土木工程材料实验指导书土木.docx

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土木工程材料实验指导书土木

土木工程学院（部）

《土木建筑材料》

实验指导书

适用专业：

土木（职）、道桥、水利

2015年08月

前言

一、土木工程材料实验教学程序与要求

1.1，实验前

预习相关实验内容，要求：

（1）理解土木工程材料实验与理论学习的关系；

（2）理解建材实验室的规章制度；

（3）了解各项实验目的和要求；

（4）了解水泥，砂，石，混凝土，砂浆的相关国家标准和行业标准；

（5）熟悉水泥，砂，石，混凝土，砂浆实验内容和实验步骤。

（6）了解实验后的报告填写任务，带着目的进行实验。

1.2实验期间

认真进行实验，仔细记录数据。

（1）严格遵守建材实验室的相关规章制度（见附录1）；

（2）同组人员须科学分工，各司其职，确保实验科学，有序的进行；

（3）具体进行实验的同学须严格按照“土木工程实验手册”制定的步骤进行操作，不明之处及时请教实验室工作人员，以确保实验的科学性和规范性；

（4）负责数据记录的同学须认真观察实验，及时记录实验数据和实验细节，确保实验数据的完整性和准确性；

（5）负责辅助实验的同学，在辅助工作之外，尽量避免拥挤围观，确保主要操作人员有足够的空间和轻松的环境进行实验；

（6）在实验中，凡涉及仪器的使用，须认真观察实验室工作人员的演示，严格按照实验操作规程操作，不明之处及时询问实验室工作人员；

（7）凡实验中产生的废弃物，不可随意丢弃，须按照实验室工作人员的指导处理；

（8）凡实验中制作的试快，应及时装模成型，待翌日拆模后，在实验室工作人员指导下，将试块放入养护室，待龄期一到，即取出测其性能；

（9）实验结束后，同组同学将器具归位，打扫实验室卫生。

待实验室工作人员检查合格后，方可离开；

（10）实验试块养护龄期到时，应及时进行性能检测，并认真记录数据。

1.3，实验后续

整理实验数据，仔细填写实验报告册。

（见附录2）

（1）实验完成后，认真整理数据，编制实验数据表；

（2）在实验数据表的基础上，认真填写“土木工程材料实验报告册”；

（3）及时上交实验报告册，由指导教师批阅评分。

1.4，土木工程材料实验目的和要求

掌握知识，培养技能。

（1）土木工程相关专业本科生须掌握土木工程基本材料的性能，对土木工程材料有一定的感性认识；

（2）土木工程相关专业本科生须了解土木工程材料相关国家，行业标准的基本常识；

（3）土木工程相关专业本科生须在实验中积累相当的实践动手能力；

（4）土木工程相关专业本科生应掌握混凝土配合比的基本设计方法，并能通过实验验证设计的正确性；

（5）土木工程相关专业本科生应通过实验掌握一定的科学研究方法。

二、土木工程材料教学实验内容

2.1，土木工程材料教学实验内容简介

序号

实验名称

内容提要

实验

学时

每组

人数

1

水泥综合

实验

细度（筛析法）、标准稠度用水量，凝结时间、体积安定性，胶砂强度

4

6-8

2

混凝土综合实验

A细骨料：

颗粒级配、

B粗骨料：

颗粒级配

C混凝土和易性、表观密度，混凝土配合比设计、试拌调整

4

6-8

3

砂浆综合

实验

砂浆性能，砂浆强度检测

2

6-8

4

沥青综合

实验

沥青主要技术性能检测

4

6-8

实验一：

水泥综合实验

实验学时：

4学时

实验类型：

综合性实验

实验要求：

掌握水泥物理性能、力学性能的检测方法

一、水泥细度实验（负压筛析法）

1实验目的

水泥的物理力学性质（凝结时间、收缩、强度等）都与细度有关，因此必须进行细度测定，以此作为评定水泥质量的依据之一。

水泥细度是指水泥颗粒的粗细程度，颗粒越细，越有利于水泥活性的发挥。

