土木工程材料教学试验手册.docx
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土木工程材料教学试验手册
土木工程材料教学试验手册
handbookofCivilengineeringmaterialteachingexperiment
一，土木工程材料试验教学大纲《土木工程材料》试验教学大纲
课程名称：
土木工程材料
英文名称：
MaterialsofCivilEngineering
课程编号：
22102017（土木工程系）,
22102118（建设管理系）,
22105004（交通工程系）
课程性质：
课程类型：
专业基础（必修）课；不是独立设课的实验课：
适用专业：
土木工程，建设管理，交通工程
学时与学分：
总学时：
54总学分：
2.5实验学时：
18（3个课外学时）
实验学分：
执笔人：
丁铸董必钦刘伟
制定时间：
2006年3月
1.1，实验课的任务、性质与目的
本课程是一门非独立的建筑材料实验课。
建筑材料试验是一门与生产密切联系的科学技术。
在工程上检验材料质量、确定设计施工依据、改善材料性能、使用新材料及选择代用材料等，都需要进行建筑材料试验。
因此，作为土木工程技术人员，为了能正确评价材料的质量，合理而经济地选择、使用材料，具备一定的建筑材料试验知识和技能是完全必要的。
其教学目的是：
（1）熟悉土木工程材料性能试验基本方法，加深对土木工程材料性能的理解，培养学生实验技能；
（2）培养综合设计实验的能力和创新能力，为从事科技工作打好基础。
建议学生通过试验得出原材料的技术性质参数之后，按照给定的工程条件和要求，认真思考相关的问题，自行设计混凝土配合比，并与其他小组实验不同配合比的试验结果相互对比，分析造成不同试验结果的原因，并提出相关的建议。
对其他土木工程材料单项试验仅做一般性了解即可。
1.2，专业教学实验室——建材实验室情况介绍
1.2.1，建材实验室简介
深圳大学土木工程学院建筑材料实验室是隶属于深圳大学土木工程教学试验中心的专业教学实验室，是深圳大校土木工程相关专业师生教学与科研工作的公共实验平台。
建材实验室创建于1984年，建筑材料面积1300平方米，设备投资300万元。
建筑材料实验室现有人员5人，其中专业教师3人、技术人员2人。
作为专业课教学实验室，建材实验室根据“土木工程材料”教学试验计划可提供包括“水泥”、“混凝土”等基本的土木工材料教学试验项目。
作为大学开放型实验室，建材实验室根据“深圳大学实验室开放型实验室”的规定可为土木工程相关专业的本科生和混凝土耐久性方向的研究生提供完善的实验环境和充足的技术保障，使其可以充分利用建材实验室的试验环境进行科学探索和发明创造。
1.2.2，建材实验室试验环境介绍
建材实验室主要由水泥专业实验室，混凝土专业实验室力学，实验室和养护室等专业实验室组成。
各专业实验室分别可进行水泥水泥物理技术性能检测，砂石物理性能检测，混凝土设计试验和混凝土力学性能测试等常规教学试验。
下面列出各项教学试验（试验名称为简称）所需要的主要试验仪器，试验设备和试验工具。
水泥技术性能检测——天平、烘箱、水泥净浆搅拌机、水泥标准稠度测定仪、量筒、凝结时间测定仪、沸煮箱、雷氏夹
胶砂搅拌机、胶砂振动台、抗压试验机、抗折试验机；
砂石物理性能检测——砂样标准筛、天平、摇筛机、烘箱、容量瓶、标准漏斗、液体静力天平、磅秤；
混凝土设计试验——坍落度筒、弹头捣棒、维勃稠度测定仪、容量桶、磅秤、混凝土拌和物；立方体试模
混凝土力学性能试验——压力试验机、混凝土试件；
试验用原材料——水泥（各种型号），标准砂，建筑用石子（各种级配），建筑用砂（各种级配）。
1.3，实验项目的设置与实验内容
序号
实验项目名称
实验内容
实验要求
实验时数
每组人数
实验类型
1
水泥物理
技术性能检测
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
必做
3
7-8
演示与验证
2
砂石物理
性能检测
A细骨料：
颗粒级配、视密度、堆积表观密度、吸水率
B粗骨料：
视密度、堆积表观密度、吸水率、颗粒级配
必做
3
7-8
验证
3
混凝土配合比设计和混凝土拌合物基本性能
和易性、表观密度，影响和易性因素，混凝土配合比设计、试拌调整
必做
4
7-8
设计
4
混凝土力学性能试验和试验总结
各龄期混凝土强度发展，试验结果全面分析
必做
4
7-8
设计与验证
5
混凝土碳化试验
碳化深度测量、机理分析
必做
4
7-8
演示与验证
1.4，教材、实验教材（指导书）
《土木工程材料》，苏达根主编，高等教育出版社
五、考核方式与评分办法：
试验报告结合问答方式，试验成绩占课程总分的20％
六、大纲审核人：
编写说明：
1、教学计划中有安排实验学时的课程和单独设课的实验课程，已开出或即将开出的教学实验均应编写教学实验大纲。
2、课程编号、课程名称、课程类型按教学计划的要求编写。
课内上机学时可视为实验学时。
3、实验类型是指：
验证型、综合型、设计型和研究探索型；
4、实验要求是指：
必做、选做和其它；
二，土木工程材料试验教学程序与要求
2.1，试验前
预习相关试验内容。
（1），《土木工程材料》（苏达根编）教材相关章节
第3章 无机胶凝材料
