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《结构动力学》实验教学大纲
课程编号：
课程名称：结构动力学
英文名称：Structural Dynamics
适应专业：工程力学
执 笔 人：黄方林
实验教材（指导书）结构动力学&[美] Roy R. Craig, Jr著&常岭、李振邦 翻译&
人民交通出版社
一、学时与学分
&&&&& 总学时：40&& 总学分：2.5&&& 实验学时：8&实验学分:0.5
二、实验课的任务、性质与目的
&&&&& 本实验课是结构动力学课程的配套教学内容，其目的是使学生在掌握结构动力学基本原理、概念、分析方法后，结合实验，掌握结构动特性的测量，了解压电式加速度传感器、位移传感器、脉冲力锤和现代测试仪器的工作原理及使用，熟悉结构动力试验，使工程力学专业学生得到必要的力学试验技能训练，掌握较多的力学测试知识和测试方法，为学生今后在土木工程技术和研究工作中解决力学问题打下坚实的力学试验基础，培养动手能力和创新能力。
三、基本原理
&&&&& 本实验课涉及结构动力学的基本理论，也与测试技术、信号分析处理、MATLAB等课程密切有关，具有多学科交叉的特点。在加深信号分析处理的内容后，可作为土木工程硕士、博士研究生相关实验课程的教学内容。 &
四、实验方式与基本要求
实验方式：每个实验都为动手实验。
基本要求：
1. 实验前，应认真预习实验指导书，明确实验目的、要求、内容、原理、步骤、方法和注意事项；
2. 实验时严格遵守操作规程，爱护仪器设备；
3. 实验中注意人身安全和设备安全，发生事故应立即切断电源，请指导教师检查处理后，方可继续实验，不得擅自处理；
4.&根据实验指导书要求认真做好实验记录，完成实验报告；
5.&详细要求参见&《结构动力学》实验指导书，报告书&(黄方林编)。
五、实验项目的设置与内容提要
实验项目名称
内&容&& 提&& 要
动力学实验系统的认识
了解现代动力学测试的仪器设备，熟悉DH5937动态应变测试系统、DH5938振动测试系统的功能和基本操作。
悬臂梁自由振动响应、锤击激励响应的测量
熟悉结构自由振动响应的测量，了解不同初始条件下自由振动响应特性；掌握结构锤击激励下响应的测量。
悬臂梁的动特性测定
掌握结构频率响应函数的测量方法；了解由频率响应函数识别结构模态参数的方法。
悬臂梁的动特性测定
了解由自由振动响应获取结构模态参数的方法；掌握对数衰减率等方法识别悬臂梁模态参数。
&六、本课程的考核方式与评分办法
&&&&& 独立完成实验及实验报告，该实验课占结构动力学课程总成绩的20％。
审核者（实验室主任）&黄方林
批准者（实验教学院长）方理刚
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Copy Right 2008 中南大学土木工程实验教学中心 All Rights Reserved土木工程专业本科实验指导书汇编-土木工程专业_豆搜网
土木工程专业本科实验指导书汇编-土木工程专业
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土木工程专业 本科实验指导书汇编 建筑与土木工程学院 土木工程实验中心 目录工程测量实验指导书 1 实验一 水准仪的操作与使用实验 4 实验二 普通闭合水准路线测量实验 6 实验三 水准仪的检验与校正实验 7 实验四 经纬仪的操作与使用实验 9 实验五 测回法测水平角实验 11 实验六 方向观测法测水平角实验 12 实验七 竖直角测量实验 13 实验八 经纬仪的检验与校正实验 17 实验九 闭合导线测量实验 20 实验十 高程控制测量实验 23 实验十一 全站仪的操作与使用实验 24 土木工程材料实验指导书 25 实验一 水泥实验 26 实验二 集料(含材料基本物理性质)实验 31 实验三 混凝土实验(综合性实验) 37 实验四 钢筋实验 43 实验五 沥青实验 48 土工实验指导书 56 实验一 密度试验 56 实验二 含水量、液塑限试验 57 实验三 颗粒分析试验 60 实验四 渗透试验 62 实验五 击实试验 63 实验六 固结试验 65 实验七 直剪试验 68 实验八 三轴剪切试验(演示) 71 路基路面实验指导书 72 第一部分 沥青材料试验检测方法 72 实验一 沥青试样制备方法 72 实验二 沥青针入度试验方法 74 实验三 沥青延度试验方法 77 实验四 沥青软化点试验方法 80 实验五 沥青旋转薄模加热试验方法 83 实验六 沥青含蜡量试验方法(蒸馏法) 86 第二部分 沥青混合料试验 90 实验一 沥青混合料试件制作方法(击实法) 90 实验二 沥青混合料马歇尔稳定度试验方法 95 实验三 沥青混合料中沥青含量试验 97 实验四 沥青混合料密度试验(水中重法) 101 第三部分 路面使用品质性能的测定方法 103 实验一 路面平整度测定方法(3m直尺) 103 实验二 路面抗滑性能测定方法(摆式摩擦仪) 104 实验三 沥青路面渗水系数测定方法 105 土木工程综合性试验(1)实验指导书 112 实验一 静态电阻应变仪原理及桥路连接实验 113 实验二 钢筋混凝土受弯构件正截面破坏试验 118 实验三 建筑物动力特性测试 133 实验四 简支钢桁架静载试验 137 土木工程综合性试验(2)实验指导书 145 实验一 静态电阻应变仪原理及桥路连接实验 146 实验二 模型桥拱圈静载试验 151 室验三 模型桥跨中横梁沿横梁单点移动加载试验 155 实验四 模型桥结构动力特性(自由振动法)测试 160 工程测量实验指导书 测量实验须知 一、测量实验规定 (1)在测量实验之前,应复习教材中的有关内容,认真仔细地预习实验或实验指导书,明确目的与要求、熟悉实验步骤、注意有关事项,并准备好所需文具用品,以保证按时完成实验任务. (2)实验分小组进行,组长负责组织协调工作,办理所用仪器工具的借领和归还手续. (3)实验应在规定的时间进行,不得无故缺席或迟到早退;应在指定的场地进行,不得擅自改变地点或离开现场. (4)必须严格遵守本书列出的"测量仪器工具的借领与使用规则"和"测量记录与计算规则" (5)服从教师的指导,每人都必须认真、仔细地操作,培养独立工作能力和严谨的科学态度,同时要发扬互相协作精神.每项实验都应取得合格的成果并提交书写工整规范的实验报告,经指导教师审阅签字后,方可交还测量仪器和工具,结束实验. (6)实验过程中,应遵守纪律,爱护现场的花草、树木和农作物,爱护周围的各种公共设施,任意砍折、踩踏或损坏者应予赔偿. 二、测量仪器工具的借领与使用规则 (1)测量仪器工具的借领 1)在教师指定的地点办理借领手续,以小组为单位领取仪器工具. 2)借领时应该当场清点检查.实物与清单是否相符,仪器工具及其附件是否齐全,背带及提手是否牢固,脚架是否完好等.如有缺损,可以补领或更换. 3)离开借领地点之前,必须锁好仪器箱并捆扎好各种工具;搬运仪器工具时,必须轻取轻放,避免剧烈震动. 4)借出仪器工具之后,不得与其他小组擅自调换或转借. 5)实验结束,应及时收装仪器工具,送还借领处检查验收,消除借领手续.如有遗失或损坏,应写出书面报告说明情况,并按有关规定给予赔偿. (2)测量仪器使用注意事项 1)携带仪器时,应注意检查仪器箱盖是否关紧锁好,拉手、背带是否牢固. 2)打开仪器箱之后,要看清并记住仪器在箱中的安放位置,避免以后装箱困难. 3)提取仪器之前,应注意先松开制动螺旋,再用双手握住支架或基座轻轻取出仪器,放在三脚架上,保持一手握住仪器,一手去拧连接螺旋,最后旋紧连接螺旋使仪器与脚架连接牢固. 4)装好仪器之后,注意随即关闭仪器箱盖,防止灰尘和湿气进人箱内.仪器箱上严禁坐人. 5)人不离仪器,必须有人看护,切勿将仪器靠在墙边或树上,以防跌损. 6)在野外使用仪器时,应该撑伞,严防日晒雨淋. 7)若发现透镜表面有灰尘或其他污物,应先用软毛刷轻轻拂去,再用镜头纸擦拭,严禁用手帕、粗布或其他纸张擦拭,以免损坏镜头.观测结束后应及时套好物镜盖. 8)各制动螺旋勿扭过紧,微动螺旋和脚螺旋不要旋到顶端.使用各种螺旋都应均匀用力,以免损伤螺纹. 9)转动仪器时,应先松开制动螺旋,再平衡转动.使用微动螺旋时,应先旋紧制动螺旋.动作要准确、轻捷,用力要均匀. 10)使用仪器时,对仪器性能尚未了解的部件,未经指导教师许可,不得擅自操作. 11)仪器装箱时,要放松各制动螺旋,装人箱后先试关一次,在确认安放稳妥后,再拧紧各制动螺旋,以免仪器在箱内晃动.受损,最后关箱上锁. 12)测距仪、电子经纬仪、电子水准仪、全站仪、GPS等电子测量仪器,在野外更换电池时,应先关闭仪器的电源;装箱之前,也必须先关闭电源,才能装箱. 13)仪器搬站时,对于长距离或难行地段,应将仪器装箱,再行搬站.在短距离和平坦地段,先检查连接螺旋,再收拢脚架,一手握基座或支架,一手握脚架,竖直地搬移严禁横杠仪器进行搬移.罗盘仪搬站时,应将磁针固定,使用时再将磁针放松.装有自动归零补偿器的经纬仪搬站时,应先旋转补偿器关闭螺旋将补偿器托起才能搬站,观测时应记住及时打开. (3)测量工具使用注意事项 1)水准尺、标杆禁止横向受力,以防弯曲变形.作业时,水准尺、标杆应由专人认真扶直,不准贴靠树上、墙上或电线杆上,不能磨损尺面分划和漆皮.塔尺的使用,还应注意接口处的正确连接,用后及时收尺. 2)测图板的使用,应注意保护板面,不得乱写乱扎,不能施以重压. 3)皮尺要严防潮湿,万一潮湿,应晾干后再收入尺盒内. 4)钢尺的使用,应防止扭曲、打结和折断,防止行人踩踏或车辆碾压,尽量避免尺身着水.携尺前进时,应将尺身提起,不得沿地面拖行,以防损坏分划.用完钢尺,应擦净、涂油,以防生锈. 5)小件工具如垂球、测钎、尺垫等的使用,应用完即收,防止遗失. 6)测距仪或全站仪使用的反光镜,若发现反光镜表面有灰尘或其他污物,应先用软毛刷轻轻拂去,再镜头纸擦拭.严禁用手帕、粗布或其他纸张擦拭,以免损坏镜面. 三、测量记录与计算规则 1)所有观测成果均要使用硬性(2H或3H)铅笔记录,同时熟悉表上各项内容及填写、计算方法. 2)记录观测数据之前,应将表头的仪器型号、日期、天气、测站、观测者及记录者姓名等无一遗漏地填写齐全. 3)观测者读教后,记录者应随即在测量手簿上的相应栏内填写,并复诵回报,以防听错、记错.不得另纸记录事后转抄. 4)记录时要求字体端正清晰,字体的大小一般占格宽的一半左右,字脚靠近底线,留出空隙作改正错误用. 5)数据要全,不能省略零位.如水准尺读数1.300,度盘读数中的"0"均应填写. 6)水平角观测,秒值读记错误应重新观测,度、分读记错误可在现场更正,但同一方向盘左、盘右不得同时更改相关数宇.垂直角观测中分的读数,在各测回中不得连环更改. 7)距离测量和水准测量中,厘米及以下数值不得更改,米和分米的读记错误,在同一距离、同一高差的往、返测或两次测量的相关数字不得连环更改. 8)更正错误,均应将错误数字、文字整齐划去,在上方另记正确数字和文字.划改的数字和超限划去的成果,均应注明原因和重测结果的所在页数. 9)按四舍五人,五前单进双舍(或称奇进偶不进)的取数规则进行计算.如数据1.5进位均为l.124. 实验一 水准仪的操作与使用实验 一、实验目的 (1)了解水准仪的原理、构造. (2)掌握水准仪的使用方法. 二、仪器设备 每组S3水准仪1台、水准尺1对. 三、实验任务 每组每位同学完成整平水准仪4次、读水准尺读数 4次. 四、 实验要点及流程 (1)要点:水准仪安置时,要掌握水准仪圆水准气泡的移动方向始终与操作者左手旋转脚螺旋的方向一致的这条规律.读数时,要记住水准尺的分划值是1cm,要估读至mm. (2)流程:架上水准仪――整平仪器――读取水准尺上读数――记录 五、实验记录 1、水准仪由_组成. 2、水准仪粗略整平的步骤是:
3、水准仪照准水准尺的步骤是:
4、水准尺读数步骤是:
5、A点处的水准尺读数是:B点处的水准尺读数是: C点处的水准尺读数是:D点处的水准尺读数是: 6、消除视差的方法是:
水准测量手簿 测段 测点 测站数 高差(mm) 改正数(mm) 改正后高 差高程(m) 备注∑ 计算检核实验二 普通闭合水准路线测量实验 一、实验目的 (1)学会在实地如何选择测站和转点,完成一个不少于4个控制点的闭合水准路线的布设. (2)掌握普通水准测量的外业观测方法. 二、仪器设备 每组DS3水准仪1台、水准尺1对. 三、实验任务 每组完成一条闭合水准路线的观测任务. 四、实验要点及流程 (1)要点:水准仪要安置在离前、后视点距离大致相等处,用中丝读取水准尺上的读数至毫米. (2)流程:如下图已知HBM=789.536m,要求按普通水准精度要求施测,求点待测点高程. (3)采用视距法测出水准点间的距离. 五、实验记录 普通水准测量记录表 日期:_____年___月___日 天气:仪器型号:组号: 观测者:记录者:立尺者: 测点 水准尺读数(m) 高差h(m) 高程 (m) 备注 后视a(m) 前视b(m) +
起点高程设 为789.536m
计算校核 ∑a-∑b=h=
实验三 水准仪的检验与校正实验 一、实验目的 (1)了解、水准仪的构造、原理. (2)掌握水准仪的主要轴线及它们之间应满足的条件. (3)掌握水准仪的检验和校正方法. 二、仪器设备 每组DS3水准仪1台、水准尺1对,每班皮尺1把. 三、实验任务: 每组完成水准仪的圆水准器、十字丝横丝、水准管平行于视准轴(i角)三项基本检验. 四、实验要点及流程: (1)要点:进行i角检验时,要仔细测量,保证精度,才能把仪器误差与观测误差区分开来. (2)流程:圆水准器检校――十字丝横丝检校――水准管平行于视准轴(i角)检校. 五、实验记录 1、一般性的检查 三脚架 ,脚螺旋 ,制动螺旋 , 微动螺旋 ,目镜对光螺旋 , 物镜对光螺旋 ,微倾螺旋 . 2、圆水准器的检验 圆水准器气泡居中后,将望远镜旋转1800后,气泡_填"居中"或"不居中"). 3、十字丝横丝检验 在墙上找一点,使其恰好位于水准仪望远镜十字丝左端的横丝上,旋转水平微动螺旋,用望远镜右端对准该点,观察该点_填"是"或"否")仍位于十字丝右端的横丝上. 4、水准管平行于视准轴(i角)的检验 仪器安置 观测计算 第一次 第二次 第三次 采用中间法精确测定两点间的高差 A点尺上的读数a1 B点尺上的读数b1 a1-b1 取平均hAB 采用偏点法检验校 正水准仪的i角 B点尺上的读数b A点尺上的读数a a应=hAB+b 较差a-a应 仪器至A点的距离D 5、检验与校正结果(填写"合格"或"不合格",或者"高于标称精度"、"低于标称精度") 一般性检验结果: 圆水准气泡轴与仪器数轴的平行度: 目镜十字丝分划板横丝与竖轴的垂直度: i角: 检验结论:(填写"合格"或"不合格") 检验者(签名): 检验时间:年月日实验四 经纬仪的操作与使用实验 一、实验目的 (1)了解经纬仪的构造和原理. (2)掌握经纬仪整平、对中、瞄准、消除视差、读数的方法. 二、仪器设备 每组J2电子经纬仪1台. 三、实验任务: 每组每位同学完成经纬仪的整平、对中、瞄准、读数工作各一次. 四、实验要点及流程: (1)要点: a)气泡的移动方向与操作者左手旋转脚螺旋的方向一致. b)经纬仪安置操作时,要注意首先要大致对中,脚架要大致水平,这样整平对中反复的次数会明显减少. (2)流程:整平对中经纬仪――瞄准测钎――读水平度盘、竖直读盘. 五、实验记录 1、经纬仪由_组成. 2、经纬仪对中整平的操作步骤是:
3、经纬仪照准目标的步骤是:
4、经纬仪瞄准A点时的水平度盘读数是:竖直度盘读数是: 经纬仪瞄准B点时的水平度盘读数是:竖直度盘读数是: 水平角观测手簿 测站 测回 盘位 目标 读盘读数 ° ′ ″ 半测回角值 ° ′ ″ 一测回角值 ° ′ ″ 各测回平均值 ° ′ ″ 备注 O 1 左AB右AB2左AB右AB竖直角观测手簿 测站 盘位 目标 读盘读数 ° ′ ″ 半测回角值 ° ′ ″ 指标差 ″ 一测回角值 ° ′ ″ 备注 O 左A右左B右实验五 测回法测水平角实验 一、实验目的 (1)掌握水平角观测原理,经纬仪的构造及度盘读数 . (2)掌握测回法测水平角的方法. 二、仪器设备 每组J2电子经纬仪1台. 三、实验任务 每组用测回法完成2个水平角的观测任务. 四、实验要点及流程 (1)要点: a) 测回法测角时的限差要求若超限,则应立即重测. b) 注意测回法测量的记录格式. (2)流程: 在A或B点整平对中经纬仪――盘左顺时针测――盘右逆时针测. (3)完成四边形内角的观测 (4)采用视距法测出每条导线边的距离. 五、实验记录 记录到水平角测回法记录表中. 实验六 方向观测法测水平角实验 一、实验目的 (1)掌握水平角观测原理. (2)掌握方向观测法测水平角的方法. 二、仪器设备 每组J2电子经纬仪1台. 三、实验任务 每组用方向观测法完成有4个观测方向的一测站观测任务. 四、 实验要点及流程 (1)要点:方向观测法测角时要随时注意各项限差是否超限,才能保证最后成果可靠. (2)流程:O点整平对中经纬仪――顺时针测ABCDA――逆时针测ADCBA 五、实验记录 记录到水平角方向法记录表中. 实验七:竖直角测量实验 一、实验目的: (1)了解经纬仪的构造和原理. (2)掌握竖起直角测量的方法. 二、仪器设备: 每组J2电子经纬仪1台. 三、实验任务: 每组用一测回完成一个竖直角的观测任务. 四、实验要点及流程: (1)要点:竖直角观测时,注意经纬仪竖盘读数与竖直角的区别. (2)流程:在A点测B点的盘左竖盘读数――在A点测B点的盘右竖盘读数――计算A点至B点的竖直角. 五、实验记录 记录到竖直角记录表中. 水平角测回法记录表 日期:_____年___月___日 天气:仪器型号:组号: 观测者:记录者:立测杆者: 测点 盘位 目标 水平度盘读数 ° ′ ″ 水平角 示意图 半测回值 ° ′ ″ 一测回值 ° ′ ″
水平角方向观测法记录表 日期:_____年___月___日 天气:仪器型号:组号: 观测者:记录者:立测杆者: 测站 测回数 目标 水平度盘读数 2C (″) 方向值 (°′″) 归零方向值 (°′″) 各测回平 均方向值 (°′″)
盘左 (°′″) 盘右 (°′″)
竖直角记录表 日期:_____年___月___日 天气:仪器型号:组号: 观测者:记录者:立测杆者: 测点 目标 竖盘位置 竖盘读数 (° ′ ″) 半测回竖直角 (° ′ ″) 指标差 ( ″) 一测回竖直角 (° ′ ″)
左右左右左右左右左右左右左右实验八 经纬仪的检验与校正实验 一、实验目的 (1)了解经纬仪的构造和原理. (2)掌握经纬仪的检验和校正方法. 二、仪器设备 每组J2电子经纬仪1台、三角板1个,每班皮尺1把. 三、实验任务 每组完成经纬仪的检验任务(照准部水准管轴、十字丝竖丝、视准轴、横轴、光学对中器、竖盘指标差). 四、实验要点及流程: (1)要点:经纬仪检验时,要以高精度要求观测.竖直角观测时,注意经纬仪竖盘读数与竖直角的区别. (2)流程:照准部水准管轴――十字丝竖丝――视准轴――横轴――光学对中器――竖盘指标差 五、实验记录 1、一般性的检查 三脚架 ,脚螺旋 , 水平制动螺旋 ,水平微动螺旋 , 照准部转动 ,望远镜制动螺旋 , 望远镜微动螺旋 ,望远镜转动 , 竖盘指标水准管微动螺旋 , 测微螺旋 . 2、照准部水准管的检验. 用脚螺旋使照准部水准管气泡居中后,将经纬仪的照准部旋转1800,照准部水准管气泡偏离_______格. 3、十字丝竖丝是否垂直于横轴. 在墙上找一点,使其恰好位于经纬仪望远镜十字丝上端的竖丝上,旋转望远镜上下微动螺旋,用望远镜下端对准该点,观察该点_填"是"或"否")仍位于十字丝下端的竖丝上. 视准轴的检验 方法:在平坦地面上选择一直线AB,约60m~80m,在AB中点O架仪,并在B点垂直横置一小尺.盘左瞄准A,倒镜在B点小尺上读取B1;再用盘右瞄准A,倒镜在B点小尺上读取B2,经计算若J6经纬仪2c>; J2 经纬仪2c>时,则需校正. 用皮尺量得:OB= B1处读数为:B2处读数为:B1B2= 经计算得: 5、横轴的检验 方法:在20~30m处的墙上选一仰角大于30°的目标点P,先用盘左瞄准P点,放平望远镜,在墙上定出P1点;再用盘右瞄准P点,放平望远镜,在墙上定出P2点.经计算若,J2经纬仪i>10〃,J6经纬仪i>时,则需校正. (1)用皮尺量得:OM= (2)用经纬仪测得竖直角: 测点 目标 竖盘位置 竖盘读数 (° ′ ″) 半测回竖直角 (° ′ ″) 指标差 ( ″) 一测回竖直角 (° ′ ″)
左右(3)用小钢尺量得:P1P2= (4)经计算得: 6、指标差的检验 测点 目标 竖盘位置 竖盘读数 (° ′ ″) 半测回竖直角 (° ′ ″) 指标差 ( ″) 一测回竖直角 (° ′ ″)
左右左右左右左右7、光学对中器的检验 安置经纬仪后,使光学对中器十字丝中心精确对准地面上一点,再将经纬仪的照准部旋转1800,眼睛观察光学对中器,其十字丝_______(填"是"或"否")精确对准地面上的点. 8、检验与校正结果 一般性检验结果: 圆水准气泡轴与仪器数轴的平行度: 目镜十字丝分划板竖丝与横轴的垂直度: 2C角: i角: 竖盘指标差: 光学对中器: 检验结论:(填写"合格"或"不合格") 检验者(签名): 检验时间:年月日实验九 闭合导线测量实验 一、实验目的: (1)掌握闭合导线的布设方法. (2)掌握闭合导线的外业观测方法. 二、仪器设备: 每组J2电子经纬仪1台. 三、实验任务: 每组完成一闭合导线的水平角观测、导线边长丈量的任务. 四、实验要点及流程: (1)要点:a)闭合导线的折角,观测闭合图形的内角. b)瞄准目标时,应尽量瞄准测钎的底部. c)量边要量水平距离. (2)流程: 测A角――测B角――测C角――测D角 量边AB――量边BC――量边CD――量边DA (3)如果教学时数无法安排时,可利用水平角测回法所观测的四边形内角,视距法所观测的四边形的边长,作为闭合导线的转折角和导线边的观测数据,进行导线内业计算. 五、导线内业计算 导线测量外业记录表 日期:_____年___月___日 天气:仪器型号:组号: 观测者:记录者:参加者: 测点 盘位 目标 水平度盘读数 ° ′ ″ 水平角 示意图及边长 半测回值 ° ′ ″ 一测回值 ° ′ ″
边长名: 第一次=m. 第二次=m. 平均=m.
