土木工程材料试验.docx

1、土木工程材料试验天水师范学院工学院土木工程材料试验指导书姓名 班级 学号 概 述土木工程材料是一门联系实际较强的学科。土木工程材料实验是本课程的重要组成部分和实践性教学环节，同时也是学习和研究土木工程材料的重要方法。开设土木工程材料实验的目的有三：一是使学生熟悉主要土木工程材料的标准与规范，实验设备和基本土木工程材料的检测技术；二是使学生对具体材料的性状有进一步的了解，熟悉、验证、巩固与丰富所学的理论知识，三是进行科学研究的基本训练，培养学生严谨认真的科学态度，提高分析问题和解决问题的能力。为了达到上述学习目的，学生应做到：1实验前做好预习，明确实验目的、基本原理及操作要点，并应对实验所用的仪

2、器、设备、材料有基本了解。实验时，应注意三个方面的技术问题：一是抽样技术。各种材料的取样方法，一般在有关国家标准和技术规范中有所规定，实验时必须严格遵守，使实验结果具有充分的代表性和可靠性，以利于取得可靠的实验数据，做出可信的结论。二是测试技术。包括仪器的选择，试样的制备、测试条件及方法，要注意材料性质实验数据总是带有一定的条件性，即材料性质实验的测定值与实验时的种种条件有关。很多因素影响着材料性质的测定值。因此，为了取得可以进行比较材料性质的测定值，必须严格按照国家标准所规定的实验条件进行实验。三是实验数据的整理方法。材料的质量指标和实验所得的数据是有条件的，相对的，是与选样、测试和数据处理

3、密切相关的。其中任何一项改变时，实验结果将随之发生或大或小的变化。因此，检验材料质量，划分等级标号时，上述三个方面均须按照国家规定的标准方法或通用的方法进行。否则，就不能根据有关规定对材料质量进行评定，或相互之间进行比较。2在实验的整个过程中要建立严密的科学工作秩序，严格遵守实验操作规程，注意观察实验现象，详细做好实验记录。要注意用电安全，使用玻璃器皿时要小心，要爱护实验设备，实验结束，擦洗干净所用的仪器与设备并摆放整齐。3认真填写实验报告。材料实验过程中，应认真按规定的记录表格记录实验数据，每次实验完毕，都必对实验数据加以整理，通过分析做出实验结论，须认真填写实验报告，计算时要注意单位，数据

4、要有分析，问题要有结论。分析中应说明实验数据的精确度，结论要指出实验数据说明了什么问题。为了加深理论认识，在实验报告中，可以写上实验原理、影响因素、存在的问题以及自己的心得体会。写报告一定要认真，不要敷衍了事。本土木工程材料实验指导书是按课程教学大纲的要求并结合工程实际需要选材，根据现行国家标准或其他规范、资料进行编写，并不包含所有土木工程材料实验的全部内容。同时，由于科学技术水平的进步和生产条件的不断发展，今后遇到本指导书所述实验以外的实验时，可查阅有关指导文件，并注意各种材料标准或规范的修订动态，以作相应修改。 试验内容包括材料的基本性质、水泥、混凝土用集料、混凝土、建筑钢材、建筑砂浆、钢

5、筋等主要试验。实验一 土木工程材料基本性质实验一、 水泥密度试验1试验目的：材料的密度是指在绝对密实状态下单位体积的质量。利用密度可计算材料的孔隙率和密实度。孔隙率的大小会影响到材料的吸水率、强度、抗冻性及耐久性等。2主要仪器设备（1）李氏瓶 （2）天平 （3）筛子 （4）鼓风烘箱 （5）量筒、干燥器、温度计等。 3试样制备：将水泥用筛子除去筛余物，放到105110的烘箱中，烘至恒重，再放入干燥器中冷却至室温。 4试验步骤（1）在李氏瓶中注入与试样不起反应的液体至凸颈下部，记下刻度数（cm3）。（2）用天平称取6090g试样，用漏斗和小勺小心地将试样慢慢送到李氏瓶内（不能大量倾倒，防止在李氏瓶