第4章 混凝土与砂浆
试验3 水泥技术性能试验
试验4 建筑用砂石试验
试验5 普通混凝土试验
试验6 砂浆试验
要求：
1，了解以上章节关于水泥，砂，石，混凝土，砂浆的相关知识；
2，掌握水泥，砂，石，混凝土，砂浆基本性能；
3，对水泥，砂，石，混凝土，砂浆的试验内容有一定程度的把握。
（2），《土木工程材料试验手册》（深大建材实验室编）
要求：
1，理解土木工程材料试验与理论学习的关系；
2，理解建材实验室的规章制度；
3，了解各项试验目的和要求；
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，砂浆试验内容和试验步骤。
（3），《土木工程材料试验试验报告册》（深大建材实验室编）
要求：
1，了解各项试验目的和要求；
2，了解试验后的报告填写任务，带着目的进行试验。
2.2，试验期间
认真进行试验，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，确保试验科学，有序的进行；
（3），具体进行试验的同学须严格按照“土木工程试验手册”制定的步骤进行操作，不明之处及时请教实验室工作人员，以确保试验的科学性和规范性；
（4），负责数据记录的同学须认真观察试验，及时记录试验数据和试验细节，确保试验数据的完整性和准确性；
（5），负责辅助试验的同学，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试验；
（6），在试验中，凡涉及仪器的使用，须认真观察实验室工作人员的演示，严格按照试验操作规程操作，不明之处及时询问实验室工作人员；
（7），凡试验中产生的废弃物，不可随意丢弃，须按照实验室工作人员的指导处理；
（8），凡试验中制作的试快，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），试验结束后，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），试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。
2.3，试验后续
整理试验数据，仔细填写试验报告册。
（见附录2）
（1），试验完成后，认真整理数据，编制试验数据表；
（2），在试验数据表的基础上，认真填写“土木工程材料试验报告册”；
（3），及时上交试验报告册，由指导教师批阅评分。
2.4，土木工程材料试验目的和要求
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试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，并能通过试验验证设计的正确性；
（5），土木工程相关专业本科生应通过试验掌握一定的科学研究方法。
三，土木工程材料教学试验内容
3.1，土木工程材料教学试验内容简介
土木工程材料试验简介
3.1.1，土木工程材料试验内容简介
土木工程材料试验内容列表
序号
实验项目名称
实验内容
实验要求
实验时数
每组人数
实验类型
1
水泥物理技术性能检测
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
必做
3
7-8
演示与验证
2
砂石物理性能检测
A细骨料：
颗粒级配、视密度、堆积表观密度、吸水率
B粗骨料：
视密度、堆积表观密度、吸水率、颗粒级配
必做
3
7-8
验证
3
混凝土配合比设计和混凝土拌合物基本性能
和易性、表观密度，影响和易性因素，混凝土配合比设计、试拌调整
必做
4
7-8
设计
4
混凝土力学性能试验和试验总结
各龄期混凝土强度发展，试验结果全面分析
必做
4
7-8
设计与验证
5
混凝土碳化试验
碳化深度测量、机理分析
必做
4
7-8
演示与验证
注：
试验1，“水泥物理技术性能检测”为土木工程材料试验的基础性试验，必须掌握；
试验2，“砂石物理性能检测”为土木工程材料的基础性试验，必须掌握；
试验3，“混凝土配合比设计和混凝土拌合物基本性能”为土木工程材料的重点设计性试验，必须掌握；
试验4，“混凝土力学性能试验和试验总结”为土木工程材料的重点试验，必须掌握；
试验5，“混凝土碳化试验”为观摩演示试验，了解即可。
序号
试验项目名称
试验方法及相关标准
试验内容
相关仪器设备
相关原材料
1
水泥物理技术性能检测
水泥细度（80um筛析法）
《GB1345-1991》
水泥细度
细度（筛析法）
1，负压筛试验机
2，电子天平
3，烘箱
1，水泥
水泥标准稠度用水量检验《GB/T1346-2001》
净浆搅拌
标准稠度
用水量
1，电子天平
2，250ml量筒
3，10ml量筒
4，水泥净浆搅拌
机（行星式）
1，水泥标准稠度测定仪
1，水泥
2，水
水泥凝结时间检验《GB/T1346-2001》
凝结时间
1，凝结时间测定仪
（初凝，终凝）
2，水泥混凝土标准养护箱
水泥体积安定性检验《GB/T1346-2001》
体积安定性
1，雷氏夹
2，沸煮箱
3，水泥混凝土标准养护箱
4，雷氏夹测定仪
水泥胶砂强度检验
（ISO法）
《GB/T17671—1999》
胶砂成型
胶砂抗折强度
