土木工程材料实验报告

土木工程材料开放及创新实验指导书及报告

教学班级_______________ 姓名_______________ 学号_______________ 组别_______________ 指导教师_______________

兰州交通大学

1.沥青材料性能试验

沥青材料是防水材料及沥青混凝土的主要组成材料，其性能与防水材料及沥青混凝土的工程性质有直接关系。该项目的开设旨于通过实验测定沥青的针入度、延伸度、软化点、加热稳定性等指标，激发学生分析沥青性能与防水材料及沥青混凝土工程性质的关系。通过此项实验，使学生能深入的理解土木工程沥青材料的相关内容，并使学生动手能力、自学能力、分析问题能力、解决问题能力，创新精神得到锻炼。

1.1针入度试验

（1）试验目的：掌握沥青针入度的测定方法；测定所用沥青针入度的技术指标。

（2）主要仪器设备

1）针入度仪：能指示穿入深度精确到0.1㎜，针连杆质量为（47.5±0.05）g，针和针连杆的总质量为（50±0.05）g，（50±0.05）g和（100±0.05）g的砝码各一个，一般标准针、针连杆与附加砝码的总质量为100±0.1g。

2）标准针；3）试样皿：金属或玻璃的圆形平底皿。

4）恒温水浴：容量不小于10L，能保持温度在试验温度的±0.1℃范围内。

5）温度计：刻度范围0～50℃，分度值为0.1℃。

6）平底玻璃皿：容量不小于350ml，深度要浸过最大的样品皿。内设一个不锈钢三角支架，以保证试样皿稳定。

（3）试验步骤

1）按标准制作试件，试验前按试验温度（一般为25℃）恒温1～1.5h（大试件1.5～2h）。

2）调节针入度仪的水平，检查针连杆和导轨，确保上面没有水和其他物质。先用合适的溶剂将针擦干净，再用干净的布擦干，然后将针插入针连杆中固定，按试验条件放好砝码。

3）将已恒温到试验温度的试样皿和平底玻璃皿取出，放置在针入度仪的平台上慢慢放下针连杆，使针尖刚刚接触到试样的表面，拉下活杆，使其与针连杆顶端相接触，调节针入度仪上的表盘读数为零。

4）手紧压按钮，同时启动秒表，使标准针自由下落穿入沥青试样，到5S时间停压按钮，使标准针停止移动。

5）拉下活杆，再使其与针连杆顶端相接触，此时表盘指针的读数即为试样的针入度，用

1/10mm表示。

6）同一试样至少重复测定3次，每一试验点的距离和试验点与试样皿边缘的距离都不得小于10mm。当针入度超过200时，至少用3根针，每次试验用的针留在试样中，直到3根针扎完时再将针从试样中取出。针入度小于200时，可将针取下用合适的溶剂擦净后继续使用。

（4）试验结果

3次测定针入度的平均值，取整数作为试验结果。2次测定的针入度值相差不应大于表1

数值。若差值超过表6的数值，利用第二个样品重复试验，如果结果再次超过允许值，则取消所有的试验结果，重新进行试验。

表1 针入度测定允许最大差值

1.2延度试验

本方法适用于测定石油沥青的延度，也适用于测定煤焦油沥青的延度。试验温度一般为（25±0.5℃）,拉伸速度为（5±0.5）cm/min。

延度是指沥青试件在一定温度下以一定速度拉伸至断裂时的长度。

（1）试验目的：掌握沥青延度的测定方法，测定所用沥青的延度的技术指标。

（2）主要仪器设备

1）延度仪；2）“8”字试模；3）水浴

4）温度计：刻度范围0～50℃，分度值为0.1℃和0.5℃各一支

5）金属网：筛孔为0.3～0.5mm 6）支撑板：金属板或玻璃板

7）隔离剂：以质量计，由两份甘油和一份滑石粉调制而成

（3）试验步骤

1）按标准制作试件，拉伸前试件及底板在试验温度的水浴中恒温1～1.5h。

2）将模具两端的孔分别套在实验仪器的柱上，以5cm/min的速度拉伸，直到试件拉伸断裂。测量试件从拉伸到断裂所经过的距离（cm）。试验时，试件距水面和水底的距离不小于2.5cm，并且要使温度保持在规定温度的±0.5℃的范围内。

