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建筑材料的基本性质实验一、实验目的：1.巩固基本概念，学习材料基本参数的测定方法。2.通过实验,会正确操作仪器设备。3.了解砖和混凝土等材料的基本性能。二、实验内容：1.蒸压灰砂砖、烧结普通砖、烧结页岩砖体积密度实验2.蒸压灰砂砖、烧结普通砖、烧结页岩砖(30分钟)吸水率实验3.混凝土抗压强度影响试验数值的因素（演示实验）4混凝土抗折强度实验（演示实验）三、实验详细内容：1、蒸压灰砂砖、烧结粘土砖、烧结页岩砖体积密度实验（1）材料的密度、表观密度、体积密度和堆积密度的定义密度：材料在绝对密实状态下单位体积的质量称为材料的密度ρ0。材料在绝对密实状态下的体积指不包括材料内部孔隙的固体物质本身的体积，亦称实体积。表观密度：材料在自然状态下单位体积的质量称为材料的表观密度ρa。材料在自然状态下的体积是指材料的实体积和材料内部所含全部孔隙之和。体积密度：材料在包含实体积、开口和封闭孔隙的状态下单位体积的质量称为材料的体积密度ρv。堆积密度：散装材料在自然堆积状态下单位体积的质量称为堆积密度ρb。散粒材料在自然状态下的体积，是指既含内部的孔隙，又含颗粒之间孔隙在内的总体积。（2）主要仪器设备●电子秤（称量6kg，感量50g）●直尺（精度1mm）●烘箱等（3）实验步骤●将砖在105℃烘干至恒重，取出冷却至室温（实验前已完成），称重M（kg）；●用直尺量出试件的尺寸，并计算出其体积V（mm³）。对于六面体试件，每个试件的长宽高正反面各测一次，取其平均值。于是有：V=abc，单位为mm3根据体积密度的计算公式有：ρv=M/V×10^9ρv：材料体积密度单位：kg/m3M：材料质量单位：kgV：材料体积单位：mm3（4）数据处理种类a/mmb/mmh/mmV/mm³m/kgρv/kg/m³平均密度蒸压灰砂砖2411175415226382.8681883.571913.642411145414835962.851921.012421165615720323.0441936.35烧结粘土砖2421115113699622.2821665.741710.22381135113715942.3081682.712421134913399542.3881782.15烧结页岩砖2341094912497941.9461557.061603.272321074811915521.9281618.062311114712051271.971634.68蒸压灰砂砖：蒸压灰砂砖适用于各类民用建筑、公用建筑和工业厂房的内、外墙，以及房屋的基础。是替代烧结粘土砖的产品。蒸压灰砂砖以适当比例的石灰和石英砂、砂或细砂岩，经磨细、加水拌和、半干法压制成型并经蒸压养护而成。烧结普通砖：以砂质粘土为主要原料，在900——1000摄氏度左右进行烧结而成。由于其中的粘土被部分烧结，故具有较多空隙，所以吸水率较大。烧结页岩砖：为一种新型建筑节能墙体材料，既可用于砌筑承重墙，又具有良好的热工性能，符合施工建筑模数，减少施工过程中的损耗，损高工作效率；孔洞率达到35%以上，可减少墙体的自重，节约基础工程费用。与普通烧结多孔砖相比，具有保温、隔热、轻质、高强和施工高效等特点。该产品以页岩为原料，采用砖机高真空挤出成型、一次码烧的生产工艺。（5）数据分析体积密度：材料的体积密度主要与材质和孔隙率有关。实验中所用三种砖成分相近（均以二氧化硅为主），因此主要考虑孔隙率的影响。从实验数据中可看出，蒸压灰砂砖的体积密度明显大于另两种砖。这是因为：粘土砖是以砂质粘土为主要原料，在900-1000摄氏度左右进行烧结而成。由于其中的粘土被部分烧结，故具有较多的孔隙；页岩砖是以页岩为主要原料，页岩的化学组成与粘土相近，但其颗粒细度不及粘土，故孔隙率也比较大；灰砂砖是以石灰和天然砂为主要原料，在0.8MPa，175摄氏度的条件下蒸养6小时而成，由其中的Ca(OH)2与SiO2反应生产水化硅酸钙凝胶而产生强度。