公路工程水泥混凝土強(qiáng)度檢測與評定分析

張廣

（1.河北交規(guī)院瑞志交通技術(shù)咨詢有限公司，石家莊 050000；2.河北省道路結(jié)構(gòu)與材料技術(shù)創(chuàng)新中心，石家莊 050000）

1 引言

公路工程質(zhì)量關(guān)鍵評定指標(biāo)為水泥混凝土抗壓強(qiáng)度。通常完成水泥混凝土施工后，需要對混凝土進(jìn)行強(qiáng)度檢測與評定，保證其強(qiáng)度達(dá)標(biāo)，確保質(zhì)量無問題。檢測水泥混凝土強(qiáng)度時(shí)，一般需要采用科學(xué)合理的檢測方法，將其誤差降至最低，以此保證工程后續(xù)施工順利開展?，F(xiàn)今公路工程類型不一，對水泥混凝土的等級(jí)要求均有不同，因此，做好水泥混凝土強(qiáng)度檢測與評定工作極為重要。

2 水泥混凝土

2.1 定義與特點(diǎn)

混凝土是一種較為常見的建筑材料，其類型多樣、價(jià)格低廉、抗壓力強(qiáng)。水泥混凝土是其中一種類型，在公路工程中應(yīng)用逐漸廣泛，也被稱為普通混凝土，由水泥和砂石組成，加水將這兩種材料混合攪拌即成[1]。這種混凝土的膠凝材料為水泥，按照標(biāo)準(zhǔn)比例配置后攪拌、養(yǎng)護(hù)，應(yīng)用于項(xiàng)目中，具備耐熱、可澆、能耗低且可以就地取材的特點(diǎn)，但是其韌性較差、抗拉強(qiáng)度低，并且容易因外界因素影響發(fā)生變化，從而出現(xiàn)裂紋等內(nèi)部缺陷。

2.2 公路工程水泥混凝土強(qiáng)度檢測的必要性

1）目前，國家驗(yàn)收公路工程水泥混凝土工程項(xiàng)目中，都要求對水泥質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格測試。通常情況下，以標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)為基本要求，開展有關(guān)測試試驗(yàn)。測試完成后，必須把測試后的水泥混凝土強(qiáng)度值與國家標(biāo)準(zhǔn)比較后，確定其強(qiáng)度能否合格。各項(xiàng)目的施工單位、建設(shè)機(jī)構(gòu)以及工程監(jiān)理單位都要參加對試樣取樣、確定水泥強(qiáng)度的過程，并由此確定水泥混凝土強(qiáng)度與國家標(biāo)準(zhǔn)是否相符。

2）公路工程類型各異，且所處地理位置均不同，因此，各項(xiàng)工程特點(diǎn)、要求等存在較大差異。通過檢測水泥混凝土強(qiáng)度，可以有效控制施工現(xiàn)場各項(xiàng)環(huán)節(jié)有序完成，確保施工人員進(jìn)行水泥混凝土施工時(shí)規(guī)范操作，提高責(zé)任意識(shí)以及安全意識(shí)[2]。

3 公路工程質(zhì)量檢測評定標(biāo)準(zhǔn)

進(jìn)行水泥混凝土強(qiáng)度檢測時(shí)，需要依照相關(guān)評定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測，以此避免混凝土裂縫面積過大，影響公路工程的質(zhì)量。部分施工單位在檢測過程中僅保證水泥混凝土符合施工所需強(qiáng)度要求，忽略了控制混凝土強(qiáng)度范圍，極易引發(fā)裂縫，縮短公路使用壽命，降低施工單位經(jīng)濟(jì)效益。由道路施工標(biāo)準(zhǔn)可知，公路等級(jí)不同，施工要求也不同。因此，施工單位在檢測水泥混凝土強(qiáng)度時(shí)，需要依照判定標(biāo)準(zhǔn)，將混凝土強(qiáng)度控制在合理范圍內(nèi)[3]。

各個(gè)級(jí)別公路的水泥混凝土強(qiáng)度要求標(biāo)準(zhǔn)都有所不同，其中，按照材料特性和主要構(gòu)件尺寸的變異水平劃分為三級(jí)，而對于各個(gè)水平級(jí)別的主要設(shè)計(jì)參數(shù)變異系數(shù)范圍也都有一定標(biāo)準(zhǔn)（見表1）。