水泥细度检验筛析法分为负压筛析、水筛法和手工筛析法。

本实验适用于检测矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥。

2实验内容

水泥细度（80um筛筛析法）检验《GB1345-1991》

3实验原理、方法和手段

通过80um筛析法测量筛网上所得筛余量（即大于80um的颗粒含量）占试样总质量的百分数来表示水泥样品的细度。

细度检验方法有负压筛法，水筛法和干筛法三种，当三种检验方法测试结果发生争议时，以负压筛法为准。

4实验组织运行要求

参考《GB1345-91》——《水泥细度检验方法（80μm筛筛析法）》（《Test　method　for　fineness　of　cement-The　80μm　sieve》）组织运行

5实验条件

（1）实验筛 

（2）负压筛析仪

（3）水筛架和喷头 

（4）天平

6实验步骤

步骤如下：

（1）试样经烘干至恒量后，冷却至室温过筛（0.9mm方孔筛），称取25g试样。

（2）将试样置于洁净负压筛上，盖上筛盖。

（3）启动负压筛并连续筛析2min,期间如有式样黏附于筛盖，可轻轻敲打筛盖使其落下。

（4）筛毕取下，用天平称取筛余物的质量，精确至0.05g。

7思考题

（1）水泥试样筛余百分数按下式计算：

F=Rs/m×100

式中：

F——水泥试样的筛余百分数%

Rs——水泥筛余物的质量g。

m——水泥试样的质量g。

结果计算至0.1%。

（2）结果评定

当水泥筛余百分数F≤10%时为合格。

8实验报告

水泥细度（80um筛筛析法）实验报告见附件1的表1.5水泥细度检验实验测定记录表。

9其它说明

筛子必须保持洁净，定期检查。

二水泥标准稠度用水量实验

1实验目的

水泥的凝结时间、安定性均受水泥浆稠稀的影响，为了不同水泥具有可比性，水泥必须有一个标准稠度，通过此项实验测定水泥浆达到标准稠度时的用水量，作为凝结时间和安定性实验用水量的标准。

本实验适用于硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、火山硅酸盐水泥等，水泥标准稠度用水量实验方法分为标准法和代用法。

2实验内容

水泥标准稠度用水量检验《GB/T1346-2001》

3实验原理、方法和手段

水泥标准稠度的净浆对标准试杆（或试锥）的沉入具有一定阻力，通过实验不同的含水量水泥净浆的穿透性，以确定水泥标准稠度净浆中所需加入的水量，水泥标准稠度用水量的测定有两种方法即标准法和代用法。

4实验组织运行要求

参考《GB/T1346-2001》——《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》（《Testmethodsforwaterrequirementofnormalconsistency,settingtimeandsoundnessofthePortlandcement》）组织运行。

5实验条件

（1）水泥净浆搅拌机 

（2）标准法维卡仪 

（3）天平 

（4）量筒

6实验步骤

步骤如下：

（1）水泥净浆的拌制同标准法

（2）采用代用法测定水泥标准稠度用水量时，可采用调整水量法或不变水量法，采用调整水量法时拌和水据经验确定，采用不变水量法时拌和水用142.5m

（3）水泥净浆搅拌结束后，立即将拌和好的水泥浆装入锥模中，用小刀插捣，轻振数次，刮去多余的净浆，抹平后迅速放至试锥下面固定的位置上，将试

锥与水泥净浆表面接触，拧紧螺丝1s-2s后，突然放松，让试锥垂直自由沉入净浆中，到试锥停止下沉或释放试锥30s时，记录试锥下沉深度。

7思考题

用调整水量方法测定时，以试锥下沉深度为28mm±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），水泥质量百分比计。

