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土木工程材料实验指导书
长江大学工程技术学院
《土木工程材料》实验指导书
城市建设系土木工程教研室编
2014年2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。
试验一钢材实验------钢筋拉伸试验(2学时)
取样和制样方法
钢筋批量为:
由同一厂别、同一炉号、同一规格、同一交货状态、同一进场时间为一验收批。
钢筋混凝土用热轧带肋钢筋、热轧光圆钢筋、低碳钢热轧圆盘条、余热处理钢筋每批数量不大于60t,取一组试样。
冷轧带肋钢筋,每批数量不大于50t,取一组试样。
各类钢筋每组试样数量参见表1-1,试件截取长度为:
钢筋种类
每组试件数量
拉伸试验
弯曲试验
热轧带肋钢筋
2根
2根
热轧光圆钢筋
2根
2根
低碳钢热轧圆盘条
1根
2根
余热处理钢筋
2根
2根
冷轧带肋钢筋
逐盘1个
每批2个
表1-1各类钢筋每组试件数量
拉伸试件:
l≥10d+200mm冷弯试件:
l≥5d+150mm
凡表中规定取两个试件的,均应从两根(或两盘)中分别切取,每根钢筋上切取一个拉力试件、一个冷弯试件。
低碳钢热轧圆盘条,冷弯试件应取自同盘的两端。
试件切取时,应在钢筋或盘条的任意一端截去500mm后切取。
2.仪器设备
(1)万能试验机(图1-1)
试验机测力示值误差应不大于±1%;在规定负荷下停止施荷时,试验机操作应能精确到测力度盘上的一个最小分格负荷示值至少能保持30s;试验机应具有调速指示装置,能在标准规定的速度范围内灵活调节,且加卸荷平稳;试验机还应备有记录装置,能满足标准用绘图法测定强度特性的要求。
(2)引伸计(图1-2)
各种类型的引伸计均可用于测定试样的伸长。
但引伸计的准确度级别应符合gb/t12160的要求。
一般使用引伸计应不劣于1级,测定具有较大延伸率的材料性能时,引伸计也不应劣于2级。
(3)试样尺寸测量仪器
可根据试样尺寸测量精度的要求,选用相应精度的任一种量具或仪器,如游标卡尺、螺旋千分尺等。
3.试验方法
(1)试验准备
首先测量试样标距两端和中间这三个截面处的尺寸,对于圆试样,在每一横截面内沿互相垂直的两个直径方向各测量一次,取其平均值。
用测得的三个平均值中最小的值计算试样的原始横截面面积a
(2)上屈服强度和下屈服强度的测定。
图解方法:
试验时记录力-延伸曲线或力-位移曲线。
从曲线图读取力首次下降前的最大力和不计初时瞬时效应时屈服阶段中的最小力或屈服平台的恒定力。
将其分别除以试样原始横截面积,得到上屈服强度和下屈服强度。
仲裁试验采用图解方法。
指针方法:
试验时,读取测力度盘指针首次回转前指示的最大力和不计初时瞬时效应时屈服阶段中指示的最小力和首次停止转动的指示的恒定力。
将其分别除以试样原始横截面积,得到上屈服强度和下屈服强度(σs)。
可以使用自动装置(如微处理机等)或自动测试系统测定上屈服强度和下屈服强度,可以不绘制拉伸曲线图
(3)抗拉强度测定
抗拉强度可以采用图解法或指针法测定。
对于呈现明显屈服(不连续屈服)现象的金属材料,从记录的力-延伸或力-位移曲线图,如图1-4,或从测力度盘,读取过了屈服阶段之后的最大力;对于呈现无明显屈服(连续屈服)现象的金属材料,从记录的力-延伸或力-位移曲线图,或从测力度盘,读取试验过程中的最大力。
最大力除以试样原始横截面积(a)得到抗拉强度(σb)。
可以使用自动装置(如微处理机等)或自动测试系统测定上抗拉强度,可以不绘制拉伸曲线图。
(4)断后伸长率的测定
为了测定断后伸长率,应将试样断裂的部分仔细地配接在一起使其轴线处于同一直线上,并采取特别措施确保试样断裂部分适当接触后测量试样断后标距。
对于小横截面试样和低伸长率试样更应注意这一点。
试验二.混凝土和易性试验(2学时)
一、混凝土拌合物坍落度与维勃稠度试验
1.试验目的
每组根据试验所得砂、石,水泥性能等参数,计算出现浇混凝土梁的配合比设计数,在此基础上测定坍落度,调整初步配合比。
坍落度为表示混凝土拌和物稠度的一种指标,测定的目的是判定混凝土稠度是否满足要求,同时作为配合比调整的依据。
本试验适用于坍落度不小于10mm,骨料最大粒径不大于40mm的混凝土拌和物。
2.试验仪具
(1)坍落度筒(图5-3):
