利用排水法确定混凝土试件的饱水密度和干燥密度的方法

2．利用排水法确定混凝土试件的饱水密度和干燥密度的方法
注1：此方法主要适用于150mm 或100mm 的立方体试件，如果需要，也可以应用于其它形状的饱水试件。

注2：此方法不适用于具有大量孔隙、蜂巢状或无细骨料的混凝土试件，当用于测试轻骨料试件时也应该注意。

2．1定义 定义以下参数：
饱水密度：利用此标准第3部分的描述制造和养护的立方体试件的密度。

干燥密度：对饱水试件在105±5℃下干燥至少3天后测得的密度。

2．2试件数量
2．2．1实验室试件 对每批试件至少取3个试件，在各个龄期进行试验。

2．2．2工地试件 按照本标准第1部分中的规定对各龄期试件取至少3个进行试验。

2．3试验装置 如图1所示的装置，包括：
（1）一台半自动天平，量程10kg ，精度2g 。

（2）一个用不锈钢材料制成的夹具，其形状适合悬挂在天平盘下，下部具有能够支撑混凝土立方体试件的边长为130mm 的三角形平台。

注：夹具的精确形状及是否座于天平盘上还是悬挂于天平盘下，应该取决于天平的形状。

（3）水箱 能够浸没混凝土立方体试件，底面为230mm×230mm ，深度为230mm ，至于可移动的平台上，平台能够利用踩下（或松开）脚踏板，上升（或下降），浸泡混凝土立方体试块，但在水平方向上没有位移。

平台应该与称重天平相互独立，而且当平台完全升起时，夹具不能接触水箱底部。

当需要测量干燥密度时：
（4）通风良好的烘干炉，除了内部空间可以超过0.085m 3外，应满足BS 2648*，内部温度控制在105±5℃。

（5）干燥的密闭容器
2．4试件 试件在试验时应该处于饱水状态，如果试件没有按照2.1的规定养护，应该进水不少于3天。

2．5装置的调试 对于150mm 立方体或100mm 立方体及其它尺寸试件，当试件完全浸入水箱时，能够用天平读出试件的重量变化（C ）。

为了避免由浸入夹具长度不同而引起的微小误差，必须保持水箱内的水面高度恒定。

2．6测量饱水密度的步骤 水箱内应该装入清水，保持室温不变，水面的高度能够保证当平台升起时，完全浸没混凝土试件。

将待称重的混凝土试块从养护箱中取出，去掉表面残渣，在将试块放上夹具的平台之前应轻轻地擦去试件表面的水。

混凝土试件在空气中称重，记为重量A ，将试件完全浸入水中，使夹具不与水箱内壁接触，称重，记为重量B 。

所有的重量应精确到2g 。

注：浸没试块时应注意，不要带入气泡。

2．7饱水密度计算 混凝土试块的饱水密度（ρc ）应该按照下式进行计算：
C B A A c --=ρ
式中 A ——空气中试件的重量；
B ——水中试件的重量；
C ——单独将夹具浸入水中时，天平读数变化量。

饱水密度应该以kg/m 3表示，精确到0.25%。

注1：当所需的精度不同时，可以改变试件的尺寸。

注2：其它基于浸水法这一原理的方法，均应达到相同的精度。

2．8 测量干燥密度的步骤 如果需要测混凝土的干燥密度，则需将测量完饱水密度后的试件之于干燥炉中干燥至少3天。

从干燥炉中取出试件后，应立即将试件置于干燥的密闭容器中，在进行称重时，试件的温度不应超过60℃，记为重量D 。

最终的干燥重量应精确到2g 。

2．9干燥密度的计算 混凝土试件的干燥密度应该按照下式计算：
C B A
D d --=
ρ 式中 A 、B 、C 同2.7种规定，D 为试件的干燥重量。

干燥密度应该以kg/m 3表示，精确到0.25%。

2．10报告 每个试件的报告应该包括以下信息：
（1）试验日期；
（2）编号和试件描述；
（3）试件龄期；
（4）试件尺寸；
（5）饱水密度；
（6）干燥密度；（如果需要的话）
（7）浸泡和干燥时间；
（8）任何不寻常特征
注：本方法采用圆柱形试件，试件的成型及养护方法请参见本标准第3部分中的条款，对于已硬化混凝土结构的取芯试件的准备和抗压强度的试验见本标准第4部分。

