《土木工程材料》實驗教學(xué)大綱（本科）

1、土木工程材料實驗教學(xué)大綱一、課程基本情況課程代碼：1051129049課程名稱：土木工程材料/ Civil Engineering terial課程類別：學(xué)科專業(yè)基礎(chǔ)課程課程類型：課程實驗總學(xué)分：2.5總學(xué)時：40實驗學(xué)時：8適用專業(yè)：土木工程（工程師教育）適用對象：本科先修課程：大學(xué)物理、工程化學(xué)、土木工程概論、理論力學(xué)開課學(xué)院：土木工程學(xué)院二、課程簡介土木工程材料實驗包括試驗與分析的全過程，實驗理論包括試驗方案的設(shè)計、試驗 方案的擬訂、試驗方案的驗證以及試驗結(jié)果的整理與分析。實驗操作包括了解儀器組成、 實驗步驟、實驗結(jié)果整理和實驗結(jié)果分析等內(nèi)容。本環(huán)節(jié)要求學(xué)生通過實驗熟悉土木工程材料的標(biāo)準(zhǔn)

2、、規(guī)范與技術(shù)要求，對具體材料 的性狀有進一步的了解，鞏固與豐富理論知識；掌握常規(guī)材料的基本實驗方法、手段和 操作技能，學(xué)會正確使用各種儀器和實驗設(shè)備，提高學(xué)生的實驗技能和動手能力，培養(yǎng) 學(xué)生的創(chuàng)新意識和團隊精神，具有對常用土木工程材料進行質(zhì)量鑒定的能力。并為后續(xù) 其他課程的學(xué)習(xí)打下堅實的基礎(chǔ)。三、實驗教學(xué)目標(biāo)通過實驗，使學(xué)生到達(dá)以下目標(biāo)：目標(biāo)1.掌握各種儀器設(shè)備工作原理和使用方法2理解和驗證所學(xué)的土木工程材料知 識。（支撐畢業(yè)要求3.4、4.2）目標(biāo)2.具備進行實驗數(shù)據(jù)處理和分析的能力。（支撐畢業(yè)要求3.4、4.3）四、實驗工程及學(xué)時安排序號實驗工程名稱實驗 學(xué)時實驗 類型實驗 要求每組 人數(shù)

3、備注1材料基本性質(zhì)實驗2綜合性必做22水泥實驗2綜合性必做4Nl立方體破壞荷載，N；A試件承壓面枳，mm2o以三個試件測值的算術(shù)平均值的1.3倍（加）作為該組試件的砂漿立方體試件抗壓強 度平均值（至O.IMPa）。當(dāng)三個測值的值或值中如有一個與中間值的差值超過中間值的 15%時，那么把值及值一并舍除，取中間值作為該組試件的抗壓強度值；如有兩個測值與 中間值的差值均超過中間值的15%時，那么該組試件的實驗結(jié)果無效。六、實驗報告格式實驗名稱（-）實驗?zāi)康模ǘ嶒炘O(shè)備（三）實驗內(nèi)容及步驟（四）結(jié)果與分析（五）問題討論七、考核學(xué)生成績評定樣表考核出 勤作業(yè)實驗 表現(xiàn)階段 測驗答 辯工程小文 章實驗

4、報告VV成績 比例%1010八、教學(xué)資源建議教材：霍洪媛，趙紅玲主編.土木工程材料.中國水利水電,2012參考書：（1）羅相杰，劉偉主編.土木工程材料實驗.北京理工大學(xué),2012（2）李美娟主編.土木工程材料實驗.中國石化,2012（3）楊醫(yī)博，王紹懷等主編.土木工程材料實驗.華南理工大學(xué),20173混凝土實驗2設(shè)計性 驗證性必做54砂漿實驗2設(shè)計性 驗證性必做4合計8五、實驗內(nèi)容實驗一材料基本性質(zhì)實驗實驗?zāi)康模和ㄟ^此項實驗，使學(xué)生掌握材料的基本物理性質(zhì)及其測試原理和方法。培養(yǎng)學(xué)生的 思維能力、創(chuàng)造能力、動手能力以及合作能力。將理論知識與實踐有機地結(jié)合起來，提 高學(xué)生綜合實驗的素質(zhì)。實驗設(shè)備：

