土木工程材料.docx
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土木工程材料
土木工程材料
实验指导书
齐鲁理工学院
实验须知
实验是配合课堂教学的一个重要教学环节，同时也是培养学生掌握实验的基本技能和进行基本训练的一个主要手段，为了保证实验的顺利进行，必须注意下列事项：
1、实验之前，希望同学们要预习实验指导书，了解本次实验的目的，原理和要求：
2、严格按操作步骤认真操作，实验报告要客观、详细记录实验步骤，实验成果等。
3、爱护实验仪器，非本次实验用的仪器或虽是本次实验所用的仪器，但在老师没有讲解之前都不得随便乱动，以免损坏仪器；
4、实验中不慎损坏仪器或丢失仪器中的附件，均应主动地告诉老师，按照有关规定处理；
一、 水泥试验1
二、 混凝土骨料试验9
三、普通混凝土试验12
四、 砂浆试验18
五、 钢筋试验22
一、水泥试验
（一）水泥细度试验（负压筛法）
1．试验目的
确定水泥的粗细程度，作为评定水泥质量的依据。
2．仪器设备
负压筛（包括80μm方孔圆筛、筛座、负压源、负压测定仪表等）、天平。
3．试验方法
（1）筛析试验前，应把负压筛放在筛座上，盖上筛盖，接通电源，检查控制系统，调节负压至4000~6000Pa范围内。
（2）称取试样25g，置于洁净的负压筛中，盖上筛盖，放在筛座上，开动筛析仪连续筛析2min，在此期间如有试样附着在筛盖上，可轻轻地敲击筛盖，使试样落下。
筛毕，用天平称量筛余物。
（3）当工作负压小于4000Pa时，应清理吸尘器内水泥，使负压恢复正常。
4．试验结果
水泥试样筛余百分数按下式计算：
F=
%
式中：
F----------------水泥试样的筛余百分数，%；
---------------水泥筛余物的质量，g；
W-----------------水泥试样的质量，g；
计算结果精确至0.1%。
5．试验记录
项目
第一次
第二次
烘干后筛促生产物重（g）
筛余百分数（%）
平均筛余百分数（%）
（二）水泥标准稠度用水量试验
1．试验目的
水泥标准稠度用水量试验是为了确定水泥凝结时间与安定性试验所需用水量。
2．仪器设备
水泥净浆搅拌机、净浆标准稠度与凝结时间测定仪、普通天平、量筒、刮刀、0.9mm方孔筛。
3．试验方法
（1）试验前必须做到
a）维卡仪的金属棒能自由滑动；
b）调整至试杆接触玻璃板时指针对准零点；
c）搅拌机运行正常。
（2）水泥净浆的拌制
用水泥净浆搅拌机搅拌，搅拌锅和搅拌叶片先用湿布擦过，将拌和水倒人搅拌锅内，然后在5s～10s内小心将称好的500g水泥加人水中，防止水和水泥溅出；拌和时，先将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，同时将叶片和锅壁上的水泥浆刮人锅中间，接着高速搅拌120s停机。
（3）标准稠度用水量的测定步骤
拌和结束后，立即将拌制好的水泥净浆装人已置于玻璃底板上的试模中，用小刀插捣，轻轻振动数次，刮去多余的净浆；抹平后迅速将试摸和底扳移到维卡仪上，并将其中心定在试杆下，降低试杆直至与水泥净浆表面接触，拧紧螺丝1s～2s后，突然放松，使试杆垂直自由地沉入水泥净浆中。
在试杆停止沉人或释放试杆30s时记录试杆距底板之间的距离，升起试杆后，立即擦净；整个操作应在搅拌后1.5min内完成。
以试杆沉人净浆并距底板6mm±1mm的水泥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计。
（三）水泥净浆凝结时间测定
1．实验目的：
确定水泥初凝结时间和终凝时间作为评定水泥质量的依据。
2．主要仪器设备：
测定仪器与测定标准稠度时所用的测定仪器相同，但试杆应换成试针，装净浆用的仍然是圆模；水泥净浆搅拌机与测定标准稠度时所用的相同。
