《土木工程材料》

土木工程材料实验指导书长江大学城市建设学院二八年三月目录综合设计试验一：普通混凝土配合比设计试验2综合设计试验二：泵送混凝土配合比设计试验3综合设计试验三：热拌沥青混合料目标配合比设计试验5试验 2 建筑钢材试验8试验 3 水泥技术性能试验11试验 4 建筑用砂石试验17试验 5 普通混凝土试验23试验 6砂浆试验27试验 7 加气混凝土力学性能试验30试验 8 石油沥青试验31试验 9公路工程集料筛分试验35试验 10沥青混合料试验38土木工程材料试验学习指导本部分的教学目标是：(1) 熟悉土木工程材料性能试验基本方法，加深学生对土木工程材料性能的理解，培养学生试验技能； (2) 培养综合设计试验的能力和创新能力，为从事科技工作打好基础。本部分列出了 3个综合设计试验和 10个单项试验。学生可在教师指导下根据所学内容和专业方向作选择，也可以自已根据所学内容设计相关的综合设计试验。建议学生在了解所给出的工程和原材料条件要求后，认真思考相关的问题，自行设计相关的试验方法步骤。综合设计试验提示仅供参考。1综合设计试验一：普通混凝土配合比设计试验(1) 试验目的与要求本综合设计试验目的： 了解普通混凝土配合比设计的全过程， 培养综合设计试验能力 , 熟悉混凝土拌合物的和易性和混凝土强度试验方法。根据提供的工程条件和材料，依据 JGJ 55 2000 普通混凝土配合比设计规程设计出符合工程要求的普通混凝土配合比。(2) 工程和原材料条件某工程的预制钢筋混凝土梁( 不受风雪影响 ) 。混凝土设计强度等级为C25，要求强度保证率为95。施工要求坍落度为30 50mm(施工现场混凝土由机械搅拌，机械振捣。)该施工单位无历史统计资料。原材料：普通水泥：强度等级32.5 ；表观密度 C=3.1g/m 3；中砂；碎石；自来水。问题与讨论【问题 1-1 】如何根据已知的工程和原材料条件设计符合要求的普通混凝土配合比？提示： (1)原材材料性能试验，包括水泥性能试验、砂性能试验、石性能试验；(2) 计算配合比； (3)配合比的试配；(4)配合比的调整和确定；(5)确定施工配合比。【问题 1-2 】配合比计算有哪些步骤？提示：配合比计算按本书第4.4 进行。【问题 1-3 】为什么要进行配合比的试配？配合比试配时应测定哪些指标，如何测定？当各指标达不到要求时，如何调整？提示：参阅本书4.4 。【问题 1-4 】为何配合比试配时要检验混凝土的强度？为什么检验强度时至少采用三个不同的配合比？制作混凝土强度试件时，还应测定哪些指标？为什么？提示：参阅本书4.4 。普通混凝土配合比设计试验步骤提示(1) 原材料性能试验水泥性能试验：包括安定性试验；胶砂强度试验等。试验方法参照试验3进行。砂性能试验：砂的表观密度测定、堆积密度测定以及筛分析试验参照试验4。石性能试验：石的表观密度测定、堆积密度测定以及筛分析试验参照试验4。(2) 计算配合比根据给定的工程条件、原材料和试验测得的原材料性能进行配合比计算，计算依据 JGJ 55-2000 普通混凝土配合比设计规程规定进行。将每立方混凝土中水、水泥、砂和石子的用量全部求出，供试配用。(3) 配合比的试配配合比试配参照试验 5进行。(4) 配合比的调整和确定配合比试配参照试验 5进行。2综合设计试验二：泵送混凝土配合比设计试验(1) 试验目的与要求本综合设计试验目的：了解泵送混凝土配合比设计的过程，培养综合设计试验能力；研究粉煤灰在混凝土中作用；熟悉其和易性和强度的试验方法。试验时根据提供的工程和材料条件，依据 JGJ 55 2000普通混凝土配合比设计规程中泵送混凝土的规定，设计出符合要求的泵送混凝土配合比。本试验难度较大，故讨论的问题作较详细的解答。(2) 工程和原材料条件某商住楼的大型基础，属于大体积混凝土。混凝土设计强度等级为C30，要求强度保证率为95，工期紧。施工要求坍落度为110 130 mm的泵送混凝土，泵送高度为60 m。该施工单位无历史统计资料。原材料：普通水泥，强度等级 32.5, 表观密度 C=3.1g/m 3；中砂；碎石（碎石最大粒径与输送管径比小于 1： 4.0 ）；粉煤灰， I 级灰，质量符合 GB1596用于水泥和混凝土中的粉煤灰的规定；自来水；泵送剂或减水剂。问题与讨论【问题 2-1 】如何根据已知的工程和材料条件，设计出符合要求的泵送混凝土配合比？解答： (1)原材料性能试验，包括水泥性能试验、砂性能试验、石性能试验；(2) 基准配合比的确定； (3) 选用合适的粉煤灰掺入方式； (4) 配合比的调整和确定。【问题 2-2 】粉煤灰的掺入方法有哪些？各有何特点？