土木工程材料实验指导书DOC.docx

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土木工程材料实验指导书DOC

土木工程材料

实验指导书

尹晓一

滨州学院建筑与城乡规划系

二0一三年三月

试验一材料基本性质（验证性实验）…………………………………………………………1

试验二水泥性质（验证性实验）………………………………………………………………5

试验三建筑用砂石（验证性实验）…………………………………………………………11

试验四普通混凝土试验（验证性实验）……………………………………………………17

试验五建筑钢材实验（验证性实验）……………………………………………………23

试验总则

1同学必须在规定的试验时间之前完成试验的预习，并撰写预习试验报告，即试验报告书的前三项，包括数据记录表格的绘制。

交给指导老师审核合格后方可参加试验。

2同学在进入试验场地进行试验时，应按照规定签到，不得迟到或早退。

有特殊原因需履行请假手续，试验室将统一安排补做时间；无故缺席者该项成绩按零分计。

3同学在试验过程中不得喧哗，爱护仪器，出现损坏视情况预以赔偿。

4试验报告统一从教材科购买。

试验报告应用黑色中性笔书写，不得采用圆珠笔书写。

写明同组试验者的姓名，并尽可能维持不变。

写明指导教师的姓名。

5试验报告中的图要有图名及图序，表要有表头及表序。

每份试验报告必须附带原始试验数据。

6该门课程的考核包括三部分：

1书面考试成绩（50%）；2试验报告（5×5＝25%）；3试验仪器的实际操作（25%）。

如果第3项不合格，该门课程作为不及格处理。

试验一材料基本性质（验证性实验）

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，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。

通过此项实验，使学生掌握材料的基本物理性质及其测试原理和方法。

二、实验原理

本实验以石料为例，介绍材料的几种常用物理性能试验方法。

其基本性质包括密度，表观密度，孔隙率和吸水率等。

石料密度是指石料矿质单位体积（不包括开口与闭口孔隙体积）的质量。

表观密度是指石料在干燥状态下包括孔隙在内的单位体积固体材料的质量。

形状不规则石料的毛体积密度可采用静水称量法或蜡封法测定；对于规则几何形状的试件，可采用量积法测定其体积密度。

孔隙率是指材料的体积内，孔隙体积所占的比例。

吸水性是指材料与水接触吸收水分的性质，当材料吸水饱和时，其含水率称为吸水率。

三、实验装置和仪器

李氏比重瓶、烘箱、干燥器、天平、恒温水槽、游标卡尺等

图1李氏比重瓶

四、实验方法和步骤

（一）密度试验（李氏比重瓶法）

1.将石料试样粉碎、研磨、过筛后放入烘箱中，以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.在李氏瓶中注入煤油或其他对试样不起反应的液体至突颈下部的零刻度线以上，将李氏比重瓶放在温度为（t±1）℃的恒温水槽内（水温必须控制在李氏比重瓶标定刻度时的温度），使刻度部分浸入水中，恒温0.5小时。

记下李氏瓶第一次读数V1（准确到0.05mL，下同）。

3.从恒温水槽中取出李氏瓶，用滤纸将李氏瓶内零点起始读数以上的没有煤油的部分仔细擦净。

4.取100g左右试样，用感量为0.001g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），使液面上升接至20mL刻度处（或略高于20mL刻度处），注意勿使石粉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。