用不变水量方法测定时，据试锥下沉深度S（mm）按下式计算得标准稠度用水量（P）%。

P=33.4—0.185S

标准稠度用水量也可从仪器上对应的标尺上读取，当S＜13mm时，应改用调整水量法测定。

8实验报告

标准稠度用水量实验报告见附件1的表1.1水泥标准稠度用水量测定记录表

9其它说明

（1）锥卡仪的金属棒能自由滑动；

（2）调整至试锥（柱）接触锥模顶面（玻璃板）时指针时对准零点；

（3）沉入深度测定应在搅拌后1.5min的内完成；

三水泥凝结时间实验

1实验目的

通过凝结时间的测定，得到初凝时间和终凝时间，凝结时间是指试针沉入水泥标准稠度净浆至一定深度所需的时间，用以评定水泥的质量。

以便评定水泥质量，判定是要符合技术标准要求，是否满足施工要求。

水泥初凝是指水泥加水拌和至标准稠度浆开始失去可塑性所需的时间。

水泥终凝是指水泥加水拌和至标准稠度净浆完全失去可塑性并开始产生强度所需的时间。

2实验内容

水泥凝结时间检验《GB/T1346-2011》

3实验原理、方法和手段

通过测定试针沉入标准稠度水泥净浆至一定深度所需的时间来表示水泥初凝和终凝时间。

凝结时间的测定可以用人工测定，也可用符合标准操作要求的自动凝结时间测定仪测定，一般以人工测定为准。

凝结时间以试针沉入水泥标准稠度净浆至一定深度所需的时间表示.

4实验组织运行要求

参考《GB/T1346-2001》——《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》（《Testmethodsforwaterrequirementofnormalconsistency,settingtimeandsoundnessofthePortlandcement》）组织运行。

5实验条件

（1）标准法维卡仪

（2）水泥净浆搅拌机

（3）湿气养护箱 

6实验步骤

演示性实验（略）

7思考题

（1）自加水起至试针沉入净浆中距底板（4±1）mm时，所需的时间为初凝时间；至试针沉入净浆中不超过0.5mm（环形附件开始不能在净浆表面留下痕迹）时所需的时间为终凝时间；用小时（h）和分钟（min）来表示。

（2）达到初凝或终凝状态时应立即重复测一次，当两次结论相同时才能定为达到初凝或终凝状态。

8实验报告

水泥凝结时间实验报告见附件1的表1.2水泥标准稠度用水量测定记录表

9其它说明

评定方法：

将测定的初凝时间、终凝时间结果，与国家规范中的凝结时间相比较，可判断其合格性与否。

四水泥体积安定性实验

1实验目的

通过测定沸煮后标准稠度水泥净浆试样的体积和外形的变化程度，评定体积安定性是否合格。

水泥熟料当中如含有过多游离的氧化钙和氧化镁，会造成水泥体积安定性不良。

由氧化钙引起的可用沸煮法检测。

由氧化镁引起的安定性不良，需用压蒸法才能检测。

2实验内容

水泥体积安定性检验《GB/T1346-2011》

3实验原理、方法和手段

试饼法是观测沸煮后水泥标准稠度净浆试饼外形变化程度，评定水泥浆硬化后体积是否均匀变化，雷氏法是通过测定沸煮后两个试针的相对位移来恒量水泥标准稠净浆体积膨胀程度，以此评定水泥浆硬化后体积是否均匀变化，体积安定性测定的方法有两种，雷氏法和试饼法。

当发生争议时，一般以雷氏法为准。

4实验组织运行要求

参考《GB/T1346-2001》——《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》（《Testmethodsforwaterrequirementofnormalconsistency,settingtimeandsoundnessofthePortlandcement》）组织运行。

