥和混凝土需求量持续增长的背景下，降低材料烧制过程中的能耗和污染，并增加对固体废弃物的利用，同时应有效使用一些其他的辅助材料，以提高材料的性能，延长使用寿命，开发材料的潜在性能和使用新型环保材料是未来发展趋势。传统意义的混凝土具有自重大、易开裂、造价高、能耗高等缺点。

一种新型的混凝土材料被开发了出来，即轻骨料混凝土轻骨料混凝土是用轻质骨料代替天然砂石骨料拌和而成的混凝土材料，具有质量轻、保温性能好、高抗渗性的特点，在民用高层建筑、大框架桥梁等工程领域有着广泛的应用。

此外，水泥生产过程中的粉尘是对环境造成破坏的重要污染物，为了减少水泥生产和使用过程中带来的环境负担，很多学者致力于研究水泥的替代物—矿物掺合料。以工业废渣或天然的矿物质材料为原料的矿物掺合料能填充胶凝材料的孔隙，参与胶凝材料的水化，改善混凝土的界面结构，提升混凝土的强度和耐久性。其中，粉煤灰（飞灰）作为一种热电工厂废料，它的掺入不仅可以保证混凝土的质量，降低了制造混凝土的成本，同时还提高了其和易性、耐久性以及后期强度，因而成为世界各国使用最广的替代品。但粉煤灰的大量掺入将会对混凝土强度发展产生显著的影响。混凝土强度是保障混凝土施工质量的核心，是结构设计和施工的重要依据，也是混凝土重要的技术性能指标。因此，需要建立显式表达的粉煤灰混凝土强度计算模型。

混凝土的强度受到多种因素的影响，但当配合比以及施工工艺二者确定之后，养护温度与龄期将成为影响混凝土强度增长的关键因素。运用成熟度方法预测混凝土结构强度演化状态，是一种切实可行的实时、原位无损检测技术。成熟度方法是一种综合考虑时间和温度对混凝土强度发展影响的技术，为混凝土结构强度的实时评估提供了一种相对简单的评价手段。

目前，国内外学者已成功建立了不同类型的基于成熟度的混凝土抗压强度计算模型，然而基于轻骨料混凝土的研究并不多，同时此类模型中并未考虑粉煤灰掺量、水胶比以及水泥强度的作用。

因此，如何建立粉煤灰轻骨料混凝土的成熟度和抗压强度之间关系式，提供一种评估粉煤灰轻骨料混凝土结构强度的简单有效手段，是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当视为承认或以任何形式暗示该信息为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明提供了一种快速预测单掺粉煤灰轻骨料混凝土实际强度的方法，以粉煤灰掺量、水胶比、水泥强度以及成熟度为自变量，建立显式快速预测单掺粉煤灰轻骨料混凝土抗压强度的强度计算模型，提供一种评估单掺粉煤灰轻骨料混凝土强度的简单有效手段。

为解决以上技术问题，本发明包括如下技术方案：

步骤S1、制备若干不同掺量单掺粉煤灰轻骨料混凝土试块，分组放置在不同养护温度下进行养护，测试不同龄期时的抗压强度，为后续建立快速测定单掺粉煤灰轻骨料混凝土强度预测公式提供数据基础；

步骤S2、在单掺粉煤灰轻骨料混凝土试块内布设温度传感器，通过所述温度传感器采集的温度数据上传至处理器；根据各龄期数据以及养护温度数据代入公式（1）中计算各龄期粉煤灰轻骨料混凝土成熟度值：

M=∑(T- T ₀)·Δt (1)

式中：M为成熟度，单位℃·d；T为时间间隔Δt混凝土内温度，单位℃；T ₀为基准温度，单位℃，基准温度是指混凝土强度不再随龄期增长而增加的温度，即混凝土内部水化反应停止的温度，通常取为-10℃；Δt为时间间隔，单位d；

