土木工程材料试验指导书

《土木工程材料实验》指导书（土木工程）土木建筑学院土木工程材料实验室目录实验一、材料基本物理性质实验 (3)实验二、集料实验 (6)实验三、水泥混凝土实验 (11)实验四、钢筋实验 (20)实验五、沥青实验 (25)土木工程材料实验指导书- 1 -一、基本任务：土木工程材料实验是《土木工程材料》课的实践性教学环节，它的基本任务是：1、通过实验使学生熟悉主要土木工程材料的标准、规范与技术要求，对具体材料的性状有进一步的了解，巩固与丰富理论知识；2、使学生掌握常规材料的基本实验方法、手段和操作技能，学会正确使用各种仪器和实验设备，具有对常用土木工程材料独立进行质量检定的能力；3、进行科学研究的基本训练，掌握处理实验数据的科学方法，培养学生运用所学理论进行科学研究、分析问题和解决问题的能力，树立实事求是的科学态度和严谨的工作作风；4、通过理论与实践的结合，巩固和加深对所学基本原理的理解，并在某些方面得到充实和提高。

培养学生的工程实践能力和创新能力。

二、基本要求：为了达到上述学习目的，学生必须做到：1、实验前做好预习，明确实验目的、基本原理及操作要点，并应对实验所用的仪器、材料有基本的了解。

2、在实验的整个过程中要建立严密的科学工作秩序，严格遵守实验操作规程，注意观察实验现象，详细做好实验记录。

3、对实验结果进行分析，做好实验报告。

4、对设计、研究和综合等提高型实验，要求同学们按照实验指导书的要求，认真设计实验，通过实验研究，得出结论，找出规律。

三、注意事项：在进行土木工程材料的实验时，应注意三个方面的技术问题：1、抽样技术，即要求试样具有代表性；2、测试技术，包括仪器的选择、试件的制备、测试条件及方法；3、实验数据的整理方法。

材料的质量指标和实验所得的数据是有条件的，相对的，是与取样、测试和数据处理密切相关的。

其中任何一项改变时，实验结果将随之发生或大或小的变化。

因此，检验材料质量，划分等级标号时，上述三个方面均须按照国家规定的标准方法或通用的方法进行。

否则，就不能根据有关规定对材料质量进行评定，或相互之间进行比较。

四、编写说明：1、本指导书按新课程教学大纲和实验教学大纲要求选材，根据现行国家（或行业）标准或其他规范、资料编写的，并不包括所有的土木工程材料的全部内容。

2、由于科学技术水平和生产条件不断发展，今后遇到本书范围以外的实验时，可查阅有关指导文件，并注意各种土木工程材料标准和实验方法的修订动态，以作相应修改。

实验一：材料基本物理性质实验一、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实验方法。

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、游标卡尺等四、实验方法和步骤（一）密度实验(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- 3 -式中：ρt—石料密度，g/cm3；m1—实验前试样加瓷皿总质量，g；m2—实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、以两次实验结果的算术平均值作为测定值，如两次实验结果相差大于- 5 -实验时需按四分法分别缩取各项实验所需的数量，其步骤是：将每组试样在自然状态下于平板上拌匀，并堆成厚度约为2cm的圆饼，在饼上划两垂直直线把饼分成大致相等的四份，取其对角的两份重新照上述四分法缩取，直至缩分后试样量略多于该项实验所需的量为止。

试样缩分也可用分料器进行。

（二）细骨料筛分析实验1、用于筛分析的试样应先筛除大于10mm颗粒，并记录其筛余百分率。

如试样含泥量超过5%，应先用水洗。

然后将试样充分拌匀，用四分法缩分至每份不少于550g的试样两份，在105±5℃下烘干至恒重，冷却至室温后备用。

2、准确称取烘干试样500g，置于按筛孔大小顺序排列的套筛最上一只筛上，将套筛装入筛机摇筛约10min(无摇筛机可采用手摇)。

然后取下套筛，按孔径大小顺序逐个在清洁的浅盘上进行手筛，直至每分钟的筛出量不超过试样总量的0.1%时为止。

通过的颗粒并入下一号筛中一起过筛。

按此顺序进行，至各号筛全部筛完为止。

3、试样在各号筛上的筛余量均不得超过下式的量：- 7 -4、称量各号筛筛余试样的质量，精确至1g。

所有各号筛的筛余试样质量和式中：m1—瓶+试样+水总质量，um2—瓶+水总质量，g;m0—烘干试样质量，g；a t—水温对水相对密度修正系数，见表2。

近似密度以两次测定结果的算术平均值为测定值。

如两次结果之差大于（四）集料的堆积密度实验1、取缩分试样约3L，在105±5℃的烘箱中烘干至恒重，取出冷却至室温，过5mm的筛后，分成大致相等两份备用。

烘干试样中如有结块，应先捏碎。

2、堆积密度取试样一份，将试样用料勺或漏斗徐徐装入容量筒内，出料口距容量筒口不应超过5cm，直至试样装满超出筒口成锥形为止。

用直尺将多余的试样沿筒口中心线向两个相反方向刮平。

称容量筒连试样总质量m2。

3、紧装密度取试样一份，分两层装入容量筒。

装完一层后，在筒底垫放一根直径为10mm的钢筋。

将筒按住，左右交替颠击地面各25下，然后再装入第二层;第二层装满后用同样的方法(筒底所垫钢筋方向应与第一次时方向垂直)颠实后，加料至试样超出容量筒筒口，然后用直尺将多余试样沿筒口中心线向两个相反方向刮平，称其质量m2。

