1、土木工程材料性能检测综合实训实验教学大纲课程代码： 04201 课程名称： 土木工程材料 英文名称： Civil Engineering Materials 课程总学时： 42 学 分： 2.5 理论学时： 42 实验学时： 16 课程类型： 必修 课程性质： 专业基础课 设置类别： 独立设实验课 先修课程：高等数学、线性代数与概率统计 适用专业： 建筑工程技术、道路桥梁工程技术、市政工程技术 、工程造价 开课单位： 建筑工程系 一、实验教学的性质地位和任务土木工程材料是实践、实验性很强的学科。土木工程材料的实验是土木工程材料的重要组成部分，同时也是学习和研究建筑材料的重要方法。通过实验，预期
2、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；三是进行科学研究的基本训练，培养分析问题和解决问题的能力。二、实验内容与要求项目一、水泥实验1、水泥细度（1）实验目标水泥的物理力学性质都与细度有关，因此必须进行细度实验。（2）具体内容 实验采用负压筛法测定。首先称取水泥试样 25g 倒入符合 GB1345-91 要求的负压筛内；调节负压至4000-6000Pa 范围内，开动筛析仪连续筛析 2min；期间如有试样附在筛盖上，可轻轻敲击，使试样落下。筛毕，用天平称量筛余物。（3）主要仪器设备与工具负压筛析仪、天平2、水泥标准稠度用水量测定（1
3、）实验目标水泥的凝结时间和安定性都与用水量有关，为了消除实验条件的差异而有利于比较，水泥净浆必须有一个标准的稠度。本实验的目的就是测定水泥净浆达到标准稠度时的用水量，以便为进行凝结时间和安定性试验做好准备。（2）具体内容 实验前必须检验搅拌机是否正常用转。水泥净浆搅拌机的搅拌叶片、搅拌锅必须用湿布先擦一遍。实验时应先将水泥装入搅拌锅内，在搅拌机开始搅拌时再慢慢加水。搅拌结束后，立即将搅拌好的水泥浆装入试模内，放到水泥标准稠度测定仪上测其试锥的沉入度。沉入度在 282 范围内，其拌合用水量即为该水泥的标准稠度用水量。（3）实验仪器设备与工具量具及材料工具量具：水泥净浆搅拌机、水泥标准稠度测定仪、
4、刮平刀、天平、量筒材 料：普通硅酸盐水泥、自来水3、水泥净浆凝结时间的测定（1）实验目标测定水泥加水后至开始凝结（初凝）以及凝结终了（终凝）所用的时间，用以评定水泥的性质。（2）具体内容以标准稠度用水量制成标准稠度净浆一次装满试模，振动数次刮平，立即放入湿气养护箱中。记录水泥全部加入水中的时间作为凝结时间的起始时间。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，将试模放到试针下，降低试针与水泥浆接触，突然放松试针，试针垂直自由地沉入水泥浆，观察试针停止下沉或释放试针 30s 时指针的读数。当试针下沉至距底板 4mm 1mm 时为水泥达到初凝状态；在完成初凝时间测定后，立
5、即将试模连同浆体以平移的方式从玻璃板取下，翻转 1800，直径大端向上，小端向下放到玻璃板上，在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，当试针沉入试体 0.5mm 时，即环形附件不能在试体上留下痕迹时，为水泥达到了终凝状态。（3）实验仪器设备、工具量具及材料实验仪器设备：标准养护箱工具量具：维卡仪、水泥净浆搅拌机、人工拌和圆形钵及拌和铲材 料：普通硅酸盐水泥4、安定性检验（1）实验目标检验水泥硬化后体积变化是否均匀，是否因体积变化而应起膨胀、裂缝或翘曲。（2）具体内容雷氏夹试件的制备是将雷氏夹放在已稍擦油的玻璃板上，并立即将按标准稠度用水量拌和净浆装满试模，然后摸平
6、，盖上少擦油的玻璃板，立即将试模移至湿气养护箱内养护 24h2h。脱去玻璃板取下试件，先测试件指针尖端的距离 A，精确到 0.5mm,接着将试件放入沸煮箱在 30min5min 内加热至沸,并恒沸 3h5min。沸煮结束，测量针尖的距离 C，当 C-A 的平均值不大于 5mm 时，即安定性合格。（3）实验仪器设备、工具量具及材料实验仪器设备：标准养护箱工具量具：水泥净浆搅拌机、沸煮箱、雷氏夹、雷氏夹膨胀值测定仪材 料：普通硅酸盐水泥5、水泥胶砂强度实验（1）实验目标根据 GB/T 17671-1999 的规定方法来检验并确定水泥强度等级。（2）具体内容将试模擦净，内壁均匀涂上一层机油。称取水泥