步骤S3、将步骤S1中所得的试验强度数据以及步骤S2中所得的成熟度信息进行拟合分析，并使用采集的温度、已知的混凝土配合比及材料信息，根据拟合分析得到的单掺粉煤灰轻骨料混凝土的强度关系式，见公式(2)，建立单掺粉煤灰轻骨料混凝土强度发展曲线；

f _t =0.2632f _ce ·M·(0.0906R _FA ²+0.0253R _FA +0.9995)·(1/R _W/B -0.304)·(-0.797R _FA ²-0.359R _FA +1.426)/(0.9012M+76.3) (2)

式中：f _ce 为水泥出厂报告中所给的28d抗压强度，单位:MPa；M为粉煤灰轻骨料混凝土成熟度,单位:℃·d； R _FA 为粉煤灰掺量; R _W/B 为水胶比；

步骤S4、当混凝土试块为试验室制备时，则根据温度传感器传输的温度数据、已确定的单掺粉煤灰轻骨料混凝土配合比以及使用的材料信息，得到水胶比、粉煤灰掺量及水泥出厂报告中所给的28d抗压强度信息，可实时对单掺粉煤灰轻骨料混凝土的强度进行快速预测；

步骤S5、当混凝土试块是施工现场取样时，则若想预测任一时刻混凝土结构的强度，则可根据步骤S3中的关系式（2）进行快速预测；若已知拆模所需最小强度值，根据已确定的单掺粉煤灰轻骨料混凝土配合比以及使用的材料信息，得到水胶比、粉煤灰掺量、水泥出厂强度以及现场环境历史日均温度记录，然后根据混凝土构件拆模所需要满足的最小强度，代入公式（2）中反算得出成熟度；最后，将温度数据以及反算得到的成熟度数据代入公式（1），即可反推得到构件拆模时间，该时间即为预测的现场混凝土拆模时刻。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：

本发明提供了一种快速预测单掺粉煤灰轻骨料混凝土实际强度的方法，以粉煤灰掺量、水胶比、水泥强度以及成熟度为自变量，建立显式快速预测建立单掺粉煤灰轻骨料混凝土抗压强度的强度计算模型，提供了一种评估单掺粉煤灰轻骨料混凝土强度的简单有效手段该方法可以直接根据成熟度、水泥出厂报告中所给的强度、配合比中的粉煤灰掺量以及水胶比快速预测单掺粉煤灰轻骨料混凝土强度。而且对于现场施工不便的条件下单掺粉煤灰轻骨料混凝土构件的强度预测提供了保障，同时也给现场施工人员提供了便利。

进一步地，所述温度传感器与混凝土试块中心的间距小于或等于15mm，且与混凝土试块充分接触。

进一步地，所述步骤S3中，所述预测混凝土试块强度为150m³混凝土试件强度。

进一步地，所述步骤S3中成熟度根据龄期及养护温度通过公式（1）计算获得。

进一步地，所述步骤S3中施工现场试件的成熟度也可以直接采用混凝土成熟度测定仪测得。

附图说明

图1为本发明一实施例中快速预测单掺粉煤灰轻骨料混凝土实际强度的方法流程示意图；

图2为本发明一实施例中快速预测单掺粉煤灰轻骨料混凝土实际强度的方法中单掺粉煤灰轻骨料混凝土配合比;

图3为本发明一实施例中快速预测单掺粉煤灰轻骨料混凝土实际强度的方法中不同配比不同龄期粉煤灰轻骨料混凝土实际抗压强度与预测抗压强度对比。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的快速预测单掺粉煤灰轻骨料混凝土实际强度的方法作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。为叙述方便，下文中所述的“上”、“下”与附图的上、下的方向一致，但这不能成为本发明技术方案的限制。

实施例一

下面结合图1至图3，详细说明本发明的快速预测单掺粉煤灰轻骨料混凝土实际强度的方法。

请参考图1至图3，一种快速预测单掺粉煤灰轻骨料混凝土实际强度的方法，包括：

步骤S1根据《普通混凝土力学性能试验方法》GB50081-2002制备若干不同掺量单掺粉煤灰轻骨料混凝土试块，该混凝土试块为150mm立方体试块，按照每组4块进行分组，放置在不同养护温度下进行养护，测试不同龄期时的抗压强度；