6、喉部发生堵塞），直至液面上升至接近20 cm3为止。再称取未注入瓶内剩余试样的质量，计算出送入瓶中试样的质量（g）。（3）用瓶内的液体将粘附在瓶颈和瓶壁的试样洗入瓶内液体中，转动李氏瓶使液体中的气泡排出，记下液面刻度（cm3）。（4）将注入试样后的李氏瓶中的液面读数，减去未注入前的读数，得到试样的密实体积（cm3）。5试验结果计算 材料的密度按下式计算（精确至小数后第二位）：式中 材料的密度（g/ cm3）； 装入瓶中试样的质量（g）； 装入瓶中试样的绝对体积（cm3）。按规定，密度试验用两个试样平行进行，以其计算结果的算术平均值最后结果，但两个结果之差不应超过0.02 cm3。二、砂、石密度

7、实验（标准方法）（一）集料试验取样的一般规定1.在料堆上取砂样时，取样部位应均匀分布。取样前先将取样部位表层铲除，然后从不同部位抽取大致等量的砂8份，组成一组样品。将所取试样置于平板上，在潮湿状态下拌和均匀，并堆成厚度约为20mm的圆饼，然后沿互相垂直的两条直径把圆饼分成大致相等的四份，取其中对角线的两份重新拌匀，再堆成圆饼。重复上述过程，直至把样品缩分到试验所需的量为止。2.在料堆上取石样时，取样部位应均匀分布。取样前先将取样部位表层铲除，然后从不同部位抽取大致等量的石子15份（在料堆的顶部、中部和底部均匀分布的15个不同部位取得）组成一组样品。试样也进行缩分。（二）砂子表观密度实验1、主要

8、仪器设备天平（称量1000g，感量1g）；容量瓶（500mL）；烧杯（500mL）；实验筛（孔径为4.75mm）；干燥器、烘箱（能使温度控制在1055）、铝制料勺、温度计、带盖容器、搪瓷盘、刷子和毛巾等。2、试样制备将缩分至660g左右的试样，在温度为（1055）的烘箱中烘干至恒量，待冷却至室温后，分成大致相等的两份备用。3、实验步骤（1）称取烘干试样m0300g，精确至1g。将试样装入容量瓶，注入冷开水至接近500mL刻度处，用手摇动容量瓶，使砂样充分摇动，排出气泡，塞紧瓶盖，静置24h。（2）用滴管小心加水至容量瓶500mL刻度处，塞紧瓶塞，擦干瓶外水分，称出其质量m1，精确至1g。（3）

9、倒出瓶内水和试样，洗净容量瓶，再向瓶内注入水温相差不超过2的冷开水至500mL刻度处。塞紧瓶塞，擦干瓶外水分，称其质量m2，精确至1g。4、结果评定1）砂表观密度，按下式计算（精确至10kg/m3）：式中 m0试样的烘干质量，g；m1试样、水及容量瓶总质量，g;m2水及容量瓶总质量，g；2）.砂的表观密度均以两次实验结果的算术平均值作为测定值，精确至10kg/m3；如两次实验结果之差大于20kg/m3时，应重新取样进行实验。（三）石或碎石的表观密度试验(广口瓶法)石子的表观密度是指不包括颗粒之间空隙在内，但却包括颗粒内部孔隙在内的单位体积的质量。石子的表观密度与石子的矿物成分有关。测定石子的表

10、观密度，可以鉴别石子的质量，同时也是计算空隙率和进行混凝土配合比设计的必要数据之一。此法可用于最大粒径不大于37.5mm的卵石或碎石。1、主要仪器设备1）天平。最大称量2kg，感量1g。2）广口瓶。容积为1000mL，磨口并带有玻璃片。3）筛(孔径4.75mm)、烘箱、搪瓷盘、毛巾、温度计等。2、试样的制备按规定取样，并缩分至略大于表1-1规定的数量，风干后筛除小于4.75mm的颗粒，然后洗刷干净，分为大致相等的两份备用。表1-1 表观密度试验所需试样数量最大粒径，mm小于26.531.537.5最少试样质量，kg2.03.04.03、试验步骤1）将试样浸水饱和后，装入广口瓶中。装试样时，广口