3）如果沥青浮于水面或沉入槽底时，则试验不正常，应使用乙醇或氯化钠调整水的密度，使沥青材料既不浮于水面，又不沉入槽底。

4）正常的试验应将试样拉成锥形，直至在断裂时实际横断面面积接近于零，如果3次试验得不到正常结果，则报告在该条件下延度无法测定。

（4）试验结果

若3个试件测定值在其平均值的5%内，取平行测定3个结果的平均值作为测定结果。若3个试件测定值不在其平均值的5%以内，但其中两个较高值在平均值的5%之内，则去掉最低测定值，取两个较高值的平均值作为测定结果，否则重新测定。

1.3软化点试验

本方法适用于环球法测定软化点范围在30～175℃的石油沥青和煤焦油沥青试样，对于软化点在30～80℃范围内用蒸馏水做加热介质，软化点在80～175℃范围内用甘油做加热介质。软化点是试样在测定条件下，因受热而下坠达25mm时的温度，以℃表示。

（1）试验目的：掌握沥青软化点的测定方法，测定所用沥青软化点的技术指标。

（2）主要仪器设备

1）环：两只黄铜肩环或锥环

2）支撑板：扁平光滑的黄铜板

3）球：两个直径为9.5mm的钢球，每个质量为（3.50±0.05）g

4）钢球定位器 5）浴槽

6）环支撑架和支架

7）温度计：应符合GB/TS14中沥青软化点专用温度计的规格技术要求，即测温范围在30～

180℃，最小分度值为0.5℃的全浸式温度计

（3）试验步骤

1）按标准要求制作试件，选择加热介质。

2）把仪器放在通风橱内并配置两个样品环、钢球定位器，并将温度计插入合适位置，浴槽装满加热介质，并使各仪器处于适当位置，用镊子将钢球置于浴槽底部，使其同支架的其他部位达到相同的起始温度。试样环、金属支架、钢球及定位环等一起置于恒温（水为5±0.5℃；甘油为32±1℃）介质中至少15min。加热前将钢球通过定位环放在试件的中央。

3）从浴槽底部加热使温度在3min达到（5±0.5）℃/min的均匀升温速度。

4）当两个试环的钢球受热，恰触及下支撑板时，立即读去温度计所显示的温度（即软化点）。

（4）试验结果：取两个温度的平均值作为沥青的软化点。

1.沥青性能试验报告

（2）根据实验结果确定沥青的牌号为：

讨论题：分析影响沥青性能的因素？

2.防水卷材性能试验

防水卷材是主要的防水材料。近年来，为了提高防水质量，开发了高聚物改性沥青防水卷材及高分子材料防水卷材。该项目的开设旨于通过实验测定、比较不同类防水卷材的低温柔度、拉伸强度、耐热度的指标，激发学生分析新型防水卷材的性能的改善对防水工程质量的意义。通过此项实验，使学生能深入的理解土木工程防水材料的相关内容，并使学生动手能力、自学能力、分析问题能力、解决问题能力，创新精神得到锻炼。

2.1耐热度试验

（1）试验目的测定不同类防水卷材的耐热度，以评定其物理性质。

（2）主要仪器设备

电热恒温箱：带有热风循环装置；温度计：0～150℃，最小刻度0.5℃；干燥器：Φ250～300mm；表面皿：Φ60～80mm；天平：感量0.001g；试件挂钩：洁净无锈的细铁丝或回形针。

（3）试验步骤

1）在每块试件距短边一端1cm处的中心打一小孔。

2）将试件用细铁丝或回形针穿挂好试件小孔，放入已定温（一般为80℃）至标准规定温度的电热恒温箱内。试件的位置与箱壁的距离不应小于50mm，试件间应留一定距离，不致粘结在一起，试件的中心与温度计的水银球应在同一水平位置上，距每块试件下端10mm处，各放一表面皿用以接受流淌下的沥青物质。

