公路橋梁鋼筋混凝土試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)研究

羅德玉

(四川濟(jì)通工程試驗(yàn)檢測(cè)有限公司，四川 成都 610200)

公路橋梁的安全性和耐久性對(duì)于保障人們的出行安全以及推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義。而作為公路橋梁的主要承重材料，鋼筋混凝土的性能和質(zhì)量直接關(guān)系到橋梁的整體穩(wěn)定性和安全性。所以，深入探究鋼筋混凝土的室內(nèi)試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)，對(duì)于保障公路橋梁的安全穩(wěn)定與可靠運(yùn)行具有至關(guān)重要的作用。希望本研究能為公路橋梁鋼筋混凝土室內(nèi)試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)的提升與實(shí)踐提供有益的參考，從而為交通基礎(chǔ)設(shè)施的安全性和健康持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

1 鋼筋混凝土室內(nèi)試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)的理論基礎(chǔ)

作為一種應(yīng)用廣泛的復(fù)合材料，鋼筋混凝土的性能取決于混凝土和鋼筋兩部分。前者主要承受壓力，后者則主要承受拉力。在受力時(shí)兩者可以相互協(xié)作，較大程度提升鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的承載能力和變形能力。

1.1 鋼筋混凝土材料的力學(xué)性能和耐久性原理

力學(xué)性能：在壓力作用下混凝土具有較好的強(qiáng)度和剛度，但在拉力作用下相對(duì)較弱。而鋼筋的抗拉強(qiáng)度和延性較好，可有效地補(bǔ)償混凝土在受力方面的不足。兩者相結(jié)合便可形成一種結(jié)構(gòu)材料，不僅能夠承受壓力，還能夠承受拉力。

耐久性：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在使用過程中環(huán)境因素對(duì)其影響較大，導(dǎo)致其出現(xiàn)碳化、氯離子侵蝕、凍融循環(huán)等情況。這些因素會(huì)不同程度降低混凝土的性能，使鋼筋出現(xiàn)銹蝕，最終對(duì)整體結(jié)構(gòu)性能和使用壽命產(chǎn)生影響。所以，細(xì)致地檢測(cè)和評(píng)估鋼筋混凝土的耐久性是室內(nèi)檢測(cè)的重要組成部分。

1.2 室內(nèi)試驗(yàn)檢測(cè)的基本原理和方法

室內(nèi)試驗(yàn)檢測(cè)的基本原理在于，模擬鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中所承受的各種應(yīng)力和環(huán)境條件，進(jìn)而評(píng)估其力學(xué)特性和耐久性能。

其中抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)、抗折強(qiáng)度試驗(yàn)、抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)、彈性模量試驗(yàn)、耐久性試驗(yàn)等均為常用的鋼筋混凝土室內(nèi)試驗(yàn)檢測(cè)方法。這些方法是基于模擬特定環(huán)境條件或向鋼筋混凝土施加相應(yīng)的荷載，觀察和測(cè)量其變形、應(yīng)力、應(yīng)變等關(guān)鍵參數(shù)，以獲取其力學(xué)性能和耐久性能的相關(guān)數(shù)據(jù)。這些參數(shù)為公路橋梁的設(shè)計(jì)、施工及維護(hù)提供了科學(xué)依據(jù)，同時(shí)也是評(píng)估橋梁結(jié)構(gòu)安全性與可靠性的重要參考[1]。

1.3 室內(nèi)試驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際性能之間的關(guān)系

室內(nèi)試驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際性能之間既存在某種聯(lián)系，也存在差異。室內(nèi)試驗(yàn)可對(duì)實(shí)際使用過程中的受力狀態(tài)和環(huán)境條件進(jìn)行模擬，但對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的復(fù)雜狀況無法做到完全復(fù)制。所以，通過室內(nèi)試驗(yàn)得到的結(jié)果還需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整和修改。另外，室內(nèi)試驗(yàn)便于操作、周期短、成本較低，對(duì)于大規(guī)模樣品測(cè)試和篩選更加適用。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際性能的測(cè)試過程較為復(fù)雜且耗時(shí)較長(zhǎng)，但其所獲取的數(shù)據(jù)結(jié)果卻更加接近真實(shí)情況。所以在實(shí)際應(yīng)用過程中，應(yīng)將室內(nèi)試驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試有機(jī)結(jié)合起來，兩者互相補(bǔ)充，保證得到的評(píng)估結(jié)果更加全面和準(zhǔn)確[2]。

