土木工程材料实验指导书.docx
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土木工程材料实验指导书
济南铁道职业技术学院
建筑材料试验指导书
班级__________姓名
土木系建工教研室
2006．4
实验1 建筑材料基本物理性质实验
（1）实验目的
通过材料密度的测试，计算出材料的孔隙率，了解材料的构造特征。
（2）试样制备
将试样研磨，用孔径0.2mm筛子筛分除去筛余物，并放到105～110℃的烘箱中，烘至恒重。
将烘干的粉料放入干燥器中冷却至室温待用。
（3）实验步骤
①密度的测定
A在李氏瓶中注入煤油至突颈下部，记下刻度数。
将李氏瓶放在盛水的容器中，在试验过程中保持水温为20℃。
B称取50～90g试样，用漏斗将试样逐渐送入李氏瓶内，使液面上升至接近20cm3的刻度为止。
再称剩下的试样，计算送入李氏瓶中的试样质量m（g）。
将注入试样后的李氏瓶液面的读数，减去未注前的读数，得试样得绝对体积V（cm3）。
②体积密度的测定
A称取试样质量m及蜡封试件在空气的质量m1，并对试样表面涂蜡。
B在容量瓶中加入适量的水，记录水的体积数V1。
C将试样放入容量瓶中，记录水的体积数V2。
（4）实验结果计算
①密度
按下式计算出密度（精确至0.01g）
ρ＝m/V
式中 m——装入瓶中的质量，g
V——装入瓶中试样的体积，cm3
密度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。
两次结果之差不应大于0.02g/cm3，否则重做。
②体积密度
按下式计算出体积密度ρ0
ρ0=m/V0
式中 m——试样的质量，g
V0——试样的体积（包括开口孔隙、闭口孔隙和材料绝对密实体积）V0＝V2-V1-[（m1-m）/ρ蜡]
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。
两次结果之差不应大于0.02g/cm3，否则重做。
③孔隙率的计算
按下式计算孔隙率P
（5）问题与讨论
①在进行密度试验时，试样的研碎程度对试验结果有何影响，为什么？
答：
试验样品内部存在较多孔隙。
颗粒越大材料孔隙率越大，测得的密度值越大,其误差越大。
试件越碎，测试结果越准确。
②在测试密度的试验中，为什么要轻轻摇动李氏瓶？
答：
因为需要排除空气。
实验2建筑钢材试验
（1）实验目的
①测定钢材的屈服强度、抗拉强度与伸长率，注意观察拉力与变形之间的关系，为确定和检验钢材的力学及工艺性能提供手段和依据。
②检验钢筋承受规定弯曲程度的变形性能，确定其可加工性能，并显示其缺陷。
（2）主要仪器设备
全能实验机，游标卡尺等。
（3）取样方法
自每批钢筋中任意抽取两根，于每根距端部50mm处各取一套试样（两根试件）。
在每套试样中取一根作拉力试验，另一根作冷弯试验。
试验应在20±10℃的温度下进行，如试验温度超出这一范围，应在试验记录和报告中注明。
（4）实验方法
实验2.1钢筋的拉伸实验
实验2.2钢筋的冷弯实验
（5）问题与讨论
①在进行钢材拉伸试验时，加荷速度对试验结果有何影响？
答：
加荷速度越快，所测的最大值越高。
测试的强度值越大，误差越大。
②在测定伸长率时，如断点非常靠近夹持点（即不在中间部位断裂），对实验结果有何影响？
答：
钢材在拉伸过程中，其变形是不均匀的，中间部位的变形量较两端的大。
试验结果偏低。
③进行弯曲试验时，“横向毛刺、伤痕或刻痕”对实验结果有何影响，为什么？
答：
这些缺陷易导致应力集中。
④钢材试验中，对温度有严格要求，如果试验温度偏高对屈服点，抗拉强度，伸长率和冷弯结果各有何影响？
答：
在0℃以上，温度越高，钢材塑性越好，强度越低。
实验2.1拉伸试验
（1）试件制作和准备
拉伸试验用钢筋试件一般不进行车削加工。
（2）实验步骤
（3）实验结果
①钢筋强度的计算
试件的屈服强度按下式计算：
式中PS——屈服点荷载，N；
A0——试件横截面积，cm2。
试件的抗拉强度按下式计算：
式中P0——屈服点荷载，N；
A0——试件横截面积，cm2。
②伸长率的测定
A.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。
B.如拉断处到邻近标距端点的距离大于（1／3）L0时，可用卡尺直接量出已被拉的标距长度L1（mm）。