边长名: 第一次=m. 第二次=m. 平均=m.
边长名: 第一次=m. 第二次=m. 平均=m.
边长名: 第一次=m. 第二次=m. 平均=m.
校核 内角和闭合差f=
导线测量距离部分的观测手簿 导线线路类型 仪器型号 年月日观测者 记簿者 检核者 点号 往测 返测 相对误差 观测成果 第一次 第二次 第三次 平均值 第一次 第二次 第三次 平均值 ∑
辅助计算假设该导线的起始方位角为:38°26′58″. 实验十 高程控制测量实验 仪器型号 实验小组 观测者 仪器编号 实验日期 记录者 水准测量误差配赋表 水准线路类型 年月日点号 距离 (km) 测站数 高差高程 (m) 备注 观测值(m) 改正数(mm) 改正后高差(m)
辅助计算 测量路线略图 实验十一 全站仪的操作与使用实验 一、实验目的 (1)了解全站仪的构造和原理. (2)观摩全站仪的测角测边测三维坐标的功能. (3)观摩全站仪放样三维坐标点的功能. 二、仪器设备 根据情况,邀请测绘仪器销售单位或实验室,对全站仪进行观摩实验. 三、实验任务: 讲解全站仪的构造、原理,播放相关的视频课件,演示其各项功能. 课间试验考核结果 参加 实验 学生 自我 总结 实验 项目 完成 情况 指导 教师 评价 意见 学生 实验 成绩 土木工程材料实验指导书 一、基本任务: 土木工程材料实验是《土木工程材料》课的实践性教学环节,它的基本任务是: 1.通过实验使学生熟悉主要土木工程材料的标准、规范与技术要求,对具体材料的性状有进一步的了解,巩固与丰富理论知识;
2.使学生掌握常规材料的基本实验方法、手段和操作技能,学会正确使用各种仪器和实验设备,具有对常用土木工程材料独立进行质量检定的能力;
3.进行科学研究的基本训练,掌握处理实验数据的科学方法,培养学生运用所学理论进行科学研究、分析问题和解决问题的能力,树立实事求是的科学态度和严谨的工作作风;
4.通过理论与实践的结合,巩固和加深对所学基本原理的理解,并在材料质量检定方面得到充实和提高;培养学生的工程实践能力和创新能力.
二、基本要求: 为了达到上述学习目的,学生必须做到: 1.实验前做好预习,明确实验目的、基本原理及操作要点,并应对实验所用的仪器、材料有基本的了解.
2.在实验的整个过程中要建立严密的科学工作秩序,严格遵守实验操作规程,注意观察实验现象,详细做好实验记录.
3.对实验结果进行分析,做好实验报告.
4.对设计、研究和综合等提高型实验,要求同学们按照实验指导书的要求,认真设计实验,通过实验研究,得出结论,找出规律.
三、注意事项: 在进行土木工程材料的实验时,应注意三个方面的技术问题: 1.抽样技术,即要求试样具有代表性; 2.测试技术,包括仪器的选择、试件的制备、测试条件及方法; 3.实验数据的整理方法.材料的质量指标和实验所得的数据是有条件的,相对的,是与取样、测试和数据处理密切相关的.其中任何一项改变时,实验结果将随之发生或大或小的变化.因此,检验材料质量,划分等级或标号时,上述三个方面均须按照国家规定的标准方法或通用的方法进行.否则,就不能根据有关规定对材料质量进行评定,或相互之间进行比较. 四、编写说明: 1.本指导书按新课程教学大纲和实验教学大纲要求选材,根据现行国家(或行业)标准编写的,并不包括所有的土木工程材料实验的全部内容. 2.本书范围以外的实验时,可查阅有关指导文件,并注意各种土木工程材料标准和实验方法的修订动态,以作相应修改. 实验一:水泥实验 一、实验意义和目的 通过水泥实验检验水泥质量和测定水泥物理力学性质指标,为配合比设计提供原始数据;熟悉水泥的质量要求及各项质量指标的实验检测方法;同时评定水泥质量,对不合格水泥不能使用. 二、实验原理 本实验根据国家标准GB/T《水泥细度检验方法(80um筛筛析法)》、GB1346―89及GB《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》及GB/T1《水泥胶砂强度检验方法》,测定水泥的技术性能. 三、实验装置和仪器 水泥标准筛;水泥标准稠度、凝结时间测定仪;雷氏夹;沸煮箱;水泥净浆搅拌机;胶砂搅拌机;胶砂振实台;胶砂试模;抗折实验机;抗压实验机;天平;湿气养护箱、量筒等. 四、实验方法和步骤 (一)取样方法及数量 以同一水泥厂、同品种、同期到达、同强度的水泥为一个取样单位,取样有代表性,可连续取样,也可以从20个以上不同部位抽取等量样品,总量不少于12kg. (二)水泥细度实验 水泥细度直接影响水泥的凝结时间、强度、水化热等技术性质,因此测定水泥的细度是否达到规范要求,对工程具有重要意义.水泥细度的检测方法有:负压筛法、水筛法、干筛法.水泥细度以0.08mm方孔筛上筛余物的质量占试样原始质量的百分率表示,并以一次的测定值作为实验结果.如果有争议,以负压筛法为准. 1.主要仪器:① 负压筛析仪;② 天平:最大称量100g,感量0.05g. 2.实验步骤及实验结果处理 (1)筛析实验前,将负压筛放在筛座上,盖上筛盖,接通电源,检查控制系统,调节负压至Pa范围内. (2)称出试养25g,置于洁净的负压筛中,盖上筛盖,放在筛座上,开动筛析仪连续筛析2min,筛析过程中如有试样附着在筛盖上,可轻轻敲剂,筛试样落下. (3)筛毕,用天平称量筛余物(精确到0.05g),计算筛余百分数,结果精确至0.1%. (三)水泥标准稠度用水量实验 水泥标准稠度用水量以水泥净浆达到规定的稀稠程度时的用水量占水泥用量的百分数表示.水泥浆的稀稠对水泥的凝结时间、体积安定性等技术性质的实验影响很大.检测方法分调整水量法和固定水量法两种.发生争议时以前者为准. 1.主要仪器:① 水泥标准稠度测定仪;② 水泥净浆搅拌机;③ 天平:感量1g;④ 湿气养护箱、量筒等. 2.实验步骤 (1)实验前须进行仪器检查:仪器金属棒应能自由滑动;试锥尖降至锥模顶面时,指针应对准标尺零点;搅拌机运转正常. (2)制备净浆:先用湿布擦拭搅拌锅和搅拌叶片,将500g水泥试样倒入搅拌锅内. 拌和水量:采用调整水量法时,可按经验初步确定加水量;采用固定水量法时,加水量为142.5mL. 将锅放在搅拌机座上,升至搅拌位置,开动机器,同时徐徐加水.搅拌的时间和程序为:慢速搅拌120s,停拌15s,快速搅拌120s后停机. (3)搅拌结束后,立即将拌和好的净浆一次装入锥模内,用小刀插捣振动数次,刮去多余净浆,抹平后迅速放到稠度仪下面锥模固定位置.将试锥降至净浆表面、拧紧螺丝、指针对零,然后突然放松螺丝,让试锥自由沉入净浆内,试针停止下沉时(下沉时间约为30s)记录试针下沉深度.整个操作应在搅拌后1.5min内完成. 3.实验结果处理 (1)用调整水量法测定时,以试锥下沉深度为28±2L时的竟将为标准稠度净浆,其拌和水量与水泥试样质量之比为该水泥标准稠度用水量. 如试锥下沉深度超出上述范围,须另称试样,调整水量,重新实验,直到达到28±2L为止. (2)用固定水量法测定时,根据测的得试锥下沉深度S(mm),按下式计算标准稠度用水量P(%). 当试锥下沉深度小于13mm时,应用调整水量法测定. (四)水泥凝结时间实验 水泥凝结时间有初凝和终凝之分.初凝时间是指从加水到水泥净浆开始失去塑性的时间;终凝时间是指从加水到水泥净浆完全失去塑性的时间.凝结时间不合格的水泥视为废品. 1.实验仪器:将标准稠度实验的试锥换上试针,将锥模换成圆模. 2.实验步骤 (1)测定前,将圆模放在玻璃板上,调整指针,使试针接触玻璃板时,指针对准标尺零点. (2)以标准稠度用水量拌制水泥净浆,记录加水时刻. (3)将拌制好的标准稠度净浆,立即一次装入圆模,振动数次后刮平,放入湿气养护箱. (4)测定时,从养护箱取出盛有净浆的圆模,置于试针下,使试针与净浆面刚好接触,拧紧螺丝,然后突然放松螺丝,让试针自由沉入净浆,1~2s后观察指针读数. 注意每次测定的间隔时间.每次测定不能重眼. 3.实验结果处理 (1)自加水时起到试针沉入净浆中距圆模底玻璃板为2~3mm时,所经历的时间为初凝时间. (2)自加水时起到试针沉入净浆不超过0.5~1.0mm时,所经历的时间为终凝时间. (五)水泥体积安定性实验 水泥体积安定性是指水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀性.水泥中如果含有较多CaO,MgO,SO3,就能使体积发生不均匀变化. 检测游离CaO危害性的测定方法――沸煮法,可以用饼法也可用雷氏法. 1.主要仪器:沸煮箱、雷氏夹 2.实验步骤(雷氏法) (1)将雷氏夹置于玻璃板上,与水泥浆接触的表面涂上一层机油,每个试样成型两个试件. (2)将拌制好的标准稠度净浆装满雷氏夹圆环,一只手轻扶雷氏夹,另一只手用约10mm宽的小刀插捣15次左右,然后摸平,顶面盖一块涂油的玻璃板,立即将上下盖有玻璃板的雷氏夹放到养护箱内.养护24±2h. (3)在沸煮前,用雷氏夹膨胀值测定仪测量试件指针简短的距离A,精确到0.5mm. (4)将试件放到沸煮箱水中的篦板上,指针朝上,试件相互不交叉,然后在30±5min内加热到沸腾,并恒费3h±5min. 3.结果评定 (1)煮毕,将热水放掉,打开箱盖,使箱体冷却到室温. (2)取出煮后的雷氏夹试件,测量试件指针尖端的距离C,精确到0.5mm. (3)计算雷氏夹膨胀值(C-A).当两个试件煮后膨胀值的平均值不大于5.0mm时,认为该水泥体积安定性合格.如果两个试件的(C-A)值相差超过4.0mm,重做实验. (六)水泥胶砂强度实验 确定水泥强度等级. 1.主要仪器设备:行星式胶砂搅拌机、胶砂振实台、胶砂试模、刮平直尺、抗折实验机、抗压实验机. 2.胶砂制备 (1)实验前将试模擦净,模板与底座的接触面上涂黄油,紧密装置,防止漏浆.内壁均匀刷一层机油.搅拌锅、叶片、下料漏斗等用湿布擦干净. (2)胶砂配合比.水泥:中国ISO标准砂=1:3,水灰比=0.5,一锅成型三条试件的材料用量:水泥――450±标准砂――1350±5g;拌和水――225±1L. (3)按规定程序搅拌. 3.试件成型 (1)胶砂制备后立即成型.把空试模和模套固定在振实台上,用勺子将胶砂分两层装入试模.装第一层时,每个槽内约放300克胶砂,用大播料器垂直加在模套顶部,沿每个槽来回一次将料层播平,接着振实60次;再装入第二层胶砂,用小播料器播平.再振实60次. (2)振实完毕后,移走模套,取下试模,刮平尺刮平. (3)在试模上做好标记. 4.试件养护 5.强度实验步骤及成果处理 抗折强度实验: (1)将抗折实验机夹具的圆柱表面清理干净,并调整杠杆处于平衡状态. (2)用湿布擦去试件表面的水分和砂粒,将试件放入夹具内,使试件成型时的侧面与夹具的圆柱接触.