2 室內(nèi)試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)的常用手段

為了評(píng)估鋼筋混凝土的相關(guān)性能指標(biāo)，室內(nèi)環(huán)境中常采用多種實(shí)驗(yàn)檢測(cè)方法。幾種基礎(chǔ)而常用的方法有壓縮實(shí)驗(yàn)、拉伸實(shí)驗(yàn)以及彎曲實(shí)驗(yàn)等[3]，幾種常見試驗(yàn)檢測(cè)方法特點(diǎn)、適用范圍及優(yōu)劣性如表1所示：

表1 常見試驗(yàn)檢測(cè)方法特點(diǎn)、適用范圍及優(yōu)劣性

2.1 壓縮試驗(yàn)

主要用來測(cè)試在受到壓力作用下混凝土的抗壓強(qiáng)度等強(qiáng)度特性。通過逐步增加壓力的方式，可以觀察在受壓過程中混凝土的形變直至破壞的全過程，從而獲取其抗壓強(qiáng)度等重要參數(shù)。

2.2 拉伸試驗(yàn)

用來測(cè)試鋼筋或鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)界面在拉伸力作用下的抗拉強(qiáng)度。通過采用拉伸試驗(yàn)機(jī)對(duì)材料施加拉伸力，以了解拉伸過程中材料的應(yīng)力和應(yīng)變關(guān)系及斷裂時(shí)的最大拉應(yīng)力。

2.3 彎曲試驗(yàn)

用來評(píng)估混凝土梁或板的抗彎承載能力。在試驗(yàn)中，通過在跨中對(duì)試樣施加集中力或均布力，觀察其變形和開裂過程，進(jìn)而評(píng)價(jià)其抗彎性能和變形特性。

3 室內(nèi)試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)的操作流程與質(zhì)量控制

3.1 室內(nèi)試驗(yàn)檢測(cè)的操作流程

室內(nèi)試驗(yàn)檢測(cè)的操作流程主要包括以下步驟[4]：

(1)樣品制備。按照試驗(yàn)要求，從預(yù)制構(gòu)件或工程現(xiàn)場(chǎng)選取代表性的樣品。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)一般包括混凝土芯樣、鋼筋試樣等。必須嚴(yán)格遵循相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)樣品進(jìn)行加工和處理，以保障其尺寸精確、形狀規(guī)范，表面狀態(tài)符合試驗(yàn)要求。

(2)試驗(yàn)設(shè)置。按照選取的試驗(yàn)方法，準(zhǔn)備壓力機(jī)、拉伸試驗(yàn)機(jī)、彎曲裝置等試驗(yàn)設(shè)備和輔助工具，同時(shí)還需要嚴(yán)格監(jiān)控和調(diào)控試驗(yàn)環(huán)境，保證溫度和濕度等環(huán)境參數(shù)滿足試驗(yàn)要求，為試驗(yàn)提供良好條件。

(3)數(shù)據(jù)采集。在試驗(yàn)過程中采用專業(yè)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)詳細(xì)記錄荷載、變形、時(shí)間等數(shù)據(jù)，為后續(xù)結(jié)果分析和性能評(píng)估提供依據(jù)。

(4)結(jié)果處理與分析。通過繪制應(yīng)力-應(yīng)變曲線、計(jì)算強(qiáng)度指標(biāo)等方式整理和處理采集到的數(shù)據(jù)，然后根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和試驗(yàn)結(jié)果，評(píng)估和判定鋼筋混凝土的性能。

3.2 影響室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確性的關(guān)鍵因素

室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性的影響因素較多，關(guān)鍵因素有：1)樣品的代表性。如果所選的樣品缺乏代表性，即使試驗(yàn)過程精確細(xì)致，結(jié)果都不能如實(shí)體現(xiàn)整體結(jié)構(gòu)的真實(shí)性能。因此，在試驗(yàn)過程中，樣品的挑選與制備環(huán)節(jié)非常重要；2)試驗(yàn)設(shè)備的精度。試驗(yàn)設(shè)備的精確度和穩(wěn)定性是決定試驗(yàn)結(jié)果是否準(zhǔn)確的關(guān)鍵因素。因此需定期對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)和校準(zhǔn)，以確保試驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性；3)試驗(yàn)環(huán)境的控制。鋼筋混凝土的性能受溫度、濕度等環(huán)境因素的影響較大，所以，試驗(yàn)過程中要重視并且嚴(yán)格控制這些環(huán)境因素；4)操作人員的技能水平。操作人員的專業(yè)知識(shí)和技能水平也較大程度影響到試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，所以需定期對(duì)操作人員進(jìn)行培訓(xùn)和考核，以提高結(jié)果準(zhǔn)確性。