C.如拉断处到邻近的标距端点的距离小于或等于（1/3）L0时，可按移位法计算。
D.伸长率按下式计算（精确至1％）：
式中δ——伸长率，％，精确至1％；
L0——原标距长度，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0.1mm）。
E.如试件在标距端点上或标距外断裂，则试验结果无效，应重作试验。
将测试、计算所得到的结果δ10、δ5（δ10、δ5分别表示L0＝10a和L0＝5a时的断后伸长率），对照国家规范对钢筋性能的技术要求，如达到标准要求则合格，如未达到，可取双倍试验重做，如仍未达到标准者，则钢筋的伸长率不合格。
实验2.2冷弯试验
（1）实验条件 实验应在10～35℃或控制条件（23±5℃）进行。
（2）实验步骤
①试件不经车削，长度为5d0+150mm,d0为试件的计算直径（mm）。
②弯曲直径按规定选用。
③调整试验机两支辊间的距离，使其等于d+2.1d0。
④平稳施加荷载，弯曲到要求的弯曲角。
（3）试验结果评定 弯曲后，按有关标准规定检查试样弯曲外表面，进行结果测定。
若无裂纹、裂缝或断裂，则评定试样合格。
实验3水泥技术性能试验
（1）实验目的及依据
本试验根据国家标准GB1345-91《水泥细度检验方法》、GB/T1346-2001《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》及GB/T17676-1999《水泥胶砂强度检验方法》测验定水泥的有关性能和胶砂强度。
（２）取样方法
以同一水泥厂、同期到达、同品种、同强度等级的水泥，按规定的取样单位取样。
当散装水泥运输工具的容量超过该厂规定出厂编号吨数时，允许该编号的数量超过取样规定吨数。
取样应有代表性，可连续取样，亦可从20个以上不同部位取等量样品，总量至少12kg。
（３）实验方法
实验3.1水泥细度实验
实验3.2标准稠度用水量、凝结时间实验
实验3.3安定性实验
实验3.4胶砂强度实验
（4）问题与讨论
①水泥技术指标中并没有标准稠度用水量，为什么在水泥性能试验中要求测其标准稠度用水量？
用水量会影响安定性和凝结时间的试验结果。
②进行凝结时间测定时，制备好的试件没有放入湿气养护箱中养护，而是暴露在相对湿度为50％的室内，试分析其对试验结果的影响？
在相对湿度较低的环境中，试件易失水，测试误差加大。
③某工程所用水泥经上述安定性检验（雷氏法）合格，但一年后构件出现开裂，试分析是否可能是水泥安定性不良引起的？
安定性试验（雷氏法）只可检验出因游离CaO过量引起的安定性不良，不能检测出因MgO等因素引起的开裂。
④测定水泥胶砂强度时，为何不用普通砂，而用标准砂？
所用标准砂必须有一定的级配要求，为什么？
标准砂使试验结果具有可比性；级配好坏会影响试验结果。
实验3.1水泥细度检验
细度检验有负压筛法、水筛法和干筛法三种，在检验工作中，如负压筛法与水筛法或干筛法的测定结果有争议时，以负压筛法为准。
本实验采用负压筛法。
（1）主要仪器
负压筛、天平等。
（2）试验前的准备
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。
称取试样25g，置于洁净的负压筛中，盖上筛盖，放在筛座上，开动筛析仪连筛析2min，在此期间如有试样附着在筛盖上，可轻轻地敲击，使试样落下。
筛毕，用天平称量筛余物。
（3）实验步骤
（4）试验结果计算
水泥试样筛余百分数按下式计算（结果计算至0．1％）：
式中F——水泥试样的筛余百分数；
Rs——水泥筛余物的质量，g；
W——水泥试样的质量，g。
实验3.2水泥标准稠度用水量、凝结时间
（1）水泥标准稠度用水量实验
①试验前的准备
A.试验前必须检查维卡仪的金属棒能否自由滑动。
B.调整至试杆接触玻璃板时指针对准零点。
C.搅拌机运转正常。
D.水泥净浆搅拌机的筒壁及叶片先用湿布擦抹干净。
②实验步骤
注意：
A．降低试杆至水泥净浆表面后，拧紧螺丝1～2s，突然放松，使试杆垂直自由地沉入水泥净浆中。
B．在试杆停止沉入或释放试杆30s时记录试杆距底板之间的距离。
C.整个操作应在搅拌后1.5min内完成。
③实验结果
以试杆沉入净浆并距底板6±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，按水泥质量的百分比计。