5、.密度實驗儀器設(shè)備李氏瓶、篩子、恒溫水槽、烘箱、干燥器、天平、漏斗等。.堆積密度儀器設(shè)備準(zhǔn)容器（容積為1L）、標(biāo)準(zhǔn)漏斗、臺秤、烘箱、鋁制料勺、直尺等。實驗內(nèi)容及步驟：實驗內(nèi)容：材料密度的測定；材料堆積密度的測定；材料孔隙率的計算。實驗步驟：（-）密度實驗步驟.試樣制備將試樣研磨后用篩子篩分，除去篩余物質(zhì)后放置試樣于（105110） C烘箱中烘至 恒重，再放入干燥器中冷卻到室溫備用。.測試步驟（1）在李氏瓶中注入與試樣不發(fā)生化學(xué)反響的液體至突頸下部，記錄下刻度示值 （Vl）o（2）用天平稱取6090g試樣（恤），至0.01g。用小勺和漏斗小心地將試樣徐徐 送入李氏瓶中，直至液面上升至20mL刻度

6、左右為止。（3）用瓶內(nèi)的液體將黏附在瓶頸和瓶壁上的試樣沖入瓶內(nèi)液體中，轉(zhuǎn)動李氏瓶使 液體中的氣泡排出，記下液面刻度（L）。（4）稱量未注入瓶內(nèi)剩余試樣的質(zhì)量（mz）,計算出裝入瓶中試樣的質(zhì)量m2。（5）將注入試樣后的李氏瓶中的液面讀數(shù)減去未注入試樣前李氏瓶中的液面讀數(shù)， 得出試樣的體積V, V=2Vi.測試結(jié)果計算及確定按下式計算出材料密度夕（至0.01）：m tn, 一機，p =-=-V K-V,密度實驗需用兩個試樣平行進行，以其計算結(jié)果的算術(shù)平均值作為結(jié)果。兩次測試 結(jié)果之差不應(yīng)大于0.02g/cm3,否那么應(yīng)重新測試。（二）堆積密度實驗步驟.試樣制備用四分法縮取3L細(xì)骨料試樣放入淺盤中，

7、將淺盤放入溫度為（1055） 的烘箱中烘 干至恒重，取出后冷卻至室溫，分為大致相等的兩份備用。.測試步驟（1）稱取標(biāo)準(zhǔn)容器的質(zhì)量m】，至1g。（2）取試樣份，用漏斗和鋁制料勺將試樣徐徐裝入標(biāo)準(zhǔn)容器（漏斗出料口距標(biāo) 準(zhǔn)容器筒口為50mm）,直到試樣裝滿并超出標(biāo)準(zhǔn)容器口。（3）用直尺將多余的試樣沿筒口線向兩個反方向刮平，稱出試樣和標(biāo)準(zhǔn)容器的總 質(zhì)量m2，至lgo.測試結(jié)果計算及確定堆積密度小按下式計算（kg/nP ,至Ikg/n?）：夕 , =嗎 71 xIOOO匕式中叫一標(biāo)準(zhǔn)容器的容積，L。堆積密度應(yīng)測定兩次，并以兩次結(jié)果的算術(shù)平均值作為測定結(jié)果。實驗二水泥實驗實驗?zāi)康模簻y定水泥的細(xì)度、膠砂強度

8、等技術(shù)性質(zhì)，作為評定水泥強度等級的依據(jù)。通過水泥 實驗培養(yǎng)學(xué)生的思維能力、創(chuàng)造能力、動手能力以及合作能力。將理論知識與實踐有機 地結(jié)合起來，提高學(xué)生綜合實驗的素質(zhì)。實驗設(shè)備：（一）水泥細(xì)度實驗（篩析法）儀器設(shè)備.負(fù)壓篩析法：負(fù)壓篩、篩座、天平。.手工干篩法：篩子、天平。（二）水泥膠砂強度實驗（ISO法）儀器設(shè)備水泥膠砂攪拌機、試模、膠砂振實臺、抗折實驗機、抗壓實驗機、夾具等。實驗內(nèi)容及步驟：實驗內(nèi)容：測定水泥的細(xì)度、膠砂強度。實驗步驟：（一）水泥細(xì)度（篩析法）實驗步驟：.負(fù)壓篩法實驗步驟：（1）檢查負(fù)壓篩析儀系統(tǒng)，調(diào)節(jié)負(fù)壓至40006000Pa范圍內(nèi)，噴氣嘴上I平面應(yīng) 與篩網(wǎng)之間保持28mm的

