李东光
（中铁建大桥工程局集团第四工程有限公司，黑龙江 哈尔滨 150000）
混凝土成熟度指混凝土养护时间（h）和等效养护温度（°C）的乘积，一般用于计算混凝土早期强度。混凝土成熟度理念认为在配合比确定的情况下，只要混凝土养护温度和养护时间的乘积相等，混凝土的强度基本大致相同。目前工程中混凝土强度的确定大多都是通过压混凝土试块、现场回弹等方法获取，这些方法都有一定的局限性。如钻芯取样做抗压强度试验，对构造物造成破坏，后期还得修补。留置同条件试块做抗压强度试验，试块数量少，代表性差，试块数量多，造成浪费不节省。现场回弹检测混凝土强度，只能反应混凝土表面强度，不能真实代表混凝土强度。对比而言，用混凝土成熟度理论估算混凝土强度是一种简单有效的方法。本文就混凝土成熟度法在高寒地区预制箱梁强度估算中的应用进行分析和探讨。
案例工程为新建哈尔滨至铁力铁路，设计时速250km∕h，制梁场为哈铁铁路5标平安制梁场，位于工程线路DK158+600右侧位置，占地155亩，在黑龙江省绥化市庆安县平安镇附近。该梁场共预制箱梁369孔，其中双线32m简支箱梁359孔，24m简支箱梁10孔。
根据施工工艺预制箱梁需要经过拆模、初张后才能将箱梁从模板吊运出来，进行下一片的箱梁预制，而箱梁的拆模强度为33.5MPa及以上，初张强度为43.5MPa及以上[1]。混凝土龄期过短，混凝土强度不够，不满足预制箱梁拆模、初张条件；
混凝土养护龄期过长，虽然混凝土强度满足拆模、初张要求，但是耽误预制箱梁吊运倒出，造成工序衔接不连续，影响制梁效率，对施工工期造成影响。在箱梁的拆模时间和初张时间中，直接影响下一片箱梁的预制时间和箱梁的初张时间，因而如何正确合理地掌握预制箱梁的初张时间就显得特别重要。
在制梁现场，制梁同时做同条件养生试块，对同条件试块进行抗压强度试验，看是否满足初张拉条件[2]。试块组数做多了，虽然能满足多次进行抗压试验来判定是否满足箱梁初张条件，但是会消耗大量的人力和材料，造成经济上的浪费，试块组数做少了，又不能及时反应预制箱梁实际混凝土强度。为此，决定采用混凝土成熟度法，收集整理试验数据，与现场同条件试块比较并对试验数据进行分析，最后建立强度关系，估算混凝土早期强度，为后续预制箱梁同条件养生试块（拆模、张拉）适时地进行抗压强度试验，以达到预制箱梁在高寒地区能够及时拆模、初张、加快模板周转效率，保证预制箱梁施工工期。
3.1 计算法
（1）把试件在标准养护条件下的不同龄期强度的数据经回归分析拟合成：
式中：
f——混凝土立方体抗压强度，MPa；
D——混凝土养护龄期，天；
a、b——参数。
（2）根据现场测得混凝土养护温度资料，用公式（2）计算混凝土达到的(相当于标准养护20℃的时间)等效龄期。
式中：
D1——等效龄期，h；
αT——温度是T℃的对应等效系数（采用JGJ∕T104-2011的表B.0.2）；
△T——某温度下的持续时间，h。
（3）把D1作为D代入公式（1）中，就可得到混凝土的强度。
3.2 图解法
（1）根据试件在标准养护条件下的各种龄期强度数据，以强度值为纵坐标，龄期为横坐标，绘出强度-龄期曲线图[1]；
（2）根据现场混凝土实际测得连续养护的温度资料，换算混凝土达到的等效龄期；
（3）根据等效龄期的数值，在强度-龄期曲线图上找出相对应强度值即为所求值。
4.1 用计算法确定混凝土早期强度
（1）该梁场第一片预制箱梁（PA31.5Z-001）在标准养护条件下的各龄期混凝土强度见表1所示。
表1 标准养护条件下预制箱梁各龄期混凝土强度
（2）根据表2，经回归分析并拟合曲线方程：f=ae-b∕D,其中a=71.7692，b=1.3618。
表2 温度记录及等效龄期D1
（3）该梁场第一片预制箱梁（PA31.5Z-001）在2023年5月28日浇筑后测温记录及等效龄期D1计算，见表2所示。
4.2 配合比设计
该工程预制箱梁配合比由中铁检验认证中心有限公司国家铁路产品质量检验检测中心设计，配合比见表3所示。
表3 预制箱梁配合比
（4）以等效龄期D1作为D代入公式（1），计算出混凝土40h、46h、52h、60h、68h、72h的强度（见表4所示）,由表4可以看出预制箱梁强度在46h可以满足拆模强度，在68h可以满足初张强度。
表4 等效龄期及强度
4.3 用图解法确定混凝土的早期强度
（1）根据表2数据绘制强度-龄期曲线（见图1所示）。
图1 混凝土强度-龄期曲线图
（2）根据表3数据的等效龄期，在强度-龄期曲线上，查得相应强度值分别为f（40h）=30.2MPa、f（46h）=34.8MPa、f（52h）=38.4MPa、f（60h）=41.5MPa、f（68h）=46.2MPa、f（72h）=48.4MPa。同条件试块抗压强度实测值见表5所示。表中40h、46h、52h、60h、68h、72h的抗压强度平均值，与上述图解法、计算法的预测值比较后，可以发现差别不大，基本吻合，可以满足现场施工的要求。
表5 预制箱梁同条件试块抗压强度值
由于本地区属于高寒地区，一年中温度变化大，昼夜温差大，冬季最低温度为零下32℃，土体最大冻结深度可达2.05m，夏季最高温度可达30℃，所以可以根据不同的季节设计不同的配合比，依据成熟度原理取得相应的参数，根据实时的气温变化预测混凝土强度，及时进行预制箱梁的拆模和张拉。
温度低的时候混凝土强度增长比较缓慢，通过成熟度理论估算值，在合适的时间进行同条件试块抗压强度试验，及时地进行预制箱梁的拆模和初张可以保证模板的周转效率，从而达到节省模板购买等费用。通过实践发现，采用表2中的配合比，在平均气温为20℃时，预制箱梁可在68h左右初张，在平均气温为10℃时，预制箱梁则至少需要140h才能初张，气温越低则初张时间越长。该梁场生产预制箱梁，为满足施工进度需要可选择增加模板或者调整预制箱梁配合比两种方案，调整配合比每方混凝土增加费用约11元，在进入温度低的季节，预计生产两个月时间，每个月按平均生产1.3万方混凝土，需要增加费用约29万元。一套模板购买费用约为45万，增加两套模板费用为90万元，此外可节约管理费和场地租金等费用。
成熟度法可以根据现场连续实际测定的养护温度记录随时推算当时的混凝土强度增长情况，通过采用成熟度方法的预估值与同条件养护混凝土试块强度比对，二者有不错的一致性。需要注意的是使用该方法时，初期一定要制作一定数量的同条件试块进行抗压强度试验，得到的实测数据与成熟度法的预估值进行比较，通过数理分析保证数据的可参考和准确性。该方法可根据一年四季不同的养护温度变化情况随时推算特定养护时间的混凝土强度情况，判定混凝土强度是否达到施工要求，进而保证施工工期按计划顺利完成。如混凝土强度富余太多，需要及时改变混凝土配合比来适应不同季节的施工需求，达到节约成本、经济合理的目的。
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