材料基本物理性质试验.docx
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材料基本物理性质试验
《土木工程材料》
试验报告
项目名称：
材料基本物理性质试验
报告日期：
2011-11-03
小组成员：
覃健 何日腾
洪峰 李冉冉
陈斯颖
1.密度试验（李氏比重瓶法） -1-
1.1.试验目的 -1-
1.2.试验原理 -1-
1.3.试验主要仪器设备 -1-
1.4.试验步骤 -1-
1.5.数据处理 -2-
1.6.误差分析 -2-
2.表观密度（体积密度）实验（量积法） -2-
2.1.试验目的 -3-
2.2.试验原理 -3-
2.3.试验主要仪器设备 -3-
2.4.实验步骤 -3-
2.5.数据处理 -3-
2.6.误差分析 -4-
3.孔隙率的计算 -5-
4.吸水率试验 -5-
4.1.试验目的 -5-
4.2.试验原理 -5-
4.3.试验主要仪器设备 -5-
4.4.试验步骤 -5-
4.5.数据处理 -6-
4.6.误差分析 -6-
问题总结 -7-
1.密度试验（李氏比重瓶法）
1.1.试验目的
通过实验掌握材料的密度，表观密度，孔隙率，吸水率等概念，以及材料的强度与材料的孔隙率的大小及孔隙特征的关系，验证水对材料力学性能的影响。
1.2.试验原理
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。
石料试样密度按下式计算（精确至0.01g／cm3）：
-----（1-1）
式中
──石料密度，g／cm3；
──试验前试样加瓷皿总质量，g；
──试验后剩余试样加瓷皿总质量，g；
──李氏瓶第一次读数，mL（cm3）；
──李氏瓶第二次读数，mL（cm3）。
1.3.
试验主要仪器设备
李氏比重瓶（如图1-1）、筛子（孔径0.25mm）、烘箱、干燥器、天平（感量0.001g）、温度计、恒温水槽、粉磨设备等。
1.4.试验步骤
（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。
咽喉部分
（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），使刻度部分进入水中，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的部分擦净。
李氏比重瓶
（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入李氏瓶内（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。
1.5.数据处理
1.5.1.将试验所得数据填入下列表格中
表１-１ 数据记录表
V1
V2
m1
m2
ρt1
ρt2
第一次
第二次
1.5.2.以两次试验结果的算数平均值作为测定值，如两次试验结果相差大于0.02g／cm3时，应重新取样进行试验。
------（1-2）
1.6.误差分析
（1）读数误差，在李氏瓶读数时，仰视俯视凹液面最低处的误差，“俯大仰小”、天平读数、温度计读数时难以避免的误差。
（2）试验条件控制的误差，包括李氏瓶的恒温，还有试样在漏斗中可能有一定的残留，李氏瓶壁上可能会附着有气泡。
（3）环境湿度会使测试样质量时环境难以确保绝对干燥。
2.表观密度（体积密度）实验（量积法）
2.1.试验目的
通过表观密度试验，了解表观密度的含义，并熟悉一些基本材料的表观密度测试方法。
2.2.试验原理
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，
计算公式：
-----（2-1）
式中
──石料的表观密度，g／cm3；
──规则石料烘干后的质量，g；
──规则石料的表观体积，cm3。
2.3.试验主要仪器设备
天平（称重500g、感量0.01g）、游标卡尺（精度0.1mm）、烘箱、试件加工设备等。
2.4.实验步骤
（1）将试件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（精确到0.01cm）,并计算其体积Vo（cm3）。
然后再用天平称其质量m（精确到0.01g）。
（2）求试件体积：
如试件为立方体或长方体，则每边应在上、中、下三个位置分别测量，求其平均值，然后再按下式计算体积：
-----（2-2）
式中a、b、c分别为试件的长、宽、高。