调整夹具,使杠杆在试件折断时的位置尽量接近平衡位置. (3)以50±10N/s的速度进行加荷,直到试件被折断.记录破坏荷载P(N)或抗折强度f折(Mpa). (4)保持断块处于潮湿状态直至抗压实验开始. (5)按下式计算每条试件的抗折强度(精确到0.1 Mpa) (6)每组试件的抗折强度,以三条棱柱体试件抗折强度测定值的算术平均值作为实验结果.当三个测定值中仅有一个超出平均值的±10%时,应剔除这个结果,以其余两个测定值的平均值作为实验结果;如果有两个测定值超出平均值的±10%时,该组结果作废. 抗压强度实验: (1)将抗折实验的6个断块,立即在断块的侧面上进行抗压强度实验.抗压实验须用抗压夹具,使试件受压面积为40*40mm.实验前,应将试件受压面与抗压夹具清理干警、试件的底面紧靠夹具上的定位销,断块露出压板外的部分应不少于10mm. (2)在整个加荷过程中,夹具应位于压力机承压板中心,以N/s的速度加载直到破坏,记录破坏荷载P(KN). (3)按下式计算每块试件的抗压强度(精确到0.1MPa) (4)每组试件的抗压强度,以6个抗压强度测定值的算术平均值作为实验结果.如果6个测值中有1个超出平均值的±10%时,应剔除这个结果,以剩剩下的5个测值的平均值作为结果.如果5个测值中再有超过他们的平均值±10%的,该组结果作废. 实验二:集料(含材料基本物理性质)实验 一、实验意义和目的 通过实验使学生掌握测定混凝土用集料技术的方法、熟悉有关规范、根据实验数据能够作出能否用其配制混凝土以及配制后对混凝土所能产生的技术、经济效果的判断;取得配制混凝土所需的骨料实验数据. 二、实验原理 砂的颗粒级配,即表示砂大小颗粒的搭配情况.砂的粗细程度,是指不同粒径的砂粒混合在一起后的总体的粗细程度,通常有粗纱、中砂与细纱之分.在配制混凝土时,这两个因素(砂的颗粒级配和砂的粗细程度)应同时考虑.控制砂的颗粒级配和粗细程度有很大的技术经济意义,它们是评定砂质量的重要指标.用级配区表示砂的颗粒级配,用细度模数表示砂的粗细程度. 石子的最大粒径,即粗骨料中公称粒级的上限称为该粒级的最大粒径. 砂的近似密度,堆积密度及含水率是其基本性质指标,同时也是配制混凝土所需的的重要指标. 三、实验装置和仪器 实验筛、托盘天平、烘箱、容量瓶、台秤、磅秤、振动台等 四、实验方法和步骤 (一)取样方法及数量 细集料的取样应按批进行,每批总量不宜超过400m3或600t.在料堆取样时,取样部位应均匀分布.取样前应将取样部位表层铲除,然后由各部位抽取大致相等的试样共8份,组成一组试样.进行各项实验的每组试样应不小于表1规定的最少取样量. 表1 试样的最少取样量 集料种类项目 细集料(g) 粗集料(kg)
集料最大粒径(mm)
10.0 16.0 20.0 25.0 31.5 40.0 63.0 80.0 筛分析
20 30 30 40 60 80 实验时需按四分法分别缩取各项实验所需的数量,其步骤是:将每组试样在自然状态下于平板上拌匀,并堆成厚度约为2cm的圆饼,在饼上划两垂直直线把饼分成大致相等的四份,取其对角的两份重新照上述四分法缩取,直至缩分后试样量略多于该项实验所需的量为止.试样缩分也可用分料器进行. (二)细骨料筛分析实验 1.用于筛分析的试样应先筛除大于10mm颗粒,并记录其筛余百分率.如试样含泥量超过5%,应先用水洗.然后将试样充分拌匀,用四分法缩分至每份不少于550g的试样两份,在105±5℃下烘干至恒重,冷却至室温后备用.
2.准确称取烘干试样500g,置于按筛孔大小顺序排列的套筛最上一只筛上,将套筛装入筛机摇筛约(无摇筛机可采用手摇).然后取下套筛,按孔径大小顺序逐个在清洁的浅盘上进行手筛,直至每分钟的筛出量不超过试样总量的 0.1%时为止.通过的颗粒并入下一号筛中一起过筛.按此顺序进行,至各号筛全部筛完为止.
3.试样在各号筛上的筛余量均不得超过下式的量:
质量仲裁时,?
生产控制检验时,
式中:mr―筛余量,g D―筛孔尺寸,mm A―筛的面积,mm2 4.称量各号筛筛余试样的质量,精确至1g.所有各号筛的筛余试样质量和底盘中剩余试样质量的总和与筛余前的试样总质量相比,其差值不得超过1%.
否则应将该筛余试样分成两份,再次进行筛分,并以其筛余量之和作为该号筛的筛余量. 5.计算实验结果 6.分计筛余百分率? 各号筛的筛余量除以试样总质量的百分率(精确至0.1%).
7.累计筛余百分率? 该号筛上的分计筛余百分率与大于该号筛的各号筛上的分计筛余百分率之总和(精确至0.1%).
8.根据各筛的累计筛余百分率,绘制筛分曲线,评定颗粒级配.
9.计算细度模数Mx(精确至0.01).
式中A1~A6依次为筛孔直径4.75~0.15mm筛上累计筛余百分率. 10.筛分析实验应采用两个试样进行平行实验,并以其实验结果的算术平均值作为测定值.如两次实验所得细度模数之差大于0.20,应重新进行实验.
(三)细集料表观密度(视密度)实验 1.试样制备 将缩分至约650g的试样在105土5℃烘箱中烘至恒重,并在干燥器中冷却至室温后分成两份试样备用. 2.称取烘干试样300g(m0),装入盛有半瓶冷开水的容量瓶中,摇动容量瓶,使试样充分搅动以排除气泡.塞紧瓶塞.
3.静置24h后打开瓶塞,用滴管添水使水面与瓶颈刻线平齐.塞紧瓶塞,擦干瓶外水分,称其重量(m1).
4.倒出容量瓶中的水和试样,清洗瓶内外,再注入与上项水温相差不超过 2℃的冷开水至瓶颈刻线.塞紧瓶塞,擦干瓶外水分,称其质量(m2).
5.实验过程中应测量并控制水温.各项称量可以在15~25℃的温度范围内进行.从试样加水静置的最后2h起直至实验结束,其温差不超过2℃.
6.实验结果计算 表观密度(视密度)ρas应按下式计算(精确至10kg/m3): (kg/m3) 式中?:m1―瓶+试样+水总质量,u m2―瓶+水总质量,g; m0―烘干试样质量,g; at―水温对水相对密度修正系数,见表2. 表观密度以两次测定结果的算术平均值为测定值.如两次结果之差大于 20kg/m3时,应重新取样进行实验. 表2 不同水温下砂、石表观密度的温度修正系数at 水温(℃) 15 16 17 18 19 20 21 22 23
0.002 0.003 0.003 0.004 0.004 0.005 0.005 0.006 0.006 0.007 0.008 (四)细集料的堆积密度实验 1.取缩分试样约3L,在105±5℃的烘箱中烘干至恒重,取出冷却至室温,过5mm的筛后,分成大致相等两份备用.烘干试样中如有结块,应先捏碎.
2.堆积密度取试样一份,将试样用料勺或漏斗徐徐装入容量筒内,出料口距容量筒口不应超过5cm,直至试样装满超出筒口成锥形为止.用直尺将多余的试样沿筒口中心线向两个相反方向刮平.称容量筒连试样总质量m2.
3.紧装密度取试样一份,分两层装入容量筒.装完一层后,在筒底垫放一根直径为10mm的钢筋.将筒按住,左右交替颠击地面各25下,然后再装入第二层;第二层装满后用同样的方法(筒底所垫钢筋方向应与第一次时方向垂直)颠实后, 加料至试样超出容量筒筒口,然后用直尺将多余试样沿筒口中心线向两个相反方向刮平,称其质量m2.
4.测定结果计算 细集料的堆积密度或紧装密度ρfs( kg/m3)按下式计算(精确至10kg/m3): 式中:m1―容量筒质量,
m2―容量筒连试样总质量, V―容量筒容积,L;
以两次测定结果的算术平均值作为测定值. (五)砂子空隙率的计算 将已经求出的同一砂子的表观密度和堆积密度(用同样的单位表示)代入下式计算得出该砂子的空隙率: 式中:Ps―砂子孔隙率,%; ρ0s―砂子的表观密度,g/cm3; ρ'0s―砂子的堆积密度,g/cm3; (六)粗骨料筛分析实验 1.主要仪器设备:粗骨料套筛、磅秤、台称、摇筛机. 2.实验步骤 (1)用四分法选取风干或烘干试样两份,每份试样的质量根据粒径不同而不同,具体见下表. 表3 试样的取样量 石子最大粒径(mm) 10 16 20 25 31.5 40 63 80 每份试样质量(Kg) 2 4 4 10 10 15 20 30 (2)开动摇筛机,按规定筛分. (3)称出各筛的筛余质量Gn(g) (4)计算各筛上的分计筛余百分率an(0.1%). (5)计算各筛上的累计筛余百分率An(%). (6)根据各筛的累计筛余百分率,评定该试样的颗粒级配和最大粒径. (七)粗集料的表观密度(视密度)实验 1.试样制备 将缩分至约3000g的试样,并将样品筛去4.75mm以下的颗粒,洗刷干净,在105土5℃烘箱中烘至恒重,并在干燥器中冷却至室温后分成两份试样备用. 2.称取烘干试样1000g(m0),装入盛有半瓶冷开水的广口瓶中,摇动广口瓶,使试样充分搅动以排除气泡. 3.静置约2h使试样浸水饱和,待气泡排尽,向瓶中添加饮用水直至水面突出瓶口边缘,用玻璃板沿瓶口迅速滑行,使其紧贴瓶口水面.擦干瓶外水分,称取试样、水、瓶和玻璃板的质量(m1).
4.倒出广口瓶中的水和试样,清洗瓶内外,重新注入饮用水,用玻璃板紧贴瓶口水面,擦干瓶外水分,称其质量(m2).
5.实验结果计算 表观密度(视密度)ρas应按下式计算(精确至10kg/m3): (kg/m3) 式中?:m1―瓶+试样+水+玻璃板总质量,u m2―瓶+水+玻璃板总质量,g; m0―烘干试样质量,g; at―水温对水相对密度修正系数,见表2. 表观密度以两次测定结果的算术平均值为测定值.如两次结果之差大于 20kg/m3时,应重新取样进行实验. (八)粗集料的堆积密度实验 1.取缩分试样不少于规定的用量,风干后拌匀,并把试样分成大致相等两份备用. 2.称容量筒质量m1(kg),精确至10 g. 3.取试样一份,置于平整干净的地板(或铁板上).用铁铲将试样距筒口约5cm处自由落入容量筒内,装满容量筒并除去凸出筒口表面的颗粒,以合适的颗粒填入凹陷部分,使表面凸起和凹陷部分的体积大致相等,称取容量筒和试样总质量m2(kg),精确至10 g. 4.测定结果计算 细集料的堆积密度( kg/m3)按下式计算(精确至10kg/m3): 式中:m1―容量筒质量,
m2―容量筒连试样总质量, V―容量筒容积,L;
以两次测定结果的算术平均值作为测定值. (九)石子空隙率的计算 将已经求出的同一石料的表观密度和堆积密度(用同样的单位表示)代入下式计算得出该石料的孔隙率: 式中:Pg―石料孔隙率,%; ρ0g―石料的表观密度,g/cm3; ρ'0g―石料的堆积密度,g/cm3; (十)集料含水率实验 1.由样品中取质量约500g的试样两份备用.
