建设标准导向下公路工程中的材料检测技术实践应用

吴林、莫鹤立

（1.黔东南州凯鑫交通工程试验检测有限责任公司，贵州凯里 556000；2.黔东南州交通建设发展中心，贵州 凯里 556000）

0 引言

设计制定建设标准对于科学管控公路工程质量和安全起到强制性作用，在保证现有技术与管理方案保护人员、项目安全的基础上，顾全建设者、使用者的利益。而实施材料检测工作是从前期准备阶段控制材料质量和性能的必要之举，将直接影响公路结构的安全性、抗压性、耐腐蚀性等性能。为此，通过研究材料检测技术的实践应用，即在精准收集数据的前提下，针对材料的基础性能予以测定，判定是否满足建设标准，以此保障公路工程的整体质量。

1 建设标准导向下公路工程中的材料检测技术应用的重要性

公路工程中，材料检测技术为施工方案的制定提供支持。通过测定基础材料的性能，能够确定同一批次材料的抗压强度、受压状态、凝结时间等与工程设计需要之间的适配度，从而依据检测结果编制施工方案[1]。与此同时，公路工程整体造价较高，应用材料检测技术能够明确不同建设目的、不同结构下各类材料的性价比，并清楚了解到不同材料的价格差异和适用范围，防止因混用材料造成资源浪费等现象，避免出现资金分配不科学的情况，保障建设资金的利用率。设置建设标准的最终目的是提升工程建设质量，获取更高社会、经济和环境利益。引入材料检测技术将促使相关人员重视检测工作，对管控材料质量起到正向作用；同时，倒逼检测行业技术升级，提高检测的自动化和智能化水平[2]。

2 建设标准导向下公路工程中的材料检测技术实践应用

2.1 水泥检测

水泥是公路工程中必需的材料之一，其由煤、铁矿石、黏土和石灰石等制成，经烧成和粉磨，制作成满足硬化和凝结要求的水泥浆。不同生产商所使用的原材料品种存在差异，不同材料的质量也有所不同，因此，需要检测水泥生料成分，判定是否与建设标准要求相符合[3]。

检测中，应用红外光谱检测技术，使用傅里叶近红外光谱仪，研究公路工程中所使用的水泥。选取15个样本，分成10 个校正集样本和5 个验证集样本，重复测量3 次，求出校正集样本和验证集样本中水泥成分含量的平均值，构建近红外光谱模型。预处理光谱模型，最终得出检测结果。

以某水泥供应商提供的水泥原料为检测对象，通过检测对比校正集样本和验证集样本的光谱图，生成样本划分表。具体如表1 所示。

表1 水泥检测样本划分表

经预处理后，建立成分预测模型，选定波段完成模型建构。根据残差的趋势变化图，递减残差，将与样本关联程度小的数据剔除，选定最优光谱数据变量。建立PLS 模型，选择检测样本的近红外光谱波段及其化验值，计算出预测均方根误差（RMSEP）、预测集模型决定系数（）、交叉验证均方根误差(RMSECV)和校正集模型决定系数（）。计算结果如表2 所示。

表2 水泥近红外光谱局部PLS 建模结果

根据结果可以看出，水泥检测样本所测定的三氧化二铁、氧化铝、氧化硅、氧化钙所对应的近红外光谱处于[4000,2000]cm-1的范围内，应用修正模型和建立近红外光谱模型的方法能够解决原材料产地不同问题[4]。同时，因建立近红外光谱模型方式整体优于修正模型方式，将此种波段挑选建构模型的思路应用于检测行业对管控水泥材料成分以及质量起到助力作用，值得逐步通过实践应用形成标准化检测方式。

2.2 沥青检测

沥青检测可借助采集并对比材料与标准库中的红外光谱图的方式，确定材料质量是否达标。以某公路工程为例，检测70#基质沥青的质量。

首先，建立标准红外光谱图。采取现场取样的方法，获取沥青检测样品后生成标准红外光谱图，便于后续实时分析进场基质沥青的质量。对比再现性和重复性测试红外光谱图，发现指纹区[1350,650]cm-1、特征区[4000,1350]cm-1和全谱[4000,650]cm-1波数范围内相关性系数全部超过99.00%，标准偏差不大于3.5%。计算多组谱图的测试平均值，形成红外光谱图，观察特征峰。经观察，链烃、对称变角、对称伸缩、烷烃的反对称伸缩、苯环骨架、芳香烃苯环的面外摇摆、芳香烃化合物的面内弯曲、芳香烃苯环的反对称伸缩的振动峰分别处于[1250,1150]cm-1、1380cm-1、1460cm-1、2923cm-1、1600cm-1、[900,650]cm-1、[1300,1000]cm-1、3030cm-1。开展噪声测定工作，选定测量范围，将红外光谱图的[2050,1950]cm-1区间作为测量范围，输出结果[5]。经测量，峰—峰的噪声和均方根噪声分别为0.00197、0.000393，均满足试验用红外光谱仪的测定标准要求，证明检测中所使用的检测器和光谱仪具备准确测定材料性能的能力，能够将所形成的70#基质沥青标准红外光谱图用于对比鉴定公路工程沥青质量的作业中。