灰砂砖外观光洁整齐，均匀密实，孔隙率较小。所以同样的体积下，灰砂砖的实体积更大，质量更大。因而体积密度更大。2、蒸压灰砂砖、烧结普通砖、烧结页岩砖(30分钟)吸水率实验140014501500155016001650170017501800185019001950体积密度（kg/m³）蒸压灰砂砖烧结粘土砖烧结页岩砖（1）吸水率概念材料能吸收水分的性质称为吸水性。吸水性的大小用吸水率表示。分为体积吸水率及质量吸水率两种：A、质量吸水率：材料在吸水饱和时内部所吸水分的质量占干燥材料总质量的百分率。B、体积吸水率：材料在吸水饱和时，内部所吸收水分的体积占干燥材料的自然体积的百分率。在工程中一般采取质量吸水率。（2）仪器设备●电子称（称量6kg，感量50g）●烘箱●水糟（3）实验步骤●砖样在105℃烘干至恒重，取出冷却后称量其质量M（kg）●作好标记砖放入水槽中吸水30min●取出试件，擦去表面的水分并称量其质量M1（kg）（4）结果计算:由质量吸水率的计算公式有：W=（M1—M）/M×100%W材料的质量吸水率M1材料在吸水饱和状态时的质量M材料在干燥状态下的质量（5）数据处理种类吸水前质量M（kg）吸水后质量M（kg）吸水率W蒸压灰砂砖2.8682.9863.95%烧结粘土砖2.2822.61412.70%烧结页岩砖1.9462.17210.41%（6）结果分析由于材料中水吸收的水分是通过开口孔隙所吸入的，因此，材料的开口孔隙率越大，则材料具有的吸水率越大，材料吸水饱和时的体积吸水率就是材料的开口孔隙率。具有细微而联通孔隙且孔隙率较大的材料吸水率较大；具有粗大孔隙的材料，虽然水分容易渗入，但仅能润湿孔隙表面而不在孔内存留，因而吸水率不高；密实材料以及孔隙以封闭的孔隙为主的材料吸水率相对较低。从实验数据中可以看出，蒸压灰砂砖的质量吸水率明显小于另两种砖。这是因为：在三种砖中，烧结粘土砖的粘土部分被部分烧结，具有较多的孔隙，且多为开口孔隙，孔隙率最大，所以质量吸水率最大；烧结页岩砖的孔隙率次之，且其中的孔隙比烧结粘土砖的粗大，水分在其中存留的程度远低于烧结粘土砖，故其吸水率明显小于烧结粘土砖；灰砂砖是以石灰和天然砂为主要原料，在0.8MPa，175摄氏度的条件下蒸养6小时而成，由其中的Ca(OH)2与SiO2反应生产水化硅酸钙凝胶而产生强度。灰砂砖外观光洁整齐，均匀密实，孔隙率较小。所以在建筑中选用灰砂砖可以有比较好的防水性能，而使用粘土砖、页岩砖要特别注意防水。但灰砂砖不宜用在高水流和高温(大于200摄氏度)的地区，以免发生Ca(OH)2的滤析及Ca(OH)2和水化硅酸钙凝胶的脱水分解。3、混凝土抗压强度影响试验数值的因素（演示实验）（1）材料的强度定义材料的强度是指材料在外力作用下，抵抗破坏的能力。（2）试验内容本次试验主要观察一下4种规格的试块：1)100X100X1002)100X100X100(垫胶皮)3)150X150X1504)100X100X300混凝土的组成材料相同,养护龄期一样,试块寸不同，形状不同、受压面约束状况不同情况下对实验数值的影响并观察破坏形状。（3）实验设备：（4）抗压强度计算材料的抗压强度如下式所示：f=P/A（计算精确至0.1MPa）其中f试件抗压强度单位MPaP试件破坏荷载单位kNA试件受压面积单位mm2（5）数据处理以下为老师课件提供的数据：在这次试验中，我们得到的数据如下：序号试件尺寸（mm）抗压荷载（KN）抗压强度(MPa)1100×100×100340342100×100×100（受压面垫胶皮）110113150×150×15084637.64100×100×30022422.4（5）实验结果分析：材料强度除与其组成结构等在内的因素有关外，还与试件的表面形态、尺寸和形状、含水状态、温度环境和加载速度有关。在在本次混凝土强度实验中，主要讨论试件尺寸、承压面状态等试验因素都对混凝土试件极限抗压强度和破坏形状有影响。A、试件尺寸：试件尺寸不同、形状不同，会影响试件的抗压强度测定结果。