应用微波蒸压技术的混凝土强度快速测定方法

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发布时间：2021-09-03

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应用微波蒸压技术的混凝土强度快速测定方法
蒋德稳。田安国，胡杰。赵政
(1．淮海工学院土木工程学院，江苏连云港222005；2．中国矿业大学力学与建筑工程学院，江苏徐州221116)
摘要：为了快速测定混凝土强度，将微波技术应用到传统的蒸压养护工艺中，自行设计和制作了小型微波蒸压釜。通过试验得
出了釜腔内温度压力大小、恒温恒压养护时间对混凝土早期强度的影响规律，进而总结出微波蒸压养护条件下混凝土快速养护
制度。通过15批次(5种配合比)不同强度等级混凝土的微波蒸压养护和标准养护对比试验，建立了微波蒸压养护条件下的混凝
土强度线性和非线性回归模型，模型中考虑了加速养护混凝土强度和混凝土水灰比，具有较好的相关关系。试验分析发现：运用
微波技术，可以均匀、迅速地提高混凝土内部温度，减小温度应力，使混凝土1 h内获得较高(28 d强度40％-50％)、稳定的早期
强度，可以作为预拌混凝土生产企业和施工现场进行强度控制和配合比调整时的依据。
关键词：微波；蒸压养护；混凝土强度；水灰比
中图分类号：TU528．01 文献标志码：A 文章编号：1002—3550(2015)09—0039—05
Fast estimating concrete strength method applying microwave autoclave curing technology
]IANG Dewen ，TIAN Anguo ，HU ．1ie‘
，ZHA0 Zheng
(1．School of Civil Engineering，Huaihai Institute of Technology，Lianyungang 222005，China；
2．School of Mechanics and Civil Engineering，China University of Mining and Technology，Xuzhou 221116，China)
Abstract：In order to estimate concrete strength quickly，microwave was applied to the conditional autoclave curing．Small microwave
autoclave suitable for the microwave autoclaved were self designed and made．By experiment research，the effect laws of temperature in
autoclave and constant temperature curing time on the early s~ength of concrete were investigated，and rapid curing system was summa—
rized on the condition of microwave an d autoclave．By the con~ast test of mi crowave autoclave curing and standard curing of 15 batches
of different sgength grade concrete．the linear and nonlinear regression model of concrete strength determination were established witl1
better correlativity on the condition of microwave and autoclave．Concrete strength accelerated of curing and water～cement—ratio was
considered in the mode1．It was found that the internal temperature of concrete would be uniformly，rapidly improved by mi crowave，an d
the temperature stress would be reduced．The high and stable early strength of concrete(40-50 percent of 28 d strength)was obtained
within 1 hour，which can be used as the strength controlling and the mix proportion of adjustment to the concrete premixing enterprises
and construction concrete producing sites．
Key words：microwave；autoclave curing；concrete strength；water cement ratio
