土木工程材料试验指导书

-0-《土木工程材料实验》指导书（土木工程）土木建筑学院土木工程材料实验室-1-目录实验一、材料基本物理性质实验………………………………………3实验二、集料实验………………………………………………………6实验三、水泥混凝土实验………………………………………………11实验四、钢筋实验………………………………………………………20实验五、沥青实验………………………………………………………25-2-土木工程材料实验指导书一、基本任务：土木工程材料实验是《土木工程材料》课的实践性教学环节，它的基本任务是：1、通过实验使学生熟悉主要土木工程材料的标准、规范与技术要求，对具体材料的性状有进一步的了解，巩固与丰富理论知识；2、使学生掌握常规材料的基本实验方法、手段和操作技能，学会正确使用各种仪器和实验设备，具有对常用土木工程材料独立进行质量检定的能力；3、进行科学研究的基本训练，掌握处理实验数据的科学方法，培养学生运用所学理论进行科学研究、分析问题和解决问题的能力，树立实事求是的科学态度和严谨的工作作风；4、通过理论与实践的结合，巩固和加深对所学基本原理的理解，并在某些方面得到充实和提高。培养学生的工程实践能力和创新能力。二、基本要求：为了达到上述学习目的，学生必须做到：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器、材料有基本的了解。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。3、对实验结果进行分析，做好实验报告。4、对设计、研究和综合等提高型实验，要求同学们按照实验指导书的要求，认真设计实验，通过实验研究，得出结论，找出规律。三、注意事项：在进行土木工程材料的实验时，应注意三个方面的技术问题：1、抽样技术，即要求试样具有代表性；2、测试技术，包括仪器的选择、试件的制备、测试条件及方法；3、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，是与取样、测试和数据处理密切相关的。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，上述三-3-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。四、编写说明：1、本指导书按新课程教学大纲和实验教学大纲要求选材，根据现行国家（或行业）标准或其他规范、资料编写的，并不包括所有的土木工程材料的全部内容。2、由于科学技术水平和生产条件不断发展，今后遇到本书范围以外的实验时，可查阅有关指导文件，并注意各种土木工程材料标准和实验方法的修订动态，以作相应修改。实验一：材料基本物理性质实验一、实验意义和目的在土木工程各类建筑物中，材料要受到各种物理、化学、力学因素单独及综合作用。因此，对土木工程材料性质的要求是严格和多方面的。材料基本性质的实验项目较多，如密度，表观密度，孔隙率和吸水率等，对于各种不同材料及不同用途，测试项目及测试方法视具体要求而有一定差别。通过此项实验，使学生掌握材料的基本物理性质及其测试原理和方法。二、实验原理本实验以石料为例，介绍材料的几种常用物理性能实验方法。其基本性质包括密度，表观密度，孔隙率和吸水率等。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。表观密度是指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。形状不规则石料的毛体积密度可采用静水称量法或蜡封法测定；对于规则几何形状的试件，可采用量积法测定其体积密度。孔隙率是指材料的体积内，孔隙体积所占的比例。吸水性是指材料与水接触吸收水分的性质，当材料吸水饱和时，其含水率称为吸水率。三、实验装置和仪器李氏比重瓶、烘箱、干燥器、天平、恒温水槽、游标卡尺等四、实验方法和步骤（一）密度实验(李氏比重瓶法)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。-4-2、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)，使刻度部分浸入水中，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煤油的部分仔细擦净。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人李氏瓶内（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），使液面上升接至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。6、石料试样密度按下式计算（精确至0.01g/cm3）：2121VVmmt（g/cm3）式中：ρt—石料密度，g/cm3；m1—实验前试样加瓷皿总质量，g；m2—实验后剩余试样加瓷皿总质量，g；V1—李氏瓶第一次读数，mL（cm3）；V2—李氏瓶第二次读数，mL（cm3）。7、以两次实验结果的算术平均值作为测定值，如两次实验结果相差大于0.02g/cm3时，应重新取样进行实验。（二）表观密度（体积密度）实验（量积法）（1）将石料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（精确至0.01cm），并计算其体积V0（cm3）。然后再用天平称其质量m（精确至0.01g）。