5实验条件

（1）沸煮箱 

（2）雷氏夹 

（3）雷氏夹膨胀值测定仪

（4）其他同标准稠度用水量实验。

6实验步骤

（1）雷氏法是观测由二个试针的相对位移所指示的水泥标准稠度净浆体积膨胀的程度。

（2）试饼法是观测水泥标准稠度净浆试饼的外形变化程度。

7思考题

（1）饼法判别 目测试饼未发现裂缝，用直尺检查也没有弯曲时，则水泥的安定性合格，反之为不合格。

若两个判别结果有矛盾时，该水泥的安定性为不合格。

（2）雷氏夹法判别 测量试件指针尖端间的距离（

），记录至小数点后1位，当2个试件煮后增加距离（

）的平均值不大于5.0mm时，即认为该水泥安定性合格，否则为不合格。

当2个试件沸煮后的（

）超过4.0mm时，应用同一样品立即重做一次实验。

再如此，则认为该水泥安定性不合格。

8实验报告

水泥体积安定性实验报告见附件1的实验一水泥体积安定性测定记录表

9其它说明

安定性的测定有雷氏法和试饼法，有争议时以雷氏法为准。

五水泥胶砂强度实验

1实验目的

实验目的：

通过检验不同令期的抗压强度、抗折强度，确定水泥的强度等级或评定水泥强度是否符合标准要求，水泥强度主要取决于水泥矿物熟料的成分、相对含量和细度，同时和水灰比、集料情况、试件制备方法养护条件、试验条件和齿龄期等因素有关。

2实验内容

水泥胶砂强度检验（ISO法）《GB/T17671—1999》

3实验原理、方法和手段

通过测定以标准稠度制备成标准尺寸的胶砂试块的抗压破坏荷载，抗折破坏荷载，确定其抗压强度、抗折强度本方法为40mm*40mm*160mm棱拄试体的水泥抗压强度和抗折强度测定，试体是由按质量计的一份水泥、三份中国ISO标准砂。

用0.5的水灰比拌制的一组塑性胶砂制成，中国ISO标准砂的水泥抗压强度结果必须与ISO基准砂的相一致。

胶砂用行星搅拌机搅拌，在振实台上成型。

也可使用频率2800—3000次/min，振幅0.75mm振动台成型。

试体连模一起在湿气中养护24h，然后脱模在水中养护至强度实验。

到实验龄期时将试体从水中取出，先进行抗折强度实验，折断后每截再进行抗压强度实验。

4实验组织运行要求

参考《GB17671—1999》——《水泥胶砂强度检验方法（ISO[1]法）》（《Methodoftestingcements-Determinationofstrength》）组织运行。

5实验条件

（1）行星式水泥胶砂搅拌机、

（2）胶砂振实台（台面有卡具）、

（3）模套、

（4）试模（三联模）、

（5）抗折试验机、

（6）抗压试验机及抗折与抗压夹具、

（7）刮平直尺等。

6实验步骤

（1）配合比：

对于GB/T17671限定的通用水泥，按水泥试样、标准砂（ISO）、水，以质量计的配合比为1:

3:

0.5，每一锅胶砂成型三条试件，需水泥试样450±2g，ISO标准砂1350±5g；水225±1g。

（2）搅拌：

把水加入锅内，再加入水泥，把锅放在固定架上，上升至固定位置后开动搅拌机，低速搅拌30s后，在第一个30s开始搅拌的同时均匀加入砂子（当各级砂是分装时，从最大粒级开始，依次将所需的每级砂量加完）然后把机器转至高速，再拌30s，停拌90s。

在第一个15s内，用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，各个搅拌阶段，时间误差应在1s以内。

（3）成型：

胶砂制备后应立即成型，将空摸及模套固定于振实台上，将胶砂分二层装入试模，装第一层时每模槽内约放300g胶砂，并将料层插平振实60次后，再装入第二层胶砂，插平后再振实60次，然后从振实台上取上试模，用金属直尺以90°的角度架在试模模顶一端，沿试模长度方向从横向以锯割动作慢慢向另一端移动，将超出试模部分的胶砂刮去并抹平，然后作好标记。