坍落度筒为铁板制成的截头圆锥筒,厚度不小于1.5mm,内侧平滑,没有铆钉头之类的突出物,在筒上方约2/3高度处有两个把手,近下端两侧焊有两个踏脚板,保证坍落度筒可以稳定操作。
图5-3
(2)捣棒:
直径16mm,长约650mm,并具有半球形端头的钢质圆棒。
(3)其他:
小铲、木尺、小钢尺、抹刀和钢平板等。
3.试验方法
(1)润湿坍落度筒和底板,在坍落度筒内壁和底板上应无明水。
底板应放置在坚实的水平面上,并把筒放在底板中心,然后用脚踩住两边的踏脚板,坍落度筒在装料时应保持固定的位置。
(2)将拌制的混凝土试样分三层均匀地装入筒内,使捣实后每层高度为筒高的1/3左右。
每层用捣棒插捣25次,插捣应沿螺旋方向由外向中心进行,每次插捣应在截面上均匀分布。
插捣筒边混凝土时,捣棒可以稍稍倾斜。
插捣底层时,捣棒应贯穿整个深度,插捣第二层和顶层时,捣棒应插透本层至下一层的表面;浇灌顶层时,混凝土应灌到高出筒口。
插捣过程中,如混凝土沉落到低于筒口,则应随时添加。
顶层插捣完后,刮去多余的混凝土,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5~10s内完成;从开始装料到提坍落度筒的整个过程应不间断地进行,并应在150s内完成。
(4)提起坍落度筒后,测量筒高与坍落后混凝土试体最高点之间的高度差,即为该混凝土拌和物的坍落度值;坍落度筒提离后,如混凝土发生崩坍或一边剪坏现象,则应重新取样另行测定;如第二次试验仍出现上述现象,则表示该混凝土和易性不好,应予记录备查。
(5)测定坍落度的同时,可用目测方法评定混凝土拌和物的下列性质,见表5-2,并记录备查。
表5-2混凝土拌和物目测性质评定标准表
目测性质
评定标准
分级
棍度
按插捣混凝土拌和物时难易程度评定
上
中
下
表示插捣容易
表示插捣时稍有石子阻滞的感觉
表示很难插捣
含砂情况
按拌和物外观含砂多少而评定
多
中
少
表示用馒刀抹拌和物表面时,一两次即可使拌和物表面平整无蜂窝。
表示抹五、六次才可使表面平整无蜂窝。
表示抹面困难,不易抹平,有空隙及石子外露等现象。
保水性
指水分从拌和物中析出程度。
评定方法:
坍落度筒提起后如有较多的稀浆从底部析出,锥体部分的混凝土也因失浆而骨料外露,则表明此混凝土拌和物的保水性能不好;如坍落度筒提起后无稀浆或仅有少量稀浆自底部析出,则表示此混凝土拌和物的保水性良好。
粘聚性
观测拌和物各组成分相互粘聚情况。
评定方法:
用捣棒在已坍落的混凝土锥体侧面轻轻敲打,此时如果锥体逐渐下沉,则表示粘聚性良好;如锥体倒塌、部分崩裂或出现离析现象,则表示粘聚性不好。
(6)当混凝土拌和物的坍落度大于220mm时,用钢尺测量混凝土扩展后最终的最大直径和最小直径,在这两个直径之差小于50mm的条件下,用其算术平均值作为坍落扩展度值;否则,此次试验无效。
如发现粗骨料在中央集堆或边缘有水泥浆析出,表示此混凝土拌和物抗离析性不好,应予记录。
4.试验结果
混凝土拌和物坍落度和坍落扩展度值以mm为单位,测量精确至1mm,结果表达修约至5mm。
试验三建筑用砂的筛分
1、试验目的:
对建筑砂、石进行试验,判定其质量,为普通混凝土配合比设计提供原材料参数。
2、试验仪器:
鼓风烘箱,天平,方孔筛一组,搪瓷盘,毛刷等。
3、试验原理:
评定砂的粗细程度和颗粒级配情况。
评定砂的粗细,通常用筛分析法。
该法是用一套孔径为4.75、2.36、1.18、0.60、0.30、0.15㎜的标准筛,将预先通过孔径为9.5㎜筛的干砂试样500克由粗到细依次过筛,然后称量各筛上余留砂样的质量,计算出各筛上的“分计筛余百分率”和“累计筛余百分率”,计算如下:
筛孔尺寸(㎜)
分计筛余(克)
分计筛余百分率(%)
累计筛余百分率(%)
4.75
m1
a1=m1/m
A1=a1
2.36
m2
a2=m2/m
A2=a1+a2
1.18
m3
a3=m3/m
A3=a1+a3+a3
0.60
m4
a4=m4/m
A4=a1+a2+a3+a4
0.30
m5
a5=m5/m
A5=a1+a2+a3+a4+a5
0.15
m6
a6=m6/m
A6=a1+a2+a3+a4+a5+a6
砂的粗细程度,工程上常用细度模数Mc表示,其定义为:
Mx=(A2+A3+A4+A5+A6)-5A1/100-A1
4、结果评定
累计筛余百分率取两次筛余结果的算数平均值,精确到1%。
细度模数取两次试验结果的算数平均值,精确到0.1;如果两次试验的细度模数之差大于0.2时,须重新试验。
