建筑材料试验指导书.docx
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建筑材料试验指导书
《土木工程材料》
实验指导书
铜陵学院土木建筑系实验中心
王明芳编
2012-9-12
实验一材料的基本性质试验...…...………...…..…………3
实验二水泥胶砂试样制作………….……………….…………6
实验三水泥胶砂强度测定………...……………………..……8
实验四混凝土和易性测定及立方体试块制作……..…………9
实验五混凝土立方体抗压强度试验……………………………14
实验六低碳钢拉伸试验…………...…………..………………16
试验一材料基本物理性质实验
一、实验意义和目的
在土木工程各类建筑物中，材料要受到各种物理、化学、力学因素单独及综合作用。
因此，对土木工程材料性质的要求是严格和多方面的。
材料基本性质的实验项目较多，如密度，表观密度，堆积密度，空隙率，孔隙率和吸水率等，对于各种不同材料及不同用途，测试项目及测试方法视具体要求而有一定差别。
本实验以砂为例，通过材料表观密度和堆积密度的测试，计算出材料的空隙率，了解材料的构造特征，使学生掌握材料的基本物理性质及其测试原理和方法。
二、实验装置和仪器
李氏比重瓶、烘箱、干燥器、天平、恒温水槽、容量桶（d=112mm,h=179.4mm,v=1767ml）漏斗、直尺、游标卡尺、浅盘等。
三、实验方法和步骤
（一）砂的表观密度试验（根据JGJ52-2006）
1、将砂试样缩分至不少于120g，在100±5℃的温度烘干至恒重。
烘干后的粉料储放在干燥器中冷却至室温，以待取用。
2、在李氏瓶中注入冷开水（水温控制在15-25℃）至突颈下部的零刻度线以上，擦干瓶颈内部附着水。
记下李氏瓶第一次读数V1。
3、取50g左右试样。
用感量为0.01g的天平（下同）准确称取瓷皿和试样总质量m1。
用牛角匙小心将试样通过漏斗渐渐送人李氏瓶内（不能大量倾倒，因为这样会妨碍李氏瓶中的空气排出，或在咽喉部分形成气泡，妨碍粉末的继续下落），注意勿使砂粘附于液面以上的瓶颈内壁上。
摇动李氏瓶，排出其中空气，至液体不再发生气泡为止。
静置24小时，记下李氏瓶第二次读数V2。
4、准确称取瓷皿加剩下的试样总质量m2。
5、砂试样表观密度（简易法）按下式计算（精确至0.01g/cm3）：
—〆t（g/cm3）
式中：
ρ—砂表观密度，g/cm3；
m1—实验前试样加瓷皿总质量，g；
m2—实验后剩余试样加瓷皿总质量，g；
V1—李氏瓶第一次读数，mL（cm3）；
V2—李氏瓶第二次读数，mL（cm3）。
〆t—水温对砂的表观密度影响的修正系数
水温（℃）
15
16
17
18
19
20
〆t
0.002
0.003
0.003
0.004
0.004
0.005
水温（℃）
21
22
23
24
25
——
〆t
0.005
0.006
0.006
0.007
0.008
——
6、以两次实验结果的算术平均值作为测定值，如两次实验结果相差大于0.02g/cm3时，应重新取样进行实验。
（二）堆积密度ρL
1. 先用公称直径5.00mm的筛子过筛，然后取经缩分后的样品不少于3L，装入浅盘，在温度为100±5℃的烘箱中烘干至恒重。
烘干后的粉料储放在干燥器中冷却至室温，以待取用。
2、取试样一份，用漏斗或铝制勺，将它徐徐装入容量桶（漏斗出料口或料勺距容量筒桶口不应超过50mm）直至试样装满并超出容量桶桶口。