从表中数据可以看出：当其他条件一定时，立方体的边长越大，试件极限抗压强度越低；当其他条件一定时，且底面形状相同时，试件高度越大，极限抗压强度越低。“环箍效应”对混凝土试件抗压强度有提高作用。在相同条件下，试件的尺寸越小，测得的强度值越高；而尺寸越大，强度值越小，原因有下：一、“环箍效应”。二、由于大试件内存在的孔隙、裂缝和局部软弱等缺陷的几率大些，试件受力时就容易序号试件尺寸（mm）抗压荷载（KN）抗压强度(MPa)抗压强度平均值(MPa)破坏形状图示1100×100×10038838.838.0呈双倒锥破坏，受压面光滑，中间部分破坏严重39239.236036.02100×100×100（受压面垫胶皮）16016.017.1由于此时无环箍效应，呈现纵向裂纹，受压面满布裂纹17217.218018.03150×150×15070431.330.5呈双倒锥破坏，受压面光滑，中间部分破坏严重，极限荷载增大68430.467229.94100×100×30028228.226.8当试块的长大于边长的3^1/2倍时，呈剪切破坏，极限荷载降低25025.027227.2产生应力集中，故测得的强度值小，而小试件则相反。因此试件的尺寸要严格按标准要求。国家标准GBJ107—87《混凝土强度检验评定标准》规定边长为150mm的立方体试件为标准试件。B、承压面状态：当混凝土受压面上有油脂类润滑物（胶皮）时，则在受压时，由于压板与试件间摩擦阻力小，使得试样可以较自由的进行横向膨胀，这样就在试样的承压面上产生了垂直于加载方向的拉应力，试件将出现垂直裂纹而破坏（如表中所示），故测得的强度值小。同时试件表面如粗糙或不平整，会引起应力集中而使测得的强度值大为降低。因此，实验时，必须取试件的平整光洁的表面。C、“环箍效应”混凝土试样在受压时，在沿加荷方向发生纵向变形的同时，也按泊松比效应产生横向变形。由于试验机的上下压板的弹性模量比混凝土大5-15倍，而泊松比则不大于混凝土的两倍。所以，在荷载作用下，压板的横向应变小于混凝土的横向应变，从而在摩擦力的作用下对试件的横向膨胀起约束作用，对混凝土试件的测试强度有提高作用。愈接近试样的端面，这种约束作用就愈大。在距离端面大约的范围以外，这种约束作用才消失。这种约束作用，称为环箍效应。环箍效应示意图如下：各试验结果对比分析：由第一，二组就可以知道试件的承压面光滑时，其抗压强度会大幅减小，就是由于“环箍效应”消失的影响。由第一，三，四组数据对比可知：在相同条件下，试件尺寸越大，抗压强度越低。对第一，三组，主要是因为随着尺寸的增大，临界裂纹存在的几率增加。对第一，四组，除了上面的原因，要考虑环箍效应。具体来说就是在试验机的压板和试件承压面之间存在横向摩擦阻力，越靠近试件承压面该摩擦阻力的影响越显著，大约在距试件承压面为(3^1/2)a/2（a为试件的边长）以外的部分，该摩擦阻力的影响即将消失，所以第四组试件的中间一段不受环箍效应的约束，强度降低。4、混凝土抗折强度实验（演示实验）（1）试验内容本次试验主要观察一下4种规格的试块：1）C30普通混凝土2）C30钢纤维混凝土3）C30轻骨料混凝土4）C80高强混凝土（2）抗折强度的计算材料的抗折强度和试件的几何外形及荷载的施加方式有关。对于矩形截面的条形试件，当其二支点间的中间作用一集中荷载时，抗折极限强度的计算式如下：ftm=(3PL)/(2bh2)ftm试件抗折强度单位MPaP试件抗折荷载单位NL试件两支点间距离单位mmb、h试件的宽和高单位mm（3）试验数据本次试验的数据如下：混凝土抗折最大破坏荷载数据（单位：KN）123平均强度C30普通混凝土12.013.810.1C30钢纤维混凝土14.014.513.9C30轻骨料混凝土8.26.58.1C80高强混凝土18.418.520.4混凝土抗压强度数据（单位：MPa）123平均强度C30普通混凝土40.637.240.237.3C30钢纤维混凝土41.645.443