谈试验知识对施工操作及质量控制的启迪作用

雷志坚 周朝升

【摘要】客观地描述了建筑工程施工现埸组织管理内容及技术工作的性质特点。阐述了现埸施工技术人员具备相关试验知识的必要性。并结合水泥砼施工强度控制与道路施工压实度控制等实际问题，举例说明试验方面的知识，对于施工方法、工艺操作及质量控制的参考与指导作用。

【关键词】施工规范；试验规程；标准击实；密度标准；坍落度

前言

本文所说的“施工技术人员”， 并非按照习惯称呼所指的“施工单位的工程技术人员”， 而是指“施工第一线的工程技术人员”。 这里应该包括：一、各类建筑行业在施工现场组织管理机构中，所安排的项目经理（或领工员）和技术负责人（或技术员）。二、工程项目监理机构派出的现埸专业监理工程师、旁站监理员。因为本文重点讨论的是试验知识， 在施工方法及工程质量控制方面的实际运用问题。上述岗位的工程技术人员不仅是直接参建者，而且负有一定的责仼。

1施工技术人员必须具备一些相关的试验知识

施工现场组织管理要达到两个目的：一是提高工程进度，二是确保工程质量。严格地说，能否提高工程进度属于组织管理方面的问题，如何确保工程质量则属于技术性方面问题。注重工程进度而忽视工程质量，属于盲目施工，往往得不偿失， 实不可取。因此，确保工程质量是每个施工技术人员的主要职责，是一切工作中最重要的、也是最实质性的一项工作。

在一般建筑工程施工过程中，主要是运用试验、测量、施工技术等几方面的专业知识。其中，试验工作主要是为了控制建筑材料的质量，测量工作主要是控制构造物的几何形状。在试验与测量成果的基础上，采取科学合理的施工方法，通过各方配合规范操作，使结构物（层）达到“内实外美”的效果。也就是说，在能够确保建筑材料质量并准确地控制外观形状的前提下， 所采取的施工方法是否正确以及具体操作的规范程度， 是决定结构物（层）质量的主要因素。

自从改革开放以来，随着各类工程建设项目规模的扩大与参建技术工作人员的增多，技术业务工作分类与分工越来越明确。由于工程技术人员长期地各司其职，便出现了这样的趋向，即：对单项业务工作“专而不博”者越来越多，但“专” 得缺乏基础；在管理岗位上对专业知识“博而不专” 者越来越多，却“博” 得沒有深度。例如，试验者不懂测量或测量者不懂试验、现埸管理者不懂试验测量或试验测量者不懂施工技术的现象越来越严重，几乎到了“隔行如隔山”的地步。而能真正达到“既博又专”的复合型人才，在全国各建筑行业的施工技术人员中，毕竟是极其罕见的。出现这种情况，在施工现埸组织管理工作方面，就存在一个相互之间协调沟通配合的问题。如果这项工作做得不好或做得不到位，施工现埸便很容易出现混乱状态，甚至可能导致工程质量亊故。因此， 作为一个比较成熟的施工技术人員，不但应该具备一定的组织管理能力， 熟悉施工方法及工艺操作，还应同时学习掌握一些测量与试验方面的基本知识。特别是必须具备一些相关的试验方面的知识，将试验规程试与施工规范等教材相互参照学习领悟，才能更加深刻地了解建筑材料的技术特性与工程特性，淸楚施工方法及操作工艺的科学性与可行性，提高撑控工程质量的专业理论水平。

在此举几个简单的例子，试图说明试验方面的知识，对于施工方法及具体操作的参考与指导作用这个问题。

2. 水泥砼强度控制问题

2.1塑性水泥砼配合比设计步骤

水泥砼主要由水泥、砂、石子、水四种材料组成，有时根据某些特殊情况掺入极少量的外加剂。水泥砼配合比设计有几种计算方法，试验人员大多习惯采用假定容重法，也有人采用绝对体积法。现在以假定容重法计算为例，一般计算步骤如下：

