《土木工程材料实验》实验指导书.pdf

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1、土木工程材料实验实验指导书土木工程材料实验实验指导书 南京航空航天大学土木工程系 2004.9 实验一、水泥胶砂强度检验 （一）试验目的 按照国家标准要求，测定水泥各龄期的强度，从而确定或检验水泥的 强度等级。 （二）要紧仪器设备 水泥胶砂搅拌机、胶砂振实台（台面有卡具） 、模套、试模（三联模） 、 抗折试验机、抗压试验机及抗折与抗压夹具、刮平直尺等。 （三）试验方法及步骤 1. 试验前预备 （1）将试模擦净，四周模板与底座的接触面应涂黄油，紧密装配，防 止漏浆，内壁平均刷一层薄机油。 （2）水泥与标准砂的质量比为 1：3，水灰比为 0.5。 （3）每成型三条试件需称量水泥4502g，标准砂

2、13505g。拌合用 水量为 2251ml。 （4）标准砂应符合国标要求。 2. 试件成型 （1）把水加入锅里，再加入水泥，把锅固定。然后赶忙开动机器，低 速搅拌 30s 后，在第二个 30s 开始的同时平均地将砂子加入， 把机器转至高 速再加拌 30s。停拌 90s，在第一个 15s 内用一胶皮刮具将叶片和锅壁上的 胶砂，刮入锅中间。在高速下连续搅拌60s。各个搅拌时期，时刻误差应在 1s 之内。 （2）将空试模和模套固定在振实台上，用一个适当勺子直截了当从搅 拌锅里将胶砂分二层装入试模，装第一层时，每个槽内约放300g 胶砂，用 大播料器垂直架在模套顶部沿每个模槽来回一次将料层播平，接着振

3、实60 次。再装入第二层胶砂，用小播平器播平，再振实60 次。 （3）从振实台上取下试模，用一金属直尺以近 90?的角度架在试模模 顶的一端，然后沿试模长度方向以横向锯割动作慢慢向另一端移动，一次 将超过试模部分的胶砂刮去，并用同一直尺以近乎水平的情形下将试体表 面抹平。 （4）在试模上作标记或加字条表明试件编号和试件有关于振实台的位 置。 （5）试验前和更换水泥品种时，搅拌锅、叶片等须用湿布抹擦洁净。 3. 养护 （1）试件编号后，将试模放入雾室或养护箱（温度 201，相对湿 度大于 90%） ，箱内篦板必须水平，养护2024h 后，取出脱模，脱模时应 防止试件损害，硬化较慢的水泥承诺延期脱

4、模，但须记录脱模时刻。 （2）试件脱模后应赶忙放入水槽中养护，养护水温为 201，养护 期间试件之间应留有间隙至少 5mm，水面至少高出试件5mm，养护至规定 龄期，不承诺在养护期间全部换水。 4. 强度试验 （1）龄期 各龄期的试件，必须在规定的3d45min，7d2h，28d2h 内进行强 度测定。在强度试验前 15min 将试件从水中取出后，用湿布覆盖。 （2）抗折强度测定 每龄期取出 3 个试件，先做抗折强度测定，测定前须擦去试件表面 水分和砂粒，清除夹具上圆柱表面粘着的杂物，试件放入抗折夹具内，应 使试件侧面与圆柱接触。 调剂抗折试验机的零点与平稳， 开动电机以 50 N/S10N/

5、S 速度加 荷，直至试件折断，记录破坏荷载 Ff（N） 。 抗折强度按下式运算（精确至 0.1MPa） ： 式中： L支撑圆柱中心距离（100mm） ； b、h试件断面宽及高均为 40mm。 抗折强度的结果确定是取 3 个试件抗折强度的算术平均值；当3 个 强度值中有一个超过平均值的10%时，应予剔除，取其余两个的平均值； 如有 2 个强度值超过平均值的 10%时，应重做试验。 （3）抗压强度测定 抗折试验后的 6 个断块，应赶忙进行抗压试验，抗压强度测定须用 抗压夹具进行，试体受压断面为 40mm40mm，试验前应清除试体受压面 与加压板间的砂粒或杂物；试验时，以试体的侧面作为受压面，并使夹