（2）水泥凝结时间实验
①试验前的准备
测定前，将圆模放在玻璃板上，在内侧稍涂上一层机油，调整测定仪使试针接触玻璃板时，指针对准标尺零点。
②实验步骤
注意：
A．在测定水泥的初凝时，调整试针与水泥净浆表面接触。
拧紧螺丝1～2s后，突然放松。
试针停止下沉或释放试针30s时观察指针的读数。
试件加水后30min时进行第一次测定。
并应轻轻扶持金属柱，使其徐徐下降。
在完成初凝时间测定后，应立即将试模连同浆体以平移的方式从玻璃板取下，翻转180°，直径大面朝上，小端向下放在玻璃板上，再放入湿气养护箱中继续养护。
B．在整个测试过程中试针沉入的位置至少要距试模内壁10mm。
C．临近初凝时，每隔5min测定一次。
临近终凝时每隔15min测定一次。
到达初凝或终凝时应立即重复测一次，当两次结论相同时才能定为到达初凝或终凝状态。
D．每次测定不能让试针落入原针孔。
每次测试完毕须将试针擦净并将试模放回湿气养护箱内。
这个测试过程要防止试模受振。
③实验结果
到达初凝或终凝时，应立即重复测一次，当两次结论相同时，才为达到初凝或终凝状态。
验定方法为将测定的初凝和终凝时间，对照国家规范对各种水泥的技术要求，从而判定凝结时间是否合格。
实验3.3水泥安定性试验
安定性是水泥硬化后体积变化的均匀性，体积的不均匀变化引起膨胀、裂缝或翘曲等现象。
安定性实验可采用试饼法或雷氏法，当实验结果有争议时以雷氏法为准。
（1）实验前的准备
称取水泥试样400g，用标准稠度需水量，按标准绸度测定时拌和净浆的方法制成水泥净浆，然后制作试样。
①饼法制作
从制成的净浆中取约150g分成两等分，制成球形，放在涂过油的玻璃板上，轻轻振动玻璃板，并用湿布擦过的小刀，由边缘向饼的中央抹动，做成直径70～80mm，中心厚约10mm，边缘渐薄、表面光滑的试饼。
接着将试饼放人养护箱内，自成型时起，养护24±2h。
②雷氏法制作
将预先准备好的雷氏夹放在已稍擦油的玻璃板上，并立刻将已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的小刀插捣15次左右，然后平盖上稍涂油的玻璃板，接着立刻将试模移至养护箱内养护24±2h。
（2）实验步骤
（3）实验结果评定
①试饼法鉴定：
目测试饼，若未发现裂缝，再用直尺检查也没有弯曲时，则水泥安定性合格，反之为不合格。
当两个试饼有矛盾时，为安定性不合格。
②雷氏法鉴定：
测量试件指针尖端的距离（C）记录至小数点后一位，当两试件煮后增加距离（C-A）的平均值不大于5.0mm时，即安定性合格，反之为不合格。
当两个试件的（C-A）值相差4mm时，应取同一样品立即重新做一次实验。
实验3.4水泥胶砂强度试验
（1）适用范围
本实验标准适用于硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥以及石灰石硅酸盐水泥的抗折与抗压强度的检验。
其它水泥采用本标准时必须探讨该标准规定的适用性。
（2）主要仪器设备
搅拌机、试模、振实台、抗折强度试验机及抗压强度试验机等。
（3）实验步骤
①试件的制备
水泥胶砂强度采用的质量配合比为水泥:
砂:
水＝1:
3:
0.5（适用于除火山灰水泥外的其它水泥），即水泥450g，标准砂1350g，水225ml。
②试件的养护
③试块的破型
（4）实验结果计算
①抗折强度测定
以一组三个棱柱体抗折结果的平均值作为实验结果。
当3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实验结果。
②抗压强度测定
抗压强度按下式进行计算：
Rc=Fc/A
式中Fc——破坏时的最大荷截，N；
A——受压部分面积，mm2（40mm×40mm＝1600mm2）。
以一组三个棱柱体上得到的6个抗压强度测定值的算术平均为实验结果。
如6个测定值中有一个超出六个平均值的±10％，就应剔除这个结果，而以剩下5个的平均数为结果。
如果5个测定值中再有超过它们平均数±10％的，则此组结果作废。
③实验结果处理
各试体的抗折强度记录至0.1MPa，平均值计算精确至0.1MPa。
单个抗压强度结果计算至0.1MPa，平均值计算精确至0.1MPa。
④检验方法的精确性
检验方法的精确性通过其重复性和再现性来测量。
⑤再现性