3．1试验仪器
3．1．1压力机压力机应该符合本标准第4部分中对立方体试件抗压强度测试的各项要求，另外，其压力值能够在某一预期值保持恒定。

3．1．2伸长仪应准备两个伸长仪，其量程应该不少于100mm，不大于试件长度的一半，应该达到BS 3846* A级或B级。

3．2试验步骤
3．2．1试验载荷的确定
3．2．1．1成型试件的测试在进行弹性模量试验前，根据本标准第4部分立方体抗压强度的试验中的条款，对每组三个立方体试件进行试验，三个试件抗压强度的平均值记为抗压强度C，精确到1MN/m2。

3．2．1．2钻芯试件的测试抗压强度值C应该根据相似试件的强度或混凝土的性能估算。

3．2．2伸长仪的附属仪器试件从水中取出后，伸长仪应该平行于试件的轴线，安置在试件的相对面上，测点应该在试件的几何中心，当采用棱柱体试件代替圆柱体试件时，测点距试件两端的距离不能少于宽度的一半，伸长仪应该与记录点在同一侧。

3．2．3试件在压力机上的放置压力机的受力面和其它辅助平台应该擦拭干净。

试件两端松动的砂及其它材料也应该擦掉。

将试件放入压力机，试件的轴线应该与压力机平台的中间对准，将试件调整位置，使之位置最佳，在试件两端与压力机的平台之间除了辅助的钢板外不能垫其它物品。

3．2．4预加荷载加载时应该没有剧烈的震动，应该以约15MN/m2每分钟的速度均匀加载，直到达到平均应力（C+2）MN/m2。

在此荷载下至少持续1分钟，然后逐渐卸载，达到1 MN/m2，读伸长仪的读数，然后再以与前面相同的速率加载到（C+1）MN/m2。

保持压力不变，读伸长仪的读数。

将压力逐渐卸载到1MN/m2，再次读数。

3．2．5加载以相同的速率进行第3次加载，将（C+1）MN/m2分为若干个等分，在每个等分时记录伸长仪的读数。

如果第2次加载的平均应变与第3次加载的平均应变相差超过5%，应该继续进行加载循环，直到两次的平均应变相差不超过5%。

3．3计算对于每个伸长仪，记录在最后一个循环中相应应力水平下的应变，根据应力、应变作图。

将每个伸长仪的数据点连成直线，能够得到这两条支线的斜率及斜率的平均值。

如果两条线的斜率的差值少于平均值的15%，则此平均值应该视为混凝土的弹性模量，并精确计算到500 MN/m2。

如果差值超过15%，将试件放回压力机，重复试验，如果重复试验的差值仍然大于平均值15%，则该实验结果应该舍弃。

3．4报告每个试件的报告应该包含以下信息：
（1）试验时间；
（2）试件的编号、描述及公称尺寸；
（3）试件龄期；
（4）静弹性模量；
（5）抗压强度C；
（6）标注，如循环加载次数及是否重新试验。

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5．测定干缩和湿胀的长度变化
注：本方法与BS 2028, 1364“预成型混凝土砖”中的改进措施相似，只是规定了用一段固定的干燥时间代替了干燥至恒重。

5．1定义本条款中各名称的定义如下：
原始干缩在规定环境下，预成型和预养护的混凝土棱柱体经过一段时间养护后的长度变化。

干缩在规定环境下，预成型和预养护的混凝土棱柱体在水中饱水与干燥后的长度变化。

湿胀在规定环境下，混凝土棱柱体在水中浸泡后的长度比原始干燥长度的增长量。

5．2试件尺寸棱柱体的长度应该在150mm至300mm之间，截面尺寸应该接近于75mm×75mm，但对于锯得试件，其截面应该为50mm×50mm。

5．3试件个数每批产品里应该至少取4个试件，编号为A、B、C、D。

5．4试验仪器
5．4．1测试仪器测试仪器应该包括一个测微器或读数器，其精度为0.0025mm。

该仪器应该固定（水平方向）在刚性的测量架上，能够根据试件的长度进行调整。

图3、4给出了一起的参考形状。

在测试架的测量端和另一端应该各安装一个半径为5.5-6.5mm、圆心角为90°的圆锥形凹槽，能够容纳镶嵌在试件两端直径为6mm的不锈钢钢球（见5.7.1（2））。