1，250ml量筒
2，电子天平
3，胶砂搅拌机
4，胶砂振动台
5，胶砂试模
6，水泥混凝土恒温恒湿标准养护箱
1，水泥抗折试验机
1，水泥
2，标准砂（ISO）
3，水
3.1.2，土木工程材料试验内容明细
土木工程材料具体内容列表
2
砂石物理性能检测
砂的堆积密度测定
《GB/T14681-2001》
砂的颗粒级配检验
《GB/T14684-2001》
A细骨料砂
吸水率
1，密度桶
2，铁锹
3，粗骨料标准筛
1,砂子
2，石子
颗粒级配
石子密度测定
《GB/T144685-2001》
B粗骨料石
视密度
堆积表观密度
颗粒级配
3
混凝土配合比设计和混凝土拌合物
基本性能
普通混凝土配合比
设计规程
《JGJ55-2000》
混凝土配合比设计
混凝土配合比
设计
1，笔记本
2，计算器
1，坍落度桶
2，插捣棒、卡尺
3，铁锹
1，水泥
2，砂
3，石
4，水
5，减水剂
混凝土拌和物的和易性检验——坍落度法
《GBJ80—1985》
混凝土
试拌
混凝土和易性
1，容重筒
2，塑料烧杯
3，台秤
4，强制式混凝土搅拌机
5，振动台
6，混凝土试模
7，恒温恒湿养护室
混凝土拌和物
湿表观密度检验
《GBJ80—1985》
混凝土表观密度
1，容重筒
2，台秤
3，振动台
4
混凝土力学性能试验和试验总结
普通水泥混凝土力学性能试验方法标准
《GB/T50081-2002》
混凝土碳化
深度测量
各龄期混凝土
强度发展
1，压力试验机
2，水泥抗压试验机
1，记录本
2，计算器
1，混凝土试块
试验结果全面分析
1，记录本
5
混凝土碳化试验
普通混凝土长期性能和
耐久性试验方法
《GBJ82—85》
混凝土
碳化
深度测量
视密度
1，密度桶、碳化箱
2，铁锹棒
3，细骨料标准筛、压力试验机
4，摇筛机
1，记录本
2，计算器
1，砂混凝土试块
2，酚酞试剂
（浓度为1%）
机理分析
3.2，土木工程教学试验内容详解
序号
试验项目名称
试验方法及相关标准
试验内容
相关仪器设备
相关原材料
1
水泥物理技术性能检测
水泥细度（80um筛析法）
《GB1345-1991》
水泥细度
细度（筛析法）
1，负压筛试验机
2，电子天平
3，烘箱
1，水泥
水泥标准稠度用水量检验《GB/T1346-2001》
净浆搅拌
标准稠度
用水量
1，电子天平
2，250ml量筒
3，10ml量筒
4，水泥净浆搅拌
机（行星式）
1，水泥标准稠度测定仪
1，水泥
2，水
水泥凝结时间检验《GB/T1346-2001》
凝结时间
1，凝结时间测定仪
（初凝，终凝）
2，水泥混凝土标准养护箱
水泥体积安定性检验《GB/T1346-2001》
体积安定性
1，雷氏夹
2，沸煮箱
3，水泥混凝土标准养护箱
4，雷氏夹测定仪
水泥胶砂强度检验
（ISO法）
《GB/T17671—1999》
胶砂成型
胶砂抗折强度
1，250ml量筒
2，电子天平
3，胶砂搅拌机
4，胶砂振动台
5，胶砂试模
6，水泥混凝土恒温恒湿标准养护箱
1，水泥抗折试验机
1，水泥
2，标准砂（ISO）
3，水
3.2.1，水泥物理技术性能检测试验一水泥物理技术性能检验
*试验要求：
（1）试验室温度为17~25℃，相对湿度大于50%。
养护室温度为20±2℃，相对湿度大于90%。
（2）试验用水应是洁净的淡水，有争议时也可采用蒸馏水。
（3）水泥试样就充分搅拌均匀，并通过0.9mm方孔筛，记录其筛余物情况。
（4）试验用材料、仪器、用具的温度与试验室一致。
3.2.1.1，水泥细度（80um筛筛析法）检验《GB1345-1991》
1，试验目的，原理与方法
试验目的：
通过80um筛析法测定筛余量，评定水泥细度是要达到标准要求，若不符合标准要求，该水泥视为不合格。
试验原理：
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。
试验方法：
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。
（本手册针对干筛法）。
2，试验相关国家标准截录
《GB1345-91》——《水泥细度检验方法（80μm筛筛析法）》（《Test method for fineness of cement-The 80μm sieve》）
1主题内容与适用范围
本标准规定了用80μm筛检验水泥细度的测试方法。
本标准适用于硅酸盐水泥、普通水泥、矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥以及指定采用本标准的其他品种水泥。
3方法原理
本标准是采用80μm筛对水泥试样进行筛析试验，用筛网上所得筛余物的质量占试样原始质量的百分数来表示水泥样品的细度。
3，试验步骤要点及注意事项
（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。
*注意事项：
筛子必须保持洁净，定期检查。
4，数据处理及试验结果
（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。
3.2.1.2，水泥标准稠度用水量检验《GB/T1346-2001》
1，试验目的，原理与方法
试验目的：