（4）试验结果

在规定温度下加热2h后，取出试件及时观察并记录试件表面有无涂盖层滑动和集中性气泡（集中性气泡指破坏防水卷材涂盖层原形的密集气泡）。

2.2防水卷材拉力试验

（1）试验目的测定不同类防水卷材的拉力，以比较和评定其物理性能。

（2）主要仪器设备拉力机：测量范围0~1000N(或0~2000N)，最小读数为5N，夹具夹持宽度不小于5cm；量尺：精确度0.1cm。

（3）试验条件试验温度为25 2℃。拉力机在无荷情况下，空夹具自动下降速度为40~50mm/min。

（4）试验步骤

1）将试件置于拉力试验相同温度的干燥处不少于1h。

2）调整好拉力机后，将定温处理的试件夹持在夹具中心，并不得歪扭，上下夹具之间的距离为180mm，开动拉力机使受拉试件被拉断为止。

读出拉断时指针所指数即为试件的拉力。如试件断裂处距夹具小于20mm时，该试件试验结果无效，应在同一样品上另行切取试件，重作试验。

（5）结果评定以三个试件的算术平均值作为试验结果。

2.3防水卷材低温柔度试验

（1）试验目的测定各类防水卷材的柔度，以评定及比较其物理性能。

（2）主要仪器设备

柔度弯曲器：Φ25mm、Φ20mm、Φ10mm金属圆棒或R为12.5mm、10mm、5mm的金属柔度弯板；低温箱。

（3）试验步骤

1）将呈平板状无卷曲试件和圆棒（或弯板）同时放入低温箱（温度按防水卷材要求温度确定）。

2）试件经30min处理后，自箱中取出，立即沿圆棒（或弯板）用手在2s时间内按均衡速度弯曲成180°。

（4）结果评定用肉眼观察试件表面有无裂纹。

2防水卷材性能试验报告

2.1防水卷材耐热度测定试验日期：

试验记录及结论

2.2防水卷材拉力测定试验日期：

2.3防水卷材柔度测定试验日期：

试验记录及结论

讨论题：分析改善沥青防水卷材性能的方法？

3.钢材微观形貌试验

钢材是钢结构及钢筋混凝土结构的主体材料，其性能直接决定结构的功能，而钢材的微观结构，即晶体组织与钢材性能有直接关系。该项目的开设旨于通过在显微镜下观察钢材的微观形貌，激发学生分析钢材晶体结构与宏观性能的关系。通过此项实验，使学生能深入的理解土木工程结构材料的内容，并使学生分析问题能力、解决问题能力得到锻炼。

（1）描述显微镜下钢材的晶体组织：

（2）讨论题：钢的晶体组织与钢材性能的关系？

4.混凝土胶结材料凝结时间的试验

（1）试验目的

混凝土的凝结时间与混凝土工程施工的进度、结构的强度发展有直接关系，而影响混凝土凝结时间的因素较多，其中胶凝材料的凝结时间尤为重要。随着新型混凝土的发展，胶凝材料已不仅限于水泥，包括许多品种外加材料。该项目的开设旨于激发学生通过实验探讨影响混凝土凝结时间的因素，尤其是分析外加材料对水泥凝结时间的影响。通过此项实验，使学生能深入的理解土木工程结构材料的内容，在此基础上，按照工程对材料的性能要求，通过查找资料及实验来分析问题、解决问题，使动手能力、自学能力、分析问题能力、解决问题能力，创新能力都得到锻炼。

（2）主要仪器设备

凝结时间测定仪，水泥净浆搅拌机，标准养护箱，试模：采用圆模，试针。

（3）试验步骤

1）将圆模放在玻璃板上，内侧涂上一层机油，调整凝结时间测定仪的试针接触玻璃板时，指针应对准标尺零点。

2）称取水泥试样500g，当掺有外加材料时，按外加材料要求比例代替水泥称量，以标准稠度用水量加水，用水泥净浆搅拌机搅拌水泥净浆，制成标准稠度胶凝材料净浆后，立即一次装入圆模，振动数次刮平，放入湿汽养护箱内。记录开始加水时的时间作为凝结时间的起始时间。