其次，检测现场沥青质量。针对检测对象进行取样，借助红外光谱技术分析指纹区、特征区和全谱波数与标准谱图之间的匹配情况。当能够达成99.00%的匹配标准，即可判定该沥青原料的性能满足公路建设所需；若尚未达成99.00%的匹配标准，应当禁止该沥青原料入场，并向施工单位和业主传输检测结果，由二者针对检测性能具体指标判定如何处理。在该工程中，抽检对象的数量为430 车次，合格率达到98.22%，证明沥青质量达标[6]。

最后，复查不合格样品。针对检测中相关性系数低于99.00%的样本应进一步复查，分别取样，形成沥青红外光谱图，与标准图对比，确定样品不合规的具体原因。

除此以外，还需要在铺设前检测沥青混合料级配质量。获取试验沥青混合料铺设的原图像后，将其转变为二值图像，用黑白两色区分沥青砂浆和集料颗粒（见图1）。统计集料颗粒的三种平面性状，获得平面级配结果后，引入神经网络检测设计级配[7]。其中，输入层为不同粒径粗集料的平面级配，输出层为对应的设计级配。应用此种方法能够快速测定沥青混合料的级配情况，与设计数据对比后确定其是否能够直接应用于后续施工中，以保障施工质量。

图1 电子筛分后的集料截面图

2.3 钢筋检测

钢筋检测要从室内试验、拉伸试验和弯曲试验三个方面着手。

首先，钢筋室内试验需检测其表面破损程度、尺寸、横断面等。观察钢筋，查看是否存在机械损伤、裂纹和划痕，若存在以上问题，则应当直接将该钢筋淘汰。借助游标卡尺，测量钢筋的尺寸，得出直径具体数值。同时，要标记面积，将中间位置作为标定的位置。使用检测设备的过程中，要保证正确操作仪器设备。例如：使用钢筋连续式打点机，应当将纵肋与打点机头的针相互靠近，防止出现因拉升影响钢筋摩擦系数测定结果的情况，降低试验磨损。

其次，基于试验标准和有关要求，对同一批次的钢筋，采用抽样检测的方式，进行拉伸试验。应用弯曲矫直处理方法，控制试验机测力系统、室温、重量偏差。将室内温度控制在10～35℃之间，保证在此条件下，校准测力系统，使得整体测试环境满足钢筋材料拉伸试验的基本要求。依据试验标准，检查试验室内的钢筋样品，确定是否受到淬火、机械处理的影响，出现变形或者损伤。对于有明显外观性状问题的钢筋直接淘汰。在下一步分析中，利用游标卡尺测量钢筋尺寸，以公称直径替代横截面直径。得出测量结果后，与材料检测标准对比，判断是否存在偏差超出允许范围的情况。对于偏差超限的钢筋，认定为不合格产品。借助连续标点方式，标记公称直径合格的钢筋，标称标距的起点为钢筋中点。将钢筋夹在试验机上下钳口处，对其施加轴向拉力，避免弯曲程度过大影响观察结果。观察钢筋最大力总伸长率或断后伸长率，处理拉伸试验数据，得出抗拉强度、屈服强度等数据，以此判断钢筋质量和性能。对比钢筋试样与标准值在规格、抗拉强度、屈服强度和伸长率上的偏差，任一指标不满足标准值限定范围，均说明钢筋试样不合格。

最后，钢筋弯曲试验要开展反复弯曲和反向弯曲等多项试验。就不同型号的钢筋应用不同处理方法，例如，对于HRB400E 型钢筋采取反向弯曲检测方法；对于普通HRB400 型钢筋采取冷弯检测方法。不同弯曲试验的检测要点也有所区别，具体如下。

第一，冷弯试验：主要应用于普通钢筋样品检验中，在分析样品后，选定弯曲压头直径，调节锟距。借助两支点调整试样的中心线，使得压头中心线与焊缝中心线保持重合。压力施加点为支点中心，按照规定弯曲角度处理钢筋，分析检测数据，确定其是否合格。

第二，反向弯曲试验：反向弯曲要分别对钢筋试样采取正向弯曲90°、保温0.5h 和反向弯曲20°的操作，测量荷载状态下的弯曲角度。保温阶段，温度要保持在100℃[8]。

第三，反复弯曲试验：选定与钢筋检测样品匹配的弯曲圆弧半径，确定拨杆孔径以及与圆弧顶部之间的距离。完成以上操作后，保证弯曲臂始终垂直，将试样插入拨杆孔，夹紧下端。为避免冲击影响，应当维持圆柱轴线的两个平面互相垂直，控制弯曲速度处于1 次/s 的范围内。完成右侧弯曲90°的操作后，退回起点，而后进行二次弯曲。经过多次反复操作，确定钢筋试样初次断裂的弯曲次数，以此判定试样质量。

3 结语

综上所述，公路工程是关乎民生的基础性工程项目，其建设质量将直接影响日常出行和交通运输，因此，要始终契合建设标准进行质量管控。材料是公路项目质量的关键影响要素，需对其加强检测，以此保证进场材料均符合设计要求。要重点考量材料检测技术的科学性、先进性、便捷性和准确性。实际应用检测技术的过程中，检测人员要秉持质量标准原则和及时检验原则，并敢于尝试应用新技术，积极探究技术优化的方向，为公路建设标准的进一步完善奠定基础。