9、距崗。（2）稱取試樣置于潔凈的負(fù)壓篩中，蓋上篩蓋，將負(fù)壓篩連同試樣放在篩座上， 開動篩析儀連續(xù)篩析2min,在此期間如有試樣附著在篩蓋上，可輕輕敲擊使試樣落下。 篩畢，用天平稱量篩余物質(zhì)量上 （至0.1g）。.手篩法實驗步驟：（1）取試樣倒入干篩內(nèi)，蓋上篩蓋。（2）用一只手執(zhí)篩往復(fù)搖動，另一只手輕輕拍打，拍打速度每分鐘約120次，每 40次向同一方同轉(zhuǎn)動609,使試樣均勻分布在篩網(wǎng)上。直至每分鐘通過試樣量不多于 0.05g為止。（3）篩畢，用天平稱量篩余物質(zhì)量用（至0.1g）。（4）實驗結(jié)果計算水泥試樣篩余百分?jǐn)?shù)按下式計算（至0.1g）：F = -xl00%W式中F水泥試樣篩余百分?jǐn)?shù)；Rs一一

10、水泥篩余物的質(zhì)量，g：W水泥試樣的質(zhì)量，go（二）膠砂強度實驗步驟：.膠砂試件的制備（1）試件成型前將試模擦凈，在四周的模板與底座的接觸面上涂上黃油，緊密裝 配，防止漏漿，內(nèi)壁均勻刷一薄層機油。（2）水泥與ISO標(biāo)準(zhǔn)砂的質(zhì)量比為1:3,水灰比為0.50。一鍋膠砂成型三條試體， 每鍋材料需要量：水泥（4502）g, ISO標(biāo)準(zhǔn)砂（13505）g,水（225l）g.（3）膠砂攪拌時先把水加入鍋里，再加入水泥，把鍋放在固定架上，上升至固定 位置，立即開動機器，低速攪拌30s,在個30s開始時均勻加砂，30s內(nèi)加完，當(dāng)各級砂 分裝時，從最粗粒級開始，依次將所需的每級砂量加完。把機器轉(zhuǎn)至高速攪拌30s,

11、停 拌90s,從停拌開始15s內(nèi)用一膠皮刮具將葉片和鍋壁上的膠砂刮入鍋中間，再高速攪 拌60s。各個攪拌階段，時間誤差應(yīng)在ls以內(nèi)。（4）膠砂制備后立即進行成型。水泥膠砂試件的尺寸為40mmx40mmxl60mm的 棱柱體。（5）在試模上做標(biāo)記或用字條標(biāo)明試件編號。.試件的養(yǎng)護（1）將成型好以后的試模立即放入養(yǎng)護箱中養(yǎng)護，養(yǎng)護到規(guī)定的脫模時間后取出 脫模。脫模前應(yīng)對試體進行編號或做其它標(biāo)記。（2）試件脫模后即放入水槽中養(yǎng)護，將做好標(biāo)記的試件水平或垂直放在（201）水 中養(yǎng)護，水平放置時刮平面應(yīng)朝上。（3）件齡期從水泥加水?dāng)嚢栝_始實驗時算起。不同齡期的強度實驗應(yīng)在以下時間 里進行：24l5min

12、； 4830min； 7245min； 7d2； 228d8。（4）除24齡期或延遲至48脫模的試體外，任何到齡期的試件應(yīng)在實驗（破型） 前15min從水中取出。揩去試體外表沉積物，并用濕布覆蓋至實驗為止。.強度測試各齡期的試件在規(guī)定的時間內(nèi)進行強度測試。試件從水中取出后，揩去試件外表沉 積物，并用濕布覆蓋至實驗為止。（1）抗折強度的測定以加荷法測定抗折強度。單塊抗折強度按下式計算（至O.OIMPa）：3F.LR尸一f 2b3式中a抗折強度，MPa；Ff折斷時荷載，N：L跨距,mm；一正方形截面的邊長，mm。抗折強度以一組三個棱柱體所測抗折強度的平均值作為實驗結(jié)果（至O.IMPa）,當(dāng) 三個強

13、度值中有一個超出平均值10%時，應(yīng)剔除后再取平均值作為抗折強度實驗結(jié)果。 如其中有兩個測定值超過平均值的10%時，那么以剩下一個測定值作為抗折強度結(jié)果， 假設(shè)三個測定值全部超過平均值的士10%而無法計算強度時，重新檢驗。（2）抗壓強度的測定抗折強度實驗后的斷塊應(yīng)立即進行抗壓實驗?？箟簩嶒烅氂每箟簥A具進行，試件受 壓面為40mmx40mm。單塊抗壓強度按下式計算（至O.IMPa）:T式中 Rc抗壓強度，MPa；民一破壞時的荷載，N；A受壓面枳，mm2o抗壓強度以一組三個棱柱體上得到的六個抗壓強度測定值的算術(shù)平均值作為實驗結(jié) 果（至O.IMPa）。如六個測定值中有一個超出六個平均值的10%,就應(yīng)剔