然后用直尺将多余的试样沿桶口中心线向相反方向刮平，称其质量（m2）。
3、按下式计算出堆积密度
式中 ρL—砂堆积密度，g/cm3；
m1—容量桶的质量，g；
m2—容量筒和砂总质量，g；
V—容量桶容积，mL（cm3）；
实验用两个试样平行进行，以其计算结果的算术平均值作为最后结果。
（三）空隙率的计算，精确到1%
按下式计算空隙率νL
νL—空隙率；
ρL—砂堆积密度，g/cm3；
ρ—砂表观密度，g/cm3；
四、实验结果记录
1、材料的表观密度测试
试样名称：
试验日期：
气温/室温：
湿度：
次数
试样与容器质量
/g
容器质量
/g
装入试样的质量
/g
液面读数/cm3
装入试样体积
/cm3
密度
/（g/cm3）
密度平均值
/（g/cm3）
装试样前
装试样后
1
2
结论：
该材料的表观密度为：
2、砂堆积密度测试
次数
试样与容器质量
/g
容器质量
/g
装入试样的质量
/g
容量桶容积
/cm3
密度
/（g/cm3）
密度平均值
/（g/cm3）
1
2
3、空隙率
试验二水泥胶砂试样制作
一、试验目的：
通过本试验可检验水泥的使用标号。
适用于硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥、石灰石硅酸盐水泥的抗折与
抗压强度的检验。
二、主要仪器设备：
行星式胶砂搅拌机、胶砂振实台、胶砂试模、刮平直尺等。
三、试验步骤：
1.实验前将试模擦净，模板与底座的接触面上涂黄油，紧密装置，防止漏浆。
内壁均匀刷一层机油。
搅拌锅、叶片、下料漏斗等用湿布擦干净。
2.胶砂配合比。
水泥：
中国ISO标准砂=1：
3，水灰比=0.5，一锅成型三条试件的材料用量：
水泥——450±2g；中国标准砂——1350±5g；拌和水——225±1L。
3.按规定程序搅拌。
4.试件成型
①胶砂制备后立即成型。
把空试模和模套固定在振实台上，用勺子将胶砂分两层装入试模。
装第一层时，每个槽内约放300克胶砂，用大播料器垂直加在模套顶部，沿每个槽来回一次将料层播平，接着振实60次；再装入第二层胶砂，用小播料器播平。
再振实60次。
②振实完毕后，移走模套，取下试模，刮平尺刮平。
③在试模上做好标记。
5.试件养护
标准养护箱内的温度为20℃±1℃,相对湿度≥90%
四、试验记录
所选水泥样品产地、厂名:
水泥品种：
出厂标号：
（1）试件成型日期 年 月 日
成型三条试件所需材料用量
水 泥（g）
标准砂（g）
水（cm3）
试验三水泥胶砂强度测定
一、试验目的：
通过本试验可检验水泥的使用标号。
适用于硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥、石灰石硅酸盐水泥的抗折与
抗压强度的检验。
二、主要仪器设备：
水泥胶砂抗折抗压试验机及附件等
三、实验步骤：
将做好的试模放入标养箱中养护24小时后脱模，注意脱模避免破坏试件，然后立即将试件放入水中继续标养直至试验为止。
1.强度实验步骤及成果处理
（1）抗折强度实验：
①将抗折实验机夹具的圆柱表面清理干净，并调整杠杆处于平衡状态。
②用湿布擦去试件表面的水分和砂粒，将试件放入夹具内，使试件成型时的侧面与夹具的圆柱接触。
调整夹具，使杠杆在试件折断时的位置尽量接近平衡位置。
③以50±10N/s的速度进行加荷，直到试件被折断。
记录破坏荷载P（N）或抗折强度f折（Mpa）.
