建設標準導向下公路工程中的材料檢測技術實踐應用

吳林、莫鶴立

（1.黔東南州凱鑫交通工程試驗檢測有限責任公司，貴州凱里 556000；2.黔東南州交通建設發展中心，貴州 凱里 556000）

0 引言

設計制定建設標準對于科學管控公路工程質量和安全起到強制性作用，在保證現有技術與管理方案保護人員、項目安全的基礎上，顧全建設者、使用者的利益。而實施材料檢測工作是從前期準備階段控制材料質量和性能的必要之舉，將直接影響公路結構的安全性、抗壓性、耐腐蝕性等性能。為此，通過研究材料檢測技術的實踐應用，即在精準收集數據的前提下，針對材料的基礎性能予以測定，判定是否滿足建設標準，以此保障公路工程的整體質量。

1 建設標準導向下公路工程中的材料檢測技術應用的重要性

公路工程中，材料檢測技術為施工方案的制定提供支持。通過測定基礎材料的性能，能夠確定同一批次材料的抗壓強度、受壓狀態、凝結時間等與工程設計需要之間的適配度，從而依據檢測結果編制施工方案[1]。與此同時，公路工程整體造價較高，應用材料檢測技術能夠明確不同建設目的、不同結構下各類材料的性價比，并清楚了解到不同材料的價格差異和適用范圍，防止因混用材料造成資源浪費等現象，避免出現資金分配不科學的情況，保障建設資金的利用率。設置建設標準的最終目的是提升工程建設質量，獲取更高社會、經濟和環境利益。引入材料檢測技術將促使相關人員重視檢測工作，對管控材料質量起到正向作用；同時，倒逼檢測行業技術升級，提高檢測的自動化和智能化水平[2]。

2 建設標準導向下公路工程中的材料檢測技術實踐應用

2.1 水泥檢測

水泥是公路工程中必需的材料之一，其由煤、鐵礦石、黏土和石灰石等制成，經燒成和粉磨，制作成滿足硬化和凝結要求的水泥漿。不同生產商所使用的原材料品種存在差異，不同材料的質量也有所不同，因此，需要檢測水泥生料成分，判定是否與建設標準要求相符合[3]。

檢測中，應用紅外光譜檢測技術，使用傅里葉近紅外光譜儀，研究公路工程中所使用的水泥。選取15個樣本，分成10 個校正集樣本和5 個驗證集樣本，重復測量3 次，求出校正集樣本和驗證集樣本中水泥成分含量的平均值，構建近紅外光譜模型。預處理光譜模型，最終得出檢測結果。

以某水泥供應商提供的水泥原料為檢測對象，通過檢測對比校正集樣本和驗證集樣本的光譜圖，生成樣本劃分表。具體如表1 所示。

表1 水泥檢測樣本劃分表

經預處理后，建立成分預測模型，選定波段完成模型建構。根據殘差的趨勢變化圖，遞減殘差，將與樣本關聯程度小的數據剔除，選定最優光譜數據變量。建立PLS 模型，選擇檢測樣本的近紅外光譜波段及其化驗值，計算出預測均方根誤差（RMSEP）、預測集模型決定系數（）、交叉驗證均方根誤差(RMSECV)和校正集模型決定系數（）。計算結果如表2 所示。

表2 水泥近紅外光譜局部PLS 建模結果

根據結果可以看出，水泥檢測樣本所測定的三氧化二鐵、氧化鋁、氧化硅、氧化鈣所對應的近紅外光譜處于[4000,2000]cm-1的范圍內，應用修正模型和建立近紅外光譜模型的方法能夠解決原材料產地不同問題[4]。同時，因建立近紅外光譜模型方式整體優于修正模型方式，將此種波段挑選建構模型的思路應用于檢測行業對管控水泥材料成分以及質量起到助力作用，值得逐步通過實踐應用形成標準化檢測方式。

2.2 瀝青檢測

瀝青檢測可借助采集并對比材料與標準庫中的紅外光譜圖的方式，確定材料質量是否達標。以某公路工程為例，檢測70#基質瀝青的質量。

首先，建立標準紅外光譜圖。采取現場取樣的方法，獲取瀝青檢測樣品后生成標準紅外光譜圖，便于后續實時分析進場基質瀝青的質量。對比再現性和重復性測試紅外光譜圖，發現指紋區[1350,650]cm-1、特征區[4000,1350]cm-1和全譜[4000,650]cm-1波數范圍內相關性系數全部超過99.00%，標準偏差不大于3.5%。計算多組譜圖的測試平均值，形成紅外光譜圖，觀察特征峰。經觀察，鏈烴、對稱變角、對稱伸縮、烷烴的反對稱伸縮、苯環骨架、芳香烴苯環的面外搖擺、芳香烴化合物的面內彎曲、芳香烴苯環的反對稱伸縮的振動峰分別處于[1250,1150]cm-1、1380cm-1、1460cm-1、2923cm-1、1600cm-1、[900,650]cm-1、[1300,1000]cm-1、3030cm-1。開展噪聲測定工作，選定測量范圍，將紅外光譜圖的[2050,1950]cm-1區間作為測量范圍，輸出結果[5]。經測量，峰—峰的噪聲和均方根噪聲分別為0.00197、0.000393，均滿足試驗用紅外光譜儀的測定標準要求，證明檢測中所使用的檢測器和光譜儀具備準確測定材料性能的能力，能夠將所形成的70#基質瀝青標準紅外光譜圖用于對比鑒定公路工程瀝青質量的作業中。

