土木工程材料实验指导书(DOC)

土木工程材料实验指导书

尹晓一

滨州学院建筑与城乡规划系二0一三年三月

目录

试验一材料基本性质（验证性实验) (1)

试验二水泥性质（验证性实验) (5)

试验三建筑用砂石(验证性实验) (11)

试验四普通混凝土试验（验证性实验) (17)

试验五建筑钢材实验（验证性实验) (23)

试验总则

1 同学必须在规定的试验时间之前完成试验的预习，并撰写预习试验报告，即试验报告书的前三项，包括数据记录表格的绘制。交给指导老师审核合格后方可参加试验。

2 同学在进入试验场地进行试验时，应按照规定签到，不得迟到或早退。有特殊原因需履行请假手续，试验室将统一安排补做时间；无故缺席者该项成绩按零分计。

3 同学在试验过程中不得喧哗，爱护仪器，出现损坏视情况预以赔偿。

4试验报告统一从教材科购买。试验报告应用黑色中性笔书写，不得采用圆珠笔书写。写明同组试验者的姓名，并尽可能维持不变。写明指导教师的姓名。

5 试验报告中的图要有图名及图序，表要有表头及表序。每份试验报告必须附带原始试验数据。

6 该门课程的考核包括三部分：1书面考试成绩(50%)；2 试验报告(5×5＝25%)；3 试验仪器的实际操作(25%)。如果第3项不合格，该门课程作为不及格处理。

试验一材料基本性质（验证性实验）

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试验方法。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

图1 李氏比重瓶

四、实验方法和步骤

（一）密度试验(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。

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）：ρt=（g/cm3）

式中：

ρt—石料密度，g/cm3；

m1—试验前试样加瓷皿总质量，g；

m2—试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.以两次试验结果的算术平均值作为测定值，如两次试验结果相差大于0.02g/cm3时，应重新取

样进行试验。

（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（体积密度）：

（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：

（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：

（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

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）吸水率试验

（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。

（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%）：

×100

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，取三个试件试验结果的平均值作为测定值;组织不均匀的，则取5个试件试验结果的平均值作为测定值。

五、实验数据记录与处理

（一）密度的测定

试件编号材料重

（g）比重瓶初读数

（mL）

比重瓶终读数

（mL）

绝对密实体积

（cm3）

密度

（g/cm3）

平均值

注：计算精确至小数后二位。

（二）表观密度的测定

材料名称：_______ 试件状态：_______

试件编号长度

（mm）

宽度

（mm）

厚度

（mm）

体积

（mm3）

重量

（g）

表观密度

（kg/m3）

平均值

注：计算精确至小数后第二位，最终表观密度值取整数。（三）计算材料的孔隙率及密实度

孔隙率P：

密实度D：

（四）吸水率测定

材料名称：________ 水温：________

六、实验结果分析与讨论

（一）试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？

七、任选思考题

根据本试验中孔隙率及体积吸水率的试验结果，分析出该材料的孔隙构造状况。

试验二水泥性质（验证性实验）

一、实验意义和目的

水泥呈粉末状，与水混合后，经过物理化学反应过程能由可塑性浆体变成坚硬的石状体，并能将散粒状材料胶结成为整体，所以水泥是一种良好的矿物胶凝材料。鉴于水泥在工程中的广泛利用，掌握各种水泥的性质具有重要意义.本实验的目的，通过实验掌握水泥强度、安定性和标准稠度用水量等试验方法和技术标准，学会检验水泥的操作方法, 根据实验结果，分析水泥的性能,判断所检水泥材料是否合格。

二、实验原理

水泥的性质包括标准稠度用水量，安定性和水泥胶砂强度等方面。

标准稠度用水量是水泥浆达到标准稠度时的用水量.

体积安定性不良是指在水泥已经硬化后，产生不均匀体积变化的现象。体积安定性不良，一般是由于熟料中所含的游离氧化钙过多。或由于熟料中所含的游离氧化镁过多或掺入的石膏过多造成的。国家标准规定，用沸煮法检验水泥的安定性。沸煮法起加速氧化钙熟化的作用，所以只能检查游离氧化钙所引起的水泥安定性不良。而游离氧化镁在蒸压下才加速熟化，石膏的危害则需长期在常温水中才能发现，两者均不便于快速检验。所以，国家标准规定水泥熟料中游离氧化镁含量不得超过5.0％，水泥中的三氧化硫含量不超过3.5％，以控制水泥的体积安定性。

水泥的强度是水泥的重要指标。根据国家标准《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》（GB175－1999）和《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》（GB/T17671－1999）的规定，水泥和标准砂按照1：3混合，用0.5的水灰比，按规定的方法制成试件，在标准温度（20±1℃）的水中养护，测定3d和28d的强度。根据测定结果，将硅酸盐水泥分为42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5和62.5R等六个强度等级。

三、实验装置和仪器

标准稠度测定仪、水泥净浆搅拌机、湿汽养护箱、沸煮箱、雷氏夹、雷氏夹膨胀值测定仪、胶砂振实台、抗折强度试验机、抗压试验机、抗压夹具、天平等。

图1水泥标准稠度测定仪