再放入恒温水槽，在相同温度下恒温0.5小时，记下李氏瓶第二次读数V2。

5.准确称取瓷皿加剩下的试样总质量m2。

6.石料试样密度按下式计算（精确至0.01g/cm3）：

ρt=

（g/cm3）

式中：

ρt—石料密度，g/cm3；

m1—试验前试样加瓷皿总质量，g；

m2—试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）。

7.以两次试验结果的算术平均值作为测定值，如两次试验结果相差大于0.02g/cm3时，应重新取样进行试验。

（二）表观密度（体积密度）实验（量积法）

（1）将石料加工成规则几何形状的试件（3个）后放入烘箱内，以（100±5）℃的温度烘干至恒重。

用游标卡尺量其尺寸（精确至0.01cm），并计算其体积V0（cm3）。

然后再用天平称其质量m（精确至0.01g）。

按下式计算其表观密度（体积密度）：

（g/cm3）

（2）求试件体积时，如试件为立方体或长方体，则每边应在上、中、下三个位置分别量测，求其平均值，然后再按下式计算体积：

（cm3）

式中a、b、c分别为试件的长、宽、高。

（3）求试件体积时，如试件为圆柱体，则在圆柱体上、下两个平行切面上及试件腰部，按两个互相垂直的方向量其直径，求6次量测的直径平均值d，再在互相垂直的两直径与圆周交界的四点上量其高度，求四次量测的平均值h，最后按下式求其体积：

（cm3）

 （4）组织均匀的石料，其体积密度应为3个试件测得结果的平均值;组织不均匀的石料，应记录最大与最小值。

（三）孔隙率的计算

将已经求出的同一石料的密度和表观密度（用同样的单位表示）代入下式计算得出该石料的孔隙率：

×100

式中

P0—石料孔隙率，%；

ρt—石料的密度，g/cm3；

ρ't—石料的体积密度，g/cm3；

（四）吸水率试验

（1）将石料试件加工成直径和高均为50mm的圆柱体或边长为50mm的立方体试件;如采用不规则试件，其边长不少于40～60mm，每组试件至少3个，石质组织不均匀者，每组试件不少于5个。