步骤S2在单掺粉煤灰轻骨料混凝土试块内布设1个温度传感器，采集的温度数据上传至处理器。根据各龄期数据以及养护温度数据代入公式（1）中计算各龄期粉煤灰轻骨料混凝土成熟度值：

M=∑(T- T ₀)·Δt (1)

式中：M为成熟度，单位℃·d；T为时间间隔Δt混凝土内温度，单位℃；T ₀为基准温度，单位℃，基准温度是指混凝土强度不再随龄期增长而增加的温度，即混凝土内部水化反应停止的温度，通常取为-10℃；Δt为时间间隔，单位d；

步骤S3 将步骤S1中所得的试验强度数据以及步骤S2中所得的成熟度信息进行拟合分析，并使用采集的温度、已知的混凝土配合比及材料信息，根据拟合分析得到的单掺粉煤灰轻骨料混凝土的强度关系式，见公式(2)，建立单掺粉煤灰轻骨料混凝土强度进行快速预测；

f _t =0.2632f _ce ·M·(0.0906R _FA ²+0.0253R _FA +0.9995)·(1/R _W/B -0.304)·(-0.797R _FA ²-0.359R _FA +1.426)/(0.9012M+76.3) (2)

式中：f _ce 为水泥强度，单位:MPa；M为粉煤灰轻骨料混凝土成熟度,单位:℃·d； R _FA 为粉煤灰掺量; R _W/B 为水胶比；

步骤S4当混凝土试块为试验室制备试块，根据温度传感器传输的温度数据、已确定的单掺粉煤灰轻骨料混凝土配合比以及使用的材料信息，可得到水胶比、粉煤灰掺量及水泥出厂强度等信息，可对监测单掺粉煤灰轻骨料混凝土的强度发展曲线；

步骤S5当混凝土试块是施工现场取样，若想预测任一时刻混凝土结构的强度，则可根据步骤S3中的关系式（2）进行快速预测；若已知拆模所需最小强度值，根据已确定的单掺粉煤灰轻骨料混凝土配合比以及使用的材料信息，可得到水胶比、粉煤灰掺量、水泥出厂强度等信息以及现场环境历史日均温度记录，然后根据混凝土构件拆模所需要满足的最小强度，代入公式（2）中反算得出成熟度；最后将温度数据以及反算得到的成熟度数据代入公式（1）即可反推得到构件拆模时间，该时间即为预测的现场混凝土拆模时刻。

特别地，前述单掺粉煤灰轻骨料混凝土的强度关系式即公式（2）推导过程如下：

I）将试验所得到单掺粉煤灰轻骨料混凝土各龄期强度除以其相应的28d强度，得到相对强度（f _r ）；

II）根据试验所得的粉煤灰掺量为零的轻骨料混凝土的相对抗压强度—成熟度曲线为基准式，采用双曲线曲线关系式拟合相对强度与成熟度之间的关系，得到公式（3）：

f _r,0=f _0,t /f _0,28=M ₀/(0.9012M ₀+76.3) (3)

式中：f _r,0为粉煤灰掺量为零的轻骨料混凝土相对抗压强度；f _0,t 为粉煤灰掺量为零的轻骨料混凝土龄期为t时的抗压强度，单位MPa；f _0,28为粉煤灰掺量为零的轻骨料混凝土28d抗压强度，单位MPa；M ₀为粉煤灰掺量为零的轻骨料混凝土成熟度，单位℃·d；

III）以试验所得的粉煤灰掺量为零的轻骨料混凝土相对抗压强度—成熟度曲线为基准式，拟合试验所得的不同掺量粉煤灰轻骨料混凝土相对强度与成熟度之间的关系，得到公式（4）：

f _r =f _t /f ₂₈=α·M/(0.9012M+76.3) (4)