④保持断块处于潮湿状态直至抗压实验开始。
⑤按下式计算每条试件的抗折强度（精确到0.1Mpa）
⑥每组试件的抗折强度，以三条棱柱体试件抗折强度测定值的算术平均值作为实验结果。
当三个测定值中仅有一个超出平均值的±10%时，应剔除这个结果，以其余两个测定值的平均值作为实验结果；如果有两个测定值超出平均值的±10%时，该组结果作废。
（2）抗压强度实验：
①将抗折实验的6个断块，立即在断块的侧面上进行抗压强度实验。
抗压实验须用抗压夹具，使试件受压面积为40×40mm。
实验前，应将试件受压面与抗压夹具清理干警、试件的底面紧靠夹具上的定位销，断块露出压板外的部分应不少于10mm。
②在整个加荷过程中，夹具应位于压力机承压板中心，以2400±200N/s的速度加载直到破坏，记录破坏荷载P（KN）.
③按下式计算每块试件的抗压强度（精确到0.1MPa）
④每组试件的抗压强度，以6个抗压强度测定值的算术平均值作为实验结果。
如果6个测值中有1个超出平均值的±10%时，应剔除这个结果，以剩剩下的5个测值的平均值作为结果。
如果5个测值中再有超过他们的平均值±10%的，该组结果作废。
四、试验记录格式：
（1）测试日期 年月日；龄期：
天
（2）抗折强度测定
加荷速度：
N/s
编号
试件尺寸（mm）
破坏荷载P（N）
抗折强度f（MPa）
抗折强度平均值（MPa）
宽b
高h
跨距L
（3）抗压强度测定
加荷速度：
N/s
编号
受压面积F
破坏荷载P
抗压强度
抗压强度平均值（
（mm2）
（N）
f（MPa）
MPa）
确定水泥强度等级（只按试验一个龄期的强度评定）
根据国家标准GB/T17671-1999
该水泥强度等级为
试验四-五混凝土实验（综合性实验）
《土木工程材料》是一门实验性很强的专业基础课，针对课程内容多，学时少的实际情况，我们将多个实验设计为一个综合性实验——混凝土配合比实验，从而将零散的知识用这个综合性实验贯穿起来，提高学生综合运用知识的能力。
混凝土配合比实验是一个高度综合的实验，是对土木工程材料知识的综合检验和运用，通过该实验可以检查学生对土木工程材料知识的掌握程度。
同时混凝土配合比实验是一个设计性实验，要求学生根据工程实际设计要求确定原材料的品种及规格、初步配合比和实验检验项目。
锻炼学生选材和用材的能力、锻炼学生独立工作的能力。
一、目的和要求
1、通过这个实验了解混凝土配合比设计的过程和方法，提高知识的综合运用能力；
2、熟悉水泥和砂石料的质量要求及各项质量指标的实验检测方法；
3、了解各项质量指标在混凝土配合比设计中的作用；
4、熟悉混凝土初步配合比的计算步骤及方法；
5、熟悉混凝土拌和物和易性的检测方法及影响混凝土拌和物和易性的因素，能够根据实验结果分析原因并提出措施，通过试拌调整确定混凝土基准配合比；
6、熟悉混凝土强度实验方法，掌握影响混凝土强度的因素，并能通过强度实验确定混凝土实验室配合比；对不能满足强度要求的配合比，分析原因，提出改进措施。
7、能够根据现场砂石含水情况确定施工配合比。
二、实验的组织和安排
整个混凝土配合比实验延续时间较长，必须分段进行、合理安排。
首先进行水泥实验，然后分别测定3d和28d水泥胶砂强度；水泥强度实验结果出来后，结合实验二中实验得到的砂石的实验结果计算初步配合比，并进行混凝土和易性实验，确定基准配合比，并制作混凝土强度试件；28d后进行混凝土强度实验，确定实验室配合比。
在整个实验过程中培养学生的时间观念。
为了保证实验的顺利进行和学生动手操作，实验分组进行。