表1 主要設(shè)計(jì)參數(shù)變異系數(shù)范圍

對水泥混凝土公路路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，其標(biāo)準(zhǔn)軸載為單軸雙輪組100 kN；同時(shí)，按照相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)明確其所承載的軸載作用。其中，設(shè)計(jì)車道承受的標(biāo)準(zhǔn)軸載累積作用次數(shù)分為四等。水泥混凝土強(qiáng)度采用20 d的彎拉強(qiáng)度。待水泥混凝土澆筑90 d內(nèi)不通行車輛時(shí)，可使用90 d彎拉強(qiáng)度。

4 水泥混凝土強(qiáng)度評定方法

公路工程建設(shè)過程中，多數(shù)檢測水泥混凝土強(qiáng)度的評定方法的指標(biāo)均為抗壓強(qiáng)度，具體需要對混凝土進(jìn)行分批評定，并最終進(jìn)行驗(yàn)收，檢測其質(zhì)量是否達(dá)標(biāo)。同一批驗(yàn)收的水泥混凝土，需要強(qiáng)度相同、工藝條件相似且齡期相同[4]。采用統(tǒng)計(jì)方式評價(jià)水泥混凝土強(qiáng)度時(shí)，需要水泥混凝土生產(chǎn)條件在較長時(shí)間內(nèi)能夠保持一致。通過統(tǒng)一強(qiáng)度評價(jià)，能夠?qū)?組甚至3組以上的試驗(yàn)視為一次合格批。

5 水泥混凝土強(qiáng)度檢測方法

5.1 鉆芯法

該方法通過獲取準(zhǔn)確、真實(shí)的測量數(shù)據(jù)，直接判斷混凝土強(qiáng)度。同時(shí)，應(yīng)用該方法檢測水泥混凝土強(qiáng)度，可以對混凝土凍害問題進(jìn)行有效分析。檢測時(shí)，施工人員需要按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范鉆取樣本，劈裂試驗(yàn)芯樣直徑應(yīng)為150 mm，抗壓強(qiáng)度芯樣直徑應(yīng)為150 mm或100 mm；樣本直徑不應(yīng)小于集料最大粒徑的3倍；高度與直徑比為1。鉆芯取樣需依照隨機(jī)原則，從公路工程現(xiàn)場取樣，保證所取樣本具有較強(qiáng)的代表性。

5.2 回彈法

回彈儀的彈擊桿會(huì)對水泥混凝土表面進(jìn)行沖擊，并將重錘反彈回來的距離作為強(qiáng)度相關(guān)指標(biāo)，以此推算出混凝土實(shí)際強(qiáng)度。在此期間，發(fā)生彈力作用后，重錘回調(diào)、回彈儀指針改變[6]。該方法檢測出的數(shù)據(jù)值精度較高，其通過數(shù)值準(zhǔn)確反映回彈力，可以根據(jù)最終數(shù)值計(jì)算結(jié)果，對水泥配比進(jìn)行調(diào)整。

5.3 超聲回彈法

使用該方法需要先選擇一塊區(qū)域作為測量區(qū)域，利用回彈儀和超聲儀器測試局部區(qū)域內(nèi)的水泥混凝土回彈值；根據(jù)測量結(jié)果，對水泥混凝土強(qiáng)度進(jìn)行測算，判斷強(qiáng)度是否達(dá)標(biāo)。

5.4 頻譜分析

該檢測方法具有數(shù)值計(jì)算準(zhǔn)確度高，且計(jì)算速度較快的特點(diǎn)，可以對部分水泥混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算，利用回歸方程計(jì)算相關(guān)系數(shù)，從而計(jì)算結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。在不同頻率條件下將詳細(xì)數(shù)值（混凝土固有振動(dòng)參數(shù)、自振頻率、頻率成分功率分布、振型等）計(jì)算出來，通過參數(shù)分析混凝土振動(dòng)狀態(tài)、受力情況以及構(gòu)件性能。

