公路工程中水泥混凝土原材料的試驗檢測分析

摘要 為了研究公路工程中水泥混凝土原材料的質量與工程性能，文章首先闡述了水泥、骨料、水、外加劑等原材料的性能標準和要求，然后探討了不同原材料質量對水泥混凝土性能的影響，以及環境因素和操作技術對試驗結果的影響，采用標準化試驗檢測方法，確保數據的準確性和可靠性。通過對試驗結果的分析與評價，提出了相應的質量控制策略，為保證公路工程質量提供了技術支撐。

關鍵詞 公路工程；水泥混凝土；原材料；試驗檢測；質量控制

中圖分類號 U415.12 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）07-0148-03

0 引言

在公路工程中，水泥混凝土作為主要施工材料，其質量直接關系到道路的路用性能和經濟性。由于水泥混凝土性能受原材料質量的影響較為顯著，因此對原材料進行試驗檢測至關重要。

1 水泥混凝土原材料類型及性能要求

水泥混凝土的主要原材料包括水泥、骨料、水和外加劑，每種材料需滿足特定的性能標準和要求。

1.1 水泥

水泥作為混凝土的主要黏結劑，其質量直接關系到混凝土結構的強度、耐久性和穩定性[1]。水泥的化學成分，尤其硅酸鹽含量對其性能有顯著影響。水泥強度等級是其在標準固化時間后能達到的最小壓縮強度，是確保結構承載能力和安全性的保證。此外，水泥的穩定性包括收縮性和膨脹特性，也是評價水泥適用性的重要因素，收縮和膨脹過大的水泥都會導致混凝土開裂，影響結構完整性。因此，選擇合適的水泥類型和等級，根據《通用硅酸鹽水泥》（GB 175—2023）對其進行嚴格的質量控制，是確保公路工程質量的基礎。

1.2 骨料

骨料作為水泥混凝土的主要組成部分，分為粗骨料和細骨料。在骨料選擇和使用中，其物理性質是主要考量因素。首先，粒徑對混凝土的密實度和強度有直接影響，需要根據具體工程要求來確定。其次，骨料的形狀和表面紋理（如圓滑或棱角分明）會影響混凝土的工作性和抗裂性能，骨料還需具備良好的抗風化和抗化學侵蝕能力，其性能指標要求具體見表1。

1.3 水

水作為混合其他原材料的媒介，對混凝土的工作性和最終強度有重要影響。混凝土要求使用純凈的水，不含鹽分和有機物等有害物質，以避免腐蝕鋼筋或影響凝結。此外，水的溫度、堿度等也是重要考慮因素，在混凝土制備過程中對水質進行嚴格控制，確保其符合相應標準。

1.4 外加劑

外加劑是根據混凝土的特定需求優化其流動性、凝結時間和耐久性等特性，常見的外加劑包括減水劑、早強劑、緩凝劑等[2]，外加劑的選擇需符合特定的化學和物理性能標準。

2 水泥混凝土原材料性能的影響因素

水泥混凝土原材料的性能對混凝土的最終質量和性能有著顯著影響。

2.1 原材料質量

水泥混凝土的結構強度和耐久性主要由水泥的化學成分和強度等級決定[3]，不同類型和牌號的水泥具有不同的硅酸鹽、鋁酸鹽和鐵酸鹽含量，這些化學成分決定了水泥的水化反應速率和最終強度，不同強度等級的水泥則決定了混凝土的承載能力和使用壽命。骨料的粒徑和形狀對混凝土的工作性和強度具有重要影響，粗骨料的選擇會影響混凝土的密實性和抗壓強度，而細骨料則對流動性和抗裂性能有顯著影響。水作為混合原材料的介質，其純凈度和化學性質對混凝土的品質至關重要，高純凈度水可以避免混凝土的化學反應和劣化，確保結構的長期穩定性。外加劑的選擇和配比是調整混凝土性能的重要手段，減水劑可提高混凝土的流動性，早強劑可加速凝結，而緩凝劑可延緩凝結時間。