常用哪种方法？解答：粉煤灰的掺入方法有：超量取代法、等量取代法和外加法。超量取代法是在粉煤灰总掺量中，一部分取代等质量的水泥，超量部分取代等体积的砂。大量粉煤灰的增强效应补偿了取代水泥后所降低的早期强度，使掺入前后的混凝土强度等效。粉煤灰可改善拌合物的流动性，可抵消由于水泥减少而对拌合物流动性的影响，使掺入前后的拌合物流动性等效。超量取代法是最常用的一种方法。等量取代法是用粉煤灰取代部分水泥并相应调整其他材料的用量。当混凝土强度偏高或配制大体积混凝土时采用此方法。外加法是在不改变水泥用量的情况下加入适量粉煤灰，并相应调整砂的用量。当混凝土和易性不佳时可采用此法。【问题 2-3 】试分析泵送混凝土与普通混凝土相比，在材料要求上有何不同？解答： JGJ 55 2000普通混凝土配合比设计规程对此作出四点规定。泵送混凝土应选用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥，不宜采用火山灰质硅酸盐水泥。粗骨料宜采用连续级配，其针片状颗粒含量不宜大于10；粗骨料最大粒径与输送管径之比应符合规定。 如泵送高度为50100 m时 ,碎石最大粒径与输送管径比宜小于或等于1：4.0 。泵送混凝土宜采用中砂，其通过0.315mm筛孔的颗粒含量不应少于15。泵送混凝土应掺用泵送剂或减水剂，并宜掺用粉煤灰或其他活性矿物掺合料，其质量应符合国家现行有关标准的规定。【问题 2-4 】泵送混凝土试配时要求的坍落度值应如何确定？解答：根据 JGJ 55 2000普通混凝土配合比设计规程，其坍落度值可按下式计算。Tt Tp T式中Tt 试配时要求的坍落度值；T 入泵时要求的坍落度值； T试验测得在预计时间内的坍落度经时损失值。3泵送混凝土配合比设计试验步骤提示(1) 原材料性能试验水泥性能试验：包括安定性试验；胶砂强度试验等。试验方法参照试验3进行。砂性能试验：砂的表观密度测定、堆积密度测定以及筛分析试验参照试验4。石性能试验：石的表观密度测定、堆积密度测定以及筛分析试验参照试验4。(2) 基准配合比的确定建议按照 JGJ 55 2000普通混凝土配合比设计规程计算出供试配的配合比，视情况进行计算配合比的试配，作为泵送混凝土配合比设计的基准配合比。可由指导教师提供基准配合比。(3) 根据工程特点，选择合适的粉煤灰掺入方法粉煤灰的掺入方法有：超量取代法、等量取代法和外加法。因工期紧，要求混凝土的早期强度较高，且为泵送混凝土，流动性好，故采用超量取代法更为有利。(4) 进行泵送混凝土配合比的试配和调整，并确定最终配合比。配合比试配中涉及的试验方法参照试验5进行。4综合设计试验三：热拌沥青混合料目标配合比设计试验(1) 试验目的与要求本综合设计试验目的：了解热拌沥青混合料的配合比设计的过程，培养综合设计试验能力；熟悉沥青与沥青混合料的基本性能试验方法。设计沥青路面面层用细粒式沥青混凝土混合料配合组成。热拌沥青混合料配合比的设计方法依据 GB 50092 96沥青路面施工及验收规范的附录B进行。(2) 工程和原材料条件道路等级：一级公路；路面类型：两层沥青混凝土路面上面层；气候条件：最低月平均气温为 -10 。原材料：石油沥青， AH-90；粗集料：碎石粘附性 4级，表观密度 2 720 kg/m 3，符合 GB 50092 96沥青路面施工及验收规范的沥青面层用粗集料质量要求；河砂，中砂，表观密度为 2 660 kg/m3，符合规范对沥青面层用细集料的质量要求；矿粉：石灰石粉， 表观密度 2 590kg/m3，符合规范对沥青面层用矿粉的质量要求。问题与讨论【问题 3-1 】热拌沥青混合料配合比设计的目的是什么？分哪几个阶段？热拌沥青混合料广泛应用于各种等级道路的沥青面层。其配合比设计的任务就是通过确定粗集料、细集料、矿粉和沥青之间的比例关系，使沥青混合料的强度、稳定性、耐久性、平整度等各项指标均达到工程要求，并考虑合理的性价比，在实际工程设计中还需考虑原路面基层的实际情况。热拌沥青混合料配合比设计应包括三个阶段：目标配合比设计阶段、生产配合比设计阶段、生产配合比验证阶段。本试验只要求完成目标配合比设计。【问题 3-2】简述目标配合比设计的步骤。提示：参阅本书 6.2.4。【问题 3-3】沥青最佳用量是如何确定的？提示：参阅本书 6.2.4。【问题 3-4】如何检验最佳沥青用量 (OAC)？提示：参阅本书 6.2.4，经过计算得出的最佳用量应进行水稳定性检验和高温稳定性检验。热拌沥青混合料目标配合比设计试验步骤提示 沥青基本性能试验沥青基本性能试验包括针入度试验、延度试验、软化点试验。试验方法参照试验8进行。 