如试件为圆柱体，则在圆柱上、下两平行切面上级试件腰部，按两个互相垂直的方向测量其直径，求6次测量的直径平均值d,再在互相垂直的两直径与圆周交界的四点上量其高度，求四次测量的平均值h,最后按下式求其体积：
-----（2-3）
（3）组织均匀的石料，其体积密度应为三个试件测量结果的平均值；组织不均匀的石料，应记录最大值和最小值。
2.5.数据处理
表１-２体积记录表（立方体）
上
中
下
平均值
a（长）
b（宽）
c（高）
表１-３体积记录表（圆柱体）
第一次（上）
第二次（上）
第一次（中）
第二次（中）
第一次（下）
第二次（下）
平均值
（直径）
（高）
2.6.误差分析
（1）不能消除器材因温度，气压等因素造成的影响，即系统误差。
（2）测量过程中的不同估读数值也会影响最后的结果，引起误差。
3.孔隙率的计算
由已经测得的同一材料的密度和表观密度带入得出孔隙率：
-----（3-1）
式中
──石料孔隙率，%;
──石料的密度，g
/cm3;
──石料的表观密度，g/cm3；
4.吸水率试验
4.1.试验目的
通过吸水率试验，了解吸水率的含义，并熟悉一些基本材料的吸水率的测量方法。
4.2.试验原理
按下列公式计算吸水率（精确至0.01%）：
------（4-1）
式中
──石料吸水率，%；
──烘干至恒重时试件的质量，g；
──吸水至恒重时试件的质量，g。
4.3.试验主要仪器设备
天平（感重0.01g）、烘箱、石料加工设备、容器等。
4.4.试验步骤
（1）将石料加工成直径和高均为50㎜的圆柱体或边长为50㎜的立方体试件；如采用不规则试件，其边长不少于40～60㎜，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用天平称其质量
（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至紧贴，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
（g）。
4.5.数据处理
组织均匀的试件，取3个试件试验结果的平均值作为测定值，组织不均匀的，5个试件试验结果的平均值作为测定值。
表格1-4数据记录表
第一次
第二次
第三次
第四次
第五次
4.6.误差分析
（1）温度应控制在105℃，若温度过低，水分将烘干不充分，使吸水率偏小；若温度过高，会破坏石材的组织结构，使组织水分失去，使吸水率偏高。
（2）用湿纱布擦去表面水分时，由于表面对水会有吸附作用，较难控制表面水分，在多个试件中各个的吸附程度不同，会产生误差，使各组结果有波动。
问题总结
1、为什么把李氏瓶放在温水中恒温半小时?
答：
（1）防止热胀冷缩的误差；
（2）加快分子运动，使气泡尽多的排出。
测烘干后试件质量时应注意些什么？
答：
保证尽量在干燥环境中，同时操作要迅速准确，以减少试件吸收空气中的水分对实验造成的影响。
烘干后的粉末为什么一定要放在干燥器内冷却？
答：
因为烘干后的粉末如果放在空气中冷却会使粉末重新又吸收空气中的水分，这样测定结果就不准确。
测吸水饱和后试件的质量时应注意些什么？
答：
操作迅速准确，减少试件中的水分蒸发对实验造成的影响。
如何确保试件已烘干至恒重？
答：
烘干冷却后测试件的质量，然后再将试件放回烘箱继续烘干，冷却后再测试件的质量，重复此方法至测得的试件质量不变为止（精确到0.01g）。
李氏瓶为什么咽喉部分突出？
答：
为了使加石料粉末时，李氏瓶中的气体能顺利逸出，否则会影响体积测量。
用牛角匙加石料粉末时应注意些什么？
答：
石料粉末不能大量倾倒，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。
烘干时为什么把温度控制在105℃？
答：
因为105℃时，材料中的粗大孔和毛细孔中的水分都蒸干，又不至于损伤材料。
9、在吸水率试验中往容器中加水的步骤是什么？
为什么不能一次直接加到淹没试件？
答：
先加水至试件高度的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。
一次加水淹没试件会使试件孔隙中的空气不易排出，使试件吸水不充分。
10、在吸水率试验中往容器中加水的步骤是什么？
为什么不能一次直接加到淹没试件？
答：
先加水至试件高度的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。
一次加水淹没试件会使试件孔隙中的空气不易排出，使试件吸水不充分。
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