土木工程材料实验指导书

土木工程材料实验指导书自编二零零七年三月前言土木工程材料实验是土木工程材料课程的重要组成部分，它是由感性认识到理性认识的重要过程。通过实验预期达到三个目的：一是熟悉、验证、巩固所学的理论知识；二是了解所使用的仪器设备，掌握所学建筑材料的实验方法；三是可让学生更深刻地掌握各种材料的技术性能，对常用的材料具有独立进行质量检验的能力。通过土木工程材料实验，同学们不仅对主要建筑材料的技术要求，实验基本原理和操作技能有所了解和掌握，同时还可以巩固和丰富理论知识，提高分析和解决问题的能力，培养严肃认真，实事求是的工作作风。土木工程材料实验是一门与生产密切联系的科学技术，作为未来的工程技术人员，必修具备一定的土木工程材料实验知识和技能，才能正确评价材料质量，合理而经济地选择和使用材料。实验一土木工程材料基本性质实验1.1密度试验(李氏比重瓶法)1.实验目的通过实验掌握材料的密度，表观密度，孔隙率，吸水率等概念，以及材料的强度与材料的孔隙率的大小及孔隙特征的关系，验证水对材料力学性能的影响。2.主要仪器设备（1）比重瓶（2）烧杯（3）小勺（4）漏斗（5）天平3.实验步骤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。1.2表观密度（体积密度）实验（量积法）1.主要仪器设备（1）游标卡尺（2）天平（3）烘箱（4）干燥箱2.实验步骤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。1.3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；1.4吸水率试验1.实验步骤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。实验二水泥的基本性质实验2.1水泥细度测定（筛析法）1．实验目的通过实验来检验水泥的粗细程度，作为评定水泥质量的依据之一；掌握GB/T1345—2005《水泥细度检验方法（80um筛筛析法）》的测试方法，正确使用所用仪器与设备，并熟悉其性能。2．主要仪器设备（1）实验筛（2）负压筛析仪（3）水筛架和喷头（4）天平3．实验步骤（1）负压筛法。1）筛析实验前，应把负压筛放在筛座上，盖上筛盖，接通电源，检查控制系统，调节负压至4000-6000Pa范围内。2）称取试样25g，置于洁净的负压筛中。盖上筛盖，放在筛座上，开动筛析仪连续筛析2min，在此期间如有试样附着筛盖上，可轻轻地敲击，使试样落下。筛毕，用天平称量筛余物。3）当工作负压小于4000Pa时，应清理吸尘器内水泥，使负压恢复正常。2．水筛法1）筛析实验前，应检查水中无泥、砂，调整好水压及水筛架的位置，使其能正常运转。喷头底面和筛网之间的距离为35～75㎜。2）称取试样50g，置于洁净的水筛中，立即用洁净的水冲洗至大部分细粉通过后，放在水筛架上，用水压为（0.05±0.02）Mpa的喷头连续冲洗3min。3）筛毕，用少量水把筛余物冲至蒸发皿中，等水泥颗粒全部沉淀后小心将水倾出，烘干并用天平称量筛余物。5．实验结果计算水泥细度按试样筛余百分数（精确至0.1%）计算。%100WRFs式中F——水泥试样的筛余百分数（%）；sR——水泥筛余物的质量（g）；W——水泥试样的质量（g）。2.2水泥标准稠度用水量实验1．实验目的通过实验测定水泥净浆达到水泥标准稠度（统一规定的浆体可塑性）时的用水量，作为水泥凝结时间、安定性实验用水量之一；掌握GB1346—89及GB1346—2001《水泥标准稠度用水量》的测试方法，正确使用仪器设备，并熟悉其性能。2．主要仪器设备（1）水泥净浆搅拌机（2）标准法维卡仪（3）天平（4）量筒3．实验方法及步骤（1）标准法1）实验前检查仪器金属棒应能自由滑动，搅拌机运转正常等。2）调零点将标准稠度试杆装在金属棒下，调整至试杆接触玻璃板时指针对准零点。3）水泥净浆制备用湿布将搅拌锅和搅拌叶片擦一遍，将拌合用水倒入搅拌锅内，然后在5～10s内小心将称量好的500g水泥试样加入水中（按经验找水）；拌和时，先将锅放到搅拌机锅座上，升至搅拌位置，启动搅拌机，慢速搅拌120s，停拌15s，同时将叶片和锅壁上的水泥浆刮入锅中，接着快速搅拌120s后停机。