11、瓶应倾斜放置，注入饮用水，用玻璃片覆盖瓶口。以上下左右摇晃的方法排除气泡。2）气泡排尽后，向瓶中添加饮用水，直至水面凸出瓶口边缘。然后用玻璃片沿瓶口迅速滑行，使其紧贴瓶口水面。擦干瓶外水分后，称出试样、水、瓶和玻璃片总质量，精确至1g。3）将瓶中试样倒入搪瓷盘，放入烘箱中于(1055)下烘干至恒量，待冷却至室温后，称出其质量，精确至1g。4）将瓶洗净并重新注入饮用水，用玻璃片紧贴瓶口水面，擦干瓶外水分后，称出水、瓶和玻璃片总质量，精确至1g。4、结果评定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。对颗粒材质不均匀的试样，如两次试验

12、结果之差超过20kg/m3，可取4次试验结果的算术平均值。（四）砂子的堆积密度实验1、主要仪器设备烘箱能使温度控制在（1055）；天平（称量10kg，感量1g）；容量筒（内径108mm，净高109mm，筒底厚约5mm，容积为1L）；方孔筛（孔径为4.75mm筛一只）；垫棒（直径10mm，长500mm的圆钢）；直尺、漏斗（见图试1.1）或铝制料勺、搪瓷盘、毛刷等。图试1.1 标准漏斗1漏斗；2筛；320管子；4活动门；5金属量筒2、试样制备用搪瓷盘装取试样约3L，放在烘箱中于温度为（1055）下烘干至恒量，待冷却至室温后，筛除大于4.75mm的颗粒，分成大致相等的两份备用。3、实验步骤1）松散堆

13、积密度 取试样一份，砂用漏斗或铝制料勺，用漏斗或料勺将试样从容量筒中心上方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锥体，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（实验过程中应防止触动容量筒），称出试样和容量筒总质量m2，精确至1g。倒出试样，称取空容量筒质量m1，精确至1g。2）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，在筒底垫放一根一定直径为10mm的垫棒，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方法颠实（但筒底所垫钢筋的方向与第一层时的方向垂直），加试样直至超过筒口，然后用直尺沿筒口中心线向两边刮平，称出试样和容

14、量筒总质量m2，精确至1g。3）容重筒容积的校正方法 以温度为202的饮用水装满容量筒，用玻璃板沿筒口滑移，使其紧贴水面。擦干筒外壁水分，然后称出其质量，砂容量筒精确至1g，石子容量筒精确至10g。用下式计算筒的容积（mL，精确至1mL）：式中 容量筒、玻璃板和水总质量，g；容量筒和玻璃板质量，g。4、结果评定1）松散堆积密度和紧密堆积密度分别按下式计算（kg/m3，精确至10kg/m3）：式中 m2试样和容量筒总质量，kg；m1容量筒质量，kg；V容量筒的容积，L。以两次实验结果的算术平均值作为测定值。2）松散堆积密度空隙率和紧密堆积密度空隙率按下式计算（精确至1）： 式中 松散堆积密度，k

15、g/m3；紧密堆积密度，kg/m3；表观密度，kg/m3。（五）卵石或碎石的堆积密度试验 测定干燥石子堆积密度并计算空隙率，借以评定石子质量的好坏。同时，石子的堆积密度也是混凝土配合比设计必需的重要数据之一。1、仪器设备1）台秤：称量10kg，感量10g。2）磅秤：最大称量50kg或100kg，感量50g。3）容量筒：其规格见表2-3。容量筒应先校正体积，将温度为(202)的饮用水装满容量筒，用玻璃板沿筒口滑移，使其紧贴水面并擦干筒外壁水分，然后称出其质量，精确至10g。用下式计算容积：V=G1-G2式中：V容量筒容积，mL；G1容量筒、玻璃板和水的总质量，g；G2容量筒和玻璃板质量，g。表1