5.5 無損檢測

無損檢測包括多種檢測方法，可以根據(jù)不同公路路面選擇不同的無損檢測方式，將檢測誤差降至最低[7]。

1）在部分公路路段內(nèi)，可使用頻譜分析法確定該段地區(qū)的水泥混凝土強(qiáng)度。在待測區(qū)域通過重錘打擊，然后利用檢波儀測定振動(dòng)波在構(gòu)件中傳播的各項(xiàng)參數(shù)，再利用采集器獲取混凝土內(nèi)部構(gòu)件參數(shù)，如彎拉強(qiáng)度等。

2）信號(hào)采集裝置：需要設(shè)定為1 024 Hz。結(jié)合實(shí)際混凝土情況，合理設(shè)置檢波器位置。

3）根據(jù)混凝土的應(yīng)力應(yīng)變曲線以及空隙率計(jì)算混凝土強(qiáng)度。

5.6 抗折法檢測試驗(yàn)

5.6.1 技術(shù)指標(biāo)

抗折法主要應(yīng)用抗折儀對水泥混凝土進(jìn)行強(qiáng)度檢測，其試件的破壞荷載應(yīng)大于最大量程的20%且小于80%，測量精度應(yīng)為±1%。

5.6.2 試件制備

使用C10~C100水泥混凝土，對標(biāo)準(zhǔn)試件進(jìn)行制備，結(jié)合工程實(shí)際情況養(yǎng)護(hù)混凝土。選擇不易受到環(huán)境因素影響的場所，將試塊放置在該場所，待養(yǎng)護(hù)結(jié)束對水泥混凝土進(jìn)行檢測。

5.6.3 具體試驗(yàn)

1）首先選擇3個(gè)試件；

2）將抗折試件中央?yún)^(qū)域以及壓力桿進(jìn)行連接；在試件中間部位施加壓力；壓力逐漸增大，試件出現(xiàn)折斷時(shí)，讀取相應(yīng)峰值壓力；

3）對水泥混凝土試件抗折強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算；

4）對同組同批次標(biāo)準(zhǔn)試件強(qiáng)度進(jìn)行確定，計(jì)算水泥混凝土抗壓強(qiáng)度代表值。

5.6.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)組成部分為混凝土抗壓強(qiáng)度以及抗折強(qiáng)度。結(jié)合最小二乘法分析數(shù)據(jù)，同時(shí)計(jì)算出混凝土強(qiáng)度。

5.7 水泥混凝土檢測注意事項(xiàng)

1）嚴(yán)格檢查不同機(jī)具當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)，可以通電檢查所有機(jī)具情況，及時(shí)維修維護(hù)機(jī)具；保證鉆頭以及鉆孔尺寸符合要求。

2）對鉆取位置進(jìn)行確定與選擇；準(zhǔn)備好機(jī)具，擺動(dòng)行走輪，至后方操縱手柄后，使得方向輪以及行走輪與地面分離，與底座和構(gòu)筑物進(jìn)行相接觸；相關(guān)施工人員需對螺絲進(jìn)行準(zhǔn)確調(diào)整，以確保水準(zhǔn)儀中氣泡處于中心位置。

3）鉆芯工作時(shí)，按照施工標(biāo)準(zhǔn)以及設(shè)計(jì)要求鉆取試驗(yàn)，同時(shí)進(jìn)行妥善保存，有效防止芯樣受到損害。

4）對測試試件進(jìn)行強(qiáng)度測試，同時(shí)對水泥混凝土強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算與評定，利用其他檢測方法，完善最終檢測結(jié)果，確保最終反映情況可靠。

5）對試件施加荷載時(shí)，需要對這兩個(gè)方面引起高度重視：（1）試件發(fā)生破壞時(shí)的臨界荷載；（2）預(yù)期是否匹配。對相同批次試件臨界荷載進(jìn)行檢查。如若材質(zhì)較大，需要暫停檢測工作，查找主要原因。

6 結(jié)語

水泥混凝土強(qiáng)度與公路工程質(zhì)量密不可分，施工單位應(yīng)保證檢測和評定方法科學(xué)合理，可以準(zhǔn)確測量強(qiáng)度數(shù)值，并對所存在問題及時(shí)做出補(bǔ)救措施，結(jié)合工程實(shí)際情況，選擇合適的檢測方法進(jìn)行評定，確保水泥混凝土強(qiáng)度達(dá)標(biāo)，避免發(fā)生混凝土裂縫等現(xiàn)象，以提高公路工程質(zhì)量。