2.将试样分别放入已知质量(m1)的干燥容器中称量,记下每盘试样与容器的总质量(m2)将容器连同试样放入温度为105±5℃的烘箱中烘干至恒重.
3.烘干试样冷却后称量试样与容器的总质量(m3).
4.实验结果计算 集料的含水率Ws按下式计算(精确至0.1%): 式中:m1――容器质量, m2――未烘干的试样与容器的总质量,g; m3――烘干后的试样与容器的总质量,g. 含水率以两次测定结果的算术平均值作为测定值. 5.集料含水率的快速法测定,也可采用炒干法或酒精燃烧法.(略)
五、实验结果分析与讨论 计算所试砂、石的空隙率:P砂=____
根据实验结果说明该砂、石能否用于混凝土. 实验三:混凝土实验(综合性实验) 《土木工程材料》是一门实验性很强的专业基础课,针对课程内容多,学时少的实际情况,我们将多个实验设计为一个综合性实验――混凝土配合比实验,从而将零散的知识用这个综合性实验贯穿起来,提高学生综合运用知识的能力.混凝土配合比实验是一个高度综合的实验,是对土木工程材料知识的综合检验和运用,通过该实验可以检查学生对土木工程材料知识的掌握程度.同时混凝土配合比实验是一个设计性实验,要求学生根据工程实际设计要求确定原材料的品种及规格、初步配合比和实验检验项目.锻炼学生选材和用材的能力、锻炼学生独立工作的能力. 一、目的和要求 1.通过这个实验了解混凝土配合比设计的过程和方法,提高知识的综合运用能力; 2.熟悉水泥和砂石料的质量要求及各项质量指标的实验检测方法; 3.了解各项质量指标在混凝土配合比设计中的作用; 4.熟悉混凝土初步配合比的计算步骤及方法; 5.熟悉混凝土拌和物和易性的检测方法及影响混凝土拌和物和易性的因素,能够根据实验结果分析原因并提出措施,通过试拌调整确定混凝土基准配合比; 6.熟悉混凝土强度实验方法,掌握影响混凝土强度的因素,并能通过强度实验确定混凝土实验室配合比;对不能满足强度要求的配合比,分析原因,提出改进措施. 7.能够根据现场砂石含水情况确定施工配合比. 二、实验的组织和安排 整个混凝土配合比实验延续时间较长,必须分段进行、合理安排.实验一水泥实验测定了28d水泥胶砂强度;水泥强度实验结果出来后,结合实验二中实验得到的砂石的实验结果计算初步配合比,并进行混凝土和易性实验,确定基准配合比,并制作混凝土强度试件;28d后进行混凝土强度实验,确定实验室配合比.在整个实验过程中培养学生的时间观念. 为了保证实验的顺利进行和学生动手操作,实验分组进行.每组4~6人. 三、基本原理及步骤 混凝土配合比设计是根据实测的原材料的物理、力学指标,通过计算和实验确定各组成材料的比例,从而使配制出的混凝土满足工程设计和施工要求.因为影响混凝土性质的因素很多,目前还没有建立起各影响因素与混凝土和易性和强度、耐久性之间的严格的数学力学表达式,因此混凝土配合比设计往往是首先通过经验数据和经验公式初步估计一个配合比,然后通过实验检验和调整配合比,使最终确定的配合比满足工程要求.原材料不同,配合比不同,因此每个配合比都必须经过实验验证,每次配合比设计都必须经过实验,不能照搬别人的配合比. 混凝土配合比设计的基本要求:① 满足施工和易性要求,便于施工操作;② 满足强度要求,安全承受设计荷载;③ 满足耐久性要求;④ 节约水泥,降低成本. 混凝土配合比设计的基本步骤:① 原材料实验:检验原材料是否合格,确定原材料的物理力学参数,为混凝土配合设计和实验提供原始数据;② 初步配合比计算:根据经验数据和经验公式,计算初步配合比.这样可以减少实验次数和实验的盲目性.③ 试配调整,确定基准配合比.按初步配合比称量配料,按规定方法拌制混凝土,实测其流动性并观察其粘聚性和保水性.根据实测结果,分析原因、调整配比,直到满足和易性要求为止,确定满足和易性要求配合比――基准配合比.④ 在基准配合比的基础上,制作混凝土标准试件,标准养护28天后,按标准方法检测其强度,根据强度检测结果确定满足强度和耐久性要求的配合比――实验室配合比.⑤ 在实验室配合比的基础上,根据现场砂石实际含水情况,调整材料用量,在满足水泥用量和水灰比不变的前提条件下,确定施工配合比. 四、内容与方法 (一)混凝土拌合物实验 混凝土拌合物的性能直接关系到施工工艺的选择及混凝土的施工质量,对硬化后混凝土的物理力学性能也有重大影响. 1.混凝土拌合物的拌制 一般规定: ① 在混凝土实验室内拌和混凝土时,室温应保持在20±5℃,所拌制的混合物应避免阳光直射. ② 拌合物所用的各种材料的温度应与室温相同. ③ 拌和混凝土用的各种工具应保持洁净和湿润. ④ 材料用量以质量计,称量精度满足要求. ⑤ 砂石骨料用量以饱和面干状态或干燥状态为基准. 2.拌合物和易性实验 (1)坍落度实验 通过坍落度实验确定拌合物流动性,并在实验中观察判定粘聚性和保水性的好坏. 主要仪器设备:坍落度筒、捣棒 实验步骤: ① 湿润坍落度筒的内壁和拌和钢板,将筒放在钢板上,用双脚踏紧踏板. ② 将拌和好的混凝土分三层装如筒内,每层大致为筒高1/3. ③ 每层均匀插捣25次,底层插到底,上层插入下层10-20mm. ④ 表面摸平,清除周围混凝土. ⑤ 在5-10s内提起坍落度筒,且从装料到提起坍落度筒的整个操作过程应在150s内完成. ⑥ 将坍落度筒放于试样旁边,量出筒高与试样最高点之差,即为坍落度.量测精确到1mm,结果表达精确到5mm. ⑦ 提起坍落度筒后,如果出现崩坍或一边剪切,应重做实验;如果再次出现上述现象,则表示混凝土粘聚性和保水性不良. ⑧ 实验的同时观察粘聚性和保水性. (2)维勃稠度实验 对干硬性混凝土的流动性实验采用此法. 主要实验仪器:维勃稠度仪 实验步骤: ① 将容量筒固定于振动台上,把坍落度筒放入容量筒内并对中;然后,把漏斗旋转到筒顶位置,并把它座落在坍落度筒的顶上,,拧紧螺丝,保证坍落度筒不能离开容量筒底部. ② 将拌和好的混凝土分三层装入坍落度筒,装料和捣实方法与"坍落度实验"相同.顶层插捣完毕后,松开螺丝,移开漏斗,再拧紧螺丝,将顶面刮平. ③ 将坍落度筒缓慢提起,混凝土拌合物慢慢坍陷.然后,放松螺丝,将透明圆盘转到混凝土锥体商埠,小心降下圆盘直至与混凝土的顶面接触,拧紧螺栓,从滑杆的刻度上读出坍落读数值. ④ 重新拧紧螺丝,放松螺栓,开动振动台,同时用秒表计时,当透明圆盘的整个底面都与水泥浆接触时,记录秒表读数――即混凝土拌合物的维勃稠度值. 3.混凝土拌合物表观密度实验 (1)主要实验仪器:容量筒、磅秤、台称等 (2)实验步骤: ① 用湿布把容量筒内外擦干净,称出筒的质量. ② 装料并捣实:坍落度不大于70mm的混凝土,用振动台振实为宜;大于70mm的用捣棒捣实为宜.(采用振实方法应将料一次装满;采用捣实应分两层装料,分层插捣25次) ③ 刮除多余拌合物,抹平表面,外部擦除干净,称出混凝土与容量筒的总重. ④ 计算混凝土拌合物表观密度. (二)混凝土立方体抗压强度实验 混凝土立方体抗压强度实验的目的是检验混凝土的抗压强度是否满足设计要求.我国采用150mm立方体试件为标准立方体时间. (1)主要仪器设备:压力实验机、钢制垫板、立方体试模 (2)实验步骤: ① 按规定方法制作并养护混凝土时间. 试件的制作 1) 每一组试件所用的拌合物根据不同要求应从同一盘或同一车运送的混凝土中取出,或在试验用机械或人工单独拌制.用以检验现浇混凝土工程或预制构件质量的试件分组及取样原则,应按有关规定执行.
2) 试件制作前,应将试模擦拭干净并将试模的内表面涂以一薄层矿物油脂.
3) 坍落度不大于70mm的混凝土宜用振动台振实.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.开动振动台振动至拌合物表面出现水泥浆时为止.记录振动时间.振动结束后用馒刀沿试模边缘将多余的拌合物刮去,并随即用馒刀将表面抹平. 坍落度大于70mm的混凝土,宜用人工捣实.混凝土拌合物分两层装入试模,每层厚度大致相等.插捣时按螺旋方向从边缘向中心均匀进行.插捣底层时,捣棒应达到试模底面,插捣上层时,捣棒应穿入下层深度约20~30mm.插捣时捣棒保持垂直不得倾斜,并用抹刀沿试模内壁插入数次.以防止试件产生麻面.每层插捣次数见表2,一般每2面积应不少于12次.然后刮除多余的混凝土,并用馒刀抹平. 表4 混凝土试件每层的插捣次数 试件尺寸(mm) 骨料最大粒径(mm) 每层插捣次数(次) 抗压强度换算系数 100*100*100 30 12 0.95 150*150*150 40 25 1.0 200*200*200 60 50 1.05 试件的养护 1) 采用标准养护的试件成型后应覆盖表面,以防止水分蒸发,并应在温度为20±5℃情况下静置一昼夜至两昼夜,然后编号拆模. 拆模后的试件应立即放在温度为20±3℃,温度为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,彼此间隔为10~20mm,并应避免用水直接冲淋试件. 2) 无标准养护室时,混凝土试件可在温度为20±3℃的不流动水中养护.水的pH值不应小于7.
3) 与构件同条件养护的试件成型后,应覆盖表面.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 ② 达到实验龄期时,从养护室取出时间,并尽快实验.实验前需用湿布覆盖时间,防止试件内的温度、湿度发生显著变化. ③ 实验前,将试件擦拭干净,检查外观,测量尺寸,并据此计算受压面积.当时测尺寸与公称尺寸之差不超过1mm时,可按公称尺寸计算受压面积.试件承压面的平整度要求与试模的要求相同.当试件有严重缺陷时,应废弃. ④ 将试件放在实验机下的压板的正中央,上下压板与试件间宜加垫板,加压方向与试件成型时的捣实方向垂直. ⑤ 加荷应均匀连续进行,加荷速度:混凝土强度等级低于C30时,按0.3~0.5MPa/s加荷;高于或等于C30时,按0.5~0.8MPa/s加荷.当试件接近破坏时,应减缓油门,直至试件破坏.记录破坏荷载P(N). ⑥ 按下式计算抗压强度: ⑦ 以3个时检测值的算术平均值作为该组试件的实验结果.3个测值的最大值、最小值中,若有1个测值与中间值之差超过中间值的15%,则取中间值作为实验结果.若两个测值都超过中间值的15%,则此组试件作废. (三)混凝土劈裂抗拉强度实验 (1) 试件从养护室中取出后,应及时进行试验,在试验前试件应保持与原养护地点相似的干湿状态.
