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土木工程材料试验指导书

土木工程材料试验指导书

主编：

吕智英林枫

专业：

班级：

学号：

姓名：

组号：

南阳示范学院土木工程材料实验室

2006.11

1工程材料试验基本知识……………………………………………………………1

1.1材料试验的重要性………………………………………………………………1

1.2试验数据的处理与分析…………………………………………………………1

1.2.1数值修约规则…………………………………………………………………2

1.2.2平均值、标准差、变异系数…………………………………………………2

1.2.3通用计量名词及其定义………………………………………………………3

1.3工程材料技术标准………………………………………………………………4

1.3.1技术标准的分类………………………………………………………………4

1.3.2技术标准的等级………………………………………………………………4

1.3.3技术标准的代号与编号………………………………………………………5

1.4工程材料试验基本技术…………………………………………………………3

1.4.1测试技术………………………………………………………………………

1.4.2试验条件………………………………………………………………………

1.4.3试验报告………………………………………………………………………

2工程材料试验守则…………………………………………………………………5

2.1工程材料试验须知………………………………………………………………5

2.2工程材料试验学生守则…………………………………………………………5

3工程材料试验方法……………………………………………………………6

3.1土木工程材料基本性质试验……………………………………………………6

3.1.1密度试验………………………………………………………………………6

3.1.2毛体积密度试验………………………………………………………………7

3.1.3吸水率试验……………………………………………………………………7

3.2水泥………………………………………………………………………………10

3.2.1水泥密度检测…………………………………………………………………10

3.2.2水泥细度检测…………………………………………………………………11

3.2.3水泥标准稠度用水量检测……………………………………………………13

3.2.4水泥凝结时间检测……………………………………………………………14

3.2.5水泥安定性检测………………………………………………………………15

3.2.6水泥胶砂强度检测……………………………………………………………18

3.3混凝土骨料………………………………………………………………………23

3.3.1砂子颗粒级配检测……………………………………………………………23

3.3.2砂子表观密度、堆积密度及吸水率检测……………………………………25

3.3.3卵石、碎石颗粒级配检测……………………………………………………31

3.3.4卵石、碎石表观密度及吸水率检测…………………………………………32

3.4混凝土……………………………………………………………………………35

3.4.1混凝土拌合物室内拌合方法…………………………………………………35

3.4.2混凝土坍落度检测……………………………………………………………36

3.4.3混凝土拌合物密度检测………………………………………………………39

3.4.4混凝土的成型与养护方法……………………………………………………41

3.4.5混凝土抗压强度检测…………………………………………………………43

3.4.6混凝土抗折强度检测…………………………………………………………44

3.4.7混凝土劈裂抗拉强度检测……………………………………………………46

3.5砌墙砖强度试验…………………………………………………………………48

3.5.1检测依据………………………………………………………………………48

3.5.2仪器设备………………………………………………………………………49

3.5.3抗压强度试验…………………………………………………………………49

3.5.4抗折强度试验…………………………………………………………………52

3.6钢筋………………………………………………………………………………53

3.6.1拉伸试验………………………………………………………………………53

3.6.2冷弯试验………………………………………………………………………56

3.7沥青………………………………………………………………………………58

3.7.1沥青针入度检测………………………………………………………………58

3.7.2沥青延度检测…………………………………………………………………61

3.7.3沥青软化点测定（环球法）……………………………………………………64

3.8沥青混合料试验…………………………………………………………………72

3.8.1沥青混合料制备和试件成型…………………………………………………72

3.8.2沥青混合料物理指标检测……………………………………………………76

3.8.3沥青混合料马歇尔稳定度检测………………………………………………79

3.9沥青混合料车辙试验……………………………………………………………85

附表：

工程材料检测常用标准一览表……………………………………………116

1工程材料试验基本知识

1.1材料试验的重要性

质量责任重于泰山。

土木工程材料质量的优劣，直接影响建筑物的质量和安全。

因此，工程材料性能试验与质量试验，是从源头抓好建设工程质量管理工作，确保建设工程质量和安全的重要保证。

为了加强建设工程质量，就要设立各级工程质量，尤其是工程材料质量的试验机构，培养从事工程材料性能和质量检验的专门人才。

对高等学校来说，就是加强学生试验技能的培训，使大家毕业后从事材料质量的试验与控制工作，为推进建筑业的发展、提高工程建设质量发挥积极作用，作出突出贡献。

随着建筑业的改革与发展，新材料、新技术层出不穷，尤其是我国加入WTO以后，技术标准逐渐与国际标准接轨。

国家工程材料试验技术规程、标准、规范进入大范围修订和更新，新方法、新仪器的采用和试验标准的变更，更要求同学们不断学习，更新知识。

所以，同学们要在学好理论课的基础上，重视试验理论，搞懂试验原理，学会试验方法，加强动手能力，上好试验课。

1.2试验数据的处理与分析

在工程施工中，要对大量的原材料和半成品进行试验，在取得了原始的观测数据之后，为了达到所需要的科学结论，常需要对观测数据进行一系列的分析和处理，最基本的方法是数学处理方法。