每组4~6人。
三、基本原理及步骤
混凝土配合比设计是根据实测的原材料的物理、力学指标，通过计算和实验确定各组成材料的比例，从而使配制出的混凝土满足工程设计和施工要求。
因为影响混凝土性质的因素很多，目前还没有建立起各影响因素与混凝土和易性和强度、耐久性之间的严格的数学力学表达式，因此混凝土配合比设计往往是首先通过经验数据和经验公式初步估计一个配合比，然后通过实验检验和调整配合比，使最终确定的配合比满足工程要求。
原材料不同，配合比不同，因此每个配合比都必须经过实验验证，每次配合比设计都必须经过实验，不能照搬别人的配合比。
混凝土配合比设计的基本要求：
①满足施工和易性要求，便于施工操作；②满足强度要求，安全承受设计荷载；③满足耐久性要求；④节约水泥，降低成本。
混凝土配合比设计的基本步骤：
①原材料实验：
检验原材料是否合格，确定原材料的物理力学参数，为混凝土配合设计和实验提供原始数据；②初步配合比计算：
根据经验数据和经验公式，计算初步配合比。
这样可以减少实验次数和实验的盲目性。
③试配调整，确定基准配合比。
按初步配合比称量配料，按规定方法拌制混凝土，实测其流动性并观察其粘聚性和保水性。
根据实测结果，分析原因、调整配比，直到满足和易性要求为止，确定满足和易性要求配合比——基准配合比。
④在基准配合比的基础上，制作混凝土标准试件，标准养护28天后，按标准方法检测其强度，根据强度检测结果确定满足强度和耐久性要求的配合比
——实验室配合比。
⑤在实验室配合比的基础上，根据现场砂石实际含水情况，调整材料用量，在满足水泥用量和水灰比不变的前提条件下，确定施工配合比。
四、混凝土和易性测定及立方体试块制作
设计内容：
工程条件：
某工程的预制钢筋混凝土梁，混凝土设计强度等级为C25.施工要求坍落度为30-50mm（机械搅拌，机械振捣）。
该施工单位无历史统计资料。
材料：
复合水泥32.5，实测强度35MPa,表观密度3.1，细沙：
表观密度2.6，碎石，表观密度2.7，最大粒径40，自来水。
设计要求：
设计该混凝土的施工配合比。
混凝土拌合物的性能直接关系到施工工艺的选择及混凝土的施工质量，对硬化后混凝土的物理力学性能也有重大影响。
1、混凝土拌合物的拌制
一般规定：
①在混凝土实验室内拌和混凝土时，室温应保持在20±5℃，所拌制的混合物应避免阳光直射。
②拌合物所用的各种材料的温度应与室温相同。
③拌和混凝土用的各种工具应保持洁净和湿润。
④材料用量以质量计，称量精度满足要求。
⑤砂石骨料用量以饱和面干状态或干燥状态为基准。
搅拌机搅拌：
按规定称好原材料，往搅拌机内顺序加入粗集料、细集料、水泥。
开动搅拌机，将材料拌合均匀，在拌合过程中徐徐加水，全部加料时间不宜超过2mim。
水全部加入后，继续拌合约2min,而后将此拌合物倾出在铁板上，再经人工翻拌1min-2min,务必使拌合物均匀一致。
从试样制备完毕到开始做各项性能试验不宜超过5min。
2、拌合物和易性实验
通过坍落度实验确定拌合物流动性，并在实验中观察判定粘聚性和保水性的好坏。
主要仪器设备：
坍落度筒、捣棒
实验步骤：
①湿润坍落度筒的内壁和拌和钢板，将筒放在钢板上，用双脚踏紧踏板。
②将拌和好的混凝土分三层装如筒内，每层大致为筒高1/3。
③每层均匀插捣25次，底层插到底，上层插入下层10-20mm。
④表面摸平，清除周围混凝土。
⑤在5-10s内提起坍落度筒，且从装料到提起坍落度筒的整个操作过程应在150s内完成。
⑥将坍落度筒放于试样旁边，量出筒高与试样最高点之差，即为坍落度。