用毛刷将试件洗涤干净并编号。

（2）将试件置于烘箱中，以（100±5）℃的温度烘干至恒重。

在干燥器中冷却至室温后以天平称其质量m1（g），精确至0.01g（下同）。

（3）将试件放在盛水容器中，在容器底部可放些垫条如玻璃管或玻璃杆使试件底面与盆底不致紧贴，使水能够自由进入。

（4）加水至试件高度的1/4处;以后每隔2h分别加水至高度的1/2和3/4处;6h后将水加至高出试件顶面20mm以上，并再放置48h让其自由吸水。

这样逐次加水能使试件孔隙中的空气逐渐逸出。

（5）取出试件，用湿纱布擦去表面水分，立即称其质量m2（g）。

（6）按下列公式计算石料吸水率（精确至0.01%）：

×100

式中

Wx—石料吸水率，%；m1—烘干至恒重时试件的质量，g；m2—吸水至恒重时试件的质量，g。

（7）组织均匀的试件，取三个试件试验结果的平均值作为测定值;组织不均匀的，则取5个试件试验结果的平均值作为测定值。

五、实验数据记录与处理

（一）密度的测定

材料名称：

______  室温：

_______    水温：

______  

试件编号

材料重

（g）

比重瓶初读数

（mL）

比重瓶终读数

（mL）

绝对密实体积

（cm3）

密度

（g/cm3）

平均值

注：

计算精确至小数后二位。

（二）表观密度的测定

材料名称：

_______    试件状态：

_______

试件编号

长度

（mm）

宽度

（mm）

厚度

（mm）

体积

（mm3）

重量

（g）

表观密度

（kg/m3）

平均值

注：

计算精确至小数后第二位，最终表观密度值取整数。

（三）计算材料的孔隙率及密实度

    孔隙率P：

    密实度D：

（四）吸水率测定

材料名称：

________    水温：

________

试件编号

材料的干重（g）

吸水饱和后重（g）

吸入水重

（g）

重量吸水率

（%）

体积吸水率

（%）

平均值

六、实验结果分析与讨论

（一）试验所得各项结果是否符合要求？

（二）石料试样的细度对密度的测定结果有影响吗？

为什么？

七、任选思考题

根据本试验中孔隙率及体积吸水率的试验结果，分析出该材料的孔隙构造状况。

试验二水泥性质（验证性实验）

一、实验意义和目的

水泥呈粉末状，与水混合后，经过物理化学反应过程能由可塑性浆体变成坚硬的石状体，并能将散粒状材料胶结成为整体，所以水泥是一种良好的矿物胶凝材料。

鉴于水泥在工程中的广泛利用，掌握各种水泥的性质具有重要意义.本实验的目的，通过实验掌握水泥强度、安定性和标准稠度用水量等试验方法和技术标准，学会检验水泥的操作方法,根据实验结果，分析水泥的性能,判断所检水泥材料是否合格。

二、实验原理

水泥的性质包括标准稠度用水量，安定性和水泥胶砂强度等方面。

标准稠度用水量是水泥浆达到标准稠度时的用水量.

体积安定性不良是指在水泥已经硬化后，产生不均匀体积变化的现象。

体积安定性不良，一般是由于熟料中所含的游离氧化钙过多。

或由于熟料中所含的游离氧化镁过多或掺入的石膏过多造成的。

国家标准规定，用沸煮法检验水泥的安定性。

沸煮法起加速氧化钙熟化的作用，所以只能检查游离氧化钙所引起的水泥安定性不良。

而游离氧化镁在蒸压下才加速熟化，石膏的危害则需长期在常温水中才能发现，两者均不便于快速检验。

所以，国家标准规定水泥熟料中游离氧化镁含量不得超过5.0％，水泥中的三氧化硫含量不超过3.5％，以控制水泥的体积安定性。

水泥的强度是水泥的重要指标。

根据国家标准《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》（GB175－1999）和《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》（GB/T17671－1999）的规定，水泥和标准砂按照1：

3混合，用0.5的水灰比，按规定的方法制成试件，在标准温度（20±1℃）的水中养护，测定3d和28d的强度。

根据测定结果，将硅酸盐水泥分为42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5和62.5R等六个强度等级。

三、实验装置和仪器

标准稠度测定仪、水泥净浆搅拌机、湿汽养护箱、沸煮箱、雷氏夹、雷氏夹膨胀值测定仪、胶砂振实台、抗折强度试验机、抗压试验机、抗压夹具、天平等。

图1水泥标准稠度测定仪

    图2沸煮箱图                            图3雷氏夹膨胀值测定仪

       图4水泥净浆搅拌机                 图5水泥胶砂振实台                       

图6抗折强度试验机                        图7抗压试验机

四、实验方法和步骤

（一）标准稠度用水量试验

1.标准稠度用水量可用调整水量和不变水量两种方法的任一种测定，如发生争议时以调整水量方法为准。

2.试验前须检查：

仪器的金属棒应能自由滑动;试锥降至模顶面位置时指针应对准标尺零点;搅拌机应运转正常。

3.水泥净浆拌和前，搅拌锅和搅拌叶片先用湿布擦过，将拌和水倒入搅拌锅内,然后在5s-10s内小心将称好的500g水泥加入水中,防止水和水泥溅出;拌和时，先将搅拌锅放在搅拌机的锅座上，升至搅拌位置，启动搅拌机，低速搅拌120s，停15s，同时将叶片和锅壁的水泥浆刮入锅中间,接着高速搅拌120s后停机。

采用不变水量方法时拌和水量用142.5ml水，水量精确至0.5ml。

4.拌和结束后，立即将拌好的净浆装入锥模内，用小刀插捣，振动数次，刮去多余净浆，抹平后迅速放到试锥下面固定位置上，将试锥降至净浆表面拧紧螺丝，然后突然放松，让试锥自由沉入净浆中，到试锥停止下沉时记录试锥下沉深度。