14、除這個結(jié)果， 而以剩下五個的平均值作為結(jié)果。如果五個測定值中再有超過它們平均值10%的，那么 此組結(jié)果作廢。實驗三混凝土實驗實驗?zāi)康模和ㄟ^實驗讓學(xué)生掌握普通混凝土配介比設(shè)計的全過程，培養(yǎng)綜合設(shè)計實驗?zāi)芰Γ?悉混凝土拌合物的和易性和混凝土強度實驗方法。使學(xué)生在掌握混凝土和易性、強度的 實驗校核方法以及實際容重的測定方法的基礎(chǔ)上，學(xué)會混凝上配合比設(shè)計的試配與安排, 初步掌握通過安排配合比參數(shù)，混凝土性能的規(guī)律。實驗設(shè)備：.混凝土拌合物和易性實驗實驗設(shè)備（坍落度法）：坍落度筒及搗棒、拌板、鋼尺、銀刀等。.混凝土立方體抗壓強度實驗設(shè)備壓力實驗機、振動臺、試模、搗棒、小鐵鏟、金屬直尺、鎂刀等。實驗步驟

15、（一）混凝土拌合物和易性（坍落度法）實驗步驟：.用濕布潤濕坍落度筒及其他用具。.按要求將拌好的混凝土拌合物試樣用小鏟分三層均勻地裝入筒內(nèi)，使搗實后每層 試樣高度為筒高的三分之一左右。頂層插搗完畢后，刮去多余的混凝土拌合物并用抹刀 抹平。.簡邊底板上的混凝十.后，垂直平穩(wěn)地提起坍落度筒。坍落度筒的提高過程應(yīng)在5 10s內(nèi)完成。從開始裝料到提起坍落度筒的整個過程應(yīng)不間斷地進行，并應(yīng)在150s內(nèi)完 成。.提起坍落度筒后，立即晟測筒高與坍落后混凝土拌合物試體點之間的高度差，即 為該混凝土拌合物的坍落度值（以mm為單位）。坍落度筒提離后，如試體發(fā)生崩坍或一邊剪壞現(xiàn)象，那么應(yīng)重新取樣進行測定。如次 仍出現(xiàn)

16、這種現(xiàn)象，那么表示該拌合物和易性不好，應(yīng)予記錄備杳。.測定坍落度后，觀察拌合物的黏聚性和保水性，并記錄。黏聚性的檢測方法為：用搗棒在已坍落的拌合物錐體側(cè)面輕輕擊打，如果錐體逐漸 下沉，表示拌合物粘聚性良好；如果錐體倒坍，局部崩裂或出現(xiàn)離析，即為黏聚性不好。保水性的檢測方法為：提起坍落度筒后如有較多的稀漿從錐體底部析出，錐體局部 的拌合物也因失漿而骨料外露，那么說明拌合物保水性不好；如坍落度筒提起后無稀漿或 少量稀漿自底部析出，那么表示此混凝土拌合物保水性良好。.混凝土拌合物和易性評定應(yīng)按實驗測定值和實驗?zāi)繙y情況綜合評議。其中，坍落 度至少要測定兩次，取兩次的算術(shù)平均值作為的測定結(jié)果。兩次坍落度

17、測定值之差應(yīng)不 大于20mm。（二）混凝土立方體抗壓強度實驗步驟.試件的制作（1）每一組試件所用的混凝土拌合物應(yīng)從同一批拌和而成的拌合物中取用。（2）制作前，應(yīng)將試模擦拭干凈并在其內(nèi)外表涂以一薄層礦物油脂或其他不與混 凝土發(fā)生反響的脫模劑。（3）在實驗室拌制混凝土?xí)r，其材料用量應(yīng)以質(zhì)量計。稱量的精度：水泥、摻合 料、水和外加劑為0.5%,骨料為1%。（4）坍落度不大于70mm的混凝土用振動臺振實。（5）坍落度大于70mm的混凝土試樣，裝入試模后采用人工搗實方法。.試件的養(yǎng)護試件成型后應(yīng)立即用不透水的薄膜覆蓋外表。（1）采用標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護的試件應(yīng)在溫度為（205） 的環(huán)境中靜置一晝夜至二晝夜， 然后編