16、-2容量筒的规格要求最大粒径，mm容量筒容积，L容量筒规格内径，mm净高，mm壁厚，mm9.5,16.0,19.0,26.510208294231.5,37.520294294353.0,63.0,75.03036029444）直尺、小铲等。2、试样的制备 按表1-3的规定取样。试样烘干或风干后，拌匀并分为大致相等两份备用。表2-4 堆积密度试验取样质量石子最大粒径/mm取样质量/kg9.5、16.0、19.0、26.54031.5、37.58063.0、75.01203、试验步骤取试样一份，用小铲将试样从容量筒中心上方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锥体，且容量筒

17、四周溢满时，即停止加料。除去凸出容量筒表面的颗粒，并以合适的颗粒填入凹陷部分，使表面稍凸起部分和凹陷部分的体积大致相等，称出试样和容量筒的总质量，精确至10g。4、试验结果堆积密度取两次试验结果的算术平均值，精确至10kg/m3。空隙率取两次试验结果的算术平均值，精确至1%。实验二 水泥性质实验一、水泥实验的一般规定1.取样方法，以同一水泥厂、同品种、同强度等级、同期到达的水泥进行取样和编号。一般以不超过100t为一个取样单位，取样应具有代表性，可连续取，也可在20个以上不同部位抽取等量的样品，总量不少于12kg。2.取的试样应充分拌匀，分成两份，其中一份密封保存3个月，实验前，将水泥通过0.

18、9mm的方孔筛，并记录筛余百分率及筛余物情况。3.实验用水必须是洁净的淡水。4.实验室温度应为（202），相对湿度应不低于50%；湿气养护箱温度为（201），相对湿度应不低于90%；养护池水温为（201）。5.水泥试样、标准砂、拌和水及仪器用具的温度应与实验室温度相同。二、水泥标准稠度用水量测定（标准法）水泥的凝结时间和安定性测定等都与它们的用水量有关。为了便于检验，必须人为规定一个标准稠度，统一用标准稠度的水泥净浆进行检验。该试验的主要目的就是为凝结时间和安定性试验提供标准稠度的水泥净浆，也可用来检验水泥的需水性。 水泥标准稠度用水量可用调整水量法或固定水量法测定，有争议时以调整水量法为准。

19、1.主要仪器设备水泥净浆搅拌机（由主机、搅拌叶和搅拌锅组成）；标准法维卡仪主要由试杆和盛装水泥净浆的试模两部分组成（如图试1.4所示）；天平、铲子、小刀、平板玻璃底板、量筒等。 a ba）初凝时间测定用立式试模的侧视图 b）终凝时间测定用反转试模的前视图 c）标准稠度试杆 d）初凝用试针 e）终凝用试针图试2.1 测定水泥标准稠度和凝结时间用的维卡仪2.实验步骤（1）调整维卡仪并检查水泥净浆搅拌机。使得维卡仪上的金属棒能自由滑动，并调整至试杆（见图试2.1c）接触玻璃板时的指针对准零点。搅拌机运行正常，并用湿布将搅拌锅和搅拌叶片擦湿。（2）称取水泥试样500g，拌和水量按经验确定并用量筒量好。

20、（3）将拌和水倒入搅拌锅内，然后在5s10s内将水泥试样加入水中。将搅拌锅放在锅座上，升至搅拌位，启动搅拌机，先低速搅拌120s，停15s，再快速搅拌120s，然后停机。（4）拌和结束后，立即将水泥净浆装入已置于玻璃底板上的试模中，用小刀插捣，轻轻振动数次排出气泡，刮去多余净浆；抹平后迅速将试模和底板移到维卡仪上，调整试杆至与水泥净浆表面接触，拧紧螺丝，然后突然放松，试杆垂直自由地沉入水泥净浆中。（5）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。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6mm1mm的水泥净浆为标准稠度水泥净浆。标准稠度用水量（P）以