3．测定方法
（1）测定前，将圆模放在玻璃板上，调整测定仪试针接触玻璃板时，指针对准标尺顶处。
（2）称取水泥试样500g，以标准稠度用水量（P），记录水泥全部加人水中的时间作为凝结时间的起始时间。
按测定标准稠度时拌合净浆的方法制成净浆，立即一次装入圆模，振动数次后刮平，然后放入养护箱内。
（3）测定时，从养护箱取出圆模放到试针下，使试针与净浆面接触，拧紧螺丝，固定试杆，然后突然放松，试针垂直自由沉入净浆，此时观察指针读数。
a）初凝时间的测定：
试件在湿气养护箱中养护至加水后30min时进行第一次测定，临近初凝时，每隔5min测定一次，观察试针停止下沉时指针读数。
测定时，从湿气养护箱中取出试模放到试针下，降低试针与水泥净浆表面接触。
拧紧螺丝1s～2s后，突然放松，试针垂直自由地沉人水泥净浆。
观察试针停止下沉或释放试针30s时指针的读数。
当试针沉至距底板4ｍｍ±1ｍｍ时，为水泥达到初凝状态；由水泥全部加人水中至初凝状态的时间为水泥的初凝时间，用＂min＂表示。
b）终凝时间的测定：
为了准确观测试针沉人的状况，在终凝针上安装了一个环形附件在完成初凝时间测定后，立即将试模连同浆体以平移的方式从玻璃板取下，翻转180°二直径大端向上，小端向下放在玻璃板上，再放人湿气养护箱中继续养护，临近终凝时间时每隔15min一测定一次，当试针沉人试体0.5mm时，即环形附件开始不能在试体上留下痕迹时，为水泥达到终凝状态，由水泥全部加人水中至终凝状态的时间为水泥的终凝时间，用＂min＂表示。
（4）测定时应注意，在最初测定的操作时应轻轻扶持金属棒，使其徐徐下降以防试针撞弯，但结果以自由下落为准；在整个测试过程中试针贯入的位置至少要距圆模内壁10mm。
达到初凝或终凝状态时应立即重复一次，当两次结论相同时才能定为到达初凝或终凝状态。
水泥净浆凝结时间测定
实验室温度（℃）
备注
试样重g（克）
标准稠度用水量P（﹪）
加水时间
时分
初凝到达时间
时分
终凝到达时间
时分
结果评定
初凝时间
小时分
终凝时间
小时分
（四）安定性的测定
1．试验目的：
检验水泥中游离钙对安定性的影响。
2．仪器设备：
净浆搅拌机、煮沸箱、雷氏夹、雷氏夹膨胀值测定仪、湿汽养护箱、普通天平、量筒、小刀、0.9mm方孔筛。
3．试验方法
试验方法分为饼法和雷氏法
（1）饼法：
a．称取已通过0.9mm方孔筛的水泥试样500g，量好标准稠度用水量（准确至0.5ml），按测定标准稠度用水量的方法制成净浆。
b．从搅拌好的净浆中取出约1/3，分成两等分，使其呈球形，放在涂好脱模剂的玻璃板上，轻轻振动玻璃板，使水泥浆扩展成试饼。
c．用湿抹布擦过的刮刀，从试饼的边缘向中心抹动，做成直径约70~80mm，中心厚约10mm，边缘渐薄，表面光滑的试饼，接着将试饼放入养护箱内，自成型时起，24±3h。
d．从玻璃板上取下试饼，先检查试饼是否完整，在试饼无缺陷的情况下将试饼放在沸腾箱内水中的篦板上，然后在30±5min内加热至沸腾，并恒沸3h±5min。
在整个沸煮过程中，使水面高出试饼30mm以上。
煮毕，将水放出，等箱内温度冷却至室温时，取出检查。
e．结果判别：
目测试饼未发现裂缝，用钢直尺检查也没有弯曲（使钢直尺和试饼底部紧靠，以两者间不透光为不弯曲）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。
（2）雷氏法：
（选做）
a．将预先准备好的雷氏夹放在已涂好脱模剂的玻璃板上，并立刻将制好的标准稠度净浆装满圆模，装模时一只手轻轻扶持圆模，另一只手用宽约10mm的小刀插捣15次左右然后抹平，盖上涂好脱模剂的玻璃板，接着立刻将圆模移至湿汽养护箱内养护24±2h。