(2) 先将试件擦干净,在试件侧面中部划线定出劈裂面的位置,劈裂面应与试件成型时的顶面垂直. (3) 量出劈裂面的边长(精确至1mm),计算出劈裂面面积 (A).
(4) 将试件放在压力机下压板的中心位置.在上下压板与试件之间加垫层和垫条,使垫条的接触母线与试件上的荷载作用线准确对齐(附图4-3a).
(5) 加荷时必须连续而均匀地进行,使荷载通过垫条均匀地传至试件上,加荷速度为:混凝土强度等级低于C30时,取每秒钟0.02~0.05MPa;强度等级高于或等于C30时,取每秒钟0.05~0.08 MPa.
(6) 在试件临近破坏开始急速变形时,停止调整试验机油门,继续加荷直至试件破坏,记录破坏荷载(P).
(7) 混凝土劈裂抗拉强度按下式计算:(计算至0.01 MPa):
式中 fts―混凝土劈裂抗拉强度MPa; ?P―破坏荷载,N;
A―试件劈裂面积,mm2. (8) 以三个试件测值的算术平均值作为该组试件的劈裂抗拉强度值(精确至 0.01MPa).如果三个测定值中的最小值或最大值中有一个与中间值的差异超过中间值的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.如最大和最小值与中间值相差均超过15%,则该组试件试验结果无效.
(9) 采用边长为150mm的立方体试件作为标准试件,如采用边长为100mm 的立方体非标准试件时,测得的强度应乘以尺寸换算系数0.85.
五、配合比设计工程实例 例1: 某钢筋混凝土梁,设计混凝土强度等级为C30,施工坍落度要求为50~70mm,粗骨料最大粒径要求为40mm,该单位无历史统计资料. 例2: 某预应力钢筋混凝土梁,设计混凝土强度等级为C40,施工坍落度要求为70~90mm,粗骨料最大粒径要求为30mm,该单位无历史统计资料. 例3: 某混凝土基础,设计混凝土强度等级为C20,施工坍落度要求为10~30mm,粗骨料最大粒径要求为40mm,该单位无历史统计资料. 例4: 某钢筋混凝土灌注桩,设计混凝土强度等级为C25,施工坍落度要求为160~180mm,粗骨料最大粒径要求为30mm,该单位无历史统计资料. 课后作业要求: ① 每实验组选择1个题目. ② 根据选择的题目,确定实验方案和实验安排. ③ 测定基础数据 ④ 计算初步配合比. ⑤ 试拌调整确定基准配合比. ⑥ 制作试件,标准养护,在规定龄期进行抗压强度实验,确定实验室配合比. ⑦ 认真填写实验报告. 实验四:钢筋实验 一、实验意义和目的 建筑钢材是指钢筋混凝土结构的钢筋、钢丝和用于钢结构的各种型钢,以及用于维护结构的装修工程的各种深加工钢板和复合板等.由于建筑钢材主要用作结构材料,钢材的性能往往对结构的安全起着决定性的作用,因此,我们应对各种钢材的性能有充分的了解,以便在设计和施工中合理地选择和使用. 本实验的目的,是为了加深对钢筋受拉的应力-应变特性的认识;加深对屈服强度、抗拉强度和伸长率的认识;确定实验钢筋的钢号. 二、实验原理 抗拉强度是建筑钢材最重要的性能之一.由拉力实验测定的屈服点、抗拉强度和伸长率是钢材抗拉性能的主要技术指标.钢材的受拉性能,可通过低碳钢受拉时的应力-应变图阐明.低碳钢在常温和静载条件下,要经历四个过程,即弹性阶段、塑性阶段、应变强化阶段和颈缩断裂.钢材的抗拉性能通过伸长率等指标来反应. 冷弯性能是指钢材在常温下承受弯曲变形的能力,是建筑钢材的重要工艺性能.钢材的冷弯性能指标用试件在常温下所能承受的弯曲程度表示.按规定的弯曲角和弯心直径进行实验时,试件的弯曲处不发生裂缝、裂断或起层,即认为冷弯性能合格. 三、实验装置和仪器 万能实验机、游标卡尺、支承辊、弯心等 四、实验方法和步骤 (一)拉伸实验 1. 试件制作和准备 抗拉实验用钢筋试件不得进行车削加工,可以用两个或一系列等分小冲点或细划线标出原始标距 (标记不应影响试样断裂),测量标距长度Lo (精确至0.lmm),如图2所示.计算钢筋强度用横截面积采用表1所列公称横截面积. 表5 钢筋的公称横截面积 公称直径(mm) 公称横截面面积〈mm2) 公称直径(mm) 公称横截面面积(mm2)
8 50.27 22 380.1 10 78.54 25 490.9 12 113.1 28 615.8 14 153.9 32 804.2 16 201.1 36 .5 40 .2 50 1964 图1 钢筋拉伸试件 a-试样原始直径;Lo-标距长度;h-夹头长度;Lc-试样平行长度[不小于Lo + a] 2. 屈服点σs和抗拉强度σb测定 (1) 调整实验机测力度盘的指针,使其对准零点,并拨动副指针,使之与主指针重叠. (2) 将试件固定在实验机夹头内,开动实验机进行拉伸.测屈服点时,屈服前的应力增加速率按表2规定,并保持实验机控制器固定于这一速率位置上,直至该性能测出为止.屈服后或只需测定抗拉强度时,实验机活动夹头在荷载下的移动速度为不大于0.5Lc/min. 表6. 屈服前的加荷速率 金属材料的弹性模量(N/mm2) 应力速率 (N/mm2?s-1)
最小 最大 ;特殊需要也可分别记录实测值.如3个测定结果中,有1个以上的测定值小于时,若最大值或最小值与平均值之差满足重复性实验精度要求,则取3个测定结果的平均值的整数作为延度实验结果;若平均值大于,记作>;若最大值或最小值与平均值之差不符合重复性实验精度要求时,实验应重新进行. 精密度或允许差:当实验结果小于时,重复性实验精度的允许差为平均值的20%;再现性实验精度的允许差为平均值的30%. (七)注意事项: 1.在浇涛试样时,隔离剂配置要适当,以免试样取不下来,对于粘结在玻璃上的试样,应放弃.在试模底部涂隔离剂时,不易太多,以免隔离剂占用试样部分体积,冷却后造成试样断面不合格,影响实验结果. 2.在灌模时应使试样高出试模,以免试样冷却后欠模. 3.对于延度较大的沥青试样,为了便于观察延度值,延度值底部尽量采用白色衬砌. 4.在刮模时,应将沥青与试模刮为齐平,尤其是试模中部,不应有低凹现象. 二、沥青软化点实验 (一)实验目的: 沥青的软化点是试样在规定尺寸的金属环内,上置规定尺寸和质量的钢球,放于水 (或甘油)中,以(5±0.5)℃C/min的速度加热,至钢球下沉达规定距离(25.4mm)时的温度,以℃表示. (二)适用范围: 本方法适用于测定道路石油沥青、煤沥青、液体石油沥青和乳化沥青蒸发后残留物等材料的软化点. (三)仪具设备: 1.钢球:直径9.53mm,质量(3.5±0.05)g. 2.试样环:黄铜或不锈钢等制成. 3.钢球定位环:黄铜或不锈钢制成. 4.金属支架:由两个主杆和三层平行的金属板组成.上层为一圆盘,直径略大于烧杯直径,中间有一圆孔,用以插放温度计.中层板板上有两个孔,准备放置金属习;,中间有一小孔可支持温度计的测温端部.一侧立杆距环上面51mm处刻有水高标记.环下面距下层底板为25.4mm,而下底板距烧杯底不少于12.7mm,也不得大于19mm.三层金属板和两个主杆由两螺母固定在一起. 5.耐热玻璃烧杯:容量800~1 000mL,直径不少于86mm,高不少于120mm. 6.温度计:0~80℃,分度0.5℃. 7.环夹:由薄钢条制成,用以夹持金属环,以便刮平表面. 8.装有温度调节器的电炉或其他加热炉具(液化石油气、天燃气等). 9.试样底板:金属板(表面粗糙度应达Ra0.8um)或玻璃板. 10.恒温水槽. 11.平刮刀. 12、石棉网 (四)主要材料: 1.甘油滑石粉隔离剂(甘油与滑石粉的比例为质量比2:1). 2.新煮沸过的蒸馏水. (五)方法步骤: 准备工作: 将试样环置于涂有甘油滑石粉隔离剂的试样底板上,将准备好的沥青试样徐徐注入试样环内至略高出环面为止. 如估计试样软化点高于120~C,则试样环和试样底板(不用玻璃板)均应预热至80℃~100℃. 试样在室温冷却后,用环夹夹着试样杯,并用热刮刀刮除环面上的试样,务使与环面齐平. 实验步骤: 试样软化点在80%以下者: 1.将装有试样的试样环连同试样底板置于装有(5±0.5)℃的保温槽冷水中至少);同时将金属支架、钢球、钢球定位环等亦置于相同水槽中. 2.烧杯内注入新煮沸并冷却至5~C的蒸馏水,水面略低于立杆上的深度标记. 3.从保温槽水中取出盛有试样的试样环放置在支架中层板的圆孔中,套上定位环;然后将整个环架放人烧杯中,调整水面至深度标记,并保持水温为(5±0.5)℃.注意,环架上任何部分不得附有气泡.将0~80℃的温度计由上层板中心孔垂直插入,使端部测温头底部与试样环下面齐平. 4.将盛有水和环架的烧杯移至放有石棉网的加热炉具上,然后将钢球放在定位环中间的试样中央,立即加热,使杯中水温在3min内调节至维持每分钟上升(5±0.5)℃.注意,在加热过程中,如温度上升速度超出此范围时,则实验应重做. 5.试样受热软化逐渐下坠,至与下层底板表面接触时,立即读取温度,至0.5℃. 试样软化点在80%以上者: 1.将装有试样的试样环连同试样底板置于装有(32±1)℃甘油的保温槽中至少;同时将金属支架、钢球、钢球定位环等亦置于甘油中. 2.在烧杯内注入预先加热至32℃的甘油,其液面略低于立杆上的深度标记. 3.从保温槽中取出装有试样的试样环按上述(1)的方法进行测定,读取温度至l℃. (六)实验结果: 同一试样平行实验两次,当两次测定值的差值符合重复性实验精度要求时,取其平均值作为软化点实验结果,准确至0.5℃. 精密度或允许差: 1.当试样软化点小于80℃时,重复性实验精度的允许差为1℃,再现性实验精度的允许差为4~C. 2.当试样软化点等于或大于80%时,重复性实验精度的允许差为2~C,再现性实验精度的允许差为8℃. 三、沥青针入度实验 针入度实验是国际上经常用来测定粘稠(固体、半固体)沥青稠度的一种方法.通常稠度高的沥青,针入度值愈小,表示沥青愈硬;相反稠度低的沥青,针入度值愈大,表示沥青愈软.我国现行标准是以针入度为等级来划分沥青的标号. (一)实验目的: 沥青的针入度是在规定温度和时间内,附加一定质量的标准针垂直贯入试样的深度以0.1mm表示. (二)适用范围: 1.非经注明,标准针、针连杆与附加砝码的总质量为100g±0.05g,实验温度为25℃,针入度贯入时间为5s.根据需要如采用其他实验条件时,应在实验结果中注明. 2.本方法适用于测定道路石油沥青、液体石油沥青蒸馏或郛化沥青蒸发后残留物的针入度. (三)仪器设备: 1.针人度仪:凡能保证针和针连杆在无明显摩擦下垂直运动,并能指示针贯入深度准确至0.1mm的仪器均可使用.针和针连杆组合件总质量为50g±0.05g,另附50g土0.05g砝码一只,以供实验时适合总质量100g±0.05g的需要.仪器设有放置平底玻璃保温皿的平台,并有调节水平的装置,针连杆应与平台相垂直.仪器设有针连杆制动按钮,使针连杆可自由下落.针连杆易于装卸,以便检查其质量.仪器还设有可自由转动与调节距离的悬臂,其端部有一面小镜或聚光灯泡,借以观察针尖与试样表面接触情况.