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，通过此项试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试验用水量的标准。
试验原理：
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，通过试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。
试验方法：
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。
2，试验相关国家标准截录
《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》）
3原理
3.1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，通过试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的
水量。
3，试验步骤要点及注意事项
（1）水泥净浆的拌制同标准法
（1）、
（2）条
（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。
*注意事项：
（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；
4，数据处理及试验结果
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。
3.2.1.3，水泥凝结时间检验《GB/T1346-2001》*（演示）
1，试验目的，原理与方法
试验目的：
通过凝结时间的测定，得到初凝时间和终凝时间，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。
试验原理：
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。
试验方法：
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。
2，试验相关国家标准截录
《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》）
3原理
3.2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.
3，试验步骤要点及注意事项演示性实验（略）
3.2.1.4，水泥体积安定性检验《GB/T1346-2001》*（演示）
1，试验目的，原理与方法
试验目的：
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。
试验原理：
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。
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。
试验方法：
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。
2，试验相关国家标准截录
《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》）
3原理
3.3安定性
3.3.1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。
3.3.2试饼法是观测水泥标准稠度净浆试饼的外形变化程度。
3，试验步骤要点及注意事项
演示性实验（略）
3.2.1.5，水泥胶砂强度检验（ISO法）《GB/T17671—1999》
1，试验目的，原理与方法
试验目的：
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。
试验原理：
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。
试验方法：
水泥强度检验采用ISO法（国际标准）
2，试验相关国家标准截录
《GB17671—1999》——《水泥胶砂强度检验方法（ISO[1]法）》（《Methodoftestingcements-Determinationofstrength》）
1主题内容与适用范围
本标准规定了水泥胶砂强度检验基准方法的仪器、材料、胶砂组成、试验条件、操作步骤和计算结果等。
其抗压强度测定结果与ISO679结果等同。
同时也列入可代用的标准砂和振实台，当代用后结果有异议时以基准方法为准。
本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、石灰石硅酸盐水泥的抗折与抗压强度的检验。
其他水泥采用本标准时必须研究本标准规定的适用性。
3方法概要
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24
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