整个操作应在搅拌后1.5min内完成。

5.用调整水量方法测定时，以试锥下沉深度28±2mm时的净浆为标准稠度净浆。

其拌和水量为该水泥的标准稠度用水量（P），按水泥质量的百分比。

如下沉深度超出范围，须另称试样，调整水量，重新试验，直至达到28±2mm时为止。

6.用不变水量方法测量时，根据测得的试锥下沉深度S（mm）按下式（或仪器上对应标尺）

计算得到标准稠度用水量P（%）。

P=33.4－0.185S

注：

当试锥下沉深度小于13mm时，应改用调整水量方法测定。

（二）安定性的测定

1.以标准稠度用水量制备标准稠度净浆。

2若采用饼法，一个试样需准备两块约100mm×100mm的玻璃板。

若采用雷氏法时，每个雷氏夹需配备质量约75～80g的玻璃板两块，每种方法每个试样需成型两个试件。

凡与水泥净浆接触的玻璃板和雷氏夹表面都要稍稍涂上一层油。

3试饼的成型方法

将制好的净浆取出一部分分成两等分，使之成球形，放在预先准备好的玻璃板上，轻轻振动玻璃板并用湿布擦过的小刀由边缘向中央抹动，做成直径70～80mm、中心厚约10mm、边缘渐薄、表面光滑的试饼，接着将试饼放入湿气养护箱内养护24±2h。

4雷氏夹试件的制备

将预先准备好的雷氏夹放在已稍擦油的玻璃板上，并立刻将制好的标准稠度净浆装满试模，装模时一只手轻轻扶持试模，另一只手用宽约10mm的小刀前插捣15次左右然后抹平，盖上稍涂油的玻璃板，接着立刻将试模移至湿气养护箱内养护24±2h。

5从养护箱内取出试件，脱去玻璃板

当为饼法时先检查试饼是否完整（如已开裂翘曲要检查原因，确证无外因时，该试饼已属不合格不必沸煮），在试饼无缺陷的情况将试饼放在沸煮箱的篦板上。

当用雷氏法时，先测量试件指针尖端的距离（A），精确至0.5mm，接着将试件放入篦板上，指针朝上，试件之间互不交叉。

6沸煮

调整好沸煮箱内水位，保证整个沸煮过程都能没过试件，不需中途加水；然后在30±5min内加热至沸腾并保持3h±5min。

7结果判别

沸煮结束，即放掉箱中的热水，打开箱盖，待箱体冷却至室温，取出试件进行判别。

若为试饼，目测未发现裂缝，用直尺检查也没有弯曲的试饼为安定性合格，反之为不合格。

当两个试饼判别结果有矛盾时，该水泥的安定性为不合格。

若为雷氏夹，测量试件指针尖端间的距离（C），记录至小数点后一位，当两个内试件煮后增加距离（C－A）的平均值不大于5.0mm时，即认为该水泥安定性合格，当两个试件的增加距离（C－A）值相差超过4mm时，应用同一样品立即重做一次试验。