量测精确到1mm，结果表达精确到5mm。
⑦提起坍落度筒后，如果出现崩坍或一边剪切，应重做实验；如果再次出现上述现象，则表示混凝土粘聚性不好。
⑧实验的同时观察保水性，分多量，少量，无，三级评定。
3、混凝土立方体抗压试件的制作
实验前试模内壁涂一薄层矿物油，缝隙用黄油密封，将拌合物一次装满试模并稍有富余，开动振动台至混凝土表面出现乳状水泥浆时为止，振动过程中随时添加混凝土使试模常满，记录振动时间，一般不超过90s,振动结束后，用金属直尺沿试模边缘刮去多余混凝土，用镘刀将表面初次抹平，待试件收浆后，再次用镘刀将试件仔细抹平，试件抹面与试模边缘的高低差不得超过0.5mm。
试件成型后，在室温20℃±5℃，相对湿度大于50%的环境下，静放一到二昼夜，然后拆模，第一次外观检查、编号，对有缺陷的试件应除去，或加工补平。
将完好的试件放入标养室养护，标养室温度20℃±2℃，相对湿度大于95%以上。
五、试验结果记录
水灰比：
坍落度：
mm
配合比
拌和 升混凝土的材料用量（kg）
坍落度（mm）
观察拌合物的下述性质
水泥
砂
石
水
粘聚性
保水性
初步配合比
第一次调整增加量
第二次调整增加量
合 计
混凝土拌合物调整后配合比：
水泥：
砂：
石：
水=
混凝土拌合物调整后每1m3各项材料用量（取整数）
水泥：
kg； 砂：
kg；
石：
kg； 水：
kg。
试验五混凝土立方体抗压强度测试
一、试验目的：
混凝土立方体抗压强度实验的目的是检验混凝土的抗压强度是否满足设计要求。
我国采用150mm立方体试件为标准立方体试件。
二、主要仪器设备：
压力实验机、钢制垫板、立方体试模等。
三、试验步骤：
1.按规定方法制作并养护混凝土时间。
2.达到实验龄期时，从养护室取出时间，并尽快实验。
实验前需用湿布覆盖时间，防止试件内的温度、湿度发生显著变化。
3.实验前，将试件擦拭干净，检查外观，测量尺寸，并据此计算受压面积。
当时测尺寸与公称尺寸之差不超过1mm时，可按公称尺寸计算受压面积。
试件承压面的平整度要求与试模的要求相同。
当试件有严重缺陷时，应废弃。
4.将试件放在实验机下的压板的正中央，上下压板与试件间宜加垫板，加压方向与试件成型时的捣实方向垂直。
5.加荷应均匀连续进行，加荷速度：
混凝土强度等级低于C30时，按0.3~0.5MPa/s加荷；高于或等于C30时，按0.5~0.8MPa/s加荷。
当试件接近破坏时，应减缓油门，直至试件破坏。
记录破坏荷载P（N）。
6.按下式计算抗压强度：
7.以3个时检测值的算术平均值作为该组试件的实验结果。
3个测值的最大值、最小值中，若有1个测值与中间值之差超过中间值的15%，则取中间值作为实验结果。
若两个测值都超过中间值的15%，则此组试件作废。
四、试验记录式样：
试件养护条件 温度：
℃：
相对湿度：
%；龄期：
d
编号
试件尺寸
（mm）
受压面积
F
（mm2）
破坏荷重
P
（N）
抗压强度（Mpa）
换算成28d
龄期强度
（Mpa）
试件尺寸换算后强度
（Mpa）
a
b
测定值
平均值
结论：
根据GB50107-2010《混凝土强度检验评定标准》，
该混凝土强度等级为
试验六低碳钢拉伸试验
一、试验目的：
建筑钢材是指钢筋混凝土结构的钢筋、钢丝和用于钢结构的各种型钢，以及用于维护结构的装修工程的各种深加工钢板和复合板等。
由于建筑钢材主要用作结构材料，钢材的性能往往对结构的安全起着决定性的作用，因此，我们应对各种钢材的性能有充分的了解，以便在设计和施工中合理地选择和使用。
