基于指数函数模型的负温灌浆料强度预测研究

基于指数函数模型的负温灌浆料强度预测研究

董子怡1，徐伟1，夏伟强1，武庆阳1，王浩宇2，吴乾2

1. 滁州学院土木与建筑工程学院，安徽滁州239000  2. 滁州市同舟工程咨询有限公司，安徽滁州 239000

摘要：为了预测负温灌浆料强度，本文依据低温混凝土强度发展预测的研究成果，基于试验得出负温下灌浆料的实测强度，利用修正后的指数函数模型计算灌相应理论强度，将实测值和理论值进行对比验证模型的准确性。研究结果表明，指数函数模型可以有效的预测各龄期强度，误差在5%～10%范围内，尤其对后期的预测结果更为准确。可为我国北方大部分寒冷地区灌浆料强度预测提供参考。

关键词：指数函数模型；负温环境；强度预测；灌浆料

1引言

套筒灌浆料是装配式结构中常用的灌浆材料。一般为水泥基材料，具有较高的流动性和粘结性，常用于装配式节点的连接。在灌浆料施工过程中，温度会显著影响灌浆料强度发展，低负温环境下灌浆料的水化反应速率减慢，对灌浆料的强度和性能造成一定的影响[1]。然而，我国西北部和东北地区冬季气温较低，经常可达零度以下，尤其在高原冻土地区，气候环境很恶劣[2]。

国内外学者对低温下混凝土强度预测进行了大量的研究。隋明辉[3]等人使用人工神经网络方法来预测混凝土强度，结果表明该方法具有较高的预测精度和可靠性。一些学者基于成熟度法来预测混凝土的强度。代金鹏[4]等人通过建立基于成熟度法的低温养护混凝土强度预测模型，验证了该模型的预测精度和可靠性。卢家亿[5]等人通过建立基于有限元方法模拟混凝土强度发展预测模型，实现了混凝土强度的精确预测。

本文基于负温环境下混凝土强度预测研究成果，结合灌浆料试验实测强度结果，验证将修正后的负温混凝土强度预测公式应用于负温灌浆料强度预测的可行性及合理性。

2试验方案与方法

本试验灌浆料配制采用的是M42.5砌筑水泥，细骨料采用级配良好的河砂试样尺寸为40mm×40mm×160mm。

现有施工规范规定“灌浆料施工温度不低于-5℃”[6]，低温环境（温度低于-5℃）会严重影响强度增长。但是，我国北方大部分地区冬季气温低、持续时间长，东北和西北部分寒冷地区低温持续时间接近5个月,青藏高原地区年平均气温长期接近-4～6.9℃。故本试验采用-5℃的养护温度，模拟负温环境对灌浆料强度的影响。并将试样分别负温养护至3d、7d、14d、28d、56d龄期的灌浆料试块进行抗压强度测试。

3试验结果与分析

3.1成熟度理论Saul成熟度方程

Saul[7]提出了成熟度（即温度与龄期的乘机）的概念。他认为同一个成熟度的混凝土的强度是相等的，并最终发展为Nurse-Saul成熟度方程：

其中M为成熟度，单位℃∙h或℃∙d；∆t为时间间隔，单位h；T为在时间间隔中的混凝土平均温度，T0为基准温度，单位℃。

3.2实验结果与分析

3.2.1低温对灌浆料强度的影响

将灌浆料试块养护于-5℃的养护箱内，养护至3d、7d、14d、28d和56d龄期后每组试样分别进行3次抗压强度试验并取平均值，依据N-S成熟度方程计算成熟度。

3.2.2函数模型

目前，已有学者针对混凝土提出了不同的强度⁃成熟度经验关系模型。式（1）为国外标准ASTMC 1074-19 Standard Practice for Estimating Concrete Strengthen by the Maturing Method推荐使用指数模型，式（2）为修正后的指数模型。

3.3灌浆料强度模型验证分析

为了验证上述拟合修正后的模型预测精度和准确性，利用拟合后的指数模型预测强度和实测强度进行对比分析，所得结果如表1所示。

表1预测强度与实测强度结果与比较

由表中数据分析结果可知，模型预测的数据中，龄期3d、7d、14d预测抗压强度和实际抗压强度误差百分比超过7%，而28d、56d的预测抗压强度和实测抗压强度误差都在5%和7%之间。可得出以下结论：基于修正后的指数模型预测负温下灌浆料强度时误差分布在5%～10%之间，并且随着养护龄期增长预测强度精度与准确度越高。这表明指数函数模型前期准确率偏低但后期准确率较高的特点。

综上所述拟合修正后的指数函数模型可用于预测负温环境下灌浆料强度，且精度基本能够满足使用需求。

4结论

（1）基于成熟度理论，对负温环境下灌浆料强度进行试验研究，并将低温环境下混凝土强度预测指数函数模型应用于负温灌浆料强度预测。

（2）通过对比负温灌浆料的实验强度和指数函数预测结果，发现预测值前期预测精度偏低，但后期预测精度较高，且随着龄期增加预测误差逐渐减小。

（3）验证了指数函数模型在负温灌浆料强度预测中的可行性。不仅可以为工程实践提供技术支持、优化设计和施工方案，而且有助于推动行业发展并提高工程质量。

参考文献

[1]杨国刚,侯维红,吴文选,等.低温条件下套筒灌浆料应用性能的研究[J].混凝土与水泥制品,2018(04):90-94.

[2]张戎令,闫昊起,张家玮,等.-5℃环境下混凝土抗压强度变化规律及预测模型研究[J].沈阳建筑大学学报(自然科学版),2022, 38(02): 323-330.

[3]隋明辉.基于BP人工神经网络的混凝土强度预测模型[J].建材与装饰, 2016(13): 137-138.

[4]代金鹏,王起才,屈伸,等.基于成熟度理论的低温养护混凝土强度预测模型[J].材料科学与工程学报,2018,36(02):263-267.

[5]卢家亿,丁平祥,李凯,等.基于有限元模拟现浇箱梁混凝土结构强度发展预测[J].珠江水运,2021(09):49-52.

[6]秦小静,孙建,陈涛.青藏高原温度与降水的时空变化研究[J].成都大学学报(自然科学版),2015,34(02):191-195.

[7]SAULA. Principles under lying the steam curing of concrete at atmospheric pressure [J]. Magazine of Concrete Research, 1951, 2(6): 127-140.