3.3 提高室內(nèi)試驗(yàn)檢測(cè)質(zhì)量的措施和方法

為保證室內(nèi)試驗(yàn)檢測(cè)的質(zhì)量，可采用以下方法[5]：制定詳細(xì)的試驗(yàn)計(jì)劃與操作規(guī)程，嚴(yán)格規(guī)定試驗(yàn)的目的、采用的方法、具體的操作步驟以及需要注意的事項(xiàng)，以保障試驗(yàn)?zāi)茼樌M(jìn)行；定期維護(hù)和校準(zhǔn)試驗(yàn)設(shè)備，保證設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性；根據(jù)試驗(yàn)要求建立相符合的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和記錄溫濕度并合理調(diào)控；定期對(duì)操作人員進(jìn)行培訓(xùn)和評(píng)估，能夠有效提升操作人員的專業(yè)素質(zhì)和技能水平，以確保試驗(yàn)過程的精確性和可靠性；針對(duì)從樣品制備到結(jié)果分析與處理的各個(gè)環(huán)節(jié)建立健全完善的質(zhì)量保證體系，明確每個(gè)環(huán)節(jié)的質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)和責(zé)任，保證試驗(yàn)結(jié)果具有可追溯性。

4 案例分析

4.1 典型的公路橋梁鋼筋混凝土室內(nèi)試驗(yàn)檢測(cè)案例

某高速公路橋梁項(xiàng)目地處該地區(qū)的重要交通節(jié)點(diǎn)，物流和車流量較大。因?yàn)槭苁褂妙l率和地理位置等因素的影響，該橋梁對(duì)承載力和耐久性的要求較高。為保障橋梁的安全通行，延長(zhǎng)使用年限，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)決定針對(duì)橋梁的關(guān)鍵部位進(jìn)行鋼筋混凝土室內(nèi)試驗(yàn)檢測(cè)，旨在通過分析獲得混凝土抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度以及鋼筋的抗拉強(qiáng)度等準(zhǔn)確性能數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)為橋梁的設(shè)計(jì)、施工和驗(yàn)收提供了有效依據(jù)，以保障使用過程中橋梁的安全性和可靠性。

4.2 技術(shù)的應(yīng)用情況和取得的成果

項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)從橋梁關(guān)鍵部位取得混凝土芯樣，制備成標(biāo)準(zhǔn)尺寸的立方體試塊對(duì)其進(jìn)行了混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，逐漸在試驗(yàn)機(jī)上施加壓力，記錄不同壓力下試塊的變形和破壞情況，得到混凝土的抗壓強(qiáng)度數(shù)據(jù)；同樣從橋梁關(guān)鍵部位取了混凝土芯樣，制備成標(biāo)準(zhǔn)尺寸的梁形試件。在試驗(yàn)機(jī)上施加集中力，使試件在跨中受到彎曲作用，記錄試件的開裂和破壞情況，得到混凝土的抗折強(qiáng)度。然后從橋梁中選取鋼筋試樣，采用拉伸試驗(yàn)機(jī)拉伸鋼筋，記錄拉伸作用下應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系及斷裂情況下最大伸長(zhǎng)率和拉力。這些均是衡量鋼筋的抗拉強(qiáng)度和塑性性能的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)根據(jù)這些試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)，對(duì)橋梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了優(yōu)化，以提高其承載能力和耐久性。另外，通過對(duì)不同配合比的混凝土性能進(jìn)行比較，選取了較適宜的施工方案，使橋梁的整體質(zhì)量得到有效提升。

經(jīng)過精心施工與嚴(yán)格驗(yàn)收，最終該橋梁項(xiàng)目順利竣工并正常投入使用。經(jīng)試驗(yàn)，橋梁在實(shí)際運(yùn)行中表現(xiàn)穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)質(zhì)量隱患。該案例成果取決于室內(nèi)試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)的有效運(yùn)用，在提高橋梁質(zhì)量方面發(fā)揮了重要作用。

4.3 案例中技術(shù)的成功經(jīng)驗(yàn)和不足之處

4.3.1 成功經(jīng)驗(yàn)

