材料的基本性质实验上课讲义

材料的基本性质实验

一、实验目的

1、掌握材料密度、体积密度和表观密度的定义和测定方法

2、掌握材料吸水率的定义和测定方法

3、掌握材料强度的分类和影响因素

4、了解混凝土试件荷载-挠度曲线的测定方法及用途

二、实验内容

1、测定蒸压灰砂砖、烧结粘土砖和烧结页岩砖的体积密度和质量吸水率。

a测定蒸压灰砂砖、烧结粘土砖和烧结页岩砖的体积密度：

使用设备：案秤（量程6kg，精度50g）；直尺（精度1mm）；干燥箱。

实验步骤：首先，将试件放入105 ℃的干燥箱并干燥至恒重状态，然后冷却至室温并测定质量m；用直尺测量试件的尺寸并计算其体积。对六面体的试件，需在长、宽、高各个方向测定三处，取其平均值并计算体积V。材料的体积密度=m/V；

单位kg/m3。(精确至10 kg/m3)

b测定蒸压灰砂砖、烧结粘土砖和烧结页岩砖的质量吸水率：

使用设备：天平；干燥箱。

实验步骤：将试件放入干燥箱在105 ℃的条件下干燥至恒重状态，然后冷却至室温并测定初始质量m0；将试件放入容器并逐次加水，以使得试样中的开放空隙均被水所填充；30分钟后，取出试件，抹去表面水分以使其处于饱和面干状态，称量其质量m1，然后用排水法测出试样的体积V0；使用如下公式计算材料的质量吸水率和体积吸水率(精确至0.01%)：

2、观察承压面状态（环箍效应）对混凝土试件抗压强度和破坏状态的影响：

测定在不同的加荷速率、试件尺寸和承载面状态下对混凝土试件极限抗压强度得影响。

用加载机在0.5MPa/s以及1.0MPa/s两种加载速率，在直接接触和垫胶片两种不同的承压面接触方式上，对100*100*100、150*150*150、100*100*300三种C30混凝土试件进行加载，观察试件的极限强度以及破坏方式，并分析这些变量对实验结果影响的原因，总结加载混凝土试件的规律经验。

3、用Toni 200kN抗折试验机演示混凝土试件荷载-挠度曲线的测定方法

用Toni 200kN抗折试验机演示C30素混凝土、C30轻骨料混凝土、CF30掺入钢纤维的混凝土、C80高强度混凝土进行弯折加载，用计算机绘制不同品质混凝土试件的挠度-荷载曲线，并用日本JSCE - SF4标准分析混凝土的弯曲韧性和弯曲韧性指数，依据混凝土试件挠度-荷载曲线峰值后的面积占曲线总面积的百分比来分析混凝土试样的韧性，并观测强度等级和纤维掺量对混凝土断面形态的影响。

三、实验结果及分析

1、测定蒸压灰砂砖、烧结粘土砖和烧结页岩砖的体积密度和质量吸水率。

a、测定蒸压灰砂砖、烧结粘土砖和烧结页岩砖的体积密度。

实验数据处理：

砖的类型

粘土砖页岩砖灰砂砖

干燥质量（g）2380 2423

2850

长/mm 239.5 241.1 241.1 239.0 238.2 240.9 238.9 239.9 240.9

长平均值/mm 230.1 239.7 241.0

宽/mm 115.0 115.5 114.9 115.5 114.8 114.7 115.2 114.3 115.1

宽平均值/mm 115.2 114.9 114.9

高/mm 51.0 51.2 54.1 50.9 50.9 53.9 50.1 52.2 54.2

高平均值/mm 50.7 51.4 54.1

体积/mm3 1.344*106 1.417*106 1.498*106体积密度：

粘土砖：

页岩砖：

灰砂砖：

实验中测量的三种砖块的体积密度大致为1.7*103kg.m3 至1.9*103kg.m3

2、测定蒸压灰砂砖、烧结粘土砖和烧结页岩砖的质量吸水率

砖的类型干燥砖的质量m0(g) 吸水30分钟后质量m1(g)

粘土砖2380 2624

页岩砖2423 2792

灰砂砖2850 2998 质量吸水率：

粘土砖：

页岩砖：

灰砂砖：

吸水率差异分析：

粘土砖：以砂质粘土(主要化学成分是SiO2，Al2O3和Fe2O3)为主要原料，在900-1000摄氏度左右进行烧结而成。由于其中的粘土被部分烧结，故具有较多的孔隙，且多为开口孔隙，所以吸水率较大。

页岩砖：以页岩为主要原料，页岩的化学组成与粘土相近，但因其颗粒细度不及粘土，故塑性较差，制砖时常需掺入一定量的粘土，以增加可塑性。

灰砂砖：以石灰和天然砂为主要原料，在0.8MPa，175摄氏度的条件下蒸养6小时而成，由其中的Ca(OH)2与SiO2反应生产水化硅酸钙凝胶而产生强度。灰砂砖外观光洁整齐，均匀密实。但不宜用在高水流和高温(大于200摄氏度)的地区，以免发生Ca(OH)2的滤析及Ca(OH)2和水化硅酸钙凝胶的脱水分解。

结合上一实验的数据可以发现：材料的体积密度越大，那么它的吸水率就越小，因为体积密度和孔洞的多少有一定关系，蒸压灰砂砖的体积密度大，材料内部结构密实，孔洞较少，因此吸水率较小；烧结粘土砖和烧结页岩砖体积密度较小，空洞多，因此吸水率也较小。

3、观察承压面状态（环箍效应）对混凝土试件抗压强度和破坏状态的影响

用加载机在不同条件下对混凝土试件进行加载，结果如下：

结果分析：

一、加荷速率会影响测得的混凝土极限载荷，加荷速率越大，测得的极

限载荷越大，混凝土破坏时，裂缝最开始出现在粗骨料和浆体的粘合面上，

然后沿着粘合面扩展，裂缝逐渐融合为大的裂缝，最终导致混凝土试件的断

裂，而加载速度越慢，裂缝扩展的越充分，导致测试得到的强度越低。所以

对混凝土试件的加荷速率要有统一的规定，一般强度小于C30的混凝土加荷

速率为0.3-0.5Mpa/s，强度大于C30的混凝土加荷速率为0.5-0.8 Mpa/s，强度

大于C60的混凝土加荷速率为0.8-1.0 Mpa/s；

二、试件尺寸会影响测得的混凝土尺寸，尺寸大的混凝土试件中临界裂

纹存在的几率越大，尺寸越大的混凝土测得的强度越低；

三、在不同条件下，混凝土的破坏性状也不同。直接与加载台接触的试

件破坏之后呈现双倒锥破坏的形状，而受压面垫胶皮的一组呈现竖直方向的

断裂纹路。承压面状态会影响测试的结果，混凝土试样在受压时，在沿加荷

方向发生纵向变形的同时，也按泊松比效应产生横向变形。由于试验机的上

下压板的弹性模量比混凝土大5-15倍，而泊松比则不大于混凝土的两倍。所

以，在荷载作用下，压板的横向应变小于混凝土的横向应变，从而在摩擦力

的作用下对试件的横向膨胀起约束作用，对混凝土试件的测试强度有提高作