1.2.1数值修约规则

在材料试验中，各种试验数据应保留的有效位数，在各自的试验标准中均有规定。

为了科学地评价数据资料，首先应了解数据修约规则，以便确定测试数据的可靠性与精确性。

数据修约时，除另有规定者外，应按着国家标准《数值修约规则》（GB8170-87）给定的规则进行。

1．拟舎弃数字的最左一位数字小于5时，则舎去，即保留的各位数字不变。

2．拟舎弃数字的最左一位数字大于5时，或者是5，而其后跟有并非全部为0的数字时，则进1，即保留的末位数字加1。

3．拟舎弃数字的最左一位数字是5，而右面无数字或皆为0时，若所保留的末位数字为奇数则进1，为偶数则舎去。

4．负数修约时，先将他的绝对值按上述规定进行修约，然后在修约值前面加上负号。

1.2.2平均值、标准差、变异系数

进行观测的目的，是要求得某一物理量的真值。

但是，真值是无法测定的，所以要设法找出一个可以用来代表真值的最佳值。

1．平均值

将某一未知量x测定n次，其观测值为x1、x2、x3、……xn，将他们平均得：

算术平均值是一个经常用到的很重要的数值，当观测数值越多时，他越接近真值。

平均值只能用来了解观测值的平均水平，而不能反映其波动情况。

2．标准差

观测值与平均值之差的平方和的平均值称为方差，用符号σ2表示。

方差的平方根称为标准差，用σ表示：

σ是表示测量次数n→∞时的标准差，而在实测中只能进行有限次的测量，其标准差可用s表示。

即：

标准差是衡量波动性的指标。

3．变异系数

标准差只能反映数值绝对离散的大小，也可以用来说明绝对误差的大小，而实际上更关心其相对误差的大小，即相对离散的程度，这在统计学上用变异系数Cv来表示。

计算式为：

如同一规格的材料经过多次试验得出一批数据后，就可通过计算平均值、标准差与变异系数来评定其质量或性能的优劣。

1.2.3通用计量名词及其定义

1．测量误差：

测量结果与被测量真值之差。

2．测得值：

从计量器具直接得出或经过必要计算而得出的量值。

3．实际值：

满足规定准确度的用来代替真值使用的量值。

4．测量结果：

由测量所得的被测量值。

5．观测误差：

在测量过程中由于观测者主观判断所引起的误差。

6．系统误差：

在对同一被测量的多次测量过程中，保持恒定或以可预知方式变化的测量误差的分量。

7．随机误差：

在对同一被测量的多次测量过程中，以不可预见方式变化的测量误差的分量。

8．绝对误差：

测量结果与被测量真值之差。

9．相对误差：

测量的绝对误差与被测量真值之比。

10．允许误差：

技术标准、检定规程等对计量器具所规定的允许误差极限值。

1.3工程材料技术标准

技术标准主要是对产品与工程建设的质量、规格及其检验方法等所作的技术规定，是从事生产、建设、科学研究工作与商品流通的一种共同的技术依据。

1.3.1技术标准的分类

技术标准通常分为基础标准、产品标准和方法标准。

1．基础标准：

指在一定范围内作为其他标准的基础，并普遍使用的具有广泛指导意义的标准。

如《水泥命名定义和术语》。

2．产品标准：

是衡量产品质量好坏的技术依据。

如《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》。

3．方法标准：

是指以试验、检查、分析、抽样、统计、计算、测定作业等各种方法为对象制定的标准。

如《水泥胶砂强度检验方法》。

1.3.2技术标准的等级

根据发布单位与适用范围，建筑材料技术标准分为国家标准、行业标准（含协会标准）、地方标准和企业标准四级。

各级标准分别由相应的标准化管理部门批准并颁布，我国国家质量监督检验检疫总局是国家标准化管理的最高机关。

国家标准和部门行业标准都是全国通用标准，分为强制性标准和推荐性标准；省、自治区、直辖市有关部门制定的工业产品的安全、卫生要求等地方标准在本行政区域内是强制性标准；企业生产的产品没有国家标准、行业标准和地方标准的，企业应制定相应的企业标准作为组织生产的依据。