按下式计算其表观密度：-5-0'Vmt（g/cm3）（2）求试件体积时，如试件为立方体或长方体，则每边应在上、中、下三个位置分别量测，求其平均值，然后再按下式计算体积：3333213213210cccbbbaaaV（cm3）式中a、b、c分别为试件的长、宽、高。（3）求试件体积时，如试件为圆柱体，则在圆柱体上、下两个平行切面上及试件腰部，按两个互相垂直的方向量其直径，求6次量测的直径平均值d，再在互相垂直的两直径与圆周交界的四点上量其高度，求四次量测的平均值h，最后按下式求其体积：hdV420（cm3）（4）组织均匀的石料，其体积密度应为3个试件测得结果的平均值;组织不均匀的石料，应记录最大与最小值。（三）孔隙率的计算将已经求出的同一石料的密度和表观密度（用同样的单位表示）代入下式计算得出该石料的孔隙率：100'0tttP式中：P0—石料孔隙率，%；ρt—石料的密度，g/cm3；ρ't—石料的体积密度，g/cm3；（四）吸水率实验（1）将石料试件加工成直径和高均为50mm的圆柱体或边长为50mm的立方体试件;如采用不规则试件，其边长不少于40～60mm，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以天平称其质量m1（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致紧贴，使水能够自由进入。-6-（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m2（g）。（6）按下列公式计算石料吸水率（精确至0.01%）：100112mmmWX式中：Wx—石料吸水率，%；m1—烘干至恒重时试件的质量，g；m2—吸水至恒重时试件的质量，g；（7）组织均匀的试件，取三个试件实验结果的平均值作为测定值;组织不均匀的，则取5个试件实验结果的平均值作为测定值。五、实验结果分析与讨论（一）实验所得各项结果是否符合要求？（二）石料试样的细度对密度的测定结果有影响吗？为什么？六、任选思考题根据本实验中孔隙率及体积吸水率的实验结果，分析出该材料的孔隙构造状况。实验二：集料实验一、实验意义和目的通过实验使学生掌握测定混凝土用集料技术的方法、熟悉有关规范、根据实验数据能够做出能否用其配制混凝土以及配制后对混凝土所能产生的技术、经济效果的判断；取得配制混凝土所需的骨料实验数据。二、实验原理砂的颗粒级配，即表示砂大小颗粒的搭配情况。砂的粗细程度，是指不同粒径的砂粒混合在一起后的总体的粗细程度，通常有粗纱、中砂与细纱之分。在配制混凝土时，这两个因素（砂的颗粒级配和砂的粗细程度）应同时考虑。控制砂的颗粒级配和粗细程度有很大的技术经济意义，它们是评定砂质量的重要指标。用级配区表示砂的颗粒级配，用细度模数表示砂的粗细。-7-砂的近似密度，堆积密度及含水率是其基本性质指标，同时也是配制混凝土所需的的重要指标。三、实验装置和仪器实验筛、托盘天平、烘箱、容量瓶、台秤、磅秤、振动台等四、实验方法和步骤(一)取样方法及数量细集料的取样应按批进行，每批总量不宜超过400m3或600t。在料堆取样时，取样部位应均匀分布。取样前应将取样部位表层铲除，然后由各部位抽取大致相等的试样共8份，组成一组试样。进行各项实验的每组试样应不小于表1规定的最少取样量。表1试样的最少取样量集料种类项目细集料（g）粗集料（kg）集料最大粒径（mm）10.016.020.025.031.540.063.080.0筛分析44001015203030406080实验时需按四分法分别缩取各项实验所需的数量，其步骤是：将每组试样在自然状态下于平板上拌匀，并堆成厚度约为2cm的圆饼，在饼上划两垂直直线把饼分成大致相等的四份，取其对角的两份重新照上述四分法缩取，直至缩分后试样量略多于该项实验所需的量为止。试样缩分也可用分料器进行。（二）细骨料筛分析实验1、用于筛分析的试样应先筛除大于10mm颗粒，并记录其筛余百分率。如试样含泥量超过5%，应先用水洗。然后将试样充分拌匀，用四分法缩分至每份不少于550g的试样两份，在105±5℃下烘干至恒重，冷却至室温后备用。2、准确称取烘干试样500g，置于按筛孔大小顺序排列的套筛最上一只筛上，将套筛装入筛机摇筛约10min(无摇筛机可采用手摇)。然后取下套筛，按孔径大小顺序逐个在清洁的浅盘上进行手筛，直至每分钟的筛出量不超过试样总量的0.1%时为止。通过的颗粒并入下一号筛中一起过筛。按此顺序进行，至各号筛全部筛完为止。3、试样在各号筛上的筛余量均不得超过下式的量：-8-质量仲裁时，300dAmr生产控制检验时，200dAmr式中：mr—筛余量，gD—筛孔尺寸，mmA—筛的面积，mm24、称量各号筛筛余试样的质量，精确至1g。所有各号筛的筛余试样质量和底盘中剩余试样质量的总和与筛余前的试样总质量相比，其差值不得超过1%。否则应将该筛余试样分成两份，再次进行筛分，并以其筛余量之和作为该号筛的筛余量。5、计算实验结果6、分计筛余百分率各号筛的筛余量除以试样总质量的百分率(精确至0.1%)。7、累计筛余百分率该号筛上的分计筛余百分率与大于该号筛的各号筛上的分计筛余百分率之总和(精确至0.1%)。8、根据各筛的累计筛余百分率，绘制筛分曲线，评定颗粒级配。9、计算细度模数μf(精确至0.01)。11654321005)(AAAAAAAf式中A1～A6依次为筛孔直径5.00～16.0mm筛上累计筛余百分率。10、筛分析实验应采用两个试样进行平行实验，并以其实验结果的算术平均值作为测定值。如两次实验所得细度模数之差大于0.20，应重新进行实验。（三）集料近似密度(视密度)实验1、试样制备将缩分至约650g的试样在105土5℃烘箱中烘至恒重，并在干燥器中冷却至室温后分成两份试样备用。2、称取烘干试样300g(m0)，装入盛有半瓶冷开水的容量瓶中，摇动容量瓶，使试样充分搅动以排除气泡。塞紧