材料基本性质试验

试验一　材料基本性质试验

一、密度试验

图15－1　李氏瓶

密度是材料在密实状态下单位体积的质量。各种土木工程材料试样均可进行密度测定。

（一）主要仪器

1.李氏瓶。形状与尺寸如图15－1。

2.电子天平（称量1000 g，感量0.01 g）。烘箱，筛子（孔径为0.20mm），温度计等。

（二）试验步骤

1.将试样破碎、磨细后，全部通过0.2 mm孔筛，再放入烘箱中，在不超过110℃的温度下，烘至恒重，取出后置干燥器中冷却至室温备用。

2.将无水煤油注入李氏瓶至凸颈下0～1 m L刻度线范围内。用滤纸将瓶颈内液面上部内壁吸附的煤油仔细擦净。

3.将注有煤油的李氏瓶放入恒温水槽内，使刻度线以下部分浸入水中，水温控制在（20±0.5）℃，恒温30 min后读出液面的初体积V₁（以弯液面下部切线为准），精确到0.05 m L。

4.从恒温水槽中取出李氏瓶，擦干外表面，放于电子天平上，称得初始质量m₁。

5.用小匙将物料徐徐装入李氏瓶中，下料速度不得超过瓶内液体浸没物料的速度，以免阻塞。如有阻塞，应将瓶微倾且摇动，使物料下沉后再继续添加，直至液面上升接近20 m L的刻度时为止。

6.排除瓶中气泡。以左手指捏住瓶颈上部，右手指托着瓶底，左右摆动或转动，使其中气泡上浮，每3 s至5 s观察一次，直至无气泡上升为止。同时将瓶倾斜并缓缓转动，以便使瓶内煤油将黏附在瓶颈内壁上的物料洗入煤油中。

7.将瓶置于天平上称出加入物料后的最终质量m2，再将瓶放入恒温水槽中，在相同水温下恒温30 min，读出第二次体积读数V₂。

（三）结果计算

1.按下式计算试样密度ρ（精确至0.01 g／cm³）：

2.以两次试验结果的平均值作为密度的测定结果。两次试验结果的差值不得大于0.02 g／cm³，否则应重新取样进行试验。

二、表观密度试验

表观密度又称体积密度，是指材料包含自身孔隙在内的单位体积的质量。以普通砖为试件，进行表观密度测定。

（一）主要仪器

电子秤（称量5000 g，感量10 g）、直尺（精度为1 mm）、烘箱。当试件较小时，应选用精度为0.1 mm的游标卡尺和感量为0.1 g的天平进行试验。

（二）试验步骤

1.将每组5块试件放入（105±5）℃的烘箱中烘至恒重，取出冷却至室温称重m（g）。

2.用直尺量出各试件的尺寸，并计算出其体积V₀（cm³）。对于六面体试件，量尺寸时，长、宽、高各方向上须测量三处，取其平均值得a、b、c，则

（三）结果计算

1.材料的表观密度ρ⁰按下式计算：

2.表观密度以五次试验结果的平均值表示，计算精确至10 kg／m³。

三、孔隙率计算

将已测得的密度与表观密度代入下式，可算出材料的孔隙率P 0（精确至0.01%）：

四、吸水率试验

（一）主要仪器设备

电子天平、游标卡尺、烘箱等。

（二）试验步骤

1.取有代表性试件（如石材），每组3块，将试件置于烘箱中，以不超过110℃的温度，烘干至质量不变为止，然后再以感量为0.1 g的电子天平称其质量m₀（g）。

2.将试件放在金属盆或玻璃盆中，在盆底可放些垫条如玻璃管（杆）使试件底面与盆底不至紧贴，使水能够自由进入试件内。

3.加水至试件高度的1／3处，过24 h后再加水至高度的2／3处；再过24 h加满水，并再放置24 h。这样逐次加水能使试件孔隙中的空气逐渐逸出。

4.取出一块试件，抹去表面水分，称其质量m₁（g），用排水法测出试件的体积V₀（cm³）。为检查试件吸水是否饱和，可将试件再浸入水中至高度的3／4处，24 h后重新称量，两次质量之差不超过1%。

5.用以上同样方法分别测出另两块试件的质量和体积。

6.按下列公式计算吸水率W：

7.取三个试样的吸水率计算其平均值（精确至0.01%）。

五、抗压强度与软化系数试验

（一）主要仪器设备

1.压力试验机（见图15－2），最大荷载不小于试件破坏荷载的1.25倍，误差不大于±2%。

图15－2　压力试验机液压传动工作原理图

1—马达；2—横梁；3—球座；4—承压板；5—活塞；6—油泵；7—回油阀；8—送油阀；9—测力计；10—摆杆；11—摆锤；12—推杆；13—度盘；14—试件

2.钢直尺或游标卡尺。

（二）试验步骤

1.选取有代表性的试件，如石材，干燥状态与吸水饱和状态各一组，各面需加工平整且两受压面须平行。

2.根据精度要求选择量具，测量试件尺寸，计算其受压面积A（mm²）。

3.了解压力试验机的工作原理与操作方法。

根据最大荷载选择量程，调节零点，将试件放于带有球座的压力试验机承压板中央，以规定的速度进行加荷，直至试件破坏。记录最大荷载P（N）。

（三）结果计算

1.按下式计算材料的抗压强度f_c：

2.取三块试件的平均值作为材料的平均抗压强度（精确至0.1 MPa）。

3.按下式计算材料的软化系数K（精确至0.01）：

式中　f_co、f_cw分别表示材料干燥状态的平均抗压强度与吸水饱和状态的平均抗压强度。