2.2 環境因素

環境條件，特別是溫度、濕度和風速，對水泥混凝土的性能有顯著影響。溫度直接影響水泥的水化速率，高溫環境下水化速率加快，導致混凝土更快硬化，從而影響混凝土的強度和耐久性；而低溫會延緩水泥的水化反應，進而延遲混凝土的硬化過程。濕度對混凝土中水分的蒸發和保持有直接影響，濕度過低可能導致混凝土水分過快蒸發，影響其養護過程和干縮性能。風速則通過加速水分蒸發作用影響混凝土，尤其是在混凝土初凝階段，高風速可能導致表面過早干燥，從而影響混凝土的整體質量和抗裂性能。

2.3 操作技術

在混凝土的制備、混合、澆筑、振搗和養護等過程中，要確保所有原材料均勻混合，澆筑時必須確保混凝土在模具中均勻分布，振搗過程通過去除混凝土中的空氣泡，增加混凝土的密實度和均勻性。在養護階段，適當的溫度和濕度是確保混凝土達到所需強度和耐久性的關鍵。

3 水泥混凝土原材料試驗檢測方法

3.1 水泥檢測方法

在水泥的檢測方法中，化學成分分析、強度測試和穩定性評估是關鍵步驟。在化學成分分析中，檢測方法主要有X射線熒光光譜分析和化學滴定，用于測定水泥中的硅酸、鋁酸、鐵酸鹽等化學成分[4]。X射線熒光光譜分析依賴于元素特有的X射線熒光定量分析水泥中的元素含量，而化學滴定則通過反應達到終點測量特定化學物質的濃度。在強度測試中，首先將配比嚴格控制的水泥砂漿固化在標準尺寸的模具中，然后在7 d養生固化期后，采用壓力機對試件施加壓力，直至試件破壞。通過測量破壞時試件所承受的最大壓力，評定水泥的強度等級。在穩定性評估中，采用勒沙特利耳膨脹儀測定水泥的體積穩定性，通過測量水泥樣品在水化過程中的膨脹率，確保水泥在實際使用中不會因不良膨脹而導致結構問題。

3.2 骨料檢測方法

骨料檢測主要包括粒徑分析、形狀和表面紋理評估以及強度和耐久性測試。粒徑分析是通過篩分試驗，采用標準篩網對骨料進行篩選，分離出不同粒徑的骨料，從而確定骨料的級配，即粒徑的大小范圍和分布，確保其滿足混凝土設計要求；形狀和表面紋理評估是通過視覺和手感檢查，以及形狀指數測量設備進行，用以評估骨料的幾何特性，包括其形狀（如圓形、角形、扁平或針狀）和表面粗糙度。在骨料強度和耐久性測試中，通常采用洛氏硬度計和長期浸泡試驗評估，洛氏硬度計用于測定骨料的硬度，衡量骨料能否承受混凝土中應力，長期浸泡試驗則用以評估骨料在水中的耐久性，測試其在長期暴露于水分環境下是否容易發生化學或物理變化[5]。

3.3 水質檢測方法

在水質檢測中，pH值測試是確保水酸堿平衡的重要環節，適宜的pH值有助于防止混凝土中的化學反應失衡，酸性或堿性過強的水則可能會損害混凝土中的水泥基質，影響其結構完整性，也可能加速鋼筋的腐蝕，降低混凝土結構的整體耐久性和安全性。硬度測試通常是評估水中的鈣鎂離子含量，過硬的水會促進鋼筋的腐蝕過程，降低混凝土結構的穩定性和安全性，同時，硬水還可能干擾混凝土中水泥的正常水化反應，影響混凝土的凝結和硬化過程，進而降低混凝土的整體性能和耐久性，有機物和鹽分測試可以確保水中不含有害物質。

3.4 外加劑檢測方法

外加劑檢測方法主要包括化學穩定性測試和對混凝土性能的影響測試。化學穩定性測試是通過化學分析方法確保外加劑成分的穩定性，避免與水泥或其他混凝土材料發生不良反應，涉及多種化學和物理分析技術，如光譜分析、色譜分析和熱分析等，用于全面評估外加劑的化學穩定性和兼容性[6]，如圖1所示，（a）、（b）分別為某外加劑1 500倍和8 000倍下的SEM成像圖。通過這些測試，可以確保外加劑在長期儲存和使用過程中保持化學性質的一致性，且在與水泥混合時不會引發化學變化或產生有害物質。對混凝土性能的影響測試關鍵在于評估外加劑對混凝土特性的具體影響，包括流動性、凝結時間和強度。流動性測試通過坍落度試驗來評估混凝土的可操作性，確保其易于澆筑和成型。凝結時間測試通過維卡特針試驗來確定外加劑對混凝土凝結速率的具體影響。強度測試通過壓力試驗機對固化后的混凝土試件進行抗壓強度測試，測量混凝土的最終承載能力。