b．从养护箱内取出试件，脱去玻璃板。
先测量试件指针尖端间的距离（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。
煮沸时，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。
c．煮沸结束，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。
测量雷氏夹试件指针针尖间的距离（C），记录至小数点后一位，当两个试件煮后增加距离（C－A）的平均值不大于5.0mm时，即认为该水泥安全性合格，当两个试件煮后增加距离（C－A）值相差超过4mm时，应用同一样品立即重做一次试验。
安定性检验
试验室温度（℃）
备注
试样重（g）
标准稠度用水量P（%）
拌合加水量（m1）
试
饼
第一块
第二块
结果评定
（五）水泥胶砂强度检测
1．试验目的：
测定水泥胶砂强度作为确定水泥强度等级的依据。
2．主要仪器设备：
行星式搅拌机、试模（40×40×160mm）、振实台、抗折强度试验机、抗压试验机、抗压夹具（40×40mm）、播料器及金属刮平尺、量筒
3．试件成型
将试模擦净，四周模板与底座的接触面上应涂上脱模剂，紧密装配，防止漏浆，内壁均匀刷一薄层脱模剂。
胶砂的质量配合比应为：
一分水泥三分标准砂和半分水（水灰比0.5），一锅胶砂成三条试件，每锅材料需要量如下表：
材料量
水泥品种
水泥（g）
标准砂（g）
水（ml）
硅酸盐水泥
450±2
1350±5
225±1
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
准确称量好水泥、砂、水，称量用天平精确应为±lg。
当用自动滴管加225ml水时，滴管的准确度应达到±1ml。
每锅胶砂用搅拌机进行机械搅拌。
先使搅拌机处于待工作状态，然后按以下的程序进行操作：
把水加入锅里，再加入水泥，把锅放在固定架上，上升至固定位置；把砂加入到蓝色的砂筒中；把机器调节到自动档，启动机器。
机器将自动进行以下运作：
低速搅拌30s后，在第二个30s开始的同时均匀将砂子加入（搅拌机自动加砂）；加完砂，高速再拌30s；停拌90s，在第一个15s内用胶皮刮具将叶片和锅炉壁上的胶砂，刮入锅中间；在高速下继续搅拌60s。
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，将胶砂分二层装入试模，装第一层时，每个槽里放到试模高度的1/2或1/3，用长播料器沿每个模槽来回一次将料层播平，启动振实台，振动60次。
再装入第二层胶砂，稍微高出试模面，用短播料器播平，再振实60次。
从振实台上取下试模，用金属直尺沿试模长度方向以锯割动作慢慢向另一端移动，一次将超过试模部分的胶砂刮去，并用直尺以近似水平的情况将试体表面抹平。
在试模上作标记或编号。
4．养护
将做好标记的试模放入养护室或养护箱的水平架子上养护，湿空气应能与试模各边接触。
养护不应将试模放在其他试模上，养护箱内架板必须水平，温度为20±1℃，相对湿度不低于90%，养护24h±15min后取出脱模。
脱模时应防止试件损伤。
硬化较慢的水泥允许延期脱模，但须记录脱模时间。
将做好标记的试件立即水平或垂直放入20℃±1℃水中养护，水平放置时刮平面应朝上，并彼此保持一定间距，使水与试件的六个面接触。
养护期间试件之间间隔或试件上表面的水深不得小于5cm。
每个养护池只养护同类型的水泥试件，不允许在养护期间全部换水，养护水每周换一次。
5．强度测定
（1）抗折强度测定
当试件达到龄期时，进行抗折强度测定。
测定前须擦去试件表面水分和砂粒，消除夹具上圆柱表面粘着的杂物。