集料筛分试验及矿质混合料配合组成设计集料筛分试验参照试验9进行。 沥青混合料组成设计根据规范推荐的相应沥青混凝土类型的沥青用量范围，通过马歇尔试验的物理力学指标，确定沥青最佳用量。马歇尔试验参照试验10进行。试验 1 土木工程材料基本物理性质试验 密度试验试验依据和适用范围本试验依据 GB/T 208-94 水泥密度测定方法进行。5此方法适用于测定水泥的密度，也适用于测定采用本方法的其他粉状物料的密度。试图 1 1 李氏瓶主要仪器李氏瓶 ( 试图 1 1) ；恒温水槽；烘箱；天平( 称量 500g，精度 0.01g) ；温度计；干燥器等。试样制备将试样研磨，用0.90 mm方孔筛筛除筛余物，并放到110 5的烘箱中，烘至恒重。将烘干的粉料放入干燥器中冷却至室温待用。试验步骤A将与试样不起反应的液体（若测定水泥密度，则用无水煤油）注入李氏瓶中至0到 1 mL刻度线后 （以弯月面下部为准） ，盖上瓶塞放入恒温水槽内， 使刻度部分浸入水中， 恒温 30 min ，记下刻度数。B从恒温水槽中取出李氏瓶，用滤纸将李氏瓶细长颈内没有煤油的部分仔细擦干净。C. 用天平称取试样 60 g ，称准至 0.01 g 。D用小匙将水泥试样一点点装入李氏瓶中，反复摇动（亦可用超声波震动），至没有气泡排出，再次将李氏瓶静置于恒温水槽中，恒温30 min ，记下第二次读数。E第一次读数和第二次读数时，恒温水槽的温度差不大于0.2 。试验结果计算水泥体积应为第二次读数减去初始读数，即水泥所排开的无水煤油的体积。按下式计算出试样密度 ( 精确至 0.01 g/cm 3 ) ：mV密度试验用两个试样平行进行，以其结果的算术平均值作为最后结果。两个结果之差不得超过 0.02 g/cm 3。 干体积密度、含水率和吸水率试验依据和适用范围本试验依据为GB/T 11970-1997 加气混凝土体积密度、含水率和吸水率试验方法，适用于加气混凝土及类同材料的检验。仪器设备电热鼓风干燥箱：最高温度200 ；托盘天平或磅秤：称量2 000 g ，感量 1 g ；钢板直尺：规格为300 mm，分度值为 0.5 mm；恒温水槽：水温15 25 。试样制备A. 试样的制备采用机锯或刀锯，沿制品膨胀方向中心部分上、中、下顺序锯取一组， “上”块上表面距离制品顶面30 mm，“中”块在制品正中处，“下”块下表面离制品底面30 mm。锯6时不得将试件弄湿。B. 制取 100 mm3 100 mm3 100 mm立方体试件二组6块。试验步骤A. 干体积密度和含水率试验步骤a.取试件一组 3块，逐块量取长、宽、高三个方向的轴线尺寸，精确至1 mm，计算试件的体积；并称取试件质量M，精确至 1 g 。b. 将试件放入电热鼓风干燥箱内，在(60 5) 下保温 24 h，然后在（ 80 5）下保温 24h，再在 (105 5) 下烘至恒质（M0）。B. 吸水率试验步骤a. 取另一组 3块试件放入电热鼓风干燥箱内， 在(60 5) 下保温 24 h，然后在（ 80 5）下保温 24 h ，再在 (105 5) 下烘至恒质（ M0）。b.试件冷却至室温后，放入水温为(20 5) 的恒温水槽内，然后加水至试件高度的1/3 ，保持 24 h ，再加水至试件高度的2/3 ，经 24 h 后，加水高出试件30 mm以上，保持 24 h 。c.将试件从水中取出，用湿布抹去表面水分，立即称取每块质量（Mg），精确至 1 g 。结果计算与评定A. 干体积按下式计算：r 0M 010 6V3式中r 0 干体积密度， kg/m ；3V 试件体积， mm。B. 含水率按下式计算：WSMM 0100M 0式中WS 含水率，；M0 试件烘干后质量，g；M 试件烘干前的质量，g。C. 吸水率按下式计算（以质量百分率表示）：M gM 0WR100M 0式中WR 吸水率，；M0 试件烘干后质量，g；Mg 试件吸水后质量，g。D. 体积密度的计算精确至1 kg/m 3；含水率和吸水率的计算精确至0.1 。问题与讨论在进行密度试验时，试样的研碎程度对试验结果有何影响，为什么？提示：试件研磨得越细，结果越准确。在进行吸水率试验时，为什么要将逐步浸入水中？如果将试样一次性放入水下，对试验结果有何影响，为什么？提示：为了排除空气；结果会偏低。为何进行吸水率试验时，要“取出试件，用拧干的湿毛巾抹去试件表面的水分”后才进行称量？如果直接称量，结果会如何？提示：是测饱和面干吸水率；结果会偏高。7试验 2 建筑钢材试验(1) 试验目的及依据测定钢材的屈服强度、抗拉强度与伸长率，注意观察拉力与变形之间的关系，检验钢材的力学及工艺性能。