7、 450g2g，ISO 标准砂 1350g5g，水 225g1g。用搅拌机搅拌砂浆的拌和程序为：低速 30s加砂 30s高速 30s停 90s高速 60s。停机后将叶片上的胶砂刮下，装入放置在胶砂震动台上的三联试模内。震动完毕后，取下试模，编上记号或者用字条标出编号。然后放入湿气养护箱养护。实验室的温度 200C10C，相对湿度50%,湿气养护箱温度 200C10C，相对湿度90%,养护水温度 200C10C。养护到规定龄期的试件应在实验前 15min 取出试件，并用湿布覆盖至试验为止。首先做抗折试验，取其平均值；然后做对应试件的抗压实验，取其平均值。根据试件的抗折强度和抗压强度的平均值评定该
8、水泥的强度等级。（3）实验仪器设备、工具量具及材料实验仪器设备：万用压力机工 具 量 具：水泥胶砂搅拌机、水泥胶砂振动台、三联试模、三联漏斗、刮平刀、水泥抗折试验机、水泥抗压夹具材 料： 普通硅酸盐水泥、标准砂、自来水项目二、砂子实验1、 砂的筛分析实验（1） 实验目标测定混凝土用砂的颗粒级配,计算细度模数,评定砂的粗细程度.（2） 具体内容称取 500g 试样,倒入按孔径大小从上到下组合的套筛上,将套筛放入摇筛机。摇筛完毕后分别称取各筛的筛余质量，计算分计筛余百分比和累计筛余百分比，评定颗粒级配，计算细度模数，评定砂子粗细程度。（3） 实验仪器设备、工具量具及材料工具量具：标准筛、天平、烘箱
9、、摇筛机材 料：砂子2、砂的表观密度实验（1） 实验目标作为评定砂的质量和混凝土配合比设计的依据。（2） 具体内容称取试样 m1=300g，装入容量瓶，注入冷水至 500ml 刻度处，用手旋转摇容量瓶，排除气泡，静置24h，测其质量 m2。倒出瓶中的水和试样，再注入水至 500ml，称其质量 m3。最后计算 0=m1/（m 1+m3-m2） 水 。（3） 实验仪器设备、工具量具及材料工具量具：托盘天平、容量瓶（500ml） 、烘箱、滴管材 料：砂子、自来水3、砂的堆积密度实验（1） 实验目标测定沙的堆积密度、紧堆积密度和孔隙率，作为混凝土配合比设计的依据。（2） 具体内容 松堆积密度测定时，称
10、容量筒的质量 m1，取一份试样装入堆积密度漏斗中，让试样自由下落，容量筒四周溢满试样停止加料，刮平试样，称其质量 m2；紧堆积密度测定时，应分两层装入，装完第一层后，在筒底垫放一根直径 10mm 的钢筋，将筒按住左右击地 25 次左右。然后装第二层，用同样的方法击地 25次，将试样加至超过筒口，然后刮平，称质量 m2。计算表观密度 0/=（m 2-m1）/V 0/；空隙率 P/=（1- 0/ 0）100%。 （3） 实验仪器设备、工具量具及材料工具量具：鼓风烘箱、天平、容量筒、方孔筛、垫棒、漏斗材 料：砂子项目三、石子试验1、石子的表现密度试验 （1）试验目标测定石子的表现密度，即石子单位体积
11、（包括内部封闭孔隙）的质量，作为评定石子质量和混凝土配合比设计的依据。本方法不宜用于测定最大粒径大于 37.5mm 的碎石或卵石的表现密度。（2）具体内容 试验前，按规定取样，并缩分至略大于规定的数量，风干后，应筛去试样中小于 4.75mm的颗粒，洗刷干净后，分成大致相等的两份备用。取试样一份浸水饱和后，装入广口瓶中，装试样时，广口瓶应倾斜放置，注入饮用水，用玻璃片覆盖瓶口。用上下左右摇晃的方法排除气泡。气泡排尽后，向广口瓶中添加饮用水，直至水面凸出瓶口边缘。然后用玻璃片的沿瓶口迅速滑行，使其紧贴瓶口水面，擦干瓶外水分，称取试样、水、广口瓶和玻璃片的总质量 m1,精确至 lg。将瓶中试样小心倒