另外，对于预成型试件，测试架的测试端和另外一端应该露出直径为6mm的半球形（见5.7.1（1））。

注：用于长时间测试的试件，其测头应该用维氏硬度不少于300的热处理马氏体不锈钢，奥氏体太软，只能用于有次数限制的测量装置。

测试器两端应该采用殷钢棒，其形状与埋于试件中的测头相同，以便能够精确读数。

5．4．2恒温箱可以采用5.4.2.1中描述的可调节恒温箱或5.4.2.2描述的置于可控温房间中的恒温箱，能够按照5.4.2.3中描述的情况进行调节和检查。

5．4．2．1可调节恒温箱可调节恒温箱应该满足下面的要求：
（1）其总体积不能少于0.05m3，每个试件所占的空间不能少于0.008 m3。

（2）内部应该配备风扇，以便在干燥试件的过程中空气能够有效的循环。

（3）恒温箱内应该安装温度计，从恒温箱外可以读数，其玻璃泡在炉内距恒温箱内壁的距离不能少于75mm。

（4）恒温箱内的温度能够控制在50-65℃的范围内，温度的浮动范围应该不超过1℃。

（5）当恒温箱内空闲时，控制恒温箱内的温度不少于55℃，恒温箱内部空气的相对湿度应能按照5.4.2.3中描述的进行控制。

注：符合BS 3898“试验室用湿度箱（注入式）”和BS 3718“试验室用湿度箱（非注入式）”要求的恒温箱也可能满足本试验的要求，但是将这些类型的恒温箱应用于本试验目前还没有足够的经验。

（6）具有可靠的气密性。

当使用的箱子气密性不是很好时，下面的步骤会满足5.4.2.1(6)的要求。

在箱子壁的贯通孔处用柔性不透气的材料密封，例如聚乙烯塑料薄膜，将密封材料紧贴在箱子的内壁上。

任何周围的沟槽或孔洞也都应该密封（例如用造型粘土）。

箱子内壁的任何气密性缺陷都应该弥补，任何透气的孔洞都应该封闭，箱门也应该密封良好。

（7）应该用一下辅助装置将箱子内饱和空气：
（i）每小时能够对箱子内的空气换气两次的气泵（对于每立方米体积的箱子，气泵的泵送能力应该在35l/min）。

（ii）流量计，接在气泵上，检查空气流速
（iii）含有蒸馏水或去离子水的装置，能够产生在某一温度下的饱和空气，还应该含有一个不锈的密闭容器。

该容器能够保持水的平均温度在27±1℃，温度浮动不能超过1/2℃。

在水面以下应该接一个弯曲的引气管，在容器底部接一个空气发散器，在水面的上方进气管端应该接一个出气管，开口处应该呈喷射状。

在水面以下应该插一支温度计，温度计应该具有合适的长度，从外面能够读出温度。

容器上还应该留一条管道，以便能够向里面加水。

管子低的一端应该在水面以下，高的一端与漏斗相接。

如果需要的话在容器外面应该接一段玻璃管，以便从外面能够观察到水面的高度。

应该尽可能的缩短容器与恒温箱的距离以减少水的冷凝。

注：可以用这样的建议附属装置代替标准的化学实验装置，但是经过特殊设计的装置具有更高的精度。

（8）准备一根管子将饱和的空气从附属装置（见5.4.2.1(7)）通过一个密封的装置（例如顶部通风器）传送至恒温箱，以便饱和空气能够直接进入循环风扇的进气口。

5．4．2．2置于可控温房间中的恒温箱此恒温箱应该用于高湿度的房间内，应该满足以下要求：
（1）恒温箱的体积、空气循环和温度测量装置应该按照5.4.2.1(1) 、5.4.2.1(2) 、5.4.2.1(3) 、和5.4.2.1(4)的要求。