（4）养护：

将做好的标记的试模放入养护箱内至规定时间拆模，对于24h令期的试件，应在实验前20min内脱摸，并用湿布覆盖到实验。

对于24h以上令期的试件，应在成型后20-24h间脱模，并放入相对湿度大于90°的标准养护室或水中养护（温度20±1℃）。

（5）强度测试：

养护到期的试件，应在实验前15min从水中取去，擦去表面沉积物，并用湿布覆盖到实验。

先进行抗折实验，后做抗压实验。

抗折实验：

将试件长向测面放于抗折试件机的两个支撑园柱上，通过加荷园柱，以50±10N/S速率均匀将荷载加在试件相对侧面至折断，记录破坏荷载（Fl）。

抗压实验：

以折断后保持潮湿状态的两个半截棱柱体以侧面为受压面，分别放入抗压夹具内，并要求试件中心、夹具中心、压力机压板中心，三心合一，偏差为±0.5mm，以2.4KN±0.2KN/S的速率均匀加荷至破坏，记录破坏荷载（Fc）。

7思考题

（1）抗折强度

以一组三个棱柱体抗折强度的平均值为实验结果，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实验结果。

（2）抗压强度

以一组六个梭柱体得到的六个抗压强度的技术平均值为实验结果。

当六个测定值中有一个超出六个平均值的±10%时，应剔除这个结果，以剩下的五个抗压强度的平均值为结果，若五个测定值中再有超出平均数±10%时，则此组结果作废。

（3）数据处理及结果评定

一组试件三条，分别进行三折六压实验，测得破坏荷载。

抗折强度按下式计算：

Rl＝1.5Fl/b3（精确至0.1MPa）

式中:

Fl——棱柱体折断时的荷载（KN）

L——两个支撑园柱之间的距离（mm），L=100mm

b——棱柱体边长，b=40mm

以一组三个棱柱体抗折强度的平均值为实验结果，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实验结果。

抗压强度按下式计算：

Rc=FC/A（精确至0.1MPa）

式中:

Fc——受压破坏最大荷载（N）

A——受压面积40mm×40mm

以一组六个梭柱体得到的六个抗压强度的技术平均值为实验结果。

当六个测定值中有一个超出六个平均值的±10%时，应剔除这个结果，以剩下的五个抗压强度的平均值为结果，若五个测定值中再有超出平均数±10%时，则此组结果作废。

当强度值低于标准要求的最低强度值时，应视为不合格或降低等级。

8实验报告

水泥体积安定性实验报告见附件1的实验一水泥体积安定性测定记录表

9其它说明

（1）试模内壁应在成型前涂薄层的隔离剂；

（2）脱模时应小心操作，防止试件受到损伤；

（3）养护时不应将试模叠放;

实验二：

混凝土综合实验

实验学时：

4

实验类型：

综合性实验

实验要求：

掌握砂的颗粒级配测定方法，混凝土性能及配合比检验方法和混凝土强度的检测及等级评定。

一砂的颗粒级配实验

1实验目的

实验目的：

通过筛分析实验测定不同粒径骨料的含量比例，评定砂的颗粒级配状况及粗细程度，为合理选择砂的提供技术依据。

实验原理：

通过一套由不同孔径的筛组成的一套标准筛对砂样进行过筛，测定砂样中不同粒径的颗粒含量。

2实验内容

砂的颗粒级配检验《GB/T14684-2001》

3实验原理、方法和手段

采用国际统一的筛分析法。

4实验组织运行要求

参考《GB/T14684-2001》建筑用砂标准组织运行规定：

砂的级配应符合3个级配区的要求（粗砂区、中砂区、细砂区），并据细度模数规定了三种规格砂的范围，粗：

3.7~3.1；中砂：

3.0~2.3；细砂2.2~1.6。

5实验条件

（1）鼓风烘箱：

能使温度控制在（105±5）℃；

（2）天平：

称量1000g，感量1g；

（3）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；

（4）摇筛机；

（5）搪瓷盘

（6）毛刷等

6实验步骤

步骤如下：

（1）取按规定取样缩分后的试样约1100g，放入烘箱内（105±5）烘干恒量，待冷却至室温后，筛除大于9.5mm的颗粒（并算出其筛余百分率），分成相等的两份试样（每份550g）。