企业标准由企业组织制定，并报请有关主管部门审查备案。

鼓励企业制定各项技术指标均严于国家、行业、地方标准的企业标准在企业内使用。

1.3.3技术标准的代号与编号

GB-----中华人民共和国国家标准；

GBJ-----国家工程建设标准；

GB/T-----中华人民共和国推荐性国家标准；

ZB-----中华人民共和国专业标准；

ZB/T-----中华人民共和国推荐性专业标准；

JC-----中华人民共和国建筑材料工业局行业标准；

JG/T-----中华人民共和国建设部建筑工程行业推荐性标准；

JGJ-----中华人民共和国建设部建筑工程行业标准；

YB-----中华人民共和国冶金工业部行业标准；

SL-----中华人民共和国水利部行业标准；

JTJ-----中华人民共和国交通部行业标准；

CECS-----工程建设标准化协会标准；

JJG-----国家计量局计量检定规程；

DB-----地方标准；

Q/xxx-----xxx企业标准。

标准的表示方法，系由标准名称、部门代号、编号和批准年份等组成。

1.4工程材料试验基本技术

1.4.1测试技术

（一）取样

在进行试验之前，首先要选取试样。

试样必须具有代表性，取样原则为随机取样，即在若干堆（捆、包）材料中，对任意堆放材料随机抽取试样。

（二）仪器的选择

试验仪器设备的精度要与试验规程的要求一致，并且有实际意义。

试验需要称量时，称量要有一定的精确度，如试样称量精度要求为0.1g，则应选择感量0.1g的天平。

对试验机量程也有选择要求，根据试件破坏荷载的大小，应使指针停在试验机读盘的第二、三象限内为好。

（三）试验

试验前一般应将取得的试样进行处理、加工或成型，以制备满足试验要求的试样或试件。

试验应严格按着试验规程进行。

（四）结果计算与评定

对各次试验结果，进行数据处理，一般取n次平行试验结果的算术平均值作为试验结果。

试验结果应满足精确度与有效数字的要求。

试验结果经计算处理后应给予评定，看是否满足标准要求或评定其等级，在某种情况下还应对试验结果进行分析，并得出结论。

1.4.2试验条件

同一材料在不同的试验条件下，会得出不同的试验结果，因此要严格控制试验条件，以保证测试结果的可比性。

（一）温度

实验室的温度对某些试验结果影响很大，如石油沥青的针入度、延度试验，一定要控制在25℃的恒温水浴中进行。

（二）湿度

试验时试件的湿度也明显影响试验数据，试件的湿度越大，测得的强度越低。

因此，实验室的湿度应控制在规定的范围内。

（三）试件的尺寸与受荷面平整度

对同一材料，小试件强度比大试件强度高。

相同受压面积的试件，高度小的比高度大的试件强度高。

因此，试件尺寸要合乎规定。

试件受荷面的平整度也影响测试强度，如果试件受荷面粗糙，会引起应力集中，降低试件强度，所以试件表面要找平。

（四）加荷速度

加荷速度越快，试件的强度越高。

因此，对材料的力学性能试验，都有加荷速度的规定。

1.4.3试验报告

试验的主要内容，都应在试验报告中反映，报告的形式可以不尽相同，但其内容都应包括：

（1）试验名称、内容；

（2）目的与原理；

（3）试样编号、测试数据与计算结果；

（4）结果评定与分析；

（5）试验条件与日期；

（6）试验、校核、技术负责人。

试验报告是经过数据整理、计算、编制的结果，而不是原始记录，也不是实际过程的罗列，经过整理计算后的数据，可用图、表等表示，达到一目了然。

为了编写出符合要求的试验报告，在整个试验过程中必须认真做好有关现象、原始数据的纪录，以便于分析、评定测试结果。

2工程材料试验守则

2.1工程材料试验须知

2.1.1试验目的

工程材料试验的目的，一方面是为了验证、巩固在课堂上所学到的理论知识；另一方面是熟悉工程材料测试仪器的构造和使用方法，培养学生日后从事工程材料质量试验工作的基本操作技能。