（三）水泥胶砂强度试验

水泥胶砂强度实验包括试件成型，脱模养护和强度测定三部分内容。

1.试件成型

（1）将试模擦净，四周模板与底座的接触面上应涂黄油，紧密装配，防止漏浆。

内壁均匀刷一薄层机油。

（2）试验采用中国ISO标准砂，中国ISO标准砂可以单级分包装，也可以各级预配合以1350±5g量的塑料袋混合包装。

每锅胶砂可成型三条试体。

除火山灰水泥外，每锅胶砂按质量比水泥：

标准砂：

水=1：

3：

0.5，用天平称取水泥450±2g、中国ISO标准砂1350±5g，量水器量取225±lmL水。

火山灰水泥进行胶砂强度检验的用水量按0.50水灰比的胶砂流动度不小于180mm来确定。

当流动度小于180mm时，须以0.01的整倍数递增的方法将水灰比调整至胶砂流动度不小于180mm。

（3）把水加入搅拌锅，再加入水泥，把锅放在固定架上，上升至固定位置。

然后立即开动搅拌机，低速搅拌30s后，在第二个30s开始的同时均匀地将砂加入。

把机器转至高速再拌30s。

停拌90s，在第一个15s内用一胶皮刮具将叶片和锅壁上的胶砂，刮入锅中间。

在高速下继续搅拌60s后，停机取下搅拌锅。

各个搅拌阶段，时间误差应在±ls内。

将粘在叶片上的胶砂刮下。

（4）胶砂制备后立即进行成型。

将空试模和模套固定在振实台上，用一适当勺子直接从搅拌锅中将胶砂分二层装入试模，装第一层时，每个槽里约放300g胶砂，用大播料器垂直架在模套顶部沿每个模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。

移走套模，从振实台上取下试模，用一金属直尺以近似90°的角度架在试模顶的一端，然后沿试模长度方向以横向锯割动作慢慢移向另一端，一次将超过试模部分的胶砂刮去，并用同一直尺以近乎水平的状况将试体表面抹平。