6、具 对准压力机压板中心。 开动试验机，操纵压力机加荷速度为 2400N/S200N/S，平均地加 荷至破坏。记录破坏荷载 Fc（N） 。 抗压强度按下式运算（精确至 0.1MPa） 。 式中：A 为受压面积，即 40mm40mm。 抗压强度结果的确定是取一组 6 个抗压强度测定值的算术平均值； 如 6 个测定值中有一个超出 6 个平均值的10%， 就应剔除那个结果， 而以 剩下 5 个的平均值作为结果； 如果 5 个测定值中再有超过它们平均数10% 的，则此组结果作废。 （4）试验结果分析 将试验及运算所得到的各标准龄期抗折和抗压强度值，对比国家规范 所规定的水泥各标准龄期的强度值，来确定或验

7、证水泥强度等级。要求各 龄期的强度值均不低于规范所规定的强度值。 一、砂试验 （一） 取样方法与检验规则 1、砂的取样 在料堆抽样时，将取样部位表层铲除，从料堆不同部位平均取8 份砂； 从皮带运输机上抽样时，应用接料器在皮带运输机的机尾的出料处，定时 抽取大致等量的 4 份砂；从火车、汽车和货船上取样时，应从不同部位和 深度抽取大致等量的 8 份砂。分别组成一组样品。 2、要紧仪器设备 摇筛机、标准筛（孔径为 150m、300m、600m、1.18mm、2.36 mm、4.75mm 和 9.50mm 的方孔筛） 、天平、烘箱、浅盘、毛刷和容器等。 3、试样制备 将四分法缩取的约 1100g 试

8、样，置于 1055的烘箱中烘至恒重，冷 却至室温后先筛除大于 9.50mm 的颗粒（并记录其含量） ，再分为大致相等 的两份备用。 4、试验方法及步骤 （1） 准确称取试样 500g（精确至 1g） 。 （2） 将标准筛按孔径由大到小顺序叠放，加底盘后，将试样倒入最 上层 4.75mm 筛内，加盖后，置于摇筛机上，摇筛 10min（也可用手筛） 。 （3）将整套筛自摇筛机上取下，按孔径大小，逐个用手于洁净的盘上 进行筛分，筛至每分钟通过量不超过试样总重的0.1%为止，通过的颗粒并 入下一号筛内并和下一号筛中的试样一起过筛。直至各号筛全部筛完为止。 各筛的筛余量不得超过按下式运算出的量，超过时应

9、按下列方法之一处 理。 式中： m在一个筛上的筛余量（g） ； A筛面的面积（mm2） ； d筛孔尺寸（mm） 将该筛孔筛余量分成少于上式运算出的量，分别筛分，并以各筛余 量之和为该筛孔筛的筛余量。 将该筛孔及小于该筛孔的筛余混合平均后，以四分法分为大致相等 的两份，取其中一份，称其质量（精确至1g）并进行筛分。运算重新筛分 的各级分计筛余量需按照缩分比例进行修正。 （4）称量各号筛的筛余量（精确至 1g） 。分计筛余量和底盘中剩余重 量的总和与筛分前的试样重量之比，其差值不得超过1%。 （5）试验结果运算 1. 分计筛余百分率各筛的筛余量除以试样总量的百分率，精确至 0.1%。 2. 累计筛

10、余百分率该筛上的分计筛余百分率与大于该筛的分计筛 余百分率之和，精确到 1%。 （六）试验结果鉴定 1. 级配的鉴定：用各筛号的累计筛余百分率绘制级配曲线，或对比国 家规范规定的级配区范畴，判定其是否都处于一个级配区内。 注：除 4.75mm 和 4.75 筛孔外，其他各筛的累计筛余百分率承诺略有 超出，但超出总量不应大于 5%。 2. 粗细程度鉴定：砂的粗细程度用细度模数 Mx 的大小来判定。 细度模数 Mx 按下式运算，精确至 0.01。 式中，A1、A2、A3、A4、A5、A6 分别为 4.75mm 、2.36mm、1.18m m、600m 、300m、150m 孔径筛上的累计筛余百分率