21、拌和标准稠度水泥净浆的水量除以水泥试样总质量的百分数为结果。三、水泥净浆凝结时间测定水泥加水拌和后形成水泥浆，水泥浆会逐渐失去可塑性而具有强度。从水泥加水起到开始失去可塑性的时间，称为初凝时间；从水泥加水起到完全失去可塑性并具有强度的时间，称为终凝时间。1.主要仪器设备标准法维卡仪将试杆更换为试针，仪器主要由试针和试模两部分组成（如图试2.1所示）；其他仪器设备同标准稠度测定。2.实验步骤（1）称取水泥试样500g，按标准稠度用水量制备标准稠度水泥净浆，并一次装满试模，振动数次刮平，立即放入湿气养护箱中。记录水泥全部加入水中的时间作为凝结时间的起始时间。（2）初凝时间的测定。首先调整凝结时间测

22、定仪，使其试针（见图试2.1d）接触玻璃板时的指针为零。试模在湿气养护箱中养护至加水后30min时进行第一次测定：将试模放在试针下，调整试针与水泥净浆表面接触，拧紧螺丝，然后突然放松，试针垂直自由地沉入水泥净浆。观察试针停止下沉或释放使者30s时指针的读数。临近初凝时，每隔5min测定一次，当试针沉至距底板4mm1mm时为水泥达到初凝状态。（3）终凝时间的测定为了准确观察试针（见图试2.1e）沉入的状况，在试针上安装一个环形附件。在完成水泥初凝时间测定后，立即将试模连同浆体以平移的方式从玻璃板取下，翻转180，直径大端向上，小端向下放在玻璃板上，再放入湿气养护箱中继续养护，临近终凝时间时每隔1

23、5min测定一次，当试针沉入水泥净浆只有0.5mm时，既环形附件开始不能在水泥浆上留下痕迹时，为水泥达到终凝状态。（4）达到初凝或终凝时应立即重复一次，当两次结论相同时才能定为到达初凝或终凝状态。每次测定不能让试针落入原针孔，每次测定后，须将试模放回湿气养护箱内，并将试针搽净，而且要防止试模受振。3.实验结果（1）由水泥全部加入水中至初凝状态的时间为水泥的初凝时间，用“min”表示。（2）由水泥全部加入水中至终凝状态的时间为水泥的终凝时间，用“min”表示。四、水泥体积安定性的测定造成水泥体积安定性不良的主要原因有游离氧化钙过多、氧化镁过多和掺入的石膏过多。对于氧化镁和石膏含量，规定水泥出厂时

24、应符合要求。对游离氧化钙的危害作用，则通过沸煮法来检验。安定性检验分雷氏法和试饼法两种，有争议时以雷氏法为准。1.主要仪器设备雷式夹（由铜质材料制成，其结构见图试1.5。当用300g砝码校正时，两根针的针尖距离增加应在17.5mm2.5mm范围内，见图试1.6）；雷式夹膨胀测定仪（其标尺最小刻度为0.5mm，见图试1.7所示）。沸煮箱（能在30min5min内将箱内的实验用水由室温升至沸腾状态并保持3h以上，整个过程不需要补充水量）；水泥净浆搅拌机、天平、湿气养护箱、小刀等。 图试2.2 雷式夹示意图 图试2.3雷式夹校正图图试2.4 雷式夹膨胀测定仪示意图2.实验步骤（1）测定前准备工作：每

25、个试样需成型两个试件，每个雷式夹需配备两块质量为75g85g的玻璃板，一垫一盖，并先在与水泥接触的玻璃板和雷式夹表面涂一层机油。（2）将制备好的标准稠度水泥净浆立即一次装满雷式夹，用小刀插捣数次，抹平，并盖上涂油的玻璃板，然后将试件移至湿气养护箱内养护24h2h。（3）脱去玻璃板取下试件，先测量雷式夹指针尖的距离（A），精确至0.5mm。然后将试件放入沸煮箱水中的试件架上，指针朝上，调好水位与水温，接通电源，在30min5min之内加热至沸腾，并保持3h5min。（4）取出沸煮后冷却至室温的试件，用雷式夹膨胀测定仪测量试件雷式夹两指针尖的距离（C），精确至0.5mm。3.实验结果当两个试件沸煮