采用杠杆式抗折试验机时，应先使杠杆成平衡状态后将试件一个侧面放在试验机支撑柱上，试体长轴垂直于支撑圆柱。
调整夹具，使杠杆在试件折断时尽可能地接近平衡状态。
通过加荷圆柱以50N/S±10N/S的速率均匀地将荷载垂直地加在棱柱体相对侧面上，直至折断。
抗折强度按以下计算（精确至0.1Mpa）
式中：
--------------抗折强度；
--------------折断破坏荷载，N；
L----------支撑圆柱中心距，100mm;；
B----------试件宽度，mm
H----------试件高度；mm
3天龄期时取每组一个试件做抗折试验；28天龄期时，以每组两个试体抗折结果的平均值作为试验结果。
（2）抗压强度测定
抗折强度测定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。
试件受压面积为40×40mm2，测定时试件的侧面作为受压面。
且试件露在压板外的部分应约有10mm。
整个加荷过程中以2400N/S±200N/S的速率均匀加荷直至破坏。
抗压强度按下式计算（精确至0.1Mpa）：
式中：
Rc-----------抗压强度，Mpa；
---------------破坏时的最大荷载，N；
A-----------------受压部分面积，mm
（40×40=1600mm
）。
3天龄期时，取每组抗折试验的两个断块试件进行抗压强度测定，取其平均值；28天龄期时，取每组抗折试验的四个断块试件进行抗压强度测定，以四个抗压强度的算术平均值作为试验结果。
如果四个测定值中有一个超出平均值的±10%，就应剔除这个结果，而以剩下的平均数为结果。
抗折试验数据
编号
试件尺寸（mm）
龄期（d）
抗折强度（Mpa）
抗折强度结果值（Mpa）
备注
宽
高
长度
1
40
40
160
28
2
3
抗压试验数据
编号
受压面积（mm
）
龄期
（d）
破坏荷重（N）
抗压强度（Mpa）
抗压强度结果值（Mpa）
备注
1
40×40
328
2
3
4
5
6
二、混凝士骨料试验
参考标准：
GB/T14685-2001 《建筑用卵石、碎石》
GB/T14684-2001 《建筑用砂》
（一）砂的筛分析试验
1．试验目的
测定砂的颗粒级配及粗细程度，作为混凝土配合比设计和一般使用的依据。
2．仪器设备
包括孔径为9.5、4.75、2.36mm的方孔筛和孔径为1.18、0.60、0.30、0.15mm的圆孔筛、底盘和上盖；称量1Kg，感量1g的托盘天平，振筛子机，烘箱，大小搪瓷盘，毛刷等。
3．试验方法
试验前，砂样应通过9.5mm筛，如试样含泥量超过5%应用水洗。
然后用四分法缩分至每份不少于550g的试样两份，并在105±5℃的温度下烘干至恒重，冷却至室温后使用。
在托盘天平上准确称取试样500g，置于按筛孔大小顺序排列的套筛的最上一只筛（5mm筛上），将套筛装入振筛机，振筛10分钟。
然后，取出套筛按筛孔大小顺序，在大搪瓷盘上进行手筛，直至每分钟的筛出量不超过试样总量的0.1%时为止，通过的颗粒并入下一号筛子。
按顺序过筛子，直至筛完0.15mm筛为止。
如无摇筛机，也可直接用手筛子。
如试样为特细砂，试样总重可为250g，并增添0.080mm级的方孔筛。
仲裁时，试样在各号筛子上的筛余量均不得超过下式的质量，否则应将筛余试样分成两份再次筛分，并以筛余量之和作为该号筛的筛余量。
课程实验时不得超过的量为：
生产控制检验时不得超过的量为：
式中:
：
－――筛余量（g）
d―――筛孔寸（mm）
A―――筛的面积（mm
）
分别称量各筛筛余，试样的重量（精确至1g）。
所有各筛的分计筛余重量和最后的一个筛的通过量的总和与筛分前试样总重相比，相差不得超过试样总重的1%。
4．结果计算
