公路工程水泥混凝土強度檢測與評定分析

張廣

（1.河北交規院瑞志交通技術咨詢有限公司，石家莊 050000；2.河北省道路結構與材料技術創新中心，石家莊 050000）

1 引言

公路工程質量關鍵評定指標為水泥混凝土抗壓強度。通常完成水泥混凝土施工后，需要對混凝土進行強度檢測與評定，保證其強度達標，確保質量無問題。檢測水泥混凝土強度時，一般需要采用科學合理的檢測方法，將其誤差降至最低，以此保證工程后續施工順利開展。現今公路工程類型不一，對水泥混凝土的等級要求均有不同，因此，做好水泥混凝土強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

混凝土是一種較為常見的建筑材料，其類型多樣、價格低廉、抗壓力強。水泥混凝土是其中一種類型，在公路工程中應用逐漸廣泛，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，按照標準比例配置后攪拌、養護，應用于項目中，具備耐熱、可澆、能耗低且可以就地取材的特點，但是其韌性較差、抗拉強度低，并且容易因外界因素影響發生變化，從而出現裂紋等內部缺陷。

2.2 公路工程水泥混凝土強度檢測的必要性

1）目前，國家驗收公路工程水泥混凝土工程項目中，都要求對水泥質量進行嚴格測試。通常情況下，以標準試驗為基本要求，開展有關測試試驗。測試完成后，必須把測試后的水泥混凝土強度值與國家標準比較后，確定其強度能否合格。各項目的施工單位、建設機構以及工程監理單位都要參加對試樣取樣、確定水泥強度的過程，并由此確定水泥混凝土強度與國家標準是否相符。

2）公路工程類型各異，且所處地理位置均不同，因此，各項工程特點、要求等存在較大差異。通過檢測水泥混凝土強度，可以有效控制施工現場各項環節有序完成，確保施工人員進行水泥混凝土施工時規范操作，提高責任意識以及安全意識[2]。

3 公路工程質量檢測評定標準

進行水泥混凝土強度檢測時，需要依照相關評定標準進行檢測，以此避免混凝土裂縫面積過大，影響公路工程的質量。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度要求，忽略了控制混凝土強度范圍，極易引發裂縫，縮短公路使用壽命，降低施工單位經濟效益。由道路施工標準可知，公路等級不同，施工要求也不同。因此，施工單位在檢測水泥混凝土強度時，需要依照判定標準，將混凝土強度控制在合理范圍內[3]。

各個級別公路的水泥混凝土強度要求標準都有所不同，其中，按照材料特性和主要構件尺寸的變異水平劃分為三級，而對于各個水平級別的主要設計參數變異系數范圍也都有一定標準（見表1）。

表1 主要設計參數變異系數范圍

對水泥混凝土公路路面結構進行設計時，其標準軸載為單軸雙輪組100 kN；同時，按照相關設計標準明確其所承載的軸載作用。其中，設計車道承受的標準軸載累積作用次數分為四等。水泥混凝土強度采用20 d的彎拉強度。待水泥混凝土澆筑90 d內不通行車輛時，可使用90 d彎拉強度。

4 水泥混凝土強度評定方法

公路工程建設過程中，多數檢測水泥混凝土強度的評定方法的指標均為抗壓強度，具體需要對混凝土進行分批評定，并最終進行驗收，檢測其質量是否達標。同一批驗收的水泥混凝土，需要強度相同、工藝條件相似且齡期相同[4]。采用統計方式評價水泥混凝土強度時，需要水泥混凝土生產條件在較長時間內能夠保持一致。通過統一強度評價，能夠將3組甚至3組以上的試驗視為一次合格批。