2.1.2试验准备

在试验之前，指导老师必须自己先做一遍试验，以便检验试验设备运行状况是否良好，试验原材料是否到位，安全措施、试验环境是否正常。

学生必须复习教材中的有关内容，仔细预习《试验指导书》，明确试验的目的要求、方法步骤和注意事项，以保证按时完成试验教学任务。

2.1.3试验分组

试验分小组进行，一个标准班为一个批次，4～5人为一组，组长负责组织协调工作，办理有关仪器、材料、资料借领和归还手续。

每人都要认真仔细地操作，培养独立工作能力和严肃认真的科学态度，同时要发扬互助协作精神。

2.1.4仪器损坏

在试验过程中，发现仪器设备有损坏、遗失时，立即报告指导老师；同时要查明原因及责任人，填写损坏事故单，必要时进行赔偿处理。

2.1.5试验结束

试验结束时，应向指导老师出具试验原始记录数据，老师签字后离开实验室。

学生在规定的时间内提交书写工整、规范的试验报告，教师在规定的时间内评判试验报告，考核学生试验课成绩。

2.2工程材料试验学生守则

为保证试验教学工作的顺利开展，要求广大同学严格执行《学生试验守则》，具体规定如下：

1.实验室是进行科学试验的重要场所，进入实验室必须遵守各项规则制度，保持室内整洁、肃静和优良的试验环境。

2.要到指定的房间进行试验，不得进入与本次试验无关的房间，不得乱动仪器设备（特别是电器开关），以免发生人身伤害和损坏仪器设备。

3.试验前必须预习试验指导书和与试验相关的国家标准和试验规程，了解有关仪器设备的性能及使用方法，要做到原理清楚、方法正确、操作规范。

4.要爱护仪器设备，遵守操作规程，注意人身及设备的安全。

操作过程中发生故障要及时报告指导老师。

因违反操作规程而引起的一切后果自负。

5.要以严肃的态度、严谨的作风、严密的方法进行试验。

各试验小组所用的仪器设备、用具及试验台不得随意交换。

试验结束后，应将所有的仪器设备整理清点，并经指导教师验收签字后方可离开。

如有损坏仪器设备者要依据学院有关规定进行处理。

6.试验期间严禁抽烟、嬉笑打闹和使用通讯工具，否则指导老师和实验室管理人员有权停止其进行试验。

情节严重者要交其所在系进行处理。

7.在完成好教学大纲规定的试验任务后，实验室继续向广大同学开放，欢迎大家参与科研工作，为今后进行科技创新培养基本的试验研究技能。

3工程材料试验方法

3.1土木工程材料基本性质试验

3.1.1密度试验

（一）试验依据

本方法依据GB/T208—94《水泥密度测定方法》进行检测。

（二）主要仪器设备

李氏瓶（见图1）、量筒、烘箱、干燥器、天平、温度计、漏斗、小勺等。

（三）试样制备

将试样（如砖块）研碎，全部通过筛子，如为粉末可直接测试。

在不超过110℃的烘箱中烘至恒重，取出在干燥器中冷却至室温备用。

（四）试验步骤

1）将水或煤油注入李氏瓶至突颈下部，再将李氏瓶放入20℃水浴中恒温，读取水或煤油液面刻度值V1。

2）用天平称取试样60~90g试样，用小勺和漏斗小心地将试样徐徐装入李氏瓶中；在装样时，应避免在突颈处形成气泡阻碍试样下落。

当液面升至20cm3刻度附近时，停止装入试样，并称量剩下试样，计算装入试样的质量。

3）轻轻摇动李氏瓶使液体中的气泡排出，再放入20℃水浴中恒温，恒温后读取装入试样后的水或煤油液面刻度值V2（单位：

cm3）。

（五）试验结果

按下式计算出密度

（精确至0.01g/cm3）：

密度试验用两个试样平行进行，以其结果的算术平均值作为最后结果，但两个结果之差不应超过0.02g/cm3否则重新取样进行试验。

3.1.2毛体积密度试验

（一）主要仪器

烘箱、天平、游标卡尺、直尺、试件加工设备等。

（二）试验步骤

1）将试件加工成规则的几何形状，放入（105±5）℃的烘箱中烘至恒重，取出冷却至室温称其质量m（g）。

2）测量试件的外形尺寸（每一尺寸测3次，取平均值），计算出表观体积V0（cm3）。

（三）试验结果

按下式计算出毛体积密度

0

对于组织均匀的石料以3个试件的平均值为最后结果，计算精确至10kg/m3。

3.1.3吸水率试验

（一）主要仪器

烘箱、天平（称量1000g，感量0.1g）、容器等。

（二）试验步骤

1）将试件清洗干净放入（105±5）℃的烘箱中烘至恒重，称其质量m（g）。

2）将试件放入容器底部蓖板上，注满水煮沸3h，然后放在流水中冷却至室温或在水中浸泡24h，取出试件，用湿毛巾将试件表面的水分擦去，称其质量m1（g）。

