公路工程常用水泥材料的质量检测

引言：近年来，随着公路建设规模的扩大，水泥质量参差不齐的问题逐渐显现。据统计，我国每年因水泥质量问题导致的工程返工率高达 5%- 8% ，造成巨大的经济损失，建立科学、系统的水泥质量检测体系具有重要的现实意义。从公路工程实际需求出发，结合现行国家标准（如 GB 175- 2007《通用硅酸盐水泥》），重点探讨水泥材料的常规检测项目、检测方法及质量控制要点，为工程技术人员提供可操作的检测指导，并为行业标准的完善提供参考[1]。

一、 水泥质量检测方法

（一）强度检测体系

水泥强度作为核心质量指标，其检测需严格遵循 ISO 国际标准与 GB/T17671 规范。实验室检测包含两个关键阶段：（1）抗压强度测试：试件制备：采用标准胶砂（水泥：ISO 标准砂：水 =1：3：0.5 ），经行星式搅拌机混合后注入 40mm×40mm×160mm 三联钢模。振实工序采用频率 2800-3000次 / 分钟、振幅 0.75mm 的振实台完成 60 次双振。养护规程：脱模后试件置于 20±1 ℃恒温水槽养护 24 小时，随后转入温度 20±1^qC 、相对湿度⩾95% 的雾室养护至规定龄期。3 天强度反映早期性能，28 天强度表征最终强度值。测试设备：使用精度等级 1 级的微机控制压力试验机，加载速率 2400±200N/s_⨀ 。数据处理时取 6 个试件中 4 个相近值的算术平均值。（2）抗折强度测试：采用三点加载法同步检测，跨距 100mm ，加载速率50±10N/s 。抗折强度计算公式为 R=1.5FL/b³ ，其中 F 为断裂荷载，L 为支点间距，b 为试件宽度。质量控制要点： ① 振动时间误差 ⩽±5 秒 ② 养护湿度波动 ⩽±3% ③ 加载速率偏差 ⩽±5% ④ 试件对中偏差 ⩽0.5mm_⨀ 某检测机构统计显示，温湿度失控会使 28 天强度偏差达 15%-20%^[2] 。

（二） 凝结时间测定系统

采用标准稠度法进行精确测定：（1）标准稠度确定：使用维卡仪测定，当试杆沉入净浆距底板 6±1mm 时的水灰比即为标准稠度。普通硅酸盐水泥的典型需水量在 24%-28% 区间。（2）初凝判定标准：试模内净浆经30 分钟养护后，每隔 5 分钟测试维卡仪试针沉入值。当初凝试针距底板4±1mm 时，对应时间为初凝时间，工程规范要求 ⩾45 分钟。（3）终凝判定标准：更换终凝试针，当环形附件在试体表面产生 0.5mm 压痕时判定终凝，国标限定 ⩽10 小时。现场检测需注意： ① 环境温度每升高 5^∘C ，初凝时间缩短约 15% ②搅拌时间误差 ±10 秒将导致 2%-5% 的测试偏差 [3]。

（三）体积安定性检测

水泥体积安定性检测是控制硬化过程中异常膨胀的核心技术，主要针对游离氧化钙、方镁石及硫酸盐含量超标引发的体积不稳定问题。现行检测采用三级控制体系：（1）雷氏夹法（标准号 GB/T 1346）：试件制备阶段需精确控制： ① 水泥净浆标准稠度用水量偏差≤ ±1% ② 装模时间控制在4 分钟内完成 ③ 雷氏夹指针间距初始值 B 测定精度达 0.5mm 。沸煮过程执行双阶段控制：30 分钟内匀速升温至沸腾，维持 3 小时恒沸状态，期间水位始终淹没试件。判定标准：煮后指针间距增值 C 值 ⩽5.0mm 为合格。实验发现，当 C 值超过 3.5mm 时，混凝土构件开裂风险增加 80% 以上。操作要点包括： ① 煮沸箱升温速率（ 5±1 ） C/min ②冷却阶段禁止移动试件③ 测量使用分度值 0.02mm 的专用卡尺。（2）试饼法（替代性检测）：试饼成型工艺要求： ① 直径 70-80mm 同心圆模 ② 中心厚度 10±0.5mm ③ 边缘渐薄至 1mm 。养护阶段执行双温区控制：前 3 小时 20±2 ℃环境预养护，随后转入标准养护箱。煮沸后通过三向光源检测： ① 无贯穿性裂纹 ② 无网状微裂纹（宽度 >0.1mm ） ③ 边缘翘曲高度 ⩽2mm 。（3）压蒸法（方镁石专项检测）：针对氧化镁含量超标问题，采用高压蒸汽加速方镁石水化反应。试件成型规格 25mm×25mm×280mm ，经 24 小时标准养护后，置于 2.0MPa 饱和蒸汽压环境中持续压蒸 3 小时。质量判定标准：压蒸膨胀率 ⩽0.8% 。该检测对大型水工结构尤为关键，超标将导致混凝土服役 3-5年后发生结构性膨胀破坏[4]。