（2）恒温箱应该设有通风孔，允许空气流入流出。

（3）恒温箱周围1.5m的空气应该是相对湿度不少于90%，温度为20±2℃。

5．4．3调整和检查首先应该调整恒温箱的温度控制开关的灵敏性，以保证水的温度恒定，水温的浮动范围不超过±1/2℃。

调整开关以保证水的平均温度在27±1℃。

同时应该操作附属设备，以便饱和空气能够被泵送进恒温箱。

恒温箱应该能够保持在55-60℃，而且能够保持箱内环境稳定。

注：当检查恒温箱时，如果附属设备向恒温箱输送一定量饱和空气时，允许引起恒温箱内的空气的含湿量降低，因为水的温度为27℃，而恒温箱内的空气的温度为60℃。

如果在进行测试时恒温箱的平均温度低于55℃，则应该重新检查恒温箱和附属设备的气密性、空气流速和空气的含湿量。

调整置于可控温房间中的恒温箱时，应该将箱内的温度控制在50-55℃，应该将通风口打开。

两种类型恒温箱的温度应该用下面方法确定，在干燥温暖的玻璃上轻轻喷洒少量干燥的粉末状的氯化钙和乙酸钾，把他们放在恒温箱内准备放混凝土试件的位置，在恒温箱内放置至少16小时后，氯化钙应该已经吸水潮解，而乙酸钾仍然保持干燥。

恒温箱每隔一段时间就要用这种方法确定箱内环境的状态。

注：在早期将这两种盐先静置2-3小时然后观察，如果两者都潮解了，则应该提高恒温箱的温度，如果两者仍然干燥，则降低温度。

如果盐潮解了，将盐擦掉，擦拭、干燥、预热玻璃片，重新喷洒新盐。

当达到所需的温度时，保持恒温箱的状态不变至少6小时或者一夜，然后再观察盐类。

当毛发式湿度计在恒温箱的工作温度下使用1-2周以后，能够用来观察恒温箱内相对湿度的微小变化，虽然真实读数并不是非常准确。

当湿的试件放入恒温箱时，毛发湿度计应该放入另一个处于要求的相对湿度下的恒温箱内，或放入原恒温箱内的一个密封容器内。

5．4．3冷却柜冷却柜应该有效的密封，可以是金属或玻璃的，但最好是金属的，因为其导热系数比较大。

注：柜子里应该设有内部空气循环装置，但应该注意不对系统引入热量。

因此，如果采
用电东风扇时，应该控制在低转速，发动机应该置于柜子外。

如果冷却柜是金属的，应该在柜子顶部或四壁上安装一支温度计，温度计的玻璃泡应置于冷却柜内部，而其读数部分应该漏在柜子外面，以便从外面能够随时读数。

如果冷却柜是玻璃的，应该把温度计完全放入柜子内部，将温度计的玻璃泡置于试件之间的空隙，或将玻璃泡屏蔽，避免由辐射影响引入的误差。

5．4．4水箱应该准备一个或几个装有清水的水箱，至少保持每个月换水一次，水温保持在20±1℃。

5．5试件的成型新拌混凝土的成型应该按照本标准的第1部分进行。

5．6成型试件的密实试件的密实振捣应该按照本标准第3部分中规定的混凝土立方体试件的振捣方法进行，以下两点除外：
（1）两层的深度应该大概为40mm；
（2）当用手振捣时，每层混凝土应该用标准振捣棒均匀的敲打30-50下，根据试件的长度确定。

5．7试件的准备
5．7．1成型棱柱体当采用浇筑成型的棱柱体进行试验时，应该按照下面方法的一种在试件的两端安装测头。

（1）在浇筑试件之前，应将测头固定在模具上。

如果需要，在试件拆模后立即进行测量。

测头应该具有一个能容纳一个直径为6mm的钢球的凹槽（见图5所示），或者有能够容纳直径6mm的钢球的支座。

但试件还在模具中时，应该按照本标准第3部分立方体试件的成型和养护方法的要求在潮湿的空气中养护。

拆模后，测头的暴露面应该涂一层黄油，以避免锈蚀，
（2）如果测头不是浇筑在棱柱体内，则测头应该包含一个直径为6mm的不锈钢球，或其它合适的具有6mm直径的半球形支座。