3）试样在湿汽养护箱中养护至加水后30min时进行第一次测定。

4）测定时，从湿汽养护箱取出圆模放到试针下，使试针与圆模接触，拧紧螺丝1-2s后放松，试针垂直自由沉入净浆，观察试针停止下沉的指针读数。当试针沉至距底板（4±1）mm时，即为水泥达到初凝状态；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。在终凝时间测定时，为了观察试针沉入的情况，在终凝试针上安装一个环形附件。在完成初凝时间测定后，将试模连同浆体以平移的方式从玻璃板取下。翻转180°，直径大端朝上，小端朝下，放在玻璃板上，再放入湿汽养护箱内继续养护，至试针沉入试体0.5mm时，即环形附件不能在试体上留下痕迹时，水泥达到终凝状态，由水泥全部加入水中至终凝状态为水泥的终凝时间。

5）在最初测定的操作时，应轻轻扶持金属棒，使其徐徐下降以防试针撞弯，但应以自由下落为准；在整个操作过程中试针插入的位置至少要距圆模10mm。临近初凝时，每隔15min测定一次，达到初凝或终凝时立即重复测一次，当两次结果相同时才能定为初凝或终凝时间。每次测定不能让试针落入原针孔，每次测定完毕须将试针擦净并将圆模放入湿汽养护箱内。整个测试过程中要防止圆模受振。初凝时间用min表示，终凝时间用h表示。

（4）结果评定

硅酸盐水泥初凝不得早于45min，终凝不得迟于390min。

普通水泥、矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥初凝不得早于45min，终凝不得迟于10h。

掺有外加材料的胶结材料与基准水泥对比凝结时间的变化。

4.混凝土胶结材料凝结时间的测定

实验记录及结论试验日期

讨论题：分析影响混凝土凝结时间的因素？

5.新型混凝土配合比设计实验

随着建筑也的发展，高强混凝土、大体积混凝土、泵送混凝土、流态混凝土、纤维混凝土等新型混凝土越来越多的用于混凝土工程中。该项目的开设旨于在教师的指导下，激发学生通过查阅各类资料及实验探讨上述新型混凝土的配合比设计，尤其是分析外加材料对混凝土性能的影响。通过此项实验，使学生能深入的理解土木工程结构材料的内容，在此基础上，按照工程对材料的性能要求，通过查找资料及实验来分析问题、解决问题，使动手能力、自学能力、分析问题能力、解决问题能力，创新能力都得到锻炼。

由于各类混凝土实验内容有不一致之处，在这里只列出部分内容供参考。

5.1 混凝土配合比设计资料

（1）混凝土强度等级： （2）混凝土原材料： 水泥：

品种： 强度等级： 砂：

种类： 级配： 区 表观密度： 细度模数： 堆积密度： 石：

种类： 表观密度： 最大粒径： 堆积密度： 空隙率： （3）混凝土的坍落度要求： mm

（4）根据耐久性要求允许的最大水灰比及最小水泥用量：

（5）混凝土初步配合比：

1立方米混凝土各种材料用量：co m = kg so m = kg go m = kg

wo m = kg

配合比： :::co so go wo m m m m = /w c = 试拌12L 混凝土各种材料用量：

12c m = kg 12s m = kg 12g m = kg 12w m = kg

5.2 混凝土的拌和

（1）试验目的 学会混凝土的拌合物的拌制，为测定和调整混凝土的性能、进行混凝土配

合比设计做好准备。

（2）主要仪器设备磅秤、天平、拌和钢板、钢抹子、量筒、拌铲等。

（3）拌和步骤

1）按所定的配合比备料，以干燥状态为基准，根据所设计的初步配合比，称取混凝土拌和物所需各材料用量。

2）将拌板和拌铲用湿巾湿润后，将砂倒在拌板上，然后加入水泥，用拌铲自拌板一端拌至另一端，如此反复，直至充分混合，颜色均匀，再放入称好的粗骨料与之拌和，继续翻拌，直至混合均匀为止。

3）将干混合物堆成锥形，在中间作一凹槽，将已称量好的水，倒入一半左右（勿使水流出），然后仔细翻拌并徐徐加入剩余的水，继续翻拌，每翻拌一次，用铲在混合料上铲切一次。最后加入外加材料继续拌和直到均匀。