检验钢筋承受规定弯曲程度的变形性能，确定其可加工性能，并显示其缺陷。本试验依据 GB 232-1999 金属材料弯曲试验方法 、 GB 228 2002金属材料 室温拉伸试验方法进行。(2) 取样方法自每批钢筋中任意抽取两根，于每根距端部50mm处各取一套试样( 两根试件 ) 。在每套试样中取一根作拉力试验，另一根作冷弯试验。试验应在 20 10的温度下进行，如试验温度超出这一范围，应在试验记录和报告中注明。(3) 拉伸试验原理试验是用拉力拉伸试样，一般拉至断裂，测定第2章定义的一项或几项力学性能。除非另有规定，试验一般在室温 10 35范围内进行。对温度要求严格的试验，试验温度应为 23 5。主要仪器设备试验机：应为 1级或优于 1级准确度；钢筋切割机；游标卡尺；钢筋打印机或划线笔。试样A形状与尺寸： 试样的形状与尺寸取决于要被试验的金属产品的形状与尺寸。通常从产品、压制坯或铸锭切取样坯经机加工制成试样。但具有恒定横截面的产品( 型材、棒材、线材等) 和铸造非铁合金可以不经机加工而进行试验。试样横截面可以为圆形、矩形、多边形、环形，特殊情况下可以为其他形状。试样的尺寸公差应符合GB/T 228-2002 金属材料室温拉伸试验方法的附录 A D的规定。B试件制作和准备：拉伸试验用钢筋试件不进行车削加工，根据钢筋直径a确定试件的标距长度。原始标距l 0 5a，如钢筋长度比原始标距长许多，可以标出相互重叠的几组原始标距（试图 2 1）。如受试验机量程限制， 直径为 2240mm的钢筋可制成车削加工试件。 应用小标记，细划线或细墨线标记原始标距，但不得用引起过早断裂的缺口作标记。试图 21C夹持方法：应使用例如楔形夹头、螺纹夹头等合适的夹具夹持试样。确保夹持的试样受轴向拉力的作用。上屈服强度 ( ReH) 和下屈服强度( ReL) 的测定呈现明显屈服 ( 不连续屈服 ) 现象的金属材料，相关产品标准应规定测定上屈服强度或下屈服强度或两者。如未具体规定，应测定上屈服强度和下屈服强度。可采用指针方法测上屈服强度和下屈服强度。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始瞬时效应时屈服阶段中指示的最小力或首次停止转动指示的恒定力。将其分别除以试样原始横截面积(S0)得8到上屈服强度和下屈服强度。上屈服强度 ( R ) 和下屈服强度( R ) 分别按下式计算：eHeLReHFeHS0ReLFeLS0kN；式中 F 试样发生屈服而力首次下降前的最大力，eHFeL 在屈服期间，不计初始瞬时效应的最小力，kN；0原始横截面积，2mm。S抗拉强度 ( Rm) 的测定对于呈现明显屈服 ( 不连续屈服 ) 现象的金属材料，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，从测力度盘，读取试验过程中的最大力。抗拉强度 ( Rm) 按下式计算：FmRm式中F 最大力， kN；mS0原始横截面积，2mm。断后伸长率 ( ) 的测定AS0为了测定断后伸长度，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。这对小横截面试样和低伸长度试样尤为重要。应使用分辨力优于0.1mm的量具或测量装置测定断后标距( L0) ，准确到 0.25mm。断裂处与最接近的标距标记的距离大于原始标距的三分之一时，可用卡尺直接量出已被拉长的标距长度 L1（精确至 0.1mm）。如拉断处到邻近的标距端点的距离不大于原始标距长度的三分之一时，可按下述位移法确定L：在长段上，从拉断处点取基本等于短段格数，得点；接着取长段所余格数（偶数，试OB1图2 2a）之半，得 C点；或者取所余格数（奇数，试图2.2b ）减 1与加 1之半，得 C与 C1点。位移后的 L 分别为 AO OB2BC或者 AO OB BC BC。11试图 22断后伸长率可按下式计算：LuL0100%AL0式中Lu断后标距，mm；L0原始标距，mm；(4) 冷弯试验原理弯曲试验是以圆形、方形、矩形或多边形横截面试样在弯曲装置上经受弯曲塑性变形，不改变加力方向，直至达到规定的弯曲角度。9弯曲试验时，试样两臂的轴线保持在垂直于弯曲轴的平面内。如弯曲180o的弯曲试验，按照相关产品标准的要求，将试样弯曲至两臂相距规定距离且相互平行或两臂直接接触。主要仪器设备试验机或压力机；弯曲装置；游标卡尺等。试验程序A钢筋冷弯试件不得进行车削加工，试件长度通常按下式确定：L 5 150(mm)（ 为试件原始直径）B半导向弯曲试样一端固定，绕弯心直径进行弯曲，如试图2 3（ ）所示，试样弯曲到规定的角度或出现裂纹、裂缝或断裂为止。