（2）称取试样500g（精确至1g）倒入按孔径大小从上至下组合的套筛上。

（3）将放好试样的套筛安放在摇筛机上，摇筛10mm后，取下套筛，按筛孔大小顺序依次逐个进行手筛，筛至每分钟通过量小于试样总量的0.1%（即

0.5g）为止，通过的试样（即小于筛孔直径的试样）并入下一号筛，并和下一号筛中的试样一起手筛，依次分别进行至各号筛全部筛完为止。

（4）称量各号筛的筛余量（精确至1g）试样在各号筛上的筛余量不得超过按

（1）式计算出的量，若超过应按下列处理方法之一进行。

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%时，须重新实验。

G＝A×d1/2/200…………………………………………………

（1）

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）

处理方法：

1）将该粒级试样分成少于按

（1）式计算出的量（至少分成两份），分别筛分，并以筛余量之和作为该号筛的筛余量。

2）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1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。

7思考题

（1）计算分计筛余百分率：

各号筛的筛余量与试样总量之比，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，精确至0.1%，累计筛余百分率取两次实验结果的算术平均值，精确

至1%。

（3）按式

（2）计算细度模数（Mχ）细度模数取两次实验结果的算术平均值，精确至0.1，如两次实验的细度模数之差超过0.2时，须重新实验。

Mχ＝[（A2＋A3＋A4＋A5＋A6）－5A1]/（100－A1）………………

（2）

式中：

Mχ——细度模数

A1、A2、A3、A4、A5、A6——分别是孔径为4.75mm、2.36mm、1.18mm、600um、300um、150um筛的累计筛余百分率。

据计算得到的累计筛余百分率按标准要求的级配区判定级配是否符合标准，若不符合标准要求，应双倍取样复检，复验符合标准要求，判定该类砂

合格，若复验的不符合标准要求，则判定该类砂为不合格，据细度模数MΧ的大小，按标准确定砂的规格。

8实验报告

砂的颗粒级配实验报告见附件1的实验二表2.1-2.2砂的筛分析实验记录表，图2.1实验砂样的级配曲线，

9其它说明

（1）试样必须烘干至恒量，恒量是指在相隔1h~3h情况下，前后两次烘干重量之差小于该实验所要求的称量精度;

（2）实验前应检查筛孔是否畅通，若阻塞应清除;

（3）实验过程中防止颗粒遗漏;

二混凝土配合比设计实验

1实验目的

根据相关国家、行业标准进行试配，普通混凝土的配合比应根据原材料性能及对混凝土的技术要求进行计算，并经实验室试配、调整后确定。

2实验内容

混凝土配合比设计

3实验原理、方法和手段

（1），水泥

P.O.42.5，实测强度：

富余系数1.13；密度：

3.1g/cm3。

（2），砂

河砂，中砂，细度模数：

2.7；表观密度2600kg/m3；堆积密度1400kg/m3。

（3），碎石

规格：

10-31.5mm，表观密度2650kg/m3；堆积密度1450kg/m3。

（4），减水剂

高效减水剂，减水率：

20％。

混凝土性能要求暨设计题目

（1），普通混凝土

强度等级：

C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50任选

坍落度：

35～90mm之间选定

（2），大坍落度（泵送）混凝土

强度等级：

C30，C35，C40，C45，C50任选

坍落度：

100～140mm之间选定

4实验组织运行要求

参考《JGJ55-2000》——《普通混凝土配合比设计规程》（《Specificationformixproportiondesignofordinaryconc