当为自动针人度仪时,基本要求与此项相同,但应附有对计时装置的校正检验方法,以经常校验. 2.标准针由硬化回火的不锈钢制成,洛氏硬度HBC54~60,表面粗糙度Ra0.2um~ Ra0.23um,针及针杆总质量2.5g±0.05g,针杆上打印有号码标志.针应设有固定用装置盒(筒),以免碰撞针尖,每根针必须附有计量部门的检验单,并定期进行检验. 3.盛样皿:金属制,圆柱形平底.小盛样皿的内径55mm,深35mm(适用于针入度小于200);大盛样皿内径70mm,深45mm(适用于针人度200~350);对针入度大于350的试样需使用特殊盛样皿,其深度不小于60mm,试样体积不少于125mL. 4.恒温水浴:容量不少于10L,控制温度±0.1℃.水中应备有一带孔的搁板(台),位于水面下不小于100mm,距水浴底不少于50mm处. 5.平底玻璃皿:容量不少于1L,深度不少于80mm.内设有一不锈钢三脚支架,能使盛样皿稳定. 6.温度计:(0~50)℃,分度0.1℃. 7.秒表:分度0.1s. 8.盛样皿盖:平板玻璃,直径不小于盛样皿开口尺寸. 9.其他:电炉或砂浴、石棉网、金属锅或瓷把坩埚等. (四)主要材料: 溶剂:三氯乙烯. (五)方法步骤: 1.准备工作: ①将试样注入盛样皿中,试样高度应超过预计针入度值10mm,并盖上盛样皿,以防落人灰尘.盛有试样的盛样皿在(15~30)℃室温中冷却1~1.5h(小盛样皿)、1.5~2h(大盛样皿)或2~2.5h(特殊盛样皿)后,移入保持规定实验温度±0.1℃的恒温水浴中1~1.5h(小盛样皿)、1.5~2h(大试样皿)或2~2.5h(特殊盛样皿). ②调整针入度仪使之水平.检查针连杆和导轨,以确认无水和其他外来物,无明显摩擦.用三氯乙烯或其他溶剂清洗标准针,并拭干.将标准针插入针连杆,用螺丝固紧.按实验条件,加上附加砝码. 2.实验步骤: ①取出达到恒温的盛样皿,并移入水温控制在实验温度±0.1℃(可用恒温水浴中的水)的平底玻璃皿中的三脚支架上,试样表面以上的水层深度不少于10mm. ②将盛有试样的平底玻璃皿置于针人度仪的平台上,慢慢放下针连杆,用适当位置的反光镜或灯光反射观察,使针尖恰好与试样表面接触.拉下刻度盘的拉杆,使与针连杆顶端轻轻接触,调节刻度盘或深度指示器的指针指示为零. ③开动秒表,在指针正指5s的瞬间,用手紧压按钮,使标准针自动下落贯入试样,经规定时间,停压按钮使针停止移动. 注:当采用自动针入度仪时,计时与标准针落下贯入试样同时开始,至5s时自动停止. ④拉下刻度盘拉杆与针连杆顶端接触,读取刻度盘指针或深度指示器的读数,精确至0.5. ⑤同一试样平行实验至少3次,各测试点之间及与盛样皿边缘的距离不应少于l0mm.每次实验后,应将盛有盛样皿的平底玻璃皿放人恒温水浴,使平底玻璃皿中水温保持实验温度.每次实验应换一根干净的标准针或将标准针取下,用蘸有三氯乙烯溶剂的棉花或布揩净,再用干棉花或布擦干. ⑥测定针入度大于200的沥青试样时,至少用3支标准针,每次实验后将针留在试样中,直至3次平行实验完成后,才能将标准针取出. (六)结果计算: 同一试样3次平行实验结果的最大值和最小值之差在下列允许偏差范围内时,计算3次实验结果的平均值,取至整数作为针人度实验结果,以0.1mm为单位. 针人度(0.1mm) 0~49 50~149 150~249 250~350 >350 允许差值(0.1mm) 2 4 6 10 14 精密度或允许差: 1.当实验结果小于50(0.1mm)时,重复性实验精度的允许差为2(0.1mm),再现性实验精度的允许差为4(0.1mm). 2.当实验结果等于或大于50(0.1mm)时,重复性实验精度的允许差为平均值的4%,再现性实验精度的允许差为平均值的8%. (七)注意事项: 1.实验的精密度和允许差规定是非常重要的项目,本法对精度的规定尽量按国际上通行的采用重复性和再现性的表示方法.重复性实验是指短期内,在同一实验室由同一个实验人员、采用同一仪器、对同一试样、完成两次以上的实验操作,所得实验结果之间的误差应不超过规定的允许差;再现性实验是指在两个以上不同的实验室,由各自的实验人员采用各自的仪器,按相同的实验方法对同一试样分别完成实验操作,所得的实验结果之间的误差亦不应超过规定的允许差.但一个样品某次实验结果的获得是同时进行几次实验(如针入度同时扎三针),通常以几次平行实验的平均值作为实验结果.实验方法一般均规定几次实验结果的允许误差,它并不属于重复性实验.这里平行实验的允许差是检验这一次实验的精确度,是对实验方法本身的要求,其重复性和再现性实验的允许值与作为一次实验取2~3个平行实验的差值含义不同,它是多次实验的结果,即平均值之间的允许差,故要求更为严格.重复性和再现性实验只有在需要时(如仲裁实验)才做.重复性实验往往是对实验人员的操作水平、取样代表性的检验,再现性则同时检验仪器设备的性能,通过这两种实验检验实验结果的法定效果,如实验结果不符合精确度要求时,实验结果即属无效. 2.针人度实验属于条件性实验,因此实验时要注意其条件.针人度的条件有三项,分别为温度、时间和针质量.这三项要求不一样,会严重影响结果的正确性.实验时要定期检验标准针,尤其不能使用针尖被损的标准针,在每次实验时,均应用三氯乙烯擦试标准针.同时要严格控制温度,使其满足精度要求. 3.影响沥青针入度测定值的一个非常重要的步骤就是标准针与试样表面的接触情况.在实验时,一定要让标准针刚接触试样表面;实验时可将针入度仪置于光线照射处,从试样表面观察标准针的倒影,而后调节标准针升降,使标准针与其倒影刚好接触即可. 4.将沥青试样注入试皿时,不应留有气泡.若有气泡,可用明火将其消掉,以免影响结果的正确性. 土工实验指导书 实验一、密度试验 (一)试验目的 测定土的密度,以了解土的疏密状态,供换算土的其他物理性质指标以及进行工程设计和控制施工质量之用.土的密度一般是指土的湿密度,除此以外还有土的干密度、土的饱和密度和土的有效密度. (二)试验方法 室内试验方法有环刀法、蜡封法等.环刀法适用于细粒土,蜡封法适用于破裂土和形状不规则土.灌砂法和灌水法适用于现场测定粗粒土.应进行两次平行测定,差值不得大于3,取平均值. (三)仪器设备(环刀法) 环刀(内径6.18cm,高2cm,面积30cm2,体积60cm3;或内径7.98cm,高2cm,面积50cm2,体积3)、天平、修土刀、钢丝锯、毛玻璃等. 密度试验记录表 工程名称 试验者 试验方法 计算者 试验日期 校核者 土样编号环刀编号 环刀质量(g) 环刀加土质量 (g) 土的质量 (g) 环刀 容积 (cm3) 密度 (g/cm3) 平均密度 (g/cm3)
思考题: 1、通过本使实验,你进一步了解了密度这个概念,请问现场又怎样测定粗粒土的密度? 实验二、含水量、液塑限试验 (一)试验目的 测定土的含水量,以了解土的含水情况,是计算土的孔隙比、液性指数、饱和度及其它物理力学性质不可缺少的一个基本指标.测定土的液限和塑限,与天然含水率实验结合,可用以计算土的塑性指数和液性指数,并作为粘性土分类以及估算地基土承载力的一个依据. (二)试验方法 含水量试验方法有烘干法、酒精燃烧法以及炒干法等.其中以烘干法为室内试验的标准方法.土的塑限试验用滚搓法;液限试验采用手提锥式液限仪;也可采用液塑限联合仪测定土的液塑限.本方法适用于颗粒小于0.5mm土.需对两个试样进行平行试验,允许平行差值: 含水量(%) 小于40 大于等于40 允许平行差值(%) ≤1.0 ≤2.0 (三)仪器设备 含水量试验仪器:烘箱、分析天平、干燥器、铝制称量盒、削土刀和匙等.塑限试验仪器:毛玻璃板、钢棒、调土刀、调土皿、滴瓶、吹风机等.液限试验仪器:手提锥式液限仪.液塑限联合测定仪用于联合测定土的液塑限. 含水量试验记录表 工程名称 试验者 试验方法 计算者 试验日期 校核者 土样编号 盒号 盒质量 (g) 盒+湿土质量 (g) 盒 +干 土质 量(g) 水 的质 量(g) 干 土质 量(g) 含水量 (%) 平均含水量 (%) 备注塑限试验记录表 工程名称 试验者 试验方法 计算者 试验日期 校核者 土样编号 盒号 盒质量 (g) 盒+湿 土质量 (g) 盒+干 土质量(g) 水 的质 量(g) 干 土质 量(g) 含水量 (%) 塑限平均值 (%) 备注液限试验记录表 工程名称 试验者 试验方法 计算者 试验日期 校核者 土样编号盒号盒质量 (g) 盒+湿 土质量 (g) 盒+干 土质量(g) 水 的质 量(g) 干 土质 量(g) 含水量 (%) 液限平均值 (%) 备注液塑限联合实验记录表 工程名称 试验者 试验方法 计算者 试验日期 校核者 土样编号圆锥下沉深度 盒号盒质量(g)
盒+湿土质量(g)
盒+干土质量(g)
湿土质量(g)
水的质量(g)
平均含水量 (%)
塑性指数液性指数土的名称 圆锥下沉深度与含水量关系图 思考题: 1、试由上述土的含水量、塑限和液限试验结果计算Ip、IL,并对该土进行命名,说明其状态? 2、土的含水量越大,土的饱和度是否越大,为什么? 3、通过本项目实验,你发现试验方法、原理或结果存在什么问题,你有何改进措施? 实验三、颗粒分析试验 (一)试验目的 测定土中各种粒组所占该土总质量的百分数,以便了解土粒组成情况,并作为砂类土分类的依据以及供给土工建筑物选料之用. (二)试验方法 对粒径大于0.075mm土可用筛分析法,对粒径小0.075mm土可用沉降分析法,其中沉降分析法又有比重计法、移液管法等; (三)仪器设备(筛分法) 分析筛(粗筛,孔径60、40、20、10、5、2,细筛,孔径2.0、1.0、0.5、0.25、0.075),天平,振筛机,烘箱等. 筛分法试验记录 烘干土质量: g,小于0.075mm的土质量:g,占总土质量百分数: % 筛号孔径(mm) 累计留筛上土质量 (g) 小于该孔 径土质量 (g) 小于该孔径 质量百分数 (%) 小于该孔径总 土质量百分数 (%)
底盘总计 日期:小组: 思考题: 1、根据上述颗粒大小级配曲线,计算不均匀系数Cu和曲率系数Cs,并说明土的级配好坏? 2、根据颗粒分析结果,定义该土名? 实验四、渗透试验 (一)试验目的 了解达西定律试验装置、原理及表达式,测定土的渗透系数,判别土的渗透性大小. (二)试验方法 有常水头渗透试验和变水头渗透试验.对粗粒土,采用常水头渗透试验,而细粒土,因渗透性较大,采用变水头渗透试验. (三)仪器设备(常水头渗透试验) 常水头渗透试验装置由金属封底圆筒、金属孔板、滤网、测压管和供水瓶组成. 常水头渗透试验记录 土样编号:日期:小组: 试验次数 经过时间(s)
测压管水压(cm)
水位差 水力坡降 渗流量 (cm) 渗透系数 (cm/s) 水温 (0C) 校正系数 水温200c渗透系数 (cm/s) 平均渗透系数 (cm/s)