试图 23C导向弯曲a.试样放置于两个支点上，将一定直径的弯心在试样的两个支点中间施加压力，使试样弯曲到规定的角度，如试图23（ b）或出现裂纹、裂缝或断裂为止。b.试样在两个支点上按一定弯心直径弯曲至两臂平行时，可一次完成试验，亦可先弯曲到试图 2.3 （ b）所示的状态，然后放置在试验机平板之间继续施加压力，压至试样两臂平行。此时可以加与弯心直径相同尺寸的衬垫进行试验，如试图2 3（ c）。当试样需要弯曲至两臂接触时，首先将试样弯曲到试图2.3 （ b）所示状态，然后放置在试验机两平板间继续施加压力，直至两臂接触，如试图2 3（d）c.试验应在平稳压力作用下，缓慢施加压力。两支辊间距离为（d2.5 ） 0.5 ，并且在试验过程中不允许有变化。d. 试验应在 10 35或控制条件（ 23 5）下进行。D试验结果弯曲后，按有关标准规定检查试样弯曲外表面，进行结果评定。若无裂纹、裂缝或断裂，则评定试样合格。问题与讨论在进行钢材拉伸试验时，加荷速度对试验结果有何影响？提示：加荷速度越快，所测的抗拉强度越高。在测定伸长率时，如断裂点非常靠近夹持点( 即不在中间部位断裂) ，对试验结果有何影响？提示：试验结果偏低。进行弯曲试验时，“横向毛刺、伤痕或刻痕”对试验结果有何影响，为什么？提示：这些缺陷易导致应力集中。钢材试验中，对温度有严格要求，如果试验温度偏高对屈服点，抗拉强度，伸长率和冷弯结果各有何影响？提示：在正温以上，温度越高，钢材强度越低，塑性越好。10试验 3 水泥技术性能试验(1) 试验目的及依据测定水泥的细度、标准稠度用水量、凝结时间、安定性及胶砂强度等主要技术性质，作为评定水泥强度等级的主要依据。本试验根据 GB 1345 91水泥细度检验方法（80 m筛筛析法）、 GB/T 1346 2001 水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法和GB/T 176711999 水泥胶砂强度检验方法（ ISO法）进行。(2) 水泥试验的一般规定同一试验用的水泥应在同一水泥厂出产的同品种、同强度等级、同编号的水泥中取样。当试验水泥从取样至试验要保持24h以上时， 应把它贮存在基本装满和气密的容器里。容器应不与水泥发生反应。水泥试样应充分拌匀，且用0.9mm方孔筛过筛。试验时温度应保持在 202，相对湿度应不低于 50。养护箱温度为 20 1，相对湿度不低于 90。试体养护池水温度应在 20 1范围内。试验用水必须是洁净的淡水。水泥试样、标准砂、拌合用水及试模等的温度应与试验室温度相同。(3) 水泥细度检验细度检验有负压筛法、水筛法和干筛法三种，在检验中，如负压筛法与其它方法的测定结果有争议时，以负压筛法为准。本处介绍负压筛法。用筛网上所得筛余物的质量占试样原始质量的百分数来表示水泥样品的细度。主要仪器设备A. 负压筛 :负压筛由圆型筛框和筛网组成，筛框有效直径为142mm，高度为 25mm，方孔边长为0.080mm。B. 负压筛析仪：负压筛析仪由筛座、负压筛、负压源及收尘器组成，其中筛座由转速为 30r/min 2r/min 的喷气嘴、负压表、控制板、微电机及壳体构成。筛析仪负压可调范围为4000Pa-6000Pa 。C. 天平：最大称量为100g，最小分度值不大于0.05g 。试验步骤试验前所用试验筛应保持清洁， 负压筛应保持干燥。 试验时， 0.08mm筛析试验称取试样 25g，0.045mm筛析试验称取试样 10g。负压筛析法如下：A. 筛析试验前应把负压筛放在筛座上，盖上筛盖，接通电源，检查控制系统，调节负压至4000Pa-600Pa范围内。B. 称取试样精确至0.0 g, 置于洁净的负压筛中，放在筛座上，盖上筛盖，接通电源，开动筛析仪连续筛析2min ，在此间如有试样附着在筛盖上，可轻轻地敲击筛盖使试样落下。筛毕，用天平称量全部筛余物，精确至0.0 g。 . 当工作负压小于 4000Pa时，应清理吸尘器内水泥，使负压恢复正常。试验结果计算水泥试样筛余百分数按下式计算( 结果精确至 0.1 ) ：RSF100%W式中F水泥试样的筛余百分数，；RS水泥筛余物的质量，g；W水泥试样的质量，g；11(4) 水泥标准稠度用水量测定 ( 标准法 )主要仪器设备水泥净浆搅拌机；维卡仪（见试图3 1）；量水器和天平等。试验步骤A. 试验前必须做到：维卡仪的金属棒能自由滑动；调整维卡仪的金属棒至试杆接触玻璃板时指针对准零点；搅拌机运转正常等。B. 水泥浆的拌制用水泥净浆搅拌机搅拌，搅拌锅和搅拌叶片先用湿布擦过。