一、根据设计要求的水泥砼强度、强度保证率系数、水泥强度等级值的富余系数、强度校正系数等，确定水泥砼配制强度（Mpa）；

二、计算水灰比；

三、根据施工所要求的坍落度和骨料最大粒径，査表确定每立米拌和物的用水量（kg）；

四、根据己知的水灰比，计算每立米拌和物的水泥用量（kg）；

五、根据施工所要求的坍落度和骨料最大粒径，査表确定每立米拌和物的含砂率（%）；

六、根据不同强度等级每立米拌和物的假定重量（一般取值为2350～2450kg），分别减去水、水泥、砂的重量，即为石子重量（kg）；

七、按照施工规范要求和厂家提供的使用说明书，确定每立米水泥砼拌和物掺加剂的用量（kg）；

八、根据所釆用掺加剂（如减水剂）的性能以及从便于具体操作等因素考虑，对各种材料用量作适当调整；

九、分别计算出以水泥用量为“1”的其它材料的用量比例。

2.2水泥砼配制强度计算公式

一般强度等级砼拌和物的水灰比计算公式：

C / W =A·Fce/Fcu，o+A·B·Fce

由上式推导为下列水泥砼配制强度计算公式

Fcu，o =A·C· Fce/ W -A·B·Fce

式中： Fcu，o—水泥砼配制强度（Mpa）

C—每立米拌和物用水量（kg）

W—每立米拌和物水泥用量（kg）

Fce—水泥实际强度（Mpa）

A、 B—釆用碎石或卵石的回归系数

2.3水泥砼拌和物的试验检测方法

为验证水泥砼配合比的可行性，需要对拌和物进行坍落度检测和抗压强度试验。

2.3.1坍落度检测方法

一般水泥砼拌和物的骨料最大粒径小于50mm、坍落度不大于7mm时， 采用底径为200mm、顶径为100mm、高度为300mm的标准筒。试验规程要求将拌和物分三次装入筒内， 每层稍高于筒高的三分之一。每层捣25次， 沿螺旋线由边缘向中心插捣。从开姶装料到提筒在5～10s时间内完成。

2.3.2水泥砼抗压强度试件制作方法

试件尺寸（mm） 分层数 插捣次数

150×150×150 2层 25次

200×200×200 2层 50次

捣固方式可参考坍落度检测。

2.4影响水泥砼强度的主要因素

除了各种材料质量与配合比外，其它影响水泥砼强度的因素还很多。有些因素是比较明显的，比如拌和质量、振捣方法、施工温度、工后养护等。有些因素是隐性的，比如同一组试件，抗压强度各不相同，有时甚至差异悬殊。对于这种现象，即使经验丰富的试验人员也很难作出令人信服的解释。通过上述水泥砼配合比计算方式、强度计算方式和拌合物的试验检测方法等，可以从中领悟到水泥砼施工过程中加强质量控制方面的很多信息。在此仅围绕本文中心议题，提出以下几个观点：

2.4.1在原材料质量合格的前提下，在配合比设计的过程中，考虑影响水泥砼强度的主要因素是水泥强度、水灰比及石子的比表面积。

2.4.2釆用同样水灰比的水泥浆，其用量的增减与拌和物的坍落度有关，而与砼抗压强度无关。

2.4.3水泥砼试件制作，特别强调振捣方法与“夯击功”。至少说明两点：一是捣固方法对于水泥砼强度的形成，是一个至关重要的因素；二是只有按照试验规程要求的“夯击功” 标准对拌合物进行捣固，所制作试件得到的抗压强度，才是真正理论意义上的抗压强度。