18、號、拆模。拆模后應(yīng)立即放入溫度為（202） r,濕度為95%以上的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護室 中養(yǎng)護。（2）標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護時間為28d （從攪拌加水開始計時）。.抗壓強度測試（1）試件自養(yǎng)護室取出后，隨即擦干并量出其尺寸（至1mm）,據(jù)此計算構(gòu)件的受 壓面枳4 （mm?）。（2）將試件外表與上下承壓板面擦干凈。之后將試件安放在下壓板上。（3）測試時應(yīng)保持連續(xù)而均勻地加荷，加荷速度應(yīng)為：混凝土強度等級低于C30 時,取每秒鐘0.30.5MPa；混凝土強度等級2C30且VC60時,取每秒鐘0.50.8MPa； 混凝土強度等級大于C60時，取每秒鐘0.8l.OMpa。當(dāng)試件接近破壞而開始迅速變形 時，停止安排實驗機油門，

19、直至試件破壞。此時記錄破壞荷載F （N）。實驗結(jié)果計算（1）混凝土試件的抗壓強度可按下式計算：/fM = A式中加一混凝土立方體試件的抗壓強度，MPa：F一試件破壞荷載，N；4一試件承受壓面積，mm?。（2）以三個試件的抗壓強度算術(shù)平均值作為該組混凝土試件的抗壓強度值（至 0.IMPa）o如果三個測定值中的值或值有一個與中間值差異超過中間值的15%,那么計算 時把值與值并舍除，取中間值作為該組試件的抗壓強度值。如值和值與中間值差異均 已超過中間值的15%,那么該組測試結(jié)果作廢。實驗四砂漿實驗實驗?zāi)康模菏箤W(xué)生掌握砂漿和易性的測定方法，掌握砂漿強度的測試方法，并能分析和處理實 驗數(shù)據(jù)。要求學(xué)生能夠

20、熟練操作砂漿沉入度測試儀的操作方法，并能根據(jù)實驗數(shù)據(jù)評定 砂漿的稠度。掌握砂漿抗壓強度測試，并會處理實驗數(shù)據(jù)。實驗設(shè)備：.試樣制備儀器設(shè)備砂漿拌板、磅秤、臺秤、拌鏟、抹刀、量筒等。.砂漿稠度實驗儀器設(shè)備砂漿稠度儀、鋼制搗棒、秒表、鐵鏟等。實驗內(nèi)容及步驟：實驗內(nèi)容：砂漿稠度（沉入度）測試：砂漿抗壓強度測試。（一）試樣制備實驗步驟.拌制前應(yīng)將拌和鐵鏟、拌板、抹刀等工具外表用水潤濕，注意拌板上不得有積水。.將稱量好的砂子倒在拌板上，然后加入水泥，用拌鏟拌和至混合物顏色均勻為止。.將混合物堆成堆，在中間作一凹槽。將稱好的石灰膏（或黏土膏）倒入凹槽中（假設(shè) 為水泥砂漿，那么將稱好的水的一半倒入凹槽中），

21、再加適量的水將石灰膏或粘土膏調(diào)稀, 然后與水泥、砂共同拌合，用量筒逐次加水并拌合，直至拌合物色澤一致，和易性憑經(jīng) 驗安排至符合要求為止。4,水泥砂漿每翻拌一次，需用拌鏟將全部砂漿壓切一次。一般每次拌合需35min （從加水完畢時算起）。（-）砂漿稠度實驗步驟.用少量潤滑油輕擦滑桿，再將滑桿上多余的油用吸油紙擦凈，使滑桿能滑動。.將盛砂漿容器和試錐外表用濕布擦干凈，將砂漿拌合物一次裝入圓錐形容器，使 砂漿外表低于容器口約10mm左右，用搗棒自容器開始向邊緣插搗25次，然后輕輕地將 容器搖動或敲擊56下，使砂漿外表平整，然后將圓錐形容器置于稠度測定儀底座上。.放松試錐滑桿的制動螺絲，使試錐與砂漿外表剛好接觸，擰緊制動螺絲，將齒條 測桿下端剛接觸滑桿上端，讀出刻度盤上的讀數(shù)（至1mm）。.擰松制動螺絲，同時計時間。10s時立即擰緊螺絲，將齒條測桿卜.端接觸滑桿上 端，從刻