本实验的目的，是为了加深对钢筋受拉的应力－应变特性的认识；加深对屈服强度、抗拉强度和伸长率的认识；确定实验钢筋的钢号。
二、主要仪器设备：
万能实验机、游标卡尺等
三、试验步骤：
1.试件制作和准备
抗拉实验用钢筋试件不得进行车削加工，可以用两个或一系列等分小冲点或细划线标出原始标距（标记不应影响试样断裂），测量标距长度Lo（精确至0.lmm），如图2所示。
计算钢筋强度用横截面积采用表1所列公称横截面积。
表1.钢筋的公称横截面积
公称直径（mm）
公称横截面面积〈mm2）
公称直径（mm）
公称横截面面积（mm2）
8
50.27
22
380.1
10
78.54
25
490.9
12
113.1
28
615.8
14
153.9
32
804.2
16
201.1
36
1018
18
254.5
40
1257
20
314.2
50
1964
图2钢筋拉伸试件
a－试样原始直径；Lo－标距长度；h－夹头长度；Lc－试样平行长度[不小于Lo+a]
2.屈服点σs和抗拉强度σb测定
（1）调整实验机测力度盘的指针，使其对准零点，并拨动副指针，使之与主指针重叠。
（2）将试件固定在实验机夹头内，开动实验机进行拉伸。
测屈服点时，屈服前的应力增加速率按表2规定，并保持实验机控制器固定于这一速率位置上，直至该性能测出为止。
屈服后或只需测定抗拉强度时，实验机活动夹头在荷载下的移动速度为不大于0.5Lc/min。
表2.屈服前的加荷速率
金属材料的弹性模量（N/mm2）
应力速率（N/mm2·s-1）
最小
最大
＜150000
1
10
≥150000
3
30
（3）拉伸中，测力度盘的指针停止转动时的恒定荷载，或第一次回转时的最小荷载，即为所求的屈服点荷载Fs（N）。
按下式计算试件的屈服点：
式中：
σs—屈服点，MPa；
Fs—屈服点荷载，N；
A—试件的公称横截面积，mm2。
σs应计算至10MPa。
（4）向试件连续施荷直至拉断，由测力度盘读出最大荷载Fb（N）。
按下式计算试件的抗拉强度。
式中：
σb—抗拉强度，MPa；
Fb—最大荷载，N；
A—试件的公称横截面积，mm2；
σb计算精度的要求同σs。
3伸长率测定
（1）将已拉断试件的两段在断裂处对齐，尽量使其轴线位于一条直线上。
如拉断处由于各种原因形成缝隙，则此缝隙应计入试件拉断后的标距部分长度内。
（2）如拉断处到邻近标距端点的距离大于1/3Lo时，可用卡尺直接量出已被拉长的标距长度L1（mm）。
（3）如拉断处到邻近的标距端点距离小于等于1/3Lo时，可按下述移位法确定L1：
在长段上，从拉断处O取基本等于短段格数，得B点，接着取等于长段所余格数[偶数，图3（α）]之半，得C点；或者取所余格数[奇数，图3（b）]减1与加1之半，得C与C1点。
移位后的Ll分别为AO+OB+2BC或者AO+OB+BC+BCl。
如用直接量测所求得的伸长率能达到技术条件的规定值，则可不采用移位法。
图3用移位法测量断后标距L1
（4）伸长率按下式计算（精确至1%）：
式中：
δ10、δ5—分别表示L0=10a和L0=5a时的伸长率（a为试件原始直径）；
L0—原标距长度10a（5a），mm；
L1—试件拉断后直接量出或按移位法确定的标距部分的长度，mm
（测量精确至0.1mm）。
（5）如试件在标距端点上或标距外断裂，则实验结果无效，应重作实
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