将拌和水倒入搅拌锅内，然后在5 10s 内小心将称好的 500g水泥加入水中，防止水和水泥溅出。拌和时，先将锅放到搅拌机锅座上，升至搅拌位置，启动搅拌机，低速搅拌120s，停拌 15s，同时将叶片和锅壁上的水泥浆刮入锅中间，接着高速搅拌120s，停机。C. 标准稠度用水量的测定拌和结束后，立即将拌好的净浆装入锥模内，用小刀插捣、轻轻振动数次，刮去多余的净浆。抹平后迅速将试模和底板移到维卡仪上，并将其中心定在试杆下，降低试杆直至与水泥净浆表面接触。拧紧螺丝12s 后，突然放松，使试杆垂直自由地沉入净浆中。在试杆停止沉入或释放试杆 30s时记录试杆距底板之间的距离。 升起试杆后， 立即擦净；整个操作应在搅拌后 1.5min 内完成。D. 试验结果判定以试杆沉入净浆并距底板 6mm 1mm的水泥净浆为标准稠度净浆。其拌和水量为该水泥的标准稠度用水量 (P) ，按水泥质量的百分比计。(5) 水泥凝结时间测定主要仪器设备水泥净浆搅拌机；标准法维卡仪；试针和圆模( 试图 3 ) ；量水器；天平。12试图 3 1测定水泥标准稠度和凝结时间用的维卡仪试验步骤A. 测定前准备工作：调整凝结时间测定仪的试针接触玻璃板时，刻度指针对准零点。B. 试件的制备：以标准稠度用水量按标准稠度用水量试验相同的方法制成标准稠度净浆，并立即一次装满试模，振动数次后刮平，立即放入湿气养护箱内，记录水泥全部加入水中的时间为凝结时间的起始时间。C. 初凝时间的测定试件在湿气养护箱中养护至加水后30min时进行第一次测定。测定时， 从湿气养护箱中取出试模放到试针下，降低试针与水泥净浆面接触。拧紧螺丝1 2s后，突然放松，试针垂直自由沉入净浆， 观察试针停止下沉或释放试杆30s时指针的读数。当试针沉至距底板4mm 1mm时，为水泥达到初凝状态。由水泥全部加入水中至初凝状态的时间为水泥的初凝时间，用“min”表示。D终凝时间的测定为了准确观测试针沉入的状况，在终凝针上安装了一个环形附件( 见试图 3 ) 。在完成初凝时间测定后，立即将试模连同浆体以平移的方式从玻璃板取下，翻转180，直径大端向上，小端向下放在玻璃板上，再放入湿气养护箱中继续养护。临近终凝时间时每隔15min测定一次，13( a) ，精确到 0.5mm(试图 3 2a) 。接 30 5min内加热至沸，并恒温 180当试针沉入试体 0.5mm时，即环形附件开始不能在试件上留下痕迹时， 为水泥达到终凝状态。由水泥全部加入水中至终凝状态的时间为水泥的终凝时间，用“ min”表示。E测定时应注意：a.在最初测定操作时应轻轻扶持金属棒, 使其徐徐下降, 以防试针撞弯， 但测定结果以自由下落为准。b.在整个测试过程中试针沉入的位置至少要距试模内壁10mm。c. 临近初凝时，每隔 5min测定一次，到达初凝或终凝状态时应立即重复一次，当两次结论相同时 , 才能定为到达初凝或终凝状态。d.每次测定不得让试针落入原针孔，每次测试完毕须将试针擦净, 并将试模放回湿气养护箱内，整个测定过程中要防止圆模受振。(6) 安定性试验安定性试验可以用标准法 ( 雷氏法 ) 和代用法 ( 饼法 ) ，有争议时以标准法为准。雷氏法是测定水泥净浆在雷氏夹中沸煮后的膨胀值。试饼法是观察水泥净浆试饼沸煮后的外形变化来检验水泥的体积安定性。主要仪器设备水泥净浆搅拌机； 沸煮箱； 雷氏夹 ( 试图 32a) ；雷氏夹膨胀值测定仪 ( 标尺最小刻度为 1mm，试图 3 2b) ；量水器；天平。试图 32 雷氏夹膨胀值测定(a) 雷氏夹 (b) 雷氏夹膨胀测定仪 (c) 膨胀值测定 (d) 雷氏夹校准标准法 ( 雷氏法 ) 试验步骤A测定前的准备工作试验前按试图 3 2d方法检查雷氏夹的质量是否符合要求。每个试样需成型两个试件， 每个雷氏夹需配备质量约 75 85g的玻璃板两块， 凡与水泥净浆接触的玻璃板和雷氏夹内表面都要稍稍涂上一层油。B水泥标准稠度净浆的制备与凝结时间试验相同。C雷氏夹试件的成型将预先准备好的雷氏夹放在已稍擦油的玻璃板上，并立刻将已制好的标准稠度净浆装满雷氏夹；装浆时一只手轻轻扶持雷氏夹，另一只手用宽约10mm的小刀插捣数次，然后抹平，盖上稍涂油的玻璃板，立即将试模移至养护箱内养护24h 2h。D沸煮调整好沸煮箱内的水位，使能保证在整个沸煮过程中都超过试件，不需中途添补试验用水，同时能保证在 30 5min内加热至恒沸。脱去玻璃板取下试件，先测量雷氏夹指针尖端间的距离着将试件放入沸煮箱水中的试件架上，指针朝上，然后在5min。E结果判别沸煮结束后，放掉沸煮箱中热水，打开箱盖，待箱体冷却至室温，取出试件进行判别( 试图143-2c) 。