項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)高度重視室內(nèi)試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)，投入了大量的時(shí)間和精力。他們采用先進(jìn)的試驗(yàn)設(shè)備和方法，并在具體操作過程中嚴(yán)格遵循相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，保障試驗(yàn)中能獲得準(zhǔn)確可靠的數(shù)據(jù)。最后，他們根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)合理優(yōu)化了橋梁的設(shè)計(jì)和施工方案，使工程質(zhì)量和效率得到進(jìn)一步提升。

4.3.2 不足之處

盡管在該案例中室內(nèi)試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)取得了顯著效果，但仍然存在許多不足。例如，受特定的環(huán)境因素的影響，可能對(duì)部分試驗(yàn)過程產(chǎn)生干擾，導(dǎo)致數(shù)據(jù)結(jié)果出現(xiàn)輕微偏離；另外，因?yàn)樵囼?yàn)環(huán)境與實(shí)際工程應(yīng)用環(huán)境存在一定的差異，因此試驗(yàn)結(jié)果可能無法全面而準(zhǔn)確地體現(xiàn)實(shí)際性能。

5 室內(nèi)試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展

5.1 現(xiàn)有室內(nèi)試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)的局限性

盡管隨著技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)前室內(nèi)試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)比較完善，但在實(shí)際運(yùn)用過程中，仍然會(huì)遇到一些限制和挑戰(zhàn)。首先，傳統(tǒng)的室內(nèi)試驗(yàn)方法只能評(píng)估材料的單一性能，對(duì)于其在多變環(huán)境條件下綜合性能無法全面評(píng)估和分析；其次，一些試驗(yàn)方法操作過程比較繁雜，耗時(shí)相對(duì)較長(zhǎng)，因此難以滿足對(duì)檢測(cè)速度的高要求；另外，部分試驗(yàn)方法的實(shí)施對(duì)設(shè)備和環(huán)境有特定要求，對(duì)其在現(xiàn)場(chǎng)或偏遠(yuǎn)地區(qū)的實(shí)際應(yīng)用造成制約。

5.2 室內(nèi)試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)的創(chuàng)新方向和發(fā)展趨勢(shì)

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的局限性，室內(nèi)試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)可以從以下方面進(jìn)行創(chuàng)新[6]：

1)研發(fā)能夠?qū)Ω訌?fù)雜環(huán)境條件進(jìn)行模擬的試驗(yàn)方法，以便對(duì)材料的性能做出更準(zhǔn)確的評(píng)估；2)應(yīng)致力于研究和開發(fā)簡(jiǎn)便且快速的檢測(cè)技術(shù)，以提升檢測(cè)工作的效率；3)針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)或偏遠(yuǎn)地區(qū)積極探索便攜式檢測(cè)設(shè)備和技術(shù)，以適應(yīng)多樣化場(chǎng)景需求。

5.3 新技術(shù)及新方法在提高室內(nèi)試驗(yàn)檢測(cè)準(zhǔn)確性和效率方面的潛力

新技術(shù)和新方法的出現(xiàn)，為室內(nèi)試驗(yàn)檢測(cè)帶來了較大機(jī)遇，其在提升檢測(cè)精確度和效率方面也表現(xiàn)出巨大的優(yōu)勢(shì)和潛力。例如，基于人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)的數(shù)據(jù)分析方法可深度挖掘和模式識(shí)別大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而對(duì)材料的性能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確評(píng)估。另外，超聲波掃描和紅外線成像等無損檢測(cè)技術(shù)可在保護(hù)材料完整性的基礎(chǔ)上，對(duì)其內(nèi)部缺陷進(jìn)行探測(cè)和評(píng)估，較大程度提升了檢測(cè)工作的準(zhǔn)確性和效率。這些新技術(shù)和新方法為室內(nèi)試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展提供新的方向。

6 結(jié)語

綜上所述，鋼筋混凝土的室內(nèi)試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)在公路橋梁建設(shè)中發(fā)揮著重要作用，是保證橋梁質(zhì)量與安全的不可或缺的環(huán)節(jié)。通過細(xì)致認(rèn)真檢測(cè)混凝土和鋼筋結(jié)構(gòu)，可以獲得關(guān)鍵的材料性能數(shù)據(jù)，為橋梁的設(shè)計(jì)、施工以及后續(xù)的維護(hù)提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支持。隨著科技日新月異的發(fā)展，室內(nèi)試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)正逐步向智能化、高效化的新時(shí)代邁進(jìn)，大幅提升了檢測(cè)效率，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。相關(guān)部門應(yīng)該攜手共同推動(dòng)公路橋梁建設(shè)邁向更加安全、穩(wěn)定的未來，為經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人們安全出行貢獻(xiàn)力量。