除非有其它的养护要求，混凝土棱柱体在最初的3天或7天内应该按照本标准第3部分立方体试件的成型和养护方法的要求在潮湿的空气中养护。

拆模后这段时间内，应该在试件的两端中心处钻或切一个不深于3mm的孔，如果试件的两端中心处很粗糙，则这种方法不适用。

测头应该用快硬性波特兰水泥或高铝水泥粘贴在试件两端中心处钻出的孔中，试测头能够与混凝土试块能够紧密接触，并将半球形的测头暴露出来。

安装好测头后，擦去粘在半球形测头上的水泥，干燥后涂抹黄油，防止锈蚀。

保持试件湿润至少24小时，然后将试件放入温度为20±1℃水箱中，直至28天或规定的龄期。

也可以用其它的粘贴材料代替快硬水泥，例如合成树脂。

在树脂的产品说明没有另外说明时，粘贴及树脂硬化之前试件表面应该保持干燥。

5．7．2硬化的棱柱体如果对已硬化的没有按照5.7.1养护的混凝土棱柱体进行试验，则应根据5.7.2（2）的要求安装钢球或其它测头。

试件应该在潮湿环境中放置至少24小时，然后放入水箱中最短4天最长7天。

在最终的4小时内，水箱的温度应该保持在20±1℃。

5．8原始干燥收缩与干燥收缩的测量
5．8．1试件潮湿下的测量在将试件从水中取出后，立即擦去涂在测头表面的黄油，用5.4.1中规定的装置测量时间的长度，精确到0.0025mm。

试件放入框架内，读出最小值（当采用千分表测量时，应该转动试件和框架，观察最小读数）。

然后将试件两端对调，按照相同的方法重新测量。

记录两次测量的平均值，此值视为“原始湿长度”。

在每次测量之前和之后，测量装置的长度应该用殷钢棒重新校准，如果有变化则需对测量结果进行修正。

注：这里测量的长度不是棱柱体试件的绝对长度，而是棱柱体长度与殷钢棒的长度差（殷钢棒的长度视为恒定）。

测量完原始湿长度后，测量棱柱体试件的长度，精确到1mm，记为试件长度。

5．8．2试件的干燥、冷却长度棱柱体试件应该按照5.4.2中的规定放入恒温箱中干燥，在干燥的过程中，在同一恒温箱中不应再放入其它不同湿度的试件，试件的所有表面都应该有空气流动。

棱柱体试件应该在规定的时间时从恒温箱中取出，放入5.4.3中规定的柜子中冷却到规定的温度。

不时地观察冷却柜中的温度变化，直到柜中的温度在30分钟内的变化不超过0.5℃，并且空气温度与测量长度的环境温度相差不超过3℃。

注：通常需要大约4小时才能够达到规定的温度。

从冷却柜中取出试件后，应该按照5.8.1的规定在15分钟内测量试件在20±2℃环境中的长度。

在干燥14±1天或其它规定的时间测量试件的干燥长度。

在接下来的两天里，将试件重新放入恒温箱中、重新冷却、重新测量长度。

三组读数的平均值记为干燥长度。

每个试件的原始干燥收缩值和干燥收缩值应该以原始干燥长度与干燥长度占试件长度的比值计算。

5．9湿胀的测量进行湿胀测量时，试件应该按照5.8中的规定测量原始干燥收缩和干燥收缩。

然后将试件完全浸入水箱中，其纵轴保持水平，试件的上表面距水面有25±5mm的空间，浸泡时间为96±2小时，之后进行湿长度的测量。

在最后的4小时里，水温应该保持在20±1℃。

每个试件的湿胀应该以试件湿长度与干燥长度的差值占试件长度的百分数。

注：试件应该重新放入冷却柜中不超过3天的一段时间，以便于重新开始湿胀测试。

5．10计算对于试件A、B、C原始干燥收缩或干燥收缩的平均值以及湿胀率应该精确到0.005%。

如果这三个数值中有一个与平均值相比超过了四分之一，则超出的数值应该舍去。

用D组的数据代替该组数据，重新计算平均值，如果D组的数据仍然超过了平均值的四分之一，则试验应该用另一组试件重新进行试验。

如果试件A、B、C有一个损坏了，则用D的数值代替。

5．11报告每个试件的报告应该包含以下信息：
（1）试验开始时间（将试件放入恒温箱的时间）；
（2）编号及试件描述；
（3）棱柱体尺寸；
（4）开始试验时试件的龄期；
（5）最初浸泡期的长度；
（6）干燥后长度；
（7）冷却后长度；
（8）原始干燥收缩和干燥收缩；
（9）湿胀（如果需要）；
（10）试验开始前的养护和制造环境；
（11）标注（例如，在计算中是否使用了试件D的数据或在开始湿胀测试前是否将试件重新冷却）。