（5）在试模上作好标记后，立即放入湿汽养护箱或雾室进行养护。

2.脱模与养护

（1）养护到规定脱模时间取出脱模。

脱模前，用防水墨或颜料笔对试体进行编号。

两个龄期以上的试体，编号时应将同一试模中的三条试件分在两个以上的龄期内。

（2）脱模应非常小心。

对于24h龄期的，应在破型前20min内脱模。

对于24h以上龄期的，应在成型后20～24h之间脱模。

硬化较慢的水泥允许延期脱模，但须记录脱模时间。

（3）试件脱模后立即水平或垂直放入水槽中养护，养护水温度为20±1℃，试件之间应留有间隙，养护期间试件之间或试体上表面的水深不得小于5mm。

每个养护池只养护同类型的水泥试件。

3.强度测定

不同龄期的试件，应在下列时间里（从水泥加水搅拌开始算起）内进行强度测定。

—24h±15min；

—48h±30min；

—72h±15min；

—7d±2h；

—28d±8h。

3.1抗折强度测定

（1）每龄期取出三条试件先做抗折强度测定。

测定前须擦去试件表面的水分和砂粒。

清除夹具上圆柱表面粘着的杂物。

试件放入抗折夹具内，应使试件侧面与圆柱接触。

（2）采用杠杆式抗折试验机时，试件放入前，应使杠杆成平衡状态。

试件放入后，调整夹具，使杠杆在试件折断时尽可能地接近平衡位置。

（3）抗折强度测定时的加荷速度为50N/s±10N/s。

（4）抗折强度按下式计算（计算至0.1MPa）：

（5）以一组三个试件测定值的算术平均值作为抗折强度的试验结果（精确至0.lMPa）。

当三个强度值中有超出平均值±10%时，应剔除后再取平均值作为抗折强度试验结果。

3.2抗压强度测定

（1）抗折强度测定后的两个断块应立即进行抗压强度测定。

抗压强度测定须用抗压夹具进行，使试件受压面积为40mm×40mm。

测定前应清除试件受压面与加压板间的砂粒或杂物。

测定时以试件的侧面作为受压面，并使夹具对准压力机压板中心。

（2）整个加荷过程中以2400N/s±200N/s的速率均匀加荷直至破坏。

（3）抗压按下式计算（计算至0.1MPa）

式中Rc——单个试件抗压强度，MPa；

Fc——破坏时的最大荷载，N；

A——受压部分面积，即40mm×40mm=1600mm2。

（4）以一组三个棱柱体上得到的六个抗压强度测定值的算术平均值作为抗压强度的试验结果（精确至0.1MPa）。

如六个测定值中有一个超出六个平均值士10%，应剔除这个结果，而以剩下五个的平均数为试验结果。

如果五个测定值中再有超过它们平均数±10%的，则此组结果作废。

五、实验数据记录与处理

水泥品种及标号：

_______   生产厂及出厂日期：

_______

试验室温度：

___________   湿度：

_________

（二）水泥标准稠度用水量测定（固定用水量）

试验次数

水泥试样重

（g）

加水量（ml）

试锥下沉深度S

（mm）

标准稠度用水量P

（%）

（四）水泥安定性检验

试样编号

标准稠度用水量P（%）

试件制作日时

检验日期日时

检验结果

安定性是否合格

（五）水泥胶砂强度检验

成型日期____月____日

试验日期____月____日

龄期____天

试件编号

抗折试验

抗压试验

破坏荷载

（N）

抗折强度

（MPa）

平均强度

（MPa）

受压面积

（mm2）

破坏荷载

（N）

抗压强度（MPa）

平均强度

（MPa）

六、实验结果分析与讨论

1.根据国标规定，所检水泥是否合乎工程使用？

为什么？

2.根据试验数据，所检水泥应定为什么强度等级？

为什么？

3.水泥的标准稠度是不是检验水泥质量的必要指标？

测定它的目的何在？

七、任选思考题

1.超过贮存期的水泥应如何处理？

2.技术性质不合格的水泥都应作废品处理吗？

试说明理由。

试验三建筑用砂石实验（验证性试验）

一．试验目的与依据

对建筑用砂、石进行试验，评定其质量，为普通混凝土配合比设计提供原材料参数。

试验依据为国家标准GB/T14684-2001《建筑用砂》；GB/T14685-2001《建筑用卵石、碎石》和建设部行业标准JGJ52-92《普通混凝土用砂质量标准及检验方法》；JGJ53-92《普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法》。

二．实验方法与步骤：

1．取样

取样必须有代表性，可用人工四分法取样。

人工四分法：

将所取样品放在平整洁净的平板上，在潮湿状态下拌合均匀，并摊成厚度约20mm的圆饼，然后沿相互垂直的两条直径把圆饼分成大致相等的4份，取其对角的两份重新搅匀，再堆成圆饼。

重复上述过程，直至把样品缩分到试验所需量为止。

2．砂的筛分析试验

（1）主要仪器设备

鼓风烘箱：

能使温度控制在105℃±5℃；

搪瓷盘，毛刷等。

砂标准筛筛孔对照表

GB/T14684-2001方孔筛

150μm

300μm

600μm

1.18mm

2.36mm

4.75mm

9.50mm

JGJ52-92

圆孔筛

0.160mm

0.315mm

0.630mm

1.25mm

2.50mm

5.00mm

10.0mm

（2）试样制备

按规定取样，并将试样缩分至约l100g，放在烘箱中于105℃±5℃下烘干至恒量，待冷却至室温后，分为大致相等的两份备用。

（3）试验步骤

A．称取试样500g，精确到1g。

将试样倒入按孔径大小从上到下组合的套筛（附筛底）上，然后进行筛分。

B．将套筛手摇10min；再按筛孔大小顺序逐个用手筛，筛至每分钟通过量小于试样总量0.1％为止。

通过的试样并入下一号筛中，并和下一号筛中的试样一起过筛，这样顺序进行，直至各号筛全部筛完为止。

C．称出各号筛的筛余量，精确至1g，试样在各号筛上的筛余量不得超过按下式计算的量，超过时应按下列方法之一处理。

式中：

G------在一个筛上的筛余量，g；

A------筛面面积，mm2；

d------筛孔尺寸，mm。

a．将该粒级试样分成少于按上式计算出的量，分别筛分，并以筛余量之和作为该号筛的筛余量。

b．将该粒级及以下各粒级的筛余混合均匀，称出其质量，精确至1g、再用四分法缩分为大致相等的两份，取其中一份，称出其质量，精确至1g，继续筛分。

计算该粒级及以下各粒级的分计筛余量时应根据缩分比例进行修正。

（4）试验结果评定

筛分析试验结果按下列步骤计算：

A．计算分计筛余百分率：

各