对于28d抗压强度的测定，在合格实验室之间的再现性，用变异系数表示，可要求不超过6％。
实验4 混凝土用砂石试验
（1）实验目的和依据
对混凝土用砂、石进行实验，评定其质量，为混凝土配合比设计提供原材料参数。
建筑用砂试验依据为国家标准GB/T14684－2001《建筑用砂》；建筑用石试验依据为国家标准GB/T14685－2001《建筑用卵石、碎石》。
（2）取样与处理方法
①取样
骨料应按同产地同规格分批取样。
按运输工具大小不同，每批约为400m3或200m3；不足上述数量时，以一批论。
取样前先将取样部位表层除去，然后从料堆或车船上不同部位或深度抽取大致相等的砂8份或石子16份。
砂石部分单项实验的取样数量分别见表10-1和表10-2。
②处理
A.分料器法
将样品放在潮湿状态下拌和均匀，然后通过分料器，取接料斗中的其中一份再次通过分料器。
重复上述过程，直至把样品缩分到试验所需量为止。
B.人工四分法
将所取样品放在平整洁净的平板上，在潮湿状态下拌和均匀，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。
重复上述过程把样品缩分到试验所需量为止。
石子缩分采用四分法进行。
将样品倒在平整洁净的平板上，在自然状态下拌和均匀，堆成锥体，然后用上述四分法将样品缩分至略多于实验所需量。
C.堆积密度、人工砂坚固性检验所用试样可不经缩分，在搅匀后直接进行试验。
（3）实验方法
实验4.1 砂的筛分析实验
实验4.2 石的筛分析实验
实验4.3 砂的表观密度和堆积密度试验
实验4.4 石的表观密度和堆积密度试验
（4）问题与讨论
①试分析砂、石取样时进行缩分的意义。
答：
使试样具有代表性
②进行砂筛分时，试样准确称量500g，但各筛的分计筛余量之和大于或小于500g，试分析其可能的原因（称量错误不计）。
答：
试样前筛内有残余砂或筛分过程中砂丢失。
实验4.1砂的筛分析试验
（1）仪器设备：
鼓风烘箱：
能使温度控制在（105±5）℃；
天平：
称量1000g，感量1g；
方孔筛：
孔径为150μm、300μm、600μm、1.18mm、2.36mm、4.75mm及9.50mm的筛各一只，并附有筛底和筛盖；
摇筛机；
搪瓷盘，毛刷等。
（2）试样制备：
实验前先将试样通过10mm筛，并算出筛余百分率。
若试样含泥量超过5％，应先用水洗。
称取每份不少于550g的试样两份，分别倒入两个浅盘中，在（105±5）℃的温度下烘干到恒量，冷却至室温备用。
（3）实验步骤
（4）结果计算与评定
①计算分计筛余百分率：
各号筛上的筛余量与试样总质量之比，计算精确至0.1％；
②计算累计筛余百分率：
该号筛的筛余百分率加上该号筛以上各筛余百分率之和，计算精确至0．1％。
筛分后，如每号筛的筛余量与筛底的剩余量之和同原试样质量之差超过1％，须重新试验。
③砂的细度模数Mx可按下式计算，精确至0.01：
式中Mx——细度模数；
α1、α2、α3、α4、α5、α6——分别为4.75mm、2.36mm、1.18mm、600μm、300μm、150μm筛的累积筛余。
④累计筛余百分率取两次试验结果的算术平均值，精确至1％。
细度模数取两次试验结果的算术平均值，精确至0.1；如两次试验的细度模数之差大于0.20时，须重新试验。
根据累计筛余百分率对照表4-1，确定该砂所属的级配区。
表4-1颗粒级配
累计筛余/％
级配区
1
2
3
9.50mm
0
0
0
4.75mm
10～0
10～0
10～0
2.36mm
35～5
25～0
15～0
1.18mm
65～35
50～10
25～0
600μm
85～71
70～41
40～16
300μm
95～80
92～70
85～55
150μm
100～90
100～90
100～90
1）砂的实际颗粒级配与表中所列数字相比，除4.75mm和600μm筛档外，可以略有超出，但超出总量应小于5%。
2）1区人工砂中150μm筛孔德累计筛余可以放宽到100～85，2区人工砂中150μm筛孔的累计筛余可以放宽到100～80，3区人工砂中150μm筛孔的累计筛余可以放宽到100～75。
实验4.2石子筛分析试验
（1）主要仪器设备
鼓风烘箱：
能使温度控制在（105±5）℃；
台秤：
称量10kg，感量1g；
方孔筛：