4）测试过程力求动作敏捷，拌和时间从加水算起，应符合标准规定：

拌合物体积为30L以下时4～5min。

拌合物体积为30～50L时5～9min。

拌合物体积为51～75L时9～12min。

5）拌好后，应立即做和易性试验或试件成型，从开始加水算起，全部操作须在30min内完成。

5.3基准混凝土与掺外加剂混凝土和易性的对比试验

本方法适用于测定集料最大粒径不大于40mm、坍落度不小于10mm的混凝土拌合物稠度测定。

（1）试验目的

通过测定及比较基准混凝土与掺外加剂混凝土拌合物流动性，观察其粘聚性和保水性，综合分析掺外加剂对混凝土的和易性的影响程度，作为调整新型混凝土配合比和控制混凝土质量的依据。

（2）主要仪器设备

台秤：称量50kg、感量50g；天平：称量5kg，感量1g；拌板（1.5m×2.0m左右）、量筒（200ml左右一个、2000ml左右两个）、拌铲等；标准坍落度筒：金属制圆锥体形，底部内径200mm，顶部内径100mm，高300mm，壁厚大于或等于1.5mm；弹头形捣棒：Φ16×600mm；装料漏斗；直尺、抹刀、小铲等。

先拌基准混凝土，测定和易性后掺入外加材料再测和易性或分两次拌和分别测定和易性。

（3）试验步骤

1）将润湿后的坍落度筒放在不吸水的刚性水平底板上，探后用脚踩住两边的脚踏板，使坍落度筒在装料时位置固定。

2）将已拌匀的混凝土试样用小铲分层装入筒内，数量控制在经插捣后层厚为筒高的1/3左右。每层用捣棒插捣25次，插捣应沿螺旋方向由外向中心进行，各次插捣点在截面上均匀分布。插捣筒边混凝土时，捣棒可以稍稍倾斜；插捣底层时捣棒应贯穿整个深度；插捣第二层和顶层时，捣棒应插透本层至下一层的表面以下。

插捣顶层前，应将混凝土灌满高出坍落度筒，如果插捣试拌合物沉落低于筒口，应随时添加试之高于坍落度筒顶，插捣完毕，用捣棒将筒顶搓平，刮去多余的混凝土。

清理筒周围的散落物，小心地垂直提起坍落度筒，特别注意平稳，不让混凝土试体受到碰撞或震动，筒体的提高过程应在5～10s 内完成。从开始装料到提起坍落度筒的操作不得间断，并应在150s 内完成。

3）流动性测定：将筒放在拌合物试体一侧（注意调整整个操作基面要保持同一水平面），立即测量筒顶与坍落后拌合物试体最高点之间的高度差，以mm 表示，即为该混凝土拌合物的坍落度值。如图1所示。当混凝土拌合物的坍落度大于220mm 时，提起坍落度桶后，静量5min ，量测坍落度试验扩展开来的混凝土拌和物的最大直径及与其成直角的另一个直径，在这两个直径之差小于50mm 的条件下，取其平均值作为坍落扩展度值，可参考图2进行和易性评价。

)

(a )坍落度筒(b )坍落度测试(c )粘聚性欠佳(d )粘聚性不良

图2 混凝土拌和物工作性的简易评价

sl －坍落度（slump ）；sf －坍落流动度（slump flow ）

4）保水性目测：坍落度筒提起后，如有较大稀浆从底部析出，试体则因失浆使集料外露，

表示该混凝土拌合物保水性能不好。若无此现象，或仅只少量稀浆从底部析出，而锥体部分混凝土试体含浆饱满，则表示保水性能良好，并作记录。可参考图1进行粘聚性评价。

5）粘聚性目测：用捣棒在已坍落的混凝土锥体一侧轻轻敲打，锥体渐渐下沉表示粘聚性良好；反之，锥体突然倒坍，部分崩裂或发生石子离析，表示粘聚性不好，并作记录。

6）和易性调整：按计算备料的同时，另外还需备好两份为调整坍落度所需的材料量，该数量应是计算试拌材料用量的5%或10%。

若测得的坍落度小于施工要求的坍落度值，可在保持水灰比W/C 不变的同时，增加5%或10%（或更多，按经验确定）的水泥、水的用量。若测得的坍落度大于施工要求的坍落度值，可在保持砂率s 不变的同时，增加5%或10%（或更多，按经验确定）的砂、石用量。若粘聚性或保水性不同不好，则需适当调整砂率，并尽快拌和均匀，重新测定，直到和易性符合要求为止。