11、。 按照细度模数的大小来确定砂的粗细程度。 当 Mx=3.73.1 时为粗砂。 Mx=3.02.3 时为中砂。 Mx=2.21.6 时为细砂。 3. 筛分试验应采纳两个试样进行，取两次结果的算术平均值作为测定 结果，精确至 0.1，若两次所得的细度模数之差大于0.2，应重新进行试验。 二、碎石或卵石试验 （一） 取样方法与检验规则 1. 石子的取样 在料堆抽样时，将取样部位表层铲除，从料堆不同部位平均取大致相 等的 15 份石子；从皮带运输机上抽样时，应用接料器在皮带运输机的机尾 的出料处，抽取大致等量的 8 份石子；从火车、汽车和货船上取样时，应 从不同部位和深度抽取大致等量的 16 份石子

12、。分别组成一组样品。 2. 四分法缩取试样 将取石子试样在自然状态下拌匀后堆成锥体，在其上划十字线，分成 大致相等的四份，取其中对角线的两份重新拌匀后，再按同样的方法连续 进行，直至缩分后的材料量略多于试验所需的数量为止。 3. 检验规则 石子检验项目要紧有颗粒级配、表观密度、堆积密度与间隙率、含泥 量和泥块含量、针片状颗粒含量、牢固性、强度、压碎指标、碱集料反应 和有害物质。经检验后，其结果符合标准规定的相应要求时，可判为该产 品合格，若其中一项指标不符合，则应从同一批品中加倍抽样对该项进行 复检，复检后指标符合标准要求时，可判该类产品合格，仍不符合标准要 求时，则该批产品不合格 （二）石子

13、的筛分析试验 1. 目的 测定粗骨料的颗粒级配及粒级规格，关于节约水泥和提升混凝土强度 是有利的，同时为使用骨料和混凝土配合比设计提供了依据。 2. 要紧仪器设备 摇筛机、圆孔筛（孔径规格为 2.36mm、4.75 mm、9.50 mm、16.0 m m、19.0 mm、26.5 mm、31.5 mm、37.5 mm、53.0 mm、63.0 mm、75.0 mm 和 90mm） 、托盘天平、台秤、烘箱、容器、浅盘等。 3. 试样制备 从取回的试样中用四分法缩取略大于表-3 规定的试样数量，经烘干 或风干后备用（所余试样做表观密度、堆积密度试验） 。 4. 试验方法与步骤 （1）按表-3 规定

14、称取烘干或风干试样质量 G，精确到 1g。 （2）将筛按孔径由大到小顺序叠置，然后将试样倒入上层筛中，置于 摇筛机上固定，摇筛 10min。 石子筛分析所需试样的最小重量 最大粒径（mm）9.516.0 3.2 19.0 3.8 26.5 5.0 31.5 6.3 37.5 7.5 63.0 12.6 75.0 16.0试样质量许多于（kg）1.9 （3）按孔径由大到小顺序取下各筛，分别于洁净的盘上手筛，直至每 分钟通过量不超过试样总量的 0.1%为止，通过的颗粒并入下一号筛中并和 下一号筛中的式样一起过筛。 当试样粒径大于 19.0mm 时， 筛分时承诺用手 拨动试样颗粒，使其通过筛孔。 （

15、4）称取各筛上的筛余量，精确 1g。在筛上的所有分计筛余量和筛底 剩余的总和与筛分前测定的试样总量相比，其相差不得超过1% 5试验结果的运算及鉴定 1. 分计筛余百分率各号筛上筛余量除以试样总质量的百分数（精 确至 0.1%） 。 2. 累计筛余百分率该号筛上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1%） 。 粗骨料的各筛号上的累计筛余百分率应满足国家规范规定的粗骨料颗 粒级配范畴要求。 （三）石子的压碎指标值试验 石子的压碎指标值用于相对的衡量石子在逐步增加的荷载下抗击压碎 的能力。工程施工单位可采纳压碎指标值进行质量操纵。 1. 要紧仪器设备： 压力试验机（量程