孔径为2.36mm、4.75mm、9.50mm、16.0mm、19.0mm、26.5mm、31.5mm、37.5mm、53.0mm、63.0mm、75.0mm及90mm的筛各一只，并附有筛底和筛盖（筛框内径为300mm）；
摇筛机；
搪瓷盘，毛刷等。
（2）试样制备
从取回试样中用四分法缩取不少于规定的试样数量，经烘干或风干后备用。
（3）实验步骤
按规定称取试样。
将试样按筛孔大小顺序过筛，当每号筛上筛余层的厚度大于试样的最大粒径时，应将该号筛上的筛余分成两份，再次进行筛分，直至各筛每分钟通过量不超过试样总量的0.1％。
称取各筛筛余的质量，精确至试样总质量的0.l％。
在筛上的所有分计筛余量和筛底剩余的总和与筛分前测定的试样总量相比，其相差不得超过1％。
（4）结果计算
①计算分计筛余百分率：
各号筛的筛余量与试样总质量之比，计算精确至0.1％。
②计算累计筛余百分率：
该号筛的筛余百分率加上该号筛以上各分计筛余百分率之和，精确至1.0％。
筛分后，如每号筛的筛余量与筛底的筛余量之和同原试样质量之差超过1％时，须重新试验。
③根据各号筛的累计筛余百分率，评定该试样的颗粒级配。
实验4.3砂的表观密度和堆积密度试验
（1）仪器设备：
鼓风烘箱：
能使温度控制在（105±5）℃；
天平：
称量10kg，感量1g；
容量筒：
圆柱形金属筒，内径108mm，净高109mm，壁厚2mm，筒底厚约5mm，容积为1L；
方孔筛：
孔径为4.75mm的筛一只；
垫棒：
直径10mm，长500mm的圆钢；
直尺、漏斗或料勺、搪瓷盘、毛刷等。
（2）试样制备：
试样制备可参照前述的取样与处理方法
（3）实验步骤
①用搪瓷盘装取试样约3L，放在烘箱中于（105±5）℃下烘干至恒量，待冷却至室温后，筛除大于4.75mm的颗粒，分为大致相等的两份备用。
②松散堆积密度：
取试样一份，用漏斗或料勺从容量筒中心上方50mm处徐徐倒入，让试样以自由落体落下，当容量筒上部试样呈堆体，且容量筒四周溢满时，即停止加料。
然后用直尺沿筒口中心线向两边刮平（试验过程应防止触动容量筒），称出试样和容量筒的总质量，精确至1g。
③紧密堆积密度：
取试样一份分两次装入容量筒。
装完第一层后，在筒底垫放一根直径为10mm的圆钢，将筒按住，左右交替击地面各25次。
然后装入第二层，第二层装满后用同样的方法颠实（但筒底所垫钢筋的方向与第一层时的方向垂直）后，再加试样直至超过筒口，然后用直尺沿筒口中心向两边刮平，称出试样和容量筒的总质量，精确至1g。
（4）结果计算与评定
①砂的表观密度按下式计算，精确至10kg/m3：
式中ρ2——表观密度，kg/m3；
ρ水——水的密度，1000kg/m3；
G0——烘干试样的质量，g；
G1——试样，水及容量瓶的总质量，g；
G2——水及容量瓶的总质量，g；
表观密度取两次试验结果的算术平均值，精确至10kg/m3；如两次试验结果之差大于20kg/m3，须重新试验。
②松散或紧密堆积密度按下式计算，精确至10kg/m3：
式中ρ1——松散堆积密度或紧密堆积密度，kg/m3；
G1——容量筒和试样总质量，g；
G2——容量筒质量，g；
V——容量筒的容积，L。
堆积密度取两次试验结果的算术平均值，精确至10kg/m3。
③空隙率按下式计算，精确至1％：
式中V0——空隙率，％；
ρ1——试样的松散（或紧密）堆积密度，kg/m3；
ρ2——试样表观密度，kg/m3；
空隙率取两次试验结果的算术平均值，精确至1％。
实验4.4石的表观密度和堆积密度试验
⑴石的表观密度试验
①仪器设备：
鼓风烘箱：
能使温度控制在（105±5）℃；
天平：
称量2kg，感量1g；
广口瓶：
1000mL，磨口，带玻璃片；
方孔筛：
孔径为4.75mm的筛一只；
温度计、搪瓷盘、毛巾等。
②试样制备：
试样制备可参照前述的取样与处理方法
③实验步骤
A.按规定取样，并缩分至略大于规定的数量，风干后筛余小于4.75mm的颗粒，然后洗刷干净，分为大致相等的两份备用。
表10－3表观密度试验所需试样数量
最大粒径，mm
小于26.5
31.5
37.5
63.0
75.0
最少试样质量，kg
2.0
3.0
4.0
6.0
6.0
B.将试样浸水饱和，然后装入广口瓶中。
装试样时，广口瓶应倾斜放置，注入饮用水，用玻璃片覆盖瓶
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