4）标准稠度用水量的测定拌和完毕，立即将水泥净浆一次装入已置于玻璃板上的圆模内，用小刀插捣、振动数次，刮去多余净浆；抹平后迅速放到维卡仪上，并将其中心定在试杆下，降低试杆直至与水泥净浆表面接触，拧紧螺丝，然后突然放松，让试杆自由沉入净浆中。以试杆沉入净浆并距底板（6±1）mm的水泥净浆为标准稠度净浆。其拌和用水量为该水泥的标准稠度用水量（P），按水泥质量的百分比计。升起试杆后立即擦净。整个操作应在搅拌后1.5min内完成。（2）代用法1）仪器设备检查稠度仪金属滑杆能自由滑动，搅拌机能正常运转等。2）调零点将试锥降至锥模顶面位置时，指针应对准标尺零点。3）水泥净浆制备同标准法。4）标准稠度的测定有调整水量法和固定水量法两种，可选用任一种测定，如有争议时以调整水量法为准。①固定水量法拌和用水量为142.5mL。拌和结束后，立即将拌和好的净浆装入锥模，用小刀插捣，振动数次，刮去多余净浆；抹平后放到试锥下面的固定位置上，调整金属棒使锥尖接触净浆并固定松紧螺丝1～2s，然后突然放松，让试锥垂直自由地沉入水泥净浆中。在试锥停止下沉或释放试锥30s时记录试锥下沉深度（S）。整个操作应在搅拌后1.5min内完成。②调整水量法拌和用水量按经验找水。拌和结束后，立即将拌和好的净浆装入锥模，用小刀插捣、振动数次，刮去多余净浆；抹平后放到试锥下面的固定位置上，调整金属棒使锥尖接触净浆并固定松紧螺丝1～2s，然后突然放松，让试锥垂直自由地沉入水泥净浆中。当试锥下沉深度为（28±2）mm时的净浆为标准稠度净浆，其拌和用水量即为标准稠度用水量（P），按水泥质量的百分比计。4．实验结果计算（1）标准法以试杆沉入净浆并距底板（6±1）mm的水泥净浆为标准稠度净浆。其拌和用水量为该水泥的标准稠度用水量（P），以水泥质量的百分比计，按下式计算。%100水泥用量拌和用水量P（2）代用法1）用固定水量方法测定时，根据测得的试锥下沉深度S（mm），可从仪器上对应标尺读出标准稠度用水量（P）或按下面的经验公式计算其标准稠度用水量（P）（%）。SP185.04.33当试锥下沉深度小于13mm时，应改用调整水量方法测定。2）用调整水量方法测定时，以试锥下沉深度为（28±2）mm时的净浆为标准稠度净浆，其拌和用水量为该水泥的标准稠度用水量（P），以水泥质量百分数计，计算公式同标准法。如下沉深度超出范围，须另称试样，调整水量，重新实验，直至达到（28±2）mm为止。2.3水泥凝结时间的测定实验1．实验目的测定水泥达到初凝和终凝所需的时间（凝结时间以试针沉入水泥标准稠度净浆至一定深度所需时间表示），用以评定水泥的质量。掌握GB1346—89及GB1346—2001《水泥凝结时间》的测试方法，正确使用仪器设备。2．主要仪器设备（1）标准法维卡仪（2）水泥净浆搅拌机（3）湿气养护箱3．实验步骤（1）实验前准备将圆模内侧稍涂上一层机油，放在玻璃板上，调整凝结时间测定仪的试针接触玻璃板时，指针应对准标准尺零点。（2）以标准稠度用水量的水，按测标准稠度用水量的方法制成标准稠度水泥净浆后，立即一次装入圆模振动数次刮平，然后放入湿汽养护箱内，记录开始加水的时间作为凝结时间的起始时间。（3）试件在湿气养护箱内养护至加水后30min时进行第一次测定。测定时，从养护箱中取出圆模放到试针下，使试针与净浆面接触，拧紧螺丝1-2s后突然放松，试针垂直自由沉入净浆，观察试针停止下沉时指针的读数。临近初凝时，每隔5min测定一次，当试针沉至距底板（4±1）mm即为水泥达到初凝状态。从水泥全部加入水中至初凝状态的时间即为水泥的初凝时间，用“min”表示。（4）初凝测出后，立即将试模连同浆体以平移的方式从玻璃板上取下，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养护。（5）取下测初凝时间的试针，换上测终凝时间的试针。（6）临近终凝时间每隔15min测一次，当试针沉入净浆0.5mm时，即环形附件开始不能在净浆表面留下痕迹时，即为水泥的终凝时间。（7）由开始加水至初凝、终凝状态的时间分别为该水泥的初凝时间和终凝时间，用小时（h）和分钟（min）表示。（8）在测定时应注意，最初测定的操作时应轻轻扶持金属棒，使其徐徐下降，防止撞弯试针，但结果以自由下沉为准；在整个测试过程中试针沉入净浆的位置距圆模至少大于10mm；每次测