测量雷氏夹指针尖端距离( c) ，准确至 0.5mm(试图 3-2c) ，当两个试件沸煮后增加距离( c- a)的平均值不大于5.0mm时，即认为该水泥安定性合格，当两个试件的( c- a) 值相差超过 4.0mm时，应用同一水泥立即重做一次试验。再如此，则认为该水泥为安定性不合格。代用法 ( 饼法 ) 试验步骤A测定前的准备工作每个样品需准备两块约 100mm3 100mm的玻璃板，凡与水泥净浆接触的玻璃板都要稍稍涂上一层油。B试饼的成型方法a.将制好的标准稠度净浆取出一部分分成两等份，使之成球形， 放在预先准备好的玻璃板上；b.轻轻振动玻璃板并用湿布擦过的小刀由边缘向中央抹，做成直径70 80mm、中心厚约10mm、边缘渐薄、表面光滑的试饼；c.接着将试饼放入湿气养护箱内养护24h。C. 沸煮a. 调整好沸煮箱内的水位， 使能保证在整个沸煮过程中都超过试件， 不需中途添补试验用水，同时以能保证在 30 5min内加热至恒沸。b. 脱去玻璃板取下试饼，在试饼无缺陷的情况下，将试饼放在沸煮箱内水中的篦板上，然后在 30 5min内加热至沸，并恒沸 180 5min。D. 结果判别沸煮结束后，放掉沸煮箱中热水，打开箱盖，待箱体冷却至室温，取出试件进行判别。目测试饼未发现裂缝， 用直尺检查也没有弯曲 ( 使钢直尺和试饼底部紧靠， 以两者间不透光为不弯曲) 的试饼为安定性合格， 反之为不合格。当两个试饼判别结果有矛盾时， 该水泥的安定性也为不合格。(7) 水泥胶砂强度试验适用范围和主要仪器设备试验标准适用于硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥以及石灰石硅酸盐水泥的抗折与抗压强度的检验。其它水泥采用本标准时必须探讨该标准规定的适用性。试验筛 ( 金属丝网试验筛应符合 GB/T 6003要求 ) ；水泥胶砂搅拌机；水泥胶振实台；抗折强度试验机；抗压试验机；试模等。水泥胶砂的制备A. 配料。水泥胶砂试验用材料的质量配合比应为：水泥 : 标准砂 : 水 =1:3:0.5一锅胶砂成型三条试体，每锅用料量为：水泥450 g 2g，标准砂 1350 g 5g，拌和用水量225 g 1g。按每锅用料量称好各材料。B. 搅拌。使搅拌机处于待工作状态，然后按以下的程序进行操作：a. 将水加入搅拌锅里，再加入水泥，把锅放在固定架上，上升至固定位置。b. 立即开动机器，低速搅拌 30s后，在第二个 30s 开始的同时均匀地将砂子加入。当各级砂是分装时，从最粗粒级开始，依次将所需的每级砂加完。把机器转至高速再拌30s。c.停拌 90s，在停拌的第一个15s内用一胶皮刮具将叶片锅壁上的胶砂刮入锅中间，在高速下继续搅拌 60s 。各个搅拌阶段，时间误差应在1s以内。试件的制备试件尺寸应是 40mm3 40mm3 160mm的棱柱体。试件可用振实台成型或用振动台成型。A. 用振实台成型a. 胶砂制备后立即进行成型。b. 将空试模和模套固定在振实台上， 用一个适当勺子直接从搅拌锅里将胶砂分两层装入试模。15c. 装第一层时， 每个槽里约放 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，接着振实 60次。d. 再装第二层胶砂，用小播料器播平，再振实60次。e. 移走模套， 从振实台上取下试模， 用一金属刮平尺以近有 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。f. 用同一直尺以近乎水平的情况下将试体表面抹平。g. 在试模上做标记或加字条标明试件编号和试件相对于实物的位置。B. 用振动台成型当使用代用振动台成型时，操作如下：a. 在搅拌胶砂的同时将试模和下料漏斗卡紧在振动台的中心。b. 将搅拌好的全部胶砂均匀地装入下料漏斗中，开动振动台，胶砂通过漏斗流入试模。c. 振动 1205s停止。振动完毕，取下试模，以振实台成型同样的方法将试体表面刮平。d. 在试模上作标记或用字条表明试件编号。试件养护A. 脱模前的处理和养护去掉留在模子四周的胶砂。立即将作好标记的试模放入雾室或湿箱的水平架子上养护，湿空气应能与试模各边接触。养护时不应将试模放在其它试模上。一直养护到规定的脱模时间，取出脱模。脱模前用防水墨汁或颜料笔对试体进行编号和做其它标记，两个龄期以上的试体，在编号时应将同一试模中的三条试体分在两个以上龄期内。B. 脱模脱模时可用塑料锤或橡皮榔头或专门的脱模器。对于24h龄期的，应在破型试验前20min 内脱模，对于 24h以上龄期的应在成型后 2024h之间脱模。 