基于N-S成熟度方程的负温灌浆料强度预测研究

基于N-S成熟度方程的负温灌浆料强度预测研究

武庆阳1，徐伟1，董子怡1，夏伟强1，吴乾2，王浩宇2

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

摘要：为了预测负温下灌浆料强度，本文通过试验测得了-5℃环境下灌浆料强度随龄期增长的试验数据，并基于N-S成熟度方程，利用指数函数拟合得到灌浆料强度预测模型。可为冬期灌浆料强度发展预测提供参考。

关键词：灌浆料；成熟度；指数函数模型；强度预测

1 引言

灌浆料是几十年来基础设施发展的重要材料之一，随着建筑工程的不断发展和技术的不断推进，灌浆料在建筑结构中有着广泛的应用[1]。在灌浆料的使用过程中，灌浆料的强度预测一直是重要的问题[2,3]。近年来，负温养护技术被广泛应用于工程领域，以提高低温环境下灌浆料的强度和耐久性。在负温环境下，灌浆料的强度变化更为明显，但目前关于负温下灌浆料强度发展的研究还比较少[4]。

负温环境会对灌浆料的强度和性能产生显著的影响。当灌浆料遭受低温环境时，其中的水分会结冰，从而导致灌浆料内部产生损伤和破坏。此外，负温还会降低灌浆料的塑性、韧性和耐久性，从而影响其整体性能[5,6]。

为了表征混凝土材料的养护过程，Saul[7]提出了成熟度的概念。并且认为相同成熟度的混凝土，其强度也应该是相等的。N-S成熟度方程如下所示。

M为成熟度，单位为℃h；∆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℃。

本文利用物理模型试验研究-5℃环境下灌浆料试样的抗压强度增长过程，并以N-S成熟度方程为基础，对负温环境下灌浆料的强度增长进行预测。

2试验过程及结果

2.1试验过程

本试验胶凝材料采用M42.5砌筑水泥，细骨料采用级配良好的河砂，试验用水为洁净的自来水，浇筑灌浆料试样的尺寸为40mm×40mm×160mm。试验养护温度为-5℃，分别养护至3d、7d、14d、28d和56d。利用DYE-300型抗压抗折一体试验机进行灌浆料试块抗压强度测试。

2.2 试验结果

将灌浆料试块养护于-5℃的环境温度箱内，养护至3d、7d、14d和28d龄期后分别进行抗压强度试验，每组试样重复3次并取平均值。依据N-S成熟度方程计算成熟度，得到的试验结果如表1所示。

表1 强度试验及成熟度计算结果

3强度预测研究

针对混凝土类材料强度预测，有部分学者进行了一定的研究，并分别提出了对数函数模型S=a+blogM ，指数函数模型S=ae（b/M）和双曲线函数模型S=M/(mM+n)。根据兰州大学龙朝飞等[8]的研究可知对数模型拟合精度最高，双曲线模型拟合精度次之，指数模型拟合拟合精度最差。但多名学者认为指数模型对于低温下的灌浆料抗压强度预测效果较为精准。故本文选用指数函数模型对物理模型试验结果进行拟合，拟合结果为如图1所示。

图1指数函数模型拟合结果

根据拟合结果可以得到，指数函数中参数a=42.33，b=-269.68，即得到负温环境下灌浆料强度发展预测模型为S=42.33e（-269.68/M）。

4 结论

（1）通过物理模型试验，得到-5℃环境下不同龄期灌浆料试样的抗压强度，并利用N-S成熟度方程计算相应的成熟度值。

（2）根据成熟度与强度之间的关系，以指数函数为基础，拟合得到了负温灌浆料强度发展预测模型。

（3）本文的研究结果为负温灌浆料的强度预测提供了一种新的方法，对于提高负温灌浆料的施工质量具有重要的实际意义。

参考文献

[1]董淑慧,冯德成,江守恒,等.早期受冻温度对负温混凝土微观结构与强度的影响[J].黑龙江科技学院学报,2013,23(01):63-66.

[2]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.

[3]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.

[4]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.

[5]张可凡.装配式建筑预制构件的套筒灌浆技术应用[J].佳木斯大学学报(自然科学版), 2018, 36(03): 343-345.

[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]SAUL A. Principles underlying the steam curing of concrete at atmospheric pressure [J].Magazine of Concrete Research, 1951, 2(6): 127-140.

[8]龙朝飞,张戎令,段运,等.基于成熟度理论持续负温下不同入模温度工况的混凝土强度预测模型[J].材料导报,2022,36(06):90-97.

基金项目：安徽省大学生创新创业训练项目“基于成熟度理论的低温型套筒灌浆料强度预测研究”(2022CXXL127); 滁州学院开放实验项目“基于成熟度理论的低温型套筒灌浆料强度-养护制度模型研究”

作者简介：武庆阳(2002- )，男，汉族，安徽阜阳人，滁州学院土木与建筑工程学院