式中：f _r 为粉煤灰轻骨料混凝土相对抗压强度；f _t 为粉煤灰轻骨料混凝土龄期为t时的抗压强度，单位MPa；f ₂₈为粉煤灰轻骨料混凝土28d抗压强度，单位MPa；M为粉煤灰轻骨料混凝土成熟度单位℃·d；α为与粉煤灰掺量相关的经验参数；

IV）将试验所得的数据中不同掺量粉煤灰轻骨料混凝土强度与成熟度数据分别按照公式（4）进行拟合，得到不同的α值；

V）所得到的α值与粉煤灰掺量R _FA 进行拟合，即可得α与粉煤灰掺量R _FA 间的关系，即公式（5）：

α=0.0906R _FA ²+0.0253R _FA +0.9995 (5)；

VI）将水胶比R _W/B 、粉煤灰掺量R _FA 、以及水泥强度f _ce 为参考因素，建立28d粉煤灰轻骨料混凝土强度公式，即公式（6）：

f ₂₈=0.2632f _ce ·(1/R _W/B -0.304)·(-0.797R _FA ²-0.359R _FA +1.426) (6)；

VII）联立公式（4）、公式（5）以及公式（6）即可得粉煤灰轻骨料混凝土强度与成熟度之间的关系，即公式(2)。

特别地，步骤S3中所述单掺粉煤灰轻骨料混凝土强度预测公式可实时监控粉煤灰轻骨料混凝土的强度发展。

特别地，步骤S3中以R _W/B 与R _FA 作为自变量，f ₂₈/f _ce 为因变量拟合得到所述公式(2)。

具体来说，本实施例提供了一种快速预测单掺粉煤灰轻骨料混凝土实际强度的方法，以粉煤灰掺量、水胶比、水泥强度以及成熟度为自变量，建立显式快速预测建立单掺粉煤灰轻骨料混凝土抗压强度的强度计算模型，提供了一种评估单掺粉煤灰轻骨料混凝土强度的简单有效手段。该方法可以直接根据成熟度、水泥出厂报告中所给的强度、配合比中的粉煤灰掺量以及水胶比快速预测单掺粉煤灰轻骨料混凝土强度。而且对于现场施工不便的条件下单掺粉煤灰轻骨料混凝土构件的强度预测提供了保障，同时也给现场施工人员提供了便利。

特别地，步骤S3中单掺粉煤灰轻骨料混凝土强度预测公式只需温度、粉煤灰掺量、水胶比、水泥出厂强度等即可快速预测此配比单掺粉煤灰轻骨料混凝土的强度。此式可应用于预测各种工况条件下现场混凝土拆模时间。

实施例二

请继续参考图1至图3，根据实施例一提供的公式，按照《轻骨料混凝土技术规程》( JGJ51 —2002)设计强度为LC50的轻骨料混凝土基准配合比以及水泥替代率为0~50%的粉煤灰轻骨料混凝土配合比如图1所示。按照《普通混凝土力学性能验方法标准》(GB/T 50081—2002)的有关要求制备150mm×150mm×150mm的标准立体试件养护到7d和28d后进行抗压强度试验。其中，水泥出厂指标中28d抗压强度为42.9MPa。

将所需预测强度的龄期以及养护温度代入公式（1）中得到不同龄期时粉煤灰轻骨料混凝土的成熟度，随后将图1中所给配合比的水胶比、粉煤灰掺量以及水泥出厂28d抗压强度等数据以及通过公式（1）计算得到的成熟度值代入公式（2）中即可计算得到预测抗压强度值。不同配比不同龄期粉煤灰轻骨料混凝土实际抗压强度与预测抗压强度对比如图3所示。

从图3中可以看出，本发明能够较好预测单掺粉煤灰的轻骨料混凝土不同龄期时的抗压强度，且其预测误差百分比大约在10%以内。

上述实例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受以上实施例的限制。以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。