如经 24h养护，会因脱模对强度造成损害时，可以延迟至 24h以后脱模， 但需注明。 已确定作为 24h龄期试验 ( 或其它不下水直接做试验 ) 的已脱模试件，应用湿布覆盖至做试验时为止。C. 水中养护将做好标记的试件立即水平或竖上放在 20 1水中养护， 水平放置时刮平面应朝上。 试件放在不易腐烂的篦子上，并彼此间保持一定间距，以让水与试件的六个面接触。养护期间试件之间间隔以及试体上表面的水深不得小于 5mm。除 24h龄期或延迟至 48h脱模的试体外， 任何到龄期的试体应在试验 ( 破型 ) 前 15min从水中取出。 擦去试体表面沉积物， 并用湿布覆盖至试验为止。D. 强度试验试体的龄期试体龄期是从水泥加水搅拌开始时算起。不同龄期强度试验时间应符合试表3.1 的规定。试表 3.1水泥胶砂强度试验时间龄期24h48h3d7d28d试验时间24h 15min48h 30min72h45min7d2h28d8h强度试验A. 一般规定用规定的设备以中心加荷法测定抗折强度。在折断后的棱柱体上进行抗压试验，受压面是试体成型进的两个侧面，面积为 40mm3 40mm。当不需要抗折强度数值时，抗折强度试验可以省去。但抗压强度试验应在不使试件受有害应力情况下折断的两截棱柱体上进行。B. 抗折强度试验将试体一个侧面放在试验机支撑圆柱上，试体长轴垂直于支撑圆柱，通过加荷圆柱以(50 10)N/s 的速率均匀地将荷载垂直地加在棱柱体相对侧面上，直至折断。保持两个半截棱柱体处于潮湿状态直至抗压试验。抗折强度 ( Rf) 以兆帕 (MPa)表示，按下式进行计算 ( 精确至 0.1MPa) ：161.5Ff LRfb3式中Ff 折断时施加于棱柱体中部的荷载，N；L支撑圆柱之间的距离，mm；b棱柱体正方形截面的边长，mm。本试验以一组三个棱柱体抗折结果的平均值作为试验结果。当三个强度值中有超出平均值 10时，应剔除后再取平均值作为抗折强度试验结果。 C. 抗压强度测定抗压强度试验以规定的仪器，在半截棱柱体的侧面进行。半截棱柱体中心与压力机压板受压中心差应在0.5mm内，棱柱体露在压板外的部分约有10mm。在整个加荷过程中以2400N/s 200N/s 的速率均匀地加荷直至试件破坏。抗压强度 RC以兆帕 (MPa)为单位，按下式计算( 精确至 0.1MPa) ：FCRC式中F 破坏荷载， N；AC22A受压部分面积， mm(40mm3 40mm=1600mm)。以一组三个棱柱体上得到的6个抗压强度测定值的算术平均值为试验结果。如6个测定值中有一个超出 6个平均值的 10时， 就应剔除这个结果，而以剩下五个的平均数为结果。如果五个测定值中再有超过它们平均数10的，则此组结果作废。问题与讨论水泥技术指标中并没有标准稠度用水量，为什么在水泥性能试验中要求测其标准稠度用水量？提示：用水量会影响安定性和凝结时间的试验结果。进行凝结时间测定时，制备好的试件没有放入湿气养护箱中养护，而是暴露在相对湿度为50的室内，试分析其对试验结果的影响？提示：在相对湿度较低的环境中，试件易失水。某工程所用水泥经上述安定性检验 ( 雷氏法 ) 合格，但一年后构件出现开裂，试分析是否可能是水泥安定性不良引起的？提示：安定性试验( 雷氏法 ) 只可检验出因游离CaO过量引起的安定性不良。判定水泥强度等级时，为何用水泥胶砂强度，而不用水泥净浆强度？提示：水泥为胶凝材料。测定水泥胶砂强度时，为何不用普通砂，而用标准砂？所用标准砂必须有一定的级配要求，为什么？提示：使试验结果具有可比性；级配好坏会影响试验结果。试验 4 建筑用砂石试验(1) 试验目的与依据对建筑用砂、石进行试验，评定其质量，为水泥混凝土配合比设计提供原材料参数。建筑用砂试验依据为国家标准 GB/T 14684 2001建筑用砂 ；建筑用石试验依据为国家标准GB/T 14685 2001建筑用卵石、碎石 。17(2) 取样与处理取样在料堆上取样时，取样部位应均匀分布。取样前先将取样部位表层除去，然后从不同部位抽取大致等量的砂8份或石子 15份。在皮带运输机或车船上取样需按照标准的有关规定。砂石单项试验的最少取样数量应按GB/T 14684 2001建筑用砂和 GB/T 146852001建筑用卵石、碎石规定进行，部分单项试验的最少取样数量见试表4.1 和试表 4.2 。试表 4.1部分单项砂试验的最少取样量/kg试验项目颗粒级配堆积密度与空隙表观密度率含泥量最少取样量4.42.65.04.4试表 4.2部分单项石子试验的最少取样量/kg试验项目最大粒径 (mm)9.516.019.026.531.537.563.075.0