4、测定结果计算细集料的堆积密度或紧装密度ρfs( kg/m3)按下式计算(精确至10kg/m3)：- 9 -集料的含水率Ws按下式计算(精确至0.1%)：m2——未烘干的试样与容器的总质量，g；m3——烘干后的试样与容器的总质量，g。

含水率以两次测定结果的算术平均值作为测定值。

5、集料含水率的快速法测定，也可采用炒干法或酒精燃烧法。

(略)（六）粗骨料颗粒级配实验1、主要仪器设备：粗骨料套筛、磅秤、台称、摇筛机。

2、实验步骤①用四分法选取风干或烘干试样两份，每份试样的质量根据粒径不同而不同，具体见下表。

②开动摇筛机，按规定筛分。

③称出各筛的筛余质量G n(g)④计算各筛上的分计筛余百分率a n(0.1%)。

- 11 -⑤计算各筛上的累计筛余百分率A n (%).n n a a a A +++=...21 ⑥根据各筛的累计筛余百分率，评定该试样的颗粒级配。

五、实验结果分析与讨论 计算所试砂的空隙率：P 砂=____根据实验结果说明该砂能否用于混凝土。

实验三：水泥混凝土实验（综合性实验）《土木工程材料》是一门实验性很强的专业基础课，针对课程内容多，学时少的实际情况，我们将多个实验设计为一个综合性实验——混凝土配合比实验，从而将零散的知识用这个综合性实验贯穿起来，提高学生综合运用知识的能力。

混凝土配合比实验是一个高度综合的实验，是对土木工程材料知识的综合检验和运用，通过该实验可以检查学生对土木工程材料知识的掌握程度。

同时混凝土配合比实验是一个设计性实验，要求学生根据工程实际设计要求确定原材料的品种及规格、初步配合比和实验检验项目。

锻炼学生选材和用材的能力、锻炼学生独立工作的能力。

一、目的和要求1、通过这个实验了解混凝土配合比设计的过程和方法，提高知识的综合运用能力；2、熟悉水泥和砂石料的质量要求及各项质量指标的实验检测方法；3、了解各项质量指标在混凝土配合比设计中的作用；4、熟悉混凝土初步配合比的计算步骤及方法；5、熟悉混凝土拌和物和易性的检测方法及影响混凝土拌和物和易性的因素，能够根据实验结果分析原因并提出措施，通过试拌调整确定混凝土基准配合比；6、熟悉混凝土强度实验方法，掌握影响混凝土强度的因素，并能通过强度实验确定混凝土实验室配合比；对不能满足强度要求的配合比，分析原因，提出改进措施。

7、能够根据现场砂石含水情况确定施工配合比。

二、实验的组织和安排整个混凝土配合比实验延续时间较长，必须分段进行、合理安排。

首先进行水泥实验，然后分别测定3d和28d水泥胶砂强度；水泥强度实验结果出来后，结合实验二中实验得到的砂石的实验结果计算初步配合比，并进行混凝土和易性实验，确定基准配合比，并制作混凝土强度试件；28d后进行混凝土强度实验，确定实验室配合比。

在整个实验过程中培养学生的时间观念。

为了保证实验的顺利进行和学生动手操作，实验分组进行。

每组4~6人。

三、基本原理及步骤混凝土配合比设计是根据实测的原材料的物理、力学指标，通过计算和实验确定各组成材料的比例，从而使配制出的混凝土满足工程设计和施工要求。

因为影响混凝土性质的因素很多，目前还没有建立起各影响因素与混凝土和易性和强度、耐久性之间的严格的数学力学表达式，因此混凝土配合比设计往往是首先通过经验数据和经验公式初步估计一个配合比，然后通过实验检验和调整配合比，使最终确定的配合比满足工程要求。

原材料不同，配合比不同，因此每个配合比都必须经过实验验证，每次配合比设计都必须经过实验，不能照搬别人的配合比。

混凝土配合比设计的基本要求：①满足施工和易性要求，便于施工操作；②满足强度要求，安全承受设计荷载；③满足耐久性要求；④节约水泥，降低成本。

混凝土配合比设计的基本步骤：①原材料实验：检验原材料是否合格，确定原材料的物理力学参数，为混凝土配合设计和实验提供原始数据；②初步配合比计算：根据经验数据和经验公式，计算初步配合比。

这样可以减少实验次数和实验的盲目性。

③试配调整，确定基准配合比。

按初步配合比称量配料，按规定方法拌制混凝土，实测其流动性并观察其粘聚性和保水性。

根据实测结果，分析原因、调整配比，直到满足和易性要求为止，确定满足和易性要求配合比——基准配合比。