其次，檢測現場瀝青質量。針對檢測對象進行取樣，借助紅外光譜技術分析指紋區、特征區和全譜波數與標準譜圖之間的匹配情況。當能夠達成99.00%的匹配標準，即可判定該瀝青原料的性能滿足公路建設所需；若尚未達成99.00%的匹配標準，應當禁止該瀝青原料入場，并向施工單位和業主傳輸檢測結果，由二者針對檢測性能具體指標判定如何處理。在該工程中，抽檢對象的數量為430 車次，合格率達到98.22%，證明瀝青質量達標[6]。

最后，復查不合格樣品。針對檢測中相關性系數低于99.00%的樣本應進一步復查，分別取樣，形成瀝青紅外光譜圖，與標準圖對比，確定樣品不合規的具體原因。

除此以外，還需要在鋪設前檢測瀝青混合料級配質量。獲取試驗瀝青混合料鋪設的原圖像后，將其轉變為二值圖像，用黑白兩色區分瀝青砂漿和集料顆粒（見圖1）。統計集料顆粒的三種平面性狀，獲得平面級配結果后，引入神經網絡檢測設計級配[7]。其中，輸入層為不同粒徑粗集料的平面級配，輸出層為對應的設計級配。應用此種方法能夠快速測定瀝青混合料的級配情況，與設計數據對比后確定其是否能夠直接應用于后續施工中，以保障施工質量。

圖1 電子篩分后的集料截面圖

2.3 鋼筋檢測

鋼筋檢測要從室內試驗、拉伸試驗和彎曲試驗三個方面著手。

首先，鋼筋室內試驗需檢測其表面破損程度、尺寸、橫斷面等。觀察鋼筋，查看是否存在機械損傷、裂紋和劃痕，若存在以上問題，則應當直接將該鋼筋淘汰。借助游標卡尺，測量鋼筋的尺寸，得出直徑具體數值。同時，要標記面積，將中間位置作為標定的位置。使用檢測設備的過程中，要保證正確操作儀器設備。例如：使用鋼筋連續式打點機，應當將縱肋與打點機頭的針相互靠近，防止出現因拉升影響鋼筋摩擦系數測定結果的情況，降低試驗磨損。

其次，基于試驗標準和有關要求，對同一批次的鋼筋，采用抽樣檢測的方式，進行拉伸試驗。應用彎曲矯直處理方法，控制試驗機測力系統、室溫、重量偏差。將室內溫度控制在10～35℃之間，保證在此條件下，校準測力系統，使得整體測試環境滿足鋼筋材料拉伸試驗的基本要求。依據試驗標準，檢查試驗室內的鋼筋樣品，確定是否受到淬火、機械處理的影響，出現變形或者損傷。對于有明顯外觀性狀問題的鋼筋直接淘汰。在下一步分析中，利用游標卡尺測量鋼筋尺寸，以公稱直徑替代橫截面直徑。得出測量結果后，與材料檢測標準對比，判斷是否存在偏差超出允許范圍的情況。對于偏差超限的鋼筋，認定為不合格產品。借助連續標點方式，標記公稱直徑合格的鋼筋，標稱標距的起點為鋼筋中點。將鋼筋夾在試驗機上下鉗口處，對其施加軸向拉力，避免彎曲程度過大影響觀察結果。觀察鋼筋最大力總伸長率或斷后伸長率，處理拉伸試驗數據，得出抗拉強度、屈服強度等數據，以此判斷鋼筋質量和性能。對比鋼筋試樣與標準值在規格、抗拉強度、屈服強度和伸長率上的偏差，任一指標不滿足標準值限定范圍，均說明鋼筋試樣不合格。

最后，鋼筋彎曲試驗要開展反復彎曲和反向彎曲等多項試驗。就不同型號的鋼筋應用不同處理方法，例如，對于HRB400E 型鋼筋采取反向彎曲檢測方法；對于普通HRB400 型鋼筋采取冷彎檢測方法。不同彎曲試驗的檢測要點也有所區別，具體如下。

第一，冷彎試驗：主要應用于普通鋼筋樣品檢驗中，在分析樣品后，選定彎曲壓頭直徑，調節錕距。借助兩支點調整試樣的中心線，使得壓頭中心線與焊縫中心線保持重合。壓力施加點為支點中心，按照規定彎曲角度處理鋼筋，分析檢測數據，確定其是否合格。

第二，反向彎曲試驗：反向彎曲要分別對鋼筋試樣采取正向彎曲90°、保溫0.5h 和反向彎曲20°的操作，測量荷載狀態下的彎曲角度。保溫階段，溫度要保持在100℃[8]。

第三，反復彎曲試驗：選定與鋼筋檢測樣品匹配的彎曲圓弧半徑，確定撥桿孔徑以及與圓弧頂部之間的距離。完成以上操作后，保證彎曲臂始終垂直，將試樣插入撥桿孔，夾緊下端。為避免沖擊影響，應當維持圓柱軸線的兩個平面互相垂直，控制彎曲速度處于1 次/s 的范圍內。完成右側彎曲90°的操作后，退回起點，而后進行二次彎曲。經過多次反復操作，確定鋼筋試樣初次斷裂的彎曲次數，以此判定試樣質量。

3 結語

綜上所述，公路工程是關乎民生的基礎性工程項目，其建設質量將直接影響日常出行和交通運輸，因此，要始終契合建設標準進行質量管控。材料是公路項目質量的關鍵影響要素，需對其加強檢測，以此保證進場材料均符合設計要求。要重點考量材料檢測技術的科學性、先進性、便捷性和準確性。實際應用檢測技術的過程中，檢測人員要秉持質量標準原則和及時檢驗原則，并敢于嘗試應用新技術，積極探究技術優化的方向，為公路建設標準的進一步完善奠定基礎。