（1）分计筛余百分率——各号筛上的筛余量除以试样总重的百分率，精确至0.1%。
（2）累计筛余百分率——该号筛子上的分计筛余百分率与大于该号的各筛余百分率之和，精确至0.1%。
（3）根据各筛的累计筛余百分率绘制试样的颗粒级配曲线，与国家标准规
定的曲线相比较，评定该试样的颗粒级配。
（4）计算试样的细度模数：
）
式中：
、、
、
、
、
分别为4.75、2.36mm的方孔筛和孔径为1.18、0.60、0.30、0.15mm的累计筛余百分率。
筛分析试验应采用两个试样平行试验，并以其试验结果的算术平均值作为测定值。
如果两次试验所得细度模数之差大于0.20应重新取样进行试验。
计算精确至0.1，按细度模数确定砂的粗细程度。
注：
砂的粗细程应按细度模数μf分粗、中、细三级，其范围符合下列规定：
粗砂：
μf＝3.7~3.1中砂:
μf＝3.0~2.3细砂μf＝2.2~1.6
砂子筛分析试验报告
试验日期:
_____________
烘干砂样重量（克）
筛分结果
备注
筛孔尺寸（毫米）
分计筛余
累计筛余%
克
%
4.75
2.36
1.18
0.60
0.30
0.15
筛底
结果评定
按μ
级
级配分属
区
级配情况
三、普通混凝土试验
参考标准：
GBJ107-87《混凝土强度检验评定标准》
GBJ/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能实验》
JGJ55-2000《普通混凝土配合比设计规程》
（一）拌合物稠度试验
1．试验目的
检验混凝土拌合物的拌合性能，作为调整混凝土配合比和控制混凝土质量的依据。
2．实验方法
实验方法有坍落度法和维勃稠度法
（1）坍落度法
a．仪器设备
坍落度筒、捣棒、直尺、磅秤、玻璃量筒、混凝土搅拌设备或工具等。
b．试验步骤
试验前，应通过计算确定混凝土的初步配合比。
混凝土试配用拌合量一般为15L，如骨料最大料径为40mm或更大，拌合量为25L。
如采用机械搅拌时，拌合物应不小于搅拌机额定的搅拌量的1/4，然后根据拌合量，计算每种材料的用量。
骨料的称量，一般以风干状态为基准。
如表面含水，应根据其表面所含水率折算湿料用量。
同时在用水量中扣除骨料表面所含水量。
试验时，应确认所用材料的品种，分别用不同衡器准确称量。
如用人工搅拌，应先用水湿润搅拌盘和搅拌工具，将砂和水泥干拌均匀，加入一部分水，拌成砂浆，然后加入石子和其余的水，在盘上来回翻拌，铲切，直至搅拌均匀为止（一般5min）。
如用搅拌机，搅拌筒内壁用水湿润后，应先倒入水，然后加砂和水泥，干拌1min，徐徐加入水，再搅拌2min。
用水湿润坍落筒，放在平坦的不吸水底板上，试验者用双脚踩紧筒下的踏脚板，将拌合物分三层装入筒内，每层用捣棒均匀插捣25次，顶层插捣完毕后，用捣棒搓平试体表面的混凝土。
清理筒周围的散落物，小心地垂直提起坍落度筒（5～10S），将安放于混凝土试件的一侧，用两根直尺测量混凝土试体的坍落度。
坍落度用mm表
示，精确至5mm。
在测定坍落度的同时，应目测混凝土试件的坍落情况，以评定其粘聚性和保水性。
（2）维勃稠度法
本方法用于骨料最大料径不大于40mm，维勃稠度在5～30s之间的混凝土拌合物稠度测定。
a．主要仪器设备
维勃稠度仪：
包括震动台（台面长380mm，宽260mm，震动频率50±3Hz，装有空容器时台面的振幅应为0.5±0.1mm）、容器台（内径240±5mm，高200±2mm）、旋转架（与测杆及喂料斗相连）、测杆下部安装有透明且水平的圆盘（透明圆盘直径为230±2mm，厚10±2mm），由测杆、圆盘及荷重组成的滑动部分总质量应为2750±50g。
坍落度筒及捣棒（同坍落度试验，但筒没有脚踏板）、秒表、小铲、拌板、镘刀等
b．测定步骤