12、出，盛在浅盘中，放在 1055的烘箱中，烘干至恒量，取出放在带盖的容器中冷却至室温，然后称试样的质量 m，精确至 lg。将瓶洗净，重新注入饮用水，用玻璃片紧贴瓶口水面，擦干瓶外水分后称出水、瓶和玻璃片和总质量 m2，精确至 lg。 0=m/（m 1+m2-m1）H 2O（3）试验仪器设备、工具量具及材料工具量具：鼓风烘箱（能使温度控制在 1055） ；天平（称量 2kg，感量 1g） ；广口瓶（1000L，磨口，带玻璃片） ；方孔筛（孔径为 4.75mm 的筛一只） ；温度计、搪瓷盘、毛巾等。材 料：石子2、石子的堆积密度试验（1）试验目标测定石子的松散堆积密度、紧堆积密度和孔隙率，作为混凝土
13、配合比设计的依据。（2）具体内容松散堆积密度测定时，取试样一份，用小铲将试样从容量筒口中心上方 50mm 处徐徐倒入，让试样以自由落体落下，当容量筒上部试样呈堆状，且容量四周溢满时，即停止加料。除去凸出筒口表面的里面颗粒，并以合适的颗粒填入凹陷空隙，使表面稍凸起部分的体积大致相等，称取试样和容量总质量 m2。紧密堆积密度测定时，取试样一份三次装入容量筒。装完第一层后，在筒底垫放一根直径为 16mm 的圆钢，将筒按信住，左右交替颠击地面各 25 次，再装入第二层，第二层装满后用同样方法颠实（但筒底所垫钢筋的方向与第一层时的方向垂直） ，然后装入第三层，如法颠实。试样装填完毕，再加试样直至超过筒口
14、，用钢尺沿筒口边缘刮去高出的试样，并用适合的颗料填平凹处，使用表面稍凹陷部分的体积大致相等。称取试样和容量筒的质量 m2。 0/=（m 2-m1）/V 0/（3）试验仪器设备、工具量具及材料工具量具：台称（称量 10kg，感量 10g） ；磅称（称量 50kg 或 100kg,感量 50g） ；容量筒；垫棒（直径 16mm，长 600mm 的圆钢） ；直尺、小铲等。材 料：石子项目四、 普通混凝土实验1、普通混凝土抗压强度试验 （1）试验目标测定混凝土立方体抗压强度作为混凝土质量的主要依据。（2）具体内容将拌合物一次装入试模，并稍有富余，然后将试模放在振动台上并加以固定。开动振动台，振至拌合物
15、表面呈现水泥浆时为止。记录振动时间。振动结束后，用镘刀沿试模边缘将多余的拌合物刮去，并将表面抹平。试件成型后应覆盖，以防止水分蒸发，并在室温为 205情况下至少静置 1d（但不得超过 2d） ，然后编号拆模。拆模后的试件应立面即放在温度为 203、相对湿度为 90以上的标准养护室中养护。在标准养护室内试件应放在架上，彼此间隔均为 1020mm，并应避免用水直接冲淋试件。无标准养护室时，混凝土试件可放在温度为 203的不流动水中养护。水的 PH 值不应小于 7。试件成型后需与构件同条件养护时，应覆盖其表面。试件拆模时间可与实际构件的拆模时间相同。拆模后的试件仍应保持与构件相同的养护条件。试件从养
16、护地点取出后应及时进行试验，以免试件内部的温、湿度发生显著变化。把试件安放在试验机下压板中心，试件承压面与成型时的顶面垂直。开动试验机，当上压板与试件接近时，调整球座，使其接触均衡。测其规定龄期的抗压强度.（3）试验仪器设备、工具量具及材料试验仪器设备:万用压力机工具量具：振动台、试模、捣棒、小铁铲、金属直尺、镘刀材 料:水泥、砂子、石子、自来水项目五、建筑砂浆试验 1、砂浆的稠度试验（1）试验目标通过稠度试验，可以测得达到设计稠度时的加水量，或在现场对要求的稠度进行控制，以施工质量。（2）具体内容 将拌好的砂浆一次装入砂浆筒内，装至距筒口约 10mm 为止，用捣棒插捣 25 次，并将筒体振动
17、 56次，使表面平坦，然后移置于稠度仪底座上。放松圆锥体滑杆的制动螺丝，使圆锥尖端与砂浆表面接触，拧紧制动螺丝，使齿条测杆下端刚好接触滑杆上端，并将指针对准零点。拧开制动螺丝，使圆锥体自动沉入砂浆中，同时计时间，到 10s，立即固定螺丝。从刻度盘上读出下沉深度（精确至 1mm） 。以两次测定结果的平均值作为砂浆稠度测定结果，如两次测定值之差大于 20mm，应重新配料测定。（3）实验仪器设备、工具量具及材料工具量具：砂浆稠度仪、捣棒、 （直径 10mm，长 350mm，一端呈半球形钢棒） 、台秤、拌锅、拌板、量筒、秒表。材 料：砂子、水泥、自来水。2、建筑砂浆分层度实验（1）实验目标测定建筑砂浆