5 水泥混凝土強度檢測方法

5.1 鉆芯法

該方法通過獲取準確、真實的測量數據，直接判斷混凝土強度。同時，應用該方法檢測水泥混凝土強度，可以對混凝土凍害問題進行有效分析。檢測時，施工人員需要按照相關標準規范鉆取樣本，劈裂試驗芯樣直徑應為150 mm，抗壓強度芯樣直徑應為150 mm或100 mm；樣本直徑不應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原則，從公路工程現場取樣，保證所取樣本具有較強的代表性。

5.2 回彈法

回彈儀的彈擊桿會對水泥混凝土表面進行沖擊，并將重錘反彈回來的距離作為強度相關指標，以此推算出混凝土實際強度。在此期間，發生彈力作用后，重錘回調、回彈儀指針改變[6]。該方法檢測出的數據值精度較高，其通過數值準確反映回彈力，可以根據最終數值計算結果，對水泥配比進行調整。

5.3 超聲回彈法

使用該方法需要先選擇一塊區域作為測量區域，利用回彈儀和超聲儀器測試局部區域內的水泥混凝土回彈值；根據測量結果，對水泥混凝土強度進行測算，判斷強度是否達標。

5.4 頻譜分析

該檢測方法具有數值計算準確度高，且計算速度較快的特點，可以對部分水泥混凝土結構強度進行計算，利用回歸方程計算相關系數，從而計算結構強度。在不同頻率條件下將詳細數值（混凝土固有振動參數、自振頻率、頻率成分功率分布、振型等）計算出來，通過參數分析混凝土振動狀態、受力情況以及構件性能。

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，可使用頻譜分析法確定該段地區的水泥混凝土強度。在待測區域通過重錘打擊，然后利用檢波儀測定振動波在構件中傳播的各項參數，再利用采集器獲取混凝土內部構件參數，如彎拉強度等。

2）信號采集裝置：需要設定為1 024 Hz。結合實際混凝土情況，合理設置檢波器位置。

3）根據混凝土的應力應變曲線以及空隙率計算混凝土強度。

5.6 抗折法檢測試驗

5.6.1 技術指標

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

5.6.2 試件制備

使用C10~C100水泥混凝土，對標準試件進行制備，結合工程實際情況養護混凝土。選擇不易受到環境因素影響的場所，將試塊放置在該場所，待養護結束對水泥混凝土進行檢測。

5.6.3 具體試驗

1）首先選擇3個試件；

2）將抗折試件中央區域以及壓力桿進行連接；在試件中間部位施加壓力；壓力逐漸增大，試件出現折斷時，讀取相應峰值壓力；

3）對水泥混凝土試件抗折強度進行計算；

4）對同組同批次標準試件強度進行確定，計算水泥混凝土抗壓強度代表值。

5.6.4 數據處理

數據組成部分為混凝土抗壓強度以及抗折強度。結合最小二乘法分析數據，同時計算出混凝土強度。

5.7 水泥混凝土檢測注意事項

1）嚴格檢查不同機具當前的運行狀態，可以通電檢查所有機具情況，及時維修維護機具；保證鉆頭以及鉆孔尺寸符合要求。

2）對鉆取位置進行確定與選擇；準備好機具，擺動行走輪，至后方操縱手柄后，使得方向輪以及行走輪與地面分離，與底座和構筑物進行相接觸；相關施工人員需對螺絲進行準確調整，以確保水準儀中氣泡處于中心位置。

3）鉆芯工作時，按照施工標準以及設計要求鉆取試驗，同時進行妥善保存，有效防止芯樣受到損害。

4）對測試試件進行強度測試，同時對水泥混凝土強度進行計算與評定，利用其他檢測方法，完善最終檢測結果，確保最終反映情況可靠。

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

6 結語

水泥混凝土強度與公路工程質量密不可分，施工單位應保證檢測和評定方法科學合理，可以準確測量強度數值，并對所存在問題及時做出補救措施，結合工程實際情況，選擇合適的檢測方法進行評定，確保水泥混凝土強度達標，避免發生混凝土裂縫等現象，以提高公路工程質量。