16、300kN） 、压碎值测定仪（见图-8） 、垫棒（10m m，长 500mm） 、天平（称量 1kg，感量 1g） 、 方孔筛（孔径分别为 2.36m m、9.50mm 和 19.0mm） 。 2. 试验方法及步骤 （1）将石料试样风干。筛除大于1 m 及小于 9.50mm 的颗粒，并除去针片 粒。 （2）称取三份试样，每份 3000g 1） ，精确至 1g。 （3）将试样分两层装入圆模，每 一层试样后，在底盘下垫 10mm 垫 将筒按住， 左右交替颠击地面各 25 次， 模内试样表面，盖上压头。 9.0m 状颗 （m 装完 棒， 平坦 （4）将压碎值测定仪放在压力机上，按 1kN/s 速度平

17、均地施加荷载至 200kN，稳固 5s 后卸载。 （5）取出试样，用 2.36mm 的筛筛除被压碎的细粒，称出筛余质量（m 2） ，精确至 1g。 （6）压碎指标值按下式运算，精确至 0.1%。 式中： Qe压碎指标值（%） ； m1试样的质量（g） ； m2压碎试验后筛余的质量（g） 。 以三次平行试验结果的算术平均值作为压碎指标值的测定值，精 确至 1%。 实验三、一般混凝土试验 一、试验目的 学会一般混凝土拌合物的拌制方法，为测定和调整混凝土的性能、进 行混凝土配合比设计打好基础。 （一）一样规定 1. 拌制时，原材料与拌和场地的温度宜保持在 205。 2. 原材料应符合技术要求，并与施

18、工实际用料相同，水泥若有结块现 象，需用 0.9mm 的方孔筛将结块筛除。 3. 拌制混凝土的材料用量以重量计。混凝土试配最小搅拌量是：当骨 料最大粒径小于 31.5mm 时， 拌制数量为 15L， 最大粒径为 40mm 时取 25L； 当采纳机械搅拌时，搅拌量不应小于搅拌机额定搅拌量的1/4。称料精确度 为：骨料1%、水、水泥、外加剂0.5%。 （二）要紧仪器设备 搅拌机、磅秤、天平、拌和钢板、钢抹子、量筒、拌铲等。 （三）拌和方法 1. 人工拌和法 （1）按所定的配合比备料，以干燥状态为基准，称取各材料用量。 （2）将拌板和拌铲用湿布润湿后，将砂倒在拌板上，然后加入水泥， 用拌铲自拌板一端

19、翻拌至另一端，如此反复，直至充分混合，颜色平均， 再放入称好的粗骨料与之拌合，连续翻拌，直至混合平均为止。 （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） ，然后认真翻拌并慢慢加入剩余的水，连续翻拌， 每翻拌一次，用铲在混合料上铲切一次。 （4）测试过程力求动作灵敏，拌合时刻从加水时算起，应符合标准规 定： 拌合物体积为 30L 以下时 45min。 拌合物体积为 3050L 时 59min。 拌合物体积为 5175L 时 912min。 （5）拌好后，应赶忙做和易性试验或试件成型，从开始加水时算起， 全部操作须在 30min 内完成 2. 机械搅拌法

20、（1）按所定的配合比备料，以干燥状态为基准，称取各材料用量。 （2）拌前先对混凝土搅拌机挂浆，即用按配合比要求的水泥、砂、水 和少量石子，在搅拌机中涮膛，然后倒去余外砂浆。其目的在于防止正式 拌和时水泥浆挂失阻碍混凝土配合比。 （3）将称好的石子、砂、水泥按顺序倒入搅拌机内，干拌平均，再将 需用的水慢慢倒入搅拌机内一起拌和，全部加料时刻不得超过2min，水全 部加入后，再拌和 2min。 （4）将拌合物从搅拌机中卸出，倾倒在拌板上，再经人工拌合23 次。 （5）拌好后，应即做和易性测定或试件成型，从开始加水时算起，全 部操作必须在 30min 内完成。 二、混凝土拌合物和易性试验 新拌混凝土的