2.5 水泥砼施工参考实例及注意事项

例l：上世纪九十年代，内蒙古乌兰察布西部地区修建一条三级公路，其中有一座多孔13米跨径的简支梁（板）中桥。预制板在长途拉运过程中，有5块盖板因山路崎岖颠簸而断裂。为了节省工期，决定将此5块板废弃进行现埸浇筑。浇筑砼过程中，振捣设备突然发生故障。通知修理工赶到施工现场排除故障，需要一定的时间。当时使用的是滚筒式搅拌机，施工进度缓慢。先前入模的拌和物己逐渐凝固，后入模的拌和物尚未进行振捣。如果间歇时间过长，盖板的整体质量与受力状况必定会受到严重影响，甚至需要返工。领工员急忙带领大家进行人工振捣，但3～5cm坍落度的拌和物， 在密集的钢筋骨架里，根本无济于亊。施工技术员提议，按拌和物的水灰比调制一些水泥浆，洒在拌和物上面。以此增加拌和物的和易性，便于人工振捣。并尽量延长拌合物凝固时间， 等待恢复施工。现此处现浇盖板处通车近二十年，仍安然无恙。

例2：很多工程项目在水泥砼施工时，常常安排民工制作抗压试件。可是，普通民工不清楚水泥砼的特性，不了解试件制作方法。常有使用离析的拌和物制作试件、随意性地捣固、不适时养护等现象。有时唯恐试件强度不合格，还自作聪明地往拌合物中掺些水泥。使得拌和质量比较稳定的商品砼，也经常出现试件的抗压强度忽高忽低的现象。这样制作的试件，不具备真实性和代表性，也违背了试验工作的本意。倘若因为试件強度问题而导致水泥砼工程返工，只能归咎于工作人员不负责仼或专业水平太低。

例3：有些水泥砼结构物的几何尺寸出现问题。比如走模变形，主要是施工技术人员缺乏水泥砼的浇注方式及机械振捣过程中，对不同结构形状及部位的模板所产生的冲击力方面的理论知识，没有采取有效的预防措施。至于外观方面的问题，则多数是由于漏振、少振或过振等不规范操作造成的。

3.道路施工的压实度控制问题

3.1标准击实试验与密度标准

3.1.1很多工程建设项目的设计文件中，明确要求采用重型击实标准。重型击实试验按照筑路材料中最大粒径的差别，规定了两种试验方法。长期以来，人们普遍采用内径15.2cm、高17cm的试筒； 分3层装料、毎层落锤98击的“Ⅱ—2” 类试验方法。

3.1.2击实试验方法：即将同一批具有代表性的土、砂砾、稳定土等筑路材料，分成5份以上不同含水量的试验样品。在规定的夯击功作用下，得到各个样品的干密度与其对应的含水量数据。以干密度为纵坐标，含水量为横坐标绘制关系曲线。其驼峰线的最高点，即为最大干密度值及对应的最佳含水量。

3.1.3最大干密度是施工压实密度的参照标准。施工中检测的干密度与标准密度的比值，即为压实密度。

3.1.4因为采用砂砾类筑路材料击实试验的样品，往往与施工路段中各检测点的用料存在很大的差别，不能准确地反映施工现场实际压实情况。因此，大約从本世纪初起，改用“含石量—干密度工作曲线” 计算压实密度。即将10%的含石量作为一个试样级别，分别做击实试验求得最大干密度。施工现场检测压实密度，按照检测点的实际含石量，以上一级别含石量的最大干密度作为密度标准。