18、在运输及停放时的保水能力及砂浆内部各组分之间的相对稳定性，以评定其和易性。(2）具体内容将拌合好的砂将经稠度试验后重新拌合均匀，一次注满分层度测定仪内。用木锤在容器周围距离大致相等的四个不同地方轻敲 12 次，并随时添加，然后用抹刀抹平。静置 30min，去掉上层 200mm 砂浆，然后取出底层 100mm 砂浆重新拌合均匀，再测定砂浆稠度。取两次砂浆稠度的差值，即为砂浆的分层度（以 mm 计） 。（3）实验仪器设备、工具量具及材料工具量具：分层度测定仪，其他同砂浆稠度试验仪器。材 料：砂子、 、水泥、自来水3、建筑砂浆抗压强度试验（1）试验目标检验砂浆配合比及强度等级能否满足设计和施工要求
19、（2）具体内容试件制作及养护 当制作用于多孔吸水基面的砂浆试件时，将无底试模放在预先铺上吸水性较的湿纸的普通粘土砖上，砖的吸水率不小于 10，含水率小于 2。试模内壁应事先涂以机油，将拌好的砂浆一次倒满试模，并用捣棒均匀地由外向内按螺旋方向插捣 25 次，使砂浆略高于试模口，待砂浆表面出现麻斑后（约 1530min）,刮刀齐模口刮平抹光。装模成型后，在 205环境下经 24h2h 养护，即可脱模，气温较低时，可适当延长时间，但不得超过 2d。然后，按下列规定进行养护：标准养护。混合砂浆应在 203，相对湿度为 6080条件下养护；水泥砂浆应在温度 203，相对湿度为90以上的潮湿条件下养护。试
20、件间隔不小于 10mm。（3）实验仪器设备、工具量具及材料实验仪器设备：压力试验机工具量具：试模（7.07cm7.07cm7.07cm，分无底试模与有底试模两种） 、捣棒（直径 10mm，长350mm，一端呈半圆形） 、垫板。材 料：砂子、水泥、自来水项目六、石油沥青实验1、沥青的针入度实验（1）实验目标针入度是石油沥青的稠度的主要指标，是划分沥青牌号的主要依据之一。（2）具体内容本方法适用于测定针入度小于 350 的固体和半固体石油沥青。石油沥青的针入度以标准针在一定的荷载、时间及温度条件下垂直穿入试样的深度来表示，单位为 0.1mm。如未另行规定，标准针、针连杆与附加砝码的总重为 100g
21、0.05g，温度为 250.1，时间为 5s。（3） 实验仪器设备、工具量具及材料工具量具：针入度仪、标准针、试样皿、恒温水浴材 料：石油沥青2、 延度实验（1）实验目标延度使反映沥青塑性的指标，通过延度测定可以了解石油沥青抵抗变形的能力并为确定沥青牌号的依据之一。石油沥青的延度是用规定的试件在一定温度下以一定速度拉伸至断裂时的长度表示。（2）实验仪器设备、工具量具及材料工具量具：延度仪、延度摸具材 料：石油沥青3、沥青软化点实验（1）实验目的软化点是反映沥青耐热性及温度稳定性的指标，是确定沥青牌号的依据之一，石油沥青的软化点是以规定质量的钢球放在规定尺寸金属环的试样盘上，以恒定的加热速度，当
22、试样软化到足以使沉入在沥青中的钢球下落 25.4mm 时的温度，以表示。（2）工具量具：软化点实验仪、电炉或者其它加热器、金属板或玻璃板、刀、孔径 0.6-0.8mm 筛、温度计、金属皿、砂浴材 料：石油沥青三、学时分配序号 实验项目名称时数实验要求实验类型 所在实验室细度实验 0.5 必做 验证标准稠度用水量 1 必做 验证安定性试验 0.5 必做 演示凝结时间的测定 0.5 必做 演示1水泥实验胶砂强度实验 1.5 必做 验证建筑材料实验室2 砂子实验 2 必做 验证 建筑材料实验室3 石子实验 2 必做 验证 建筑材料实验室4 普通混凝土实验 5 必做 验证 建筑材料实验室5 建筑砂浆实验 2 必做 演示 建筑材料实验室6 石油沥青实验 1 必做 验证 建筑材料实验室四、考核方式1、按实验过程各环节和实验试题综合评定成绩。各实验均实验操作、实验效果、实验报告质量和实验纪律综合评定成绩。2、实验成绩单独作为一门成绩计入本学期总成绩。五、大纲说明六、推荐教材及参考书1 魏鸿汉.建筑材料. 北京：中国建筑工业出版社，2005.2 高琼英.建筑材料. 武汉：武汉理工大学出版社， 2006.3 陈志源.土木工程材料. 武汉：武汉理工大学出版社， 2005.4 虞焕新. 建筑材料. 北京：中国建材工业出版社， 2007.执 笔：杨苏宁审 核：赵永花审 批：