21、和易性是保证混凝土便于施工、质量平均、成型密实的 性能，它是保证混凝土施工和质量的前提。 1. 适用范畴。 本试验方法适用于坍落度值不小于 10mm， 骨料最大粒径不大于 40mm 的混凝土拌合物的坍落度测定。 2. 要紧仪器设备。 坍落度筒（见图-11） 、捣棒、小铲、木尺、钢尺、 板、抹刀、喂料斗等。 3. 试验方法及步骤。 （1） 每次测定前， 用湿布把拌板及坍落筒内外擦 润湿，并在筒顶部加上漏斗，放在拌板上，用双脚踩 脚踏板，使位置固定。 （2） 取拌好的混凝土用取样勺分三层平均装入筒内， 每层装入高度在插捣后约为筒高的 1/3，每层用捣棒插捣 25 次，插捣应呈 螺旋形由外向中心进行

22、，各次插捣均应在截面上平均分布，插捣第二层和 顶层时，捣棒应插透本层，并使之刚刚插入下一层。在插捣顶层时，如混 凝土沉落到低于筒口，则应随时添加，顶层插捣完后，刮去余外混凝土， 并用抹刀抹平。 （3）清除筒边底板上的混凝土后，垂直平稳地提起坍落度筒，坍落度 筒的提离过程应在 510s 内完成，从开始装料到提起坍落度筒的整个过程 应不间断进行，并在 150s 内完成。 净、 紧 拌 4. 试验结果确定。 提起坍落度筒后，赶忙测量筒高与坍落后混凝土试体最高点之间的高 度差，此值即为混凝土拌合物的坍落度值，单位毫米（mm） 。坍落度筒提 起后，如混凝土拌合物发生倒塌或一边剪切破坏，则应重新取样进行测

23、定， 如仍显现上述现象，则该混凝土拌合物和易性不行，并应记录备查。 三、混凝土立方体抗压强度试验 （一）目的 学会混凝土抗压强度试件的制作及测定方法，用以检验混凝土强度， 确定、校核混凝土配合比，并为操纵混凝土施工质量提供依据。 （二）一样技术规定 1. 本试验采纳立方体试件，以同一龄期、3 个同时制作、同样养护的 混凝土试件为一组。 2. 每一组试件所用的拌合物应从同盘或同一车运送的混凝土拌合物中 取样，或在试验室用人工或机械单独制作。 3. 检验工程和构件质量的混凝土试件成型方法应尽可能与实际施工采 纳的方法相同。 4. 试件尺寸按粗骨料的最大粒径来确定（见表） 。 试件尺寸选用及成型插捣

24、次数表 试件尺寸（mm） 100100100 150150150 200200200 骨料最大粒径（mm） 31.5 40 60 每层插捣次数（次） 12 25 50 （三）要紧仪器设备 压力试验机、振动台、试模、捣棒、小铁铲、钢尺等。 （四）试件制作 1. 在制作试件前，第一要检查试模，拧紧螺栓，并清刷洁净，同时在 其内壁涂上一薄层脱模剂。 2. 试件的成型方法应按照混凝土的坍落度来确定。 （1）坍落度不大于 70mm 的混凝土拌合物宜采纳振动台成型。 其方法是将拌好的混凝土拌合物一次装入试模，装料时应用抹刀沿试 模内壁略加插捣并使混凝土拌合物稍有富裕，然后将试模放到振动台上， 用固定装置予

25、以固定，开动振动台并计时，当拌合物表面出现水泥浆时， 停止振动并记录振动时刻，用抹刀沿试模边缘刮去余外拌合物，并抹平。 （2）坍落度大于 70mm 的混凝土拌合物采纳人工捣实成型。 其方法是将混凝土拌合物分二层装入试模，每层装料厚度大致相同， 插捣时用垂直的捣棒按螺旋方向由边缘向中心进行，插捣底层时捣棒应达 到试模底面，插捣上层时，捣棒应贯穿到下层深度 2030mm，并用抹刀沿 试模内侧插入数次，以防止麻面。捣实后，刮除余外混凝土，并用抹刀抹 平。 （五）试件养护 1. 标准养护的试件成型后应覆盖表面，防止水分蒸发，并在205 的室内静置 12 昼夜（但不得超过 2 天） ，然后编号拆模。 2