26、后增加的距离（CA）的平均值不大于5.0mm时，既认为水泥安定性合格。当两个试件的（CA）值相差超过4.0mm时，应用同一样品立即重做一次实验。再如此，则认为该水泥为安定性不合格。实验三 水泥胶砂强度检验根据国家标准硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥（GB1751999）和（GB/T176711999）水泥胶砂强度检验方法（ISO法）的规定，测定水泥的强度，应按规定制作试件，养护，并测定其规定龄期的抗折强度和抗压强度值。1、主要仪器设备行星式胶砂搅拌机（是搅拌叶片和搅拌锅相反方向转动的搅拌设备，见图试3.1。胶砂试件成型振实台；试模（可装拆的三联试模，试模内腔尺寸为40mm40mm160mm，见图试3

27、.2）；水泥电动抗折实验机；抗压实验机；抗压夹具，见图试3.3；套模、两个播料器、刮平直尺、标准养护箱等。 图试3.1胶砂搅拌机示意图 图试3.2 典型水泥试模 图试3.3 典型抗压夹具2、实验步骤（1）制作水泥胶砂试件水泥胶砂试件是由水泥、中国ISO标准砂、拌和用水按130.5的比例拌制而成。一锅胶砂可成型三条试体，每锅材料用量见表试3.1。按规定称量好各种材料。每锅胶砂的材料用量见表3.1。 表试3.1材料水泥中国ISO标准砂水用量，g4502135052251将水加入胶砂搅拌锅内，再加入水泥，把锅放在固定架上，升至固定位置，然后启动机器，低速搅拌30s，在第二个30s开始时，同时均匀的加

28、入标准砂。再高速搅拌30s。停90s，在第一个15s内用一胶皮刮具将叶片上和锅壁上的胶砂刮入锅内，在调整下继续高速搅拌60s。胶砂搅拌完成。各阶段的搅拌时间误差应在1s内。将试模内壁均匀涂刷一层机油，并将空试模和套模固定在振实台上。用勺子将搅拌锅内的水泥胶砂分两次装模。装第一层时，每个槽里先放入300g胶砂，并用大播料器刮平，接着振动60次，再装第二层胶砂，用小播料器刮平，再振动60次。移走套模，取下试模，用金属直尺以近视90的角度架在试模模顶一端，沿试模长度方向做锯割动作慢慢向另一端移动，一次将超过试模部分的胶砂刮去，并用同一直尺以近视水平的情况将试件表面抹平。2.水泥胶砂试件的养护将成型好

29、的试件连同试模一起放入标准养护箱内，在温度（201），相对湿度不低于90%的条件下养护。养护到2024h之间脱模（对于龄期为24h的应在破坏实验前20min内脱模）。将试件从养护箱中取出，用毛笔编号，编号时应将每个三联试模中的三条试件编在两龄期内，同时编上成型与测试日期。然后脱模，脱模时应防止损伤试件。对于硬化较慢的水泥允许24h后脱模，但须记录脱模时间。试件脱模后立即水平或垂直放入水槽中养护，养护水温为（201），水平放置时刮平面朝上，试件之间留有间隙，水面至少高出试件5mm，并随时加水以保持恒定水位，不允许在养护期间完全换水。水泥胶砂试件养护至各规定龄期。试件龄期是从水泥加水搅拌开始起算。不同龄期的强度在下列时间里进行测定：24h15min；48h30min；72h45min；7d2h；28d8h。3.水泥胶砂试件的强度测定水泥胶砂试件在破坏实验前15min从水中取出。揩去试件表面的沉积物，并用湿布覆盖至实验为止。先用抗折实验机以中心加荷法测定抗折强度；然后将折断的试件进行抗压实验测定抗压强度。抗折强度实验将试件安放在抗折夹具内，试件的侧面与实验机的支撑圆柱接触，试件长轴垂直于支撑圆柱，