（三）试验结果

计算吸水率W（精确至01%）

式中

-------质量吸水率，%；

-------体积吸水率，%；

m------------试件烘干质量，g；

m1----------试件吸水饱和质量，g；

----------试件的毛体积密度，g/cm3。

含水率以3个试件的算术平均值为测定结果。

3.2水泥

3.2.1水泥密度试验

（一）试验依据

本方法依据GB/T208—94《水泥密度测定方法》进行检测。

（二）主要仪器设备

李氏瓶（见图1）、量筒、烘箱、干燥器、天平、温度计、漏斗、小勺等。

图1李氏瓶

（三）试验步骤

1）在李氏瓶中注人与试样不起反应的液体至突颈下部，记下刻度，将李氏瓶放在盛水的容器中，在试验过程中保持水温（20±0.5）℃，恒温30min。

2）用天平称取试样60g，用小勺和漏斗小心地将试样徐徐送人李氏瓶中；要防止在李氏瓶喉部发生堵塞，直至液面上升至20ml为止，再称剩下的试样，计算出装入瓶内的试样质量m（单位：

g）。

3）轻轻摇动李氏瓶使液体中的气泡排出，记下液面刻度，根据前后两次液面读数，计算出液面上升的体积，即为瓶内试样的绝对体积V（单位：

cm3）。

（四）试验结果

按下式计算出密度

（精确至0.01g/cm3）：

密度试验用两个试样平行进行，以其结果的算术平均值作为最后结果，但两个结果之差不应超过0.02g/cm3。

3.2.2水泥细度试验（0.08mm筛筛析法）

（一）试验依据

本方法依据GBl345—1991《水泥细度检验方法》，水泥细度的测定方法有：

负压筛法、水筛法及干筛法。

水泥细度以0.08mm方孔筛上筛余物的质量占试样原始质量的百分数表示，并以一次的测定值作为试验结果。

当试验结果发生争议时，以负压筛法为准。

为使试验结果可比，应采用试验筛修正系数方法修正计算结果。

（二）负压筛法

1）主要仪器设备

（1）负压筛析仪：

由筛座、负压筛、负压源及吸尘器组成。

（2）天平：

最大称量为100g，感量0.05g。

2）试验步骤及试验结果

（1）筛析试验前，将负压筛放在筛座上，盖上筛盖，接通电源，检查控制系统，调节负压至4～6kPa范围内。

（2）称取试样25g（精确至0.05g），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，筛析期间如有试样附着在筛盖上，可轻轻敲击，使试样落下。

（3）用天平称量筛余物（精确至0.05g），其数值乘4即为筛余百分数，结果精确至0.1%。

（三）水筛法

1）主要仪器设备

（1）水筛：

采用方孔边长为0.08mm的铜丝网筛布。

（2）筛座：

用天支撑筛于，并能带动筛子转动，转速为50r/mm。

（3）喷头：

直径55mm，面上均匀分布90个孔，孔径0.5～0.7mm，喷头底面和筛布之间的距离为35～75mm。

2）试验步骤及试验结果

（1）称取试样50g（精确至0.05g），倒人筛内，立即用洁净水冲洗至大部分细粉通过筛孔，再将筛子置于筛座上，用水压为（0.05±0.02）MPa的喷头连续冲洗3min。

（2）筛毕取下，将剩余物冲到一边，用少量水把筛余物全部移至蒸发皿（或烘样盘），待沉淀后，将水倒出，烘至恒重，称量，精确至0.05g，以其数值乘2，即为筛余百分数（精确至0.1%）。

（四）干筛法

1）主要仪器设备

水泥标准筛，采用方孔边长为0.08mm的铜丝网筛布。

筛框有效直径15mm，高50mm，筛布应紧绷在筛框上，接缝必须严密，并附有筛盖。

2）试验步骤与试验结果

称取试样50g（精确至0.05g）倒人筛内，用人工或机械筛动。

将近筛完时，必须一手执筛往复摇动，一手拍打，摇动速度约120次/min。

其间，筛子应向一定方向旋转数次，使试样分散在筛布上，直至每分钟通过不超过0.05g时为止，称其筛余物，精确至0.05g，以其克数乘2即为筛余百分数（精确至0.1%）。

3.2.3水泥标准稠度用水量试验

（一）试验依据

按GB/Tl346-2001《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》，标准稠度用水量有调整水量法和固定水量法两种测定方法。

当发生争议时，以调整水量法为准。

（二）主要仪器设备

1）水