根据累计筛余百分率对第四章表4-1,确定该砂所属的级配区。
实验四、混凝土强度试验
根据调整好的混凝土配合比,制作混凝土试件,每组3块,并放入标准养护箱,养护28天。
28天后进行立方体抗压强度试验。
(一)水泥混凝土试件成型与养护方法
1.试验目的
为测定混凝土的力学性质,必须将混凝土拌和物制备成各种不同尺寸的混凝土试件,以供检验其力学性质。
2.试验仪具
(1)振动台(图5-6):
标准振动台,频率每分钟3000次±200次,负荷下的振幅为0.35mm,空载时的振幅应为0.5mm。
图5-6
(2)试模(图5-8、图5-9):
为铸铁或钢制成,内表面刨光磨光、平整。
3.混凝土试件制作方法
(1)混凝土试件制作规定
①试验前,试模内表面应涂一薄层矿物油或其他不与混凝土发生反应的脱模剂。
②在实验室拌制混凝土时,材料用量应以质量计,称量精度:
水泥、掺合料、水和外加剂为±0.5%;骨料为±1%。
③取样或实验室拌制的混凝土应在板滞后尽短的时间内成型,一般不宜超过15min。
④根据混凝土拌和物的稠度确定混凝土成型方法,坍落度不大于70mm的混凝土宜用振动
振实;大于70mm的宜用捣棒人工捣实;检验现浇混凝土或预制构件的混凝土,试件成型方法宜与实际采用的方法相同。
(2)混凝土试件制作方法
振动台振实法:
①取样或拌制好的混凝土拌和物应至少用铁锨再来回拌合三次。
②将混凝土拌和物一次装入试模,装料时应用抹刀沿各试模壁插捣,并使混凝土拌和物高
出试模口。
③试模应附着或固定在振动台上,振动时试模不得有任何跳动,振动应持续到表面出浆为止;不得过振。
人工插捣法:
①混凝土拌合物应分两层装入模内,每层的装料厚度大致相等。
②插捣应按螺旋方向从边缘向中心均匀进行。
在插捣底层混凝土时,捣棒应达到试模底部;插捣上层时,捣棒应贯穿上层后插入下层20~30mm;插捣时捣棒应保持垂直,不得倾斜。
然后应用抹刀沿试模内壁插拔数次。
③每层插捣次数按在10000mm2截面积内不得少于12次。
④插捣后应用橡皮锤轻轻敲击试模四周,直至插捣棒留下的空洞消失为止。
插入式振捣棒振实:
①将混凝土拌合物一次装入试模,装料时应用抹刀沿各试模壁插捣,使混凝土拌合物高出试模口。
②宜用直径为Ф25mm的插入式振捣棒,插入试模振捣时,振捣棒距试模底板10~20mm且不得触及试模底板,振动应持续到表面出浆为止,且应避免过振,以防止混凝土离析;一般振捣时间为20s。
振捣棒拔出时要缓慢,拔出后不得留有孔洞。
(3)刮除试模上口多余的混凝土,待混凝土临近初凝时,用抹刀抹平。
4.混凝土试件的养护方法
(1)试件成型后应立即用不透水的薄膜覆盖表面。
(2)采用标准养护的试件,应在温度为20±5℃的环境中静置一昼夜至二昼夜,然后编号、拆模。
拆模后应立即放入温度为20±2℃,相对湿度为95%以上的标准养护室中养护,或在温度为20±2℃的不流动的Ca(OH)2饱和溶液中养护。
标准养护室内的试件应放在支架上,彼此间隔10~20mm,试件表面应保持潮湿,并不得被水直接冲淋。
(3)同条件养护试件的拆模时间可与实际构件的拆模时间相同,拆模后,试件仍需保持同条件养护。
(4)标准养护龄期为28d(从搅拌加水开始计时)。
图5-11
当混凝土强度等级≥C60时,试件周围应设防崩裂网罩。
3.试验方法
图5-12水泥混凝土抗压强度试验
(1)试件从养护地点取出后应及时进行试验,将试件表面与上下承压板面擦干净。
(2)将试件安放在试验机的下压板或垫板上,试件的承压面应与成型时的顶面垂直。
试件的中心应与试验机下压板中心对准,开动试验机,当上压板与试件或钢垫板接近时,调整球座,使接触均衡。
(3)在试验过程中应连续均匀地加荷。
(4)当试件接近破坏开始急剧变形时,应停止调整试验机油门,直至破坏。
然后记录破坏荷载。
4.结果计算
5.强度值的确定要求
(1)三个试件测值的算术平均值作为该组试件的强度值(精确至0.lMPa);
(2)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,则把最大及最小值一并舍除,取中间值作为该组试件的抗压强度值;
(3)如最大值和最小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。
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