4 水泥混凝土原材料質量控制策略

4.1 完善原材料檢測方案

為提高公路工程中水泥混凝土原材料的檢測效率，施工單位應制定針對性的檢測方案，綜合考慮以往施工經驗及當前項目需求，包括選擇同一生產廠家和批次的原材料，減少質量波動。同時，根據公路建設規范，委托專業機構進行系統的材料檢測，關注檢測重點的調整。采用高級檢測設備和信息技術，對材料進行分類和質量分析，確保檢測全面有效。最終，形成全面的質量檢測報告，為施工提供準確參考。此外，還要重視專業檢測的引入和技術的運用。試驗檢測流程如圖2所示。

4.2 建立采購和驗收標準

為確保水泥混凝土原材料的質量，需建立嚴格的采購和驗收標準。首先，制定詳細的原材料規范，包括水泥的化學成分和強度等級、骨料的粒徑和形狀、水的純凈度、外加劑的化學穩定性等。其次，與供應商簽訂質量協議，確保提供的原材料符合規范。然后，實施到貨檢驗程序，對每批原材料進行抽樣測試，驗證其質量指標，對不符合質量標準的材料實施退貨或更換，確保所有用于生產的原材料都達到要求，建立原材料質量跟蹤系統，記錄供應商信息、到貨日期、檢驗結果等，以便于質量追溯。

4.3 定期質量檢測

在水泥混凝土原材料的定期質量檢測方面，重點是確保原材料持續滿足規定標準。定期對水泥進行化學成分和強度等級測試，以監測其一致性。骨料的粒徑、形狀和耐久性也需定期檢測，以保持混凝土的質量和性能。對用水進行pH值、硬度和雜質含量的定期測試，確保水質不會影響混凝土的質量和鋼筋的耐蝕性。外加劑的化學穩定性和對混凝土性能的影響也應定期檢查，以維持混凝土的優良性能。

4.4 采用先進的技術和設備

在水泥混凝土原材料質量控制中，運用先進技術和設備是提高檢測準確性和效率的關鍵。例如，使用自動化的化學分析儀器，如高性能液相色譜儀（HPLC）和X射線熒光光譜儀，可以快速且準確地評估水泥和外加劑的化學成分。先進的壓力和彎曲測試設備能精確測量水泥砂漿和混凝土的力學性能，數字化的粒徑分析設備能夠提高骨料粒徑和形狀評估的準確性和效率。環境模擬設備如溫濕度控制室，用于模擬不同條件下的混凝土養護過程，確保混凝土在各種環境下的性能。

5 結語

該文主要探討了水泥混凝土原材料的質量控制優化策略，從確立嚴格的原材料采購和驗收標準，到進行定期的質量檢測，包括化學成分分析、強度測試和穩定性評估，詳細闡述了保證原材料質量的方法。同時，強調了環境因素和操作技術對原材料性能的影響，如溫度、濕度和施工技巧。最后，提出采用先進技術和設備以提高檢測準確性和效率，確保混凝土產品的整體質量和性能。

參考文獻

[1]李文泉. 公路工程水泥混凝土原材料試驗檢測技術研究[J]. 運輸經理世界， 2022（33）： 142-144.

[2]張廣. 公路工程水泥混凝土原材料的試驗檢測及質量控制[J]. 工程建設與設計， 2023（10）： 213-215.

[3]李佳佳. 公路工程水泥混凝土原材料的試驗檢測及質量控制[J]. 甘肅科技縱橫， 2022（4）： 51-53.

[4]宋鑫. 公路工程水泥混凝土原材料的試驗檢測方法[J]. 江蘇建材， 2023（5）： 30-31.

[5]王麗萍. 公路水泥混凝土原材料的試驗檢測及質量控制[J]. 交通世界， 2023（8）： 100-102+105.

[6]黃光祥. 公路工程水泥混凝土原材料的試驗檢測及質量控制[J]. 低碳世界， 2023（7）： 163-165.