26、. 拆模后的试件应赶忙放入标准养护室（温度为 203，相对湿度 为 90%以上）养护，在标准养护室中试件应放在架上，彼此相隔1020m m，并应幸免用水直截了当冲淋试件。 3. 当无标准养护室时，混凝土试件可在温度为 203的不流淌水中 养护。水的 pH 值不应小于 7 （六）抗压强度测定 1. 试件从养护室取出，赶忙擦干并量出其尺寸（精确至 1mm） ，并以 此运算试件的受压面积 A（mm2） ，如实测尺寸与公称尺寸之差不超过 1m m，可按公称尺寸进行运算。 2. 将试件安放在压力试验机的下压板上，试件的承压面应与成型时的 顶面垂直。试件的轴心应与压力机下压板中心对准，开动试验机，当上压

27、板与试件接近时，调整球座，使接触均衡。 3. 加压时，应连续而平均的加荷，加荷速度为： 当混凝土强度等级低于 C30 时，加荷速度取每秒 0.30.5MPa/s。 当混凝土强度等级等于或大于 C30 时加荷速度取 0.50.8MPa/s。 当试件接近破坏而开始迅速变形时，应停止调整试验机油门，直至试 件破坏，然后记录破坏荷载 P（N） 。 （七）试验结果运算 1. 试件的抗压强度按下式运算： 2. 以三个试件抗压强度的算术平均值作为该组试件的抗压强度值，精 确至 0.1MPa。三个测值中的最大值或最小值中如有一个与中间值的差值超 过中间值的15%时， 则取中间值作为该组试件的抗压强度值； 如有

28、两个测 值与中间值的差均超过中间值的15%，则该组试件的试验结果无效。 3. 混凝土抗压强度是以 150mm150mm150mm 的立方体试件作为 抗压强度的标准试件，其他尺寸试件的测定强度均应换算成 150mm 立方体 试件的标准抗压强度值，换算系数见表-6。 混凝土立方体试件尺寸系数换算表 试件尺寸（mm） 换算系数 200200200 1.05 150150150 1.00 100100100 0.95 四、混凝土劈裂抗拉强度试验（参考） （一）要紧仪器设备 1. 压力试验机（量程 200300kN） 。 2. 垫条： 采纳直径为 150mm 的钢制弧型垫条， 其长度不短于试件的边 长。

29、 3. 垫层： 加放于试件与垫条之间， 为木质三合板， 宽 1520mm， 厚 3 4mm，长度不短于试件的边长。垫层不得重复使用。混凝土劈裂抗拉试验 装置见图-13 所示。 （二）试验步骤 1. 按制作抗压强度试件的方法成 试件，每组 3 块。 2. 从养护室取出试件后，应及时 行试验。将表面擦洁净，在试件成型面 进 与 型 底面中部划线定出劈面的位置，劈裂面应与试件的成型面垂直。 3. 测量劈裂面的边长（精确至1mm） ，运算出劈裂面积A（mm2） ，如 实测尺寸与公称尺寸之差不超过 1mm，可按公称尺寸进行运算。 4. 将试件放在试验机下压板的中心位置，降低上压板，分别在上、下 压板与试

30、件之间加垫条与垫层，使垫条的接触母线与试件上的荷载作用线 准确对正。 5. 开动试验机，使试件与压板接触均衡后，连续平均地加荷，加荷速 度为：混凝土强度等级低于C30 时，取 0.020.05MPa/s；强度等级高于或 等于 C30 时，取 0.050.08MPa/s。加荷至破坏，记录破坏荷载 P（N） （三）结果运算 1. 按下式运算混凝土的劈裂抗拉强度： 2. 以 3 个试件测值的算术平均值作为该组试件的劈裂抗拉强度值（精 确到 0.1MPa） 。其专门数据的取舍与混凝土抗压强度试验同。 3. 采纳 150mm150mm150mm 的立方体试件作为标准试件，如采 纳 100mm100mm100mm 立方试件时，试验所得的劈裂抗拉强度值，应 乘以尺寸换算系数 0.85。