0 引言
随着建筑工业与结构设计理论的发展，混凝土质量的
控制与评定日益为人们所重视。通常测定的混凝土标准养
护28 d强度的试验方法，由于试验周期长，既不能及时预
报施工过程中的质量状况，又不能据此及时设计和调整混
凝土配合比，确定混凝土的施工配制强度。这样既不利于
加强质量管理，又不利于充分利用水泥活性。因此，研究早
期推定混凝土强度的试验方法，以便早期判定混凝土质
量，就显得十分必要。
早期推定混凝土强度的方法，大致可归纳为两类：一
类是依据经过早期加速养护的试件强度推定混凝土28 d
强度；另一类是依据快速分析新拌混凝土的水灰比、组成
等，推定混凝土的强度，或依据从新拌混凝土筛得砂浆所
制成试件的早期强度，推定混凝土的强度¨J。目前国内外
主要有：英国(BS1881—112—1983)用35度法、55度法、
82度法立方体试块的加速养护方法；美国(ASTM C684—
99)用温水法、沸水法、自热法、高温高压法加速养护和试
验方法；日本(BS1881—112—1983)用温水法(70℃)进
行混凝土快速强度试验方法。国内(JGJ／T15-2008)沸水
法、80℃ 热水法、55℃温水法和砂浆促凝压蒸法 j。上述
早期加强养护的试验方法周期大部分在1O～30 h之间，虽
较28 d后才能获得强度结论有一定的先进性，但作为混凝
土搅拌中心和混凝土施工现场要求及时反映混凝土质量
的优劣及波动情况，尚有一定差距。
本研究自行设计并制作了小型微波蒸压釜，以微波预
收稿日期：2014—11—18
基金项目：连云港科技局项目(CXY1204)；江苏省墙体材料革新科研项目(2012)
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热、蒸压养护的方式来促进混凝土的快硬，分别进行了混
凝土快速养护制度试验和混凝土强度快速测定试验，在
1 h内使混凝土的测定强度达到一个较高数值，据此推定
的混凝土28 d强度具有较高的准确性。
1 试验设计
1．1 小型微波蒸压釜的设计和制作
1．1．1 机理分析
传统的蒸压釜是一个密闭性很强的压力容器，自身不
能产生能量，需要锅炉给它提供能源，养护的作用是通过
在高温，高湿的环境下，使混合料中的钙质成分与硅质成
分等发生作用，生成水化产物，获得一定强度和各种性能，
最终形成产品。与传统蒸压釜加热方式相比，微波加热有
以下特点：
(1)微波加热是物质在电磁场中因本身介质损耗而引
起的体积加热，可实现分子水平上的搅拌，加热均匀，温度
梯度小，该特性最有利于对温度梯度很敏感的反应，如高
分子合成和固化反应的进行。
(2)微波加热无滞后效应，当关闭微波源后，再无微波
能量传向物质，利用这一特性可进行对温度控制要求很高
的反应。
(3)微波加热能量利用效率很高，物质升温非常迅速，
运用得当可加快处理物料速度。
硅酸盐混合料中，由于含有大量的极性分子(水分子
等)，在微波的照射下，会快速地产生均匀的热量，使硅酸
盐混合料快速升温，此时若能维持周边环境的饱和蒸汽压
力不小于此时水泥混合料温度对应的饱和蒸汽压力，则伴
随被养护制品温度的提升，水泥混合料中的水分将不会蒸
发到周边环境，水泥混合料就不会脱水，伴随温度的均匀
提升，水化反应将逐步加剧。由于微波照射改变了传统加
热方式由外入内、由表及里为整体均匀升温，将不再存在
因传统加热方式升温不均匀而导致被养护材料温度不均
匀产生的不利内力，微波升温方式只要在周边饱和蒸汽的
配合下，将被养护水泥制品的升温过程大幅度降低。
上述分析表明，采用微波加热促进水泥制品的快速硬
化具有理论方面的可行性。
1．1．2 设计制作及主要参数
在对传统的压力釜进行重新设计，经过初步设计、深
化设计和制作阶段、最终完善阶段三个阶段，设计并完成
了小型微波蒸压釜(图1)。主要参数：设计温度200 oC；压
力1．6 MPa；微波功率10 kW；钢制卧式筒型结构，釜体为
16 MnR钢筒，直径800 mm，长1 200 mm，侧开釜门。
混凝土试模特点：
(1)通过上模盖、底模和中模块合理地连接，保证了试
模内部的密闭性，解决了微波蒸压环境下试模内部混凝土
水分蒸发的问题。
(2)通过尼龙棒、绝缘棒材料制作底模、中模块和上模
盖，可以使试模能承受微波以及高温高压，解决了钢试模不
能被微波穿透以及工程塑料试模不能耐高温高压的问题。
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图1 小型微波蒸压釜
1．2 试验材料
1．2．1 水泥
水泥采用山东枣庄的普通硅酸盐水泥(32．5R)，其性
能指标：28 d抗压强度33．8 MPa；28 d抗折强度8．3 MPa；
标准稠度用水量26％；初凝时问135 min；终凝时间
200 min。
1．2．2 细骨料
连云港市地产中砂，级配II区，细度模数为2．5，含泥
量0．4％，含水率3．5％，表观密度2．61 g／cm。。
1．2．3 粗骨料
碎石，连续级配，公称粒级5—25 mm，含泥量0．4％，含
水率3．0％，表观密度1．56 g／cm ，压碎指标3．8％，针片状
含量6．4％。
1．2．4 混凝土配合比设计
根据坍落度50～70 i／l／／1的设计要求，混凝土选用
0．62、0．57、0．52、0．47、0．42五种水灰比，在初步配合比的
基础上，进行基准配合比调整，具体配合比如表1。