二 检测过程中的常见问题与改进措施

（一）常见质量问题分析

（1）取样代表性缺失

现行取样作业存在三大缺陷： ① 单点取样占比达 42% （据行业调查）② 袋装水泥仅抽取表层物料 ③ 散装水泥未执行分层取样。某检测机构对比试验显示，非规范取样组的强度离散系数高达 8.7% ，超出规范值（ ⩽5% ）75% 。

（2）设备精度失准

压力试验机常见三类误差： ① 轴向偏差 >0.5% （GB/T 17671 限定值② 加载速率波动 ±15% ③ 承压板平面度 >0.01mm_⨀ 。温控设备普遍存在：

① 养护箱温度梯度 >2°C/m³ ② 湿度传感器年漂移量 ⩾3% RH ③ 记录仪采

样间隔 >30 分钟。

（3）环境控制失效

养护环境主要问题表现为： ① 温度日波动 >±3°C （标准要求 ±1% ）② 相对湿度持续 <90%③C 浓度 >0.1% （加速碳化）。某高速公路实验室数据显示，温湿度超标组的 3 天强度发展系数降低至 0.82（正常值1.0±0.05 ）。

（二）系统化改进方案

（1）标准化取样体系构建

① 袋装水泥取样：执行 GB 12573-2022 标准，500t 为一批次，采用旋转分层取样器在 20 个分布点抽取总量 ⩾12kg 样品，经四分法缩分至检测用量。 ② 散装水泥取样：使用气动取样钻在储罐深度方向按 0m 、3m、6m分层取样，每层取 8 个对称点，取样总量 ⩾20kg_⨀ 。 ③ 样品处理：混合后立即装入防潮密封罐，标注 “混合样” 标识，2 小时内完成检测预处理。

（2）设备全周期管理

建立三级校准体系： ① 日检：压力机清零误差 <±0.1% FS ② 周检：加载速率偏差 <±1% ③ 月检：通过标准测力环进行系统校准。引入物联网技术：试验机配备实时监测模块，自动记录加载曲线并上传云端，当波形异常度 >5% 时触发停机指令。

（3）智能环境控制系统

① 养护设备升级：配置双压缩机制冷系统（控温精度 ±0.5% ）、超声波加湿器（湿度控制范围 95±2% RH）、 CO₂ 洗涤装置（浓度维持＜ 500ppm ）。 ② 环境监测网络：安装 8 通道温湿度记录仪（采样间隔 1 分钟）、热成像仪（监测温度分布均匀性）、自动补水装置（水位控制精度±1mm）。 ③ 应急处理机制：设置两级报警阈值（一级预警：温度偏差＞±0.8°C ；二级报警：偏差 >±1.5C ），配备备用电源保障系统持续运行72 小时。

结语：

水泥质量检测是公路工程质量管理的重要一环，本文分析了强度、凝结时间、安定性等关键指标的检测方法，随着智能检测技术（如 AI 图像识别裂纹、物联网远程监控养护环境）的普及，水泥质量检测将朝着高效化、数字化方向发展。建议行业进一步强化检测标准执行力度，推动检测数据与工程质量的协同管理。

参考文献：

[1] 张国玲 . 公路工程水泥混凝土原材料的试验检测及质量控制 [J]. 居舍 ，2021， （18）： 29-30+48.

[2] 杨迎春 . 公路工程水泥混凝土原材料的试验检测及质量控制 [J]. 工程技术研究 ， 2020， 5 （22）： 107-108.

[3] 王方芳 . 公路工程水泥混凝土原材料的试验检测及质量控制 [J]. 科技视界 ， 2019， （16）： 203-204.

[4] 余广雄 . 公路混凝土施工技术分析 [A] 2017 年 3 月建筑科技与管理学术交流会论文集 [C]. 《建筑科技与管理》组委会 ， 北京恒盛博雅国际文化交流中心 ， 2017： 2.