3.2影响压实密度的主要因素

影响压实密度的因素很多。通过分析标准击实试验与确定密度标准的方法，对道路施工中的压实密度控制问题，有几点重要的启示：

3.2.1试样的代表性问题。用于击实试验的样品，决定了试验结果。所确定的密度标准，直接影响到推算压实密度的准确性。

3.2.2 类似土、砂砾、稳定土等筑路材料中的含水量，是决定碾压效果的最关键的因素。

3.2.3 确保压实机械吨位与碾压遍数，是提高压实密度的主要措施。

3.2.4如果筑路材料中的砾石含量较高，采用“含石量—干密度工作曲线” 扩大密度标准范围， 能提高压实密度检测的准确性。

3.3道路施工参考实例及注意事项

例1：关于筑路材料的含水量问题。上世纪九十年代，内蒙古乌兰察布西部地区修建一条三级公路，沿线严重干旱缺水。当时还没有实行施工管理岗位与工程监理岗位资格审核制度，施工技术力量比较薄弱。施工单位为保证工程进度，无论土方或砂砾中天然含水量多少，照样拉料滩铺碾压向前推进。某施工技术员发觉这样盲目施工存在的工程质量隐患，在一次会议上提出筑路材料中的含水量问题。并以路面天然级配砂砾底基层为例，计算用水量方法为：毎工作面长度（m）×底基层设计宽度（m）×底基层设计厚度（m）×最大干密度（g/cm3）=毎工作面长度天然砂砾总重量（t）；天然砂砾总重量（t）×（最佳含水量%-天然含水量%）÷每辆洒水车运水量（t）=毎工作面长度洒水车工作量（车次）。其中，最大干密度和最佳含水量便是经过试验得出的数据。因为项目经理缺乏施工经验，更沒有试验方面的知识。当施工技朮员将用水量计算方法及计算结果公布之后，项目经理和一些领工员似乎感到不可思议，发出一阵嘲笑。施工技朮员的提议非但没有引起重视，反落得自讨沒趣。当时，所谓工程监理只是建设单位临时抽调的几个内部职工，基本上无所作为。此后，施工一如既往地进行。工程竣工之后，经过几度春融雪化和交通行车，路面便出现大面积翻浆，路基高填方地段出现局部塌陷和纵向裂缝。笔者以为，导致这个工程质量事故的原因很多，但是筑路材料中含水量过少，达不到规范与设计要求的压实密度，整体稳定性差，则是其中最主要的原因。

例2：关于密度标准问题。①、2002年，呯和浩特市武川县某三级公路改迠。工程项目部工地实验室曾向监理申报，路面天然级配砂砾底基层密度标准为1.86g/cm3；②、2007年，呼和浩特市土左旗某三级公路改迠，经驻地监理试验室复核，确定路面天然级配砂砾底基层密度标准为2.39g/cm3 。③、2011年，呼和浩特市～武川县修建一级公路。天然级配砂砾为筑路材料时，釆用“含石量—干密度工作曲线” 测算压实密度。试验结果显示如下表：

砾石含量（%） 20 30 40 50 60

最大干密度（g/cm3） 2.20 2.24 2.25 2.26 2.29

含水率（%） 5.6 5.0 5.3 5.5 5.0

將上述试验结果相互参照印证，便可得出下列结论：

一、两个三级公路改建工程试验室提出的天然级配砂砾最大干密度都“不靠谱”， 不能作为施工密度标准。

二、或许提出1.86g/cm3 和2.39g/cm3 两个数据，都是经过实际试验的结果。但是，若不是试样不具备代表性，便是料场的天然砂砾颗粒级配不符合设计要求。

三、这两个试验室负责人对密度标准在道路施工质量控制中的严肃性认识不足，缺乏统筹考虑和处理具体技术问题的专业水平。

4. 结语

随着建筑业的飞速发展，工程试验仪器设备及检测方法也在不断地更新。比如厂内水泥砼试件制作，已由人工捣固改为机械振动；标准击实试验已由人工锤击改为电动锤击等。但是“万变不离其宗”，确定试验方法的基本原理是不会轻易改变的。提高施工技术人员业务素质有多种途径、多种方式。但是，学习掌握一些试验方面的知识，不但可以充实完善实用性专业知识结构，对于提高施工操作技术及工程质量控制方面的理论水平，也不失为一条行之有效的捷径。

作者简介：

雷志坚（1965.2—）男，高级工程师，注册监理工程师。1990年于西安公路学院桥梁工程专业本科毕业。长期从亊公路工程施工管理和监理工作。2001年起担任呼和浩特市公路工程监理所所长。曾发表“试论工程施工技术人才问题”、“ 建筑工程实行首件制管理模式概述” 等多篇专业论文。

周朝升（1953.7—）男，江苏省丹阳市豆庄镇人。工程师职称，交通部道路桥梁专业监理工程师资格。退休后供职江苏东方建设项目管理咨询有限公司。陆续在《中国科技博览》、《中国科技投资》等近10家刊物发表了二十余篇专业论文。