当坍落度筒提起后，若发现拌合物崩坍或一边剪切破坏，应立即重新拌和重新试验，第二

图1 混凝土拌合物和易性示意图

次试验又出现上述现象，则表示该混凝土拌合物和易性不好，应予以记录备查。

（4）结果评定

1）混凝土拌合物和易性评定，应按试验测定值和试验目测情况综合评议。其中坍落度至少要测定两次，并以两次测定值之差不大于20mm的测定值为依据，求算术平均值作为本次试验的测定结果（精确至5mm）。

2）记录下调整前后拌合物的坍落度、保水性、粘聚性以及各材料实际用量，并以和易性符合要求后的各材料用量为依据，对混凝土配合比进行调整，求基准配合比。

5.3混凝土拌合物的和易性试验报告

讨论题：分析影响混凝土和易性的因素？

5.4基准混凝土与掺外加剂混凝土强度的对比试验

（1）试验的目的

对比基准混凝土和掺外加剂混凝土的强度。分析外加剂对混凝土强度的影响程度。

（2）主要仪器设备

磅秤、天平、拌和钢板、刚抹子、量筒、拌铲、压力试验机、刚垫板、标准养护室（温度20±2℃，相对湿度大于95%）、振捣台、捣棒、小铁铲、金属直尺、镘刀等。

（3）试验步骤

1）试件制备

选择同规格的试模三只组成一组。将试模拧紧螺栓并请刷干净，内壁涂薄层矿物油，编号待用。按前述要求拌好混凝土，将拌合物一次装入试模并稍高出模口，用镘刀沿试模内壁略加插捣后，移至振动台上，开动振动台，震动至表面呈现水泥浆为止，刮去多于拌合物并用镘刀沿模口抹平。成型后的试件应覆盖，防止水份蒸发，并在室温（20±5）℃环境中静止1～2昼夜（不得超过两昼夜），拆模编号（标记教学班、组号）。

2）拆模后的试件按立即放在标准养护室内养护。试件在养护室内置于架上，试件间距应保持10～20mm，并避免用水直接冲刷。

3）基准混凝土与掺外加剂混凝土分别成型试件

4）测定抗压强度值

试件从养护地点取出后，应尽快进行试验，以免试件内部的温湿度发生显著变化。

a、将试件擦试干净，测量尺寸，并检查外观。试件尺寸测量精确至1mm，据此计算试件的承压面积。如实测尺寸与公称尺寸之差不超过1mm，可按公称尺寸进行计算。

b、将试件安放在试验机的下板上，试件的承压面应与成型时的顶面垂直。试件的中心应与试验机下压板中心对准。

c、在强度等级不小于C60的抗压强度实验时，试件周围应设防裂网罩。如压力试验机上下压板不符合刚垫板要求，必须使用刚垫板。

d、开动试验机，当上压板与试件接近时，调整球座，使接触均衡。

e、应连续而均匀地加荷，预计混凝土强度等级﹤C30时，加荷速度每秒0.3～0.5MPa；混凝土强度等级≥C60时，加荷速度每秒0.8～1.0MPa。当试件接近破坏而开始迅速变形时，停止调整试验机油门，直至试件破坏，然后记录破坏荷载。

（4）抗压强度结果计算

试件的抗压强度

cu

f（MPa）按下式计算，即

cu P

f

A

式中P-------破坏荷载，N;

A-------试件承压面积，m2m.

取三个试件测值的算术平均值作为该组试件的立方强度代表值（精确至0.1MPa）。如果三个测试值中的最大值或最小值中有一个与中间值的差异超过中间值的15%，则把最大值和最小值一并舍去，去中间值作为该组试件的抗压强度代表值；如果最大值和最小值与中间值的差异

均超过了15%，则该组试验结果无效。

5.4基准混凝土与掺外加剂混凝土强度的对比试验

试验日期室内温度室内相对湿度（1）试验记录

基准混凝土的强度

试件成型日期：养护龄期 d 养护条件（2）试验数据处理：

（3）结论：

讨论题：分析影响混凝土强度的因素？