将维勃稠度仪器放置在坚实水平的基面上，用湿布将容器、坍落度筒、喂料斗内壁及其他用具擦湿。
就位后，测杆、喂料斗的轴线均应和容器的轴线重合。
然后拧紧固定螺丝。
将混凝土拌合物经喂料斗分三层装入坍落度筒。
装料及捣插的方法同坍落度试验。
将喂料斗转离，小心并垂直提起坍落度筒，此时应注意不使混凝土试体产生横向的扭动。
将透明圆盘转到混凝土圆台体上方，放松测杆螺丝，降下圆盘，使它轻轻地接触到混凝土顶面。
拧紧定位螺丝，并检查测杆螺丝是否完全松开。
同时开启振动台和秒表，当透明圆盘地底面被水泥浆布满的瞬间立即停表计时并关闭振动台。
由秒表读得的时间（s）即为该混凝土拌合物的维勃稠度值（读数精确至1s）。
3．拌合物稠度的调整
在进行混凝土配合比试配时，若试拌得出的混凝土拌合物的坍落度或维勃稠度不能满足要求，或粘聚性和保水性不好时，应在保证水灰比不变的条件下相应调整用水量或砂率，直到符合要求为止。
当不同水比的混凝土拌合物与要求的差额超过允许偏差时，可通过增减用水量进行调整。
普通混凝土试验报告
试验日期：
一、混凝土配合比设计要求和试拌材料性质：
配合比设计要求
混凝土等级
坍落度（厘米）
试
拌
材
料
性
质
水
泥
品种
出厂日期
强度等级
比重
砂
子
细度模数
最大粒径
级配情况
级配情况
比重（Kg/m
）
比重（Kg/m
）
容重（Kg/m
）
石子
容重（Kg/m
）
容隙率（%）
容隙率（%）
含水率（%）
含水率（%）
（二）混凝土抗压强度试验
1．试验目的
测定混凝土立方体试块的抗压强度，作为确定混凝土等级的依据。
2．仪器设备
混凝土搅拌设备或工具，试模，捣棒，振动台，直尺，压力试验机或万能试验机等。
3．试验方法
试验前，先选定试模尺寸，混凝土强度试验所用试模尺寸与骨料最大料径的关系要满足“混凝土试验方法参数”表。
试块尺寸（mm）
骨料的允许最大粒径（mm）
成型时每层插捣次数
抗压强度的尺寸换算系数
200×200×200
60
50
1.05
150×150×150
40
25
1.00
100×100×100
31.5及以下
12
0.95
混凝土试配时，每盘最小搅拌量应符合“混凝土试配用最小搅拌量”表的规定。
骨料最大粒径（mm）
拌合物数量（L）
31.5及以下
15
40
25
搅拌均匀的混凝土拌合物在试模中成型。
对一般塑性混凝土拌合物，用人工捣实法成型，分两层插捣，每层插捣次数见表。
插捣应沿试模周边，均匀地逐步捣向中心。
对坍落度在70mm以下的混凝土拌合物，也可用振动台振实，振动时间依拌合物的流动性而定，振至拌合物表面开始泛浆为度，最后用抹子抹平表面。
试件成型后移入养护室，在室温20±5℃下净置一昼夜，然后编号拆模。
拆模后的试块应放在20±3℃、相对温度为90%以上的标准条件下养护，直至强度试验前。
进行抗压强度试验时，从养护室取出试块，擦试干净，测量尺寸，并检查其外观，试样尺寸测量精确到1mm。
试验机量程应使试块的预期破坏荷载值不少于全量程的20%，也不大于全量程的80%，试验机压板应有球形支座（否则另加），试块上下接触面应加钢垫板。
试块安放在试验台中心，试块承压面应为试块的成型侧面，成型顶面不能作为承压面。
开动试验机，调整试验机示力盘的指针零点，当上承压板与试块上垫板接近时，应调整球座位置，使接触均衡。
标准加荷速度为每秒0.6±0.4MPa，低标号混凝土取较低的加速度，高标号混凝土取较高的加荷速度。
试验进行至试块破坏、试验机示力主针明显后退为止。
4．结果计算
计算混凝土立方体试块的抗压强度R（MPa）：
R=
式中标P——破坏荷载（N）
A——试块承压面积（m㎡）
计算精确至0.
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