Ⅰ Ⅱ Ⅲ H1 H2 平均 (1) (2) (3) (4) (5)= (2)-(3) (6)= (3)-(4) (7)=(5+6)/2 (8)= (9) (10)= (11) (12)= (13)= (10)*(12) (14)
实验五、击实试验 (一) 试验目的 在标准击实方法下测定土的最大干密度和最优含水率,是控制路堤、土坝或填土地基等密实度的重要指标.系综合设计性试验. (二) 仪器设备 击实仪(锤重2500g、落距300mm,容积3);天平、台秤、筛、其他(喷雾器、盛土容器、修土刀、碎土设备) 试验记录表 土样编号:日期:小组: 试验仪器 土样类别 每层击数 估计最优含量 风干含水量 土粒相对密度 试验次数123456干密度加水量 g 击实筒质 量g(1)
击实筒加土质重 g (2)
湿土质重g(3) (2)-(1)
击实筒体 积cm3 (4)
土密度 g/cm3 (5) (3)/(4)
土干密度g/cm3 (6) (5)/1+0.01w 含水量盒号盒加湿土质量 g (1)
盒加干土质量 g (2)
盒质量 g (3)
水质量 g (4) (1)-(2)
干土质量g(5) (2)-(3)
含水量 % (6) (4)/(5)
干密度含水量(%) 最大干密度为:最优含水量为: 思考题: 1、增大压实功对最大干密度有何影响? 2、试验中对分层厚度有何要求?你研究过不同分层厚度对试验结果带来的影响吗? 实验六、固结试验 (一)试验目的 土的固结试验可测定土的压缩系数、压缩模量、体积压缩系数、压缩指数、回弹指数、竖向固结系数、水平向固结系数以及先期固结压力,为计算分析土的变形特性提供依据. (二)仪器设备 固结仪、测微表、毛玻璃板、圆玻璃板、滤纸、切土刀、钢丝锯、凡士林等. 含水量试验记录表 日期:小组: 盒号盒质量 (g) 湿土质量(g) 干土质量 (g) 含水量(%) 平均含水量 (%)
试验前试验前密度试验记录表 日期:小组: 环刀号 湿土质量 (g) 环刀容积 (cm3) 湿密度(g/cm3)
固结试验记录表 土样编号:试验方法:日期:小组: 土样高度,土粒密度 g/cm3,土密度 g/cm3 含水量 ,试验前孔隙比e0=
荷载P(kpa) 50 100 200 400 800 测微表初读数(0.01mm)
各级荷载历时 (min) 及 测微表读数(0.01mm) 历时 测微表 读数(0.01mm) 测微表 读数(0.01mm) 测微表 读数(0.01mm) 测微表 读数(0.01mm) 测微表 读数(0.01mm)
各级荷载历时完后测微表读数(0.01mm)
变形量(mm)
仪器变形量(mm)
各级增量荷载下土样压缩量(mm)
各级荷载下总压缩量(mm)
各级荷载下孔隙比 压缩系数(Mpa-1) 压缩模量(Mpa) e~p 曲线绘制区 思考题: 根据e~p曲线求,并说明该土的压缩性? 2、详述试验步骤? 3、根据上述试验数据,如何确定土的前期固结压力? 实验七、直剪试验 (一) 试验目的 直接剪切试验是测定土的抗剪强度的一种常用方法,可提供地基强度计算和稳定分析所需的土的抗剪强度参数,内摩擦角和粘聚力.可作为综合设计性试验. (二)试验方法 根据排水条件及剪切速度,分为快剪、固结快剪和慢剪. (三)仪器设备 直剪仪、测力钢环、环刀、切土刀、钢丝锯、毛玻璃板、圆玻璃板、百分表、秒表等. 试验记录表 土样编号:试验方法:日期:小组: 仪器编号: 应变钢环号码: 应变钢环系数K(kPa/0.01mm):
垂直压力 (kpa) 50 100 200 400 应变钢环初读数R0(0.01mm)
手轮转数应变钢环读数R (0.01mm) 剪应力s(kpa) 剪切位移(0.01mm) 应变钢 环读数R (0.01mm) 剪应力s(kpa) 剪切 位移(0.01mm) 应变钢 环读数R (0.01mm) 剪应力s(kpa) 剪切 位移(0.01mm) 应变钢 环读数R (0.01mm) 剪应力s(kpa) 剪切 位移(0.01mm)
剪123456切位移 13 14 15 16 17 18 19 18 与剪应力关系19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 418 42 43 44 45 46 四、计算公式: 应变钢环读数差:=R-R0(0.01mm); 剪应力:(kPa) 剪切位移:(0.01mm) n――手轮转数. 五、成果整理 对每一垂直应力,以剪应力s为纵座标,剪切位移ΔL为横座标绘制剪应力s与剪切位移L关系曲线,并求出相应的抗剪强度τ. 绘制曲线,求出内摩擦角及内粘聚力c. 六、思考题: 1、试验过程中依据什么来判别试样达到抗剪强度?试根据试验结果绘制曲线? 2、直接剪切试验一般可以分为哪几种方法,其相互间的异同点如何? 3、土的抗剪强度受剪切试验时间长短的影响如何? 4、不同含水率的土料其抗剪强度是如何变化的? 实验八、三轴剪切试验(演示) (一) 试验目的 试验目的是研究土的抗剪强度及变形特性,了解UU、CU及CD 试验的排水条件、试验原理及抗剪强度指标获取方法. (二)试验方法 根据土样在周围压力作用下固结排水条件和剪切时的排水条件,分为不固结不排水(UU试验)、固结不排水剪(CU试验)、固结排水剪(CD试验)试验. (三)仪器设备 三轴仪、击样器、饱和器、切土器、切土盘、承膜筒、天平等. 试验记录表 土样编号:试验方法:日期:小组: 试样直径 试样高度 试样面积2 试样体积3 试样质量m0 g 试样密度3 钢环系数C N/0.01mm 试样体积3 剪切速率 mm/min 侧压力量力 环读数 轴向 荷载 轴向 应变读数 量水管读数 试样 体积 变化 体积变化百分数 轴向应变应变 减量 校正 后试 样面积 应力差 孔隙压力读数 孔隙压力 kpa 0.01 mm N 0.3 cm3 % %
Cm2 kpa kpa kpa R P=CR Q (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13)
思考题: 1、根据上述试验结果绘制出对应试验条件下强度包线,并求出相应试验条件下土的抗剪强度指标? 路基路面实验指导书 第一部分 沥青材料试验检测方法 实验一、沥青试样制备方法 沥青取样:可从储油罐中取样;从槽车、罐车、沥青洒布车中取样;在装料或卸料过程中取样;从沥青储存池中取样;从沥青运输船取样;从沥青桶中取样;也可取固体沥青样. 沥青存放:除液体沥青、乳化沥青外,所有需加热的沥青试样必须存放在密封袋盖的金属容器中,严禁灌入纸袋、塑料袋中存放.试样应存放在阴凉干燥处,注意防止试样污染.试样需加热采取时,应一次取够一批试验所需的数量装入另一盛样器中,其余试样密封保存,应尽量减少重复加热取样. 1. 目的与适用范围 (1)本方法规定了按规范取样的沥青试样在试验前的试样准备方法. (2)本方法适用于粘稠道路石油沥青、煤沥青等需要加热后才能进行试验的沥青试样,按此法准备的沥青供立即在试验室进行各项试验使用. (3)本方法也适用于在试验室按照乳化沥青中沥青、乳化剂、随机外加剂的比例制备乳液的试样进行各项性能测试使用. 2. 仪具与材料 (1)烘箱:200℃,装有温度调节器. (2)加热炉具:电炉或其他燃气炉. (3)石棉垫:不小于炉具上面积. (4)滤筛:筛孔孔径0.6mm. (5)沥青盛样器皿:金属锅或瓷坩埚. (6)乳化剂. (7)烧杯:1000mL. (8)温度计:0℃~100℃及200℃分度为0.1℃. (9)天平:称量2000g,感量不大于1g;称量100g,感量不大于0.1g. (10)其它:玻璃棒、溶剂、洗油、棉纱等. 3. 方法与步骤 (1)热沥青试样制备 ① 将装有试样的盛样器带盖放入恒温烘箱中,当石油沥青试样中含有水分时,烘箱温度80℃左右,加热至沥青全部熔化后供脱水用.当石油沥青试样中无水分时,烘箱温度宜为软化点温度以上90℃,通常为135℃左右.对取来的沥青试样不得直接采用电炉或煤气炉明火加热. ② 当石油沥青试样中含有水分时,将盛样器皿放在可控温的砂浴、油浴、电热套上加热脱水,不得已采用电炉、煤气炉加热脱水时必须加方石棉垫.时间不超过,并用玻璃棒轻轻搅拌,防止局部过热.在沥青温度不超过100℃的条件下,仔细脱水至无泡沫为止,最后的加热温度不超过软化点以上100℃(石油沥青)或50℃(煤沥青). ③ 将盛样器中的沥青通过0.6mm的滤筛过滤,不等冷却立即一次灌入各项试验的模具中.根据需要也可将试样入擦拭干净并干燥的一个或数个沥青盛样器中,数量应满足一批试验项目所需的沥青样品并有富余. ④ 在沥青灌模过程中如温度下降可放入烘箱中适当加热,试样冷却后反复加热的次数不得超过2次,以防沥青老化影响试验效果.注意在沥青灌模时不得反复搅动沥青,应避免混进气泡. ⑤ 灌模剩余的沥青应立即洗干净,不得重复使用. 实验二、、沥青针入度试验方法 针入度试验是用来测定粘稠沥青稠度的一种方法.通常稠度高的沥青,针入度愈小,表示沥青愈硬;反之,稠度低,针入度值愈大,表示沥青愈软.我国现行标准是以针入度为等级来划分沥青的标号. 目的和使用范围 沥青的针入度是在规定温度(25℃)和时间(5s)内,附加一定质量(100g±0.05g)的标准针垂直贯入试样的深度,以0.1mm表示. 本方法适用于测定道路石油沥青、改性沥青针入度以及液体石油沥青蒸馏或乳化沥青蒸发后残留物的针入度. 仪具和材料 针入度仪:凡能保证针和针连杆在无明显摩擦下垂直运动,并能指示针贯入深度准确至0.1mm仪器均可使用.针和针连杆组合件总质量为50g±0.05g,另附50g±0.05g砝码一只,试验时总质量为100g±0.05g.仪器设有放置平底玻璃保温皿的平台,并有调节水平的装置,针连杆应与平台相垂直.仪器设有针连杆制动按钮,使针连杆可自由下落.仪器还设有可自由转动与调节距离的悬臂,其端部有一面小镜或聚光灯泡,借以观察针尖与试样表面接触情况.当为自动针入度仪时,温度采用温度传感器测定,针入度采用位移计测定,并能自动显示或记录. 标准针由硬化回火的不锈钢制成,针及针杆总质量2.5g±0.05g,针杆上打印有号码标志.有固定用装置盒,每根针必须附有计量部门的检验单,并定期进行检查. 盛样皿:金属制,圆柱形平底.小盛样器的内径55mm,深35mm(适用于针入度小于200);大盛样器的内径70mm,深45mm(适用于针入度小于200~350). 恒温水槽:容量不少于10L,控温的准确度±0.1℃.水槽中应设有一带孔的搁板,位于水面下不小于100mm,距水槽底不少于50mm处. 平底玻璃皿:容量不少于1L,深度不少于80mm.内设有一不锈钢三角支架,能使盛样皿稳定. 温度计:(0~50)℃,分度0.1℃. 秒表:分度0.1s. 盛样皿盖:平板玻璃,直径不小于盛样皿开口尺寸. 溶剂:三氯乙烯等. 其他:电炉或砂浴、石棉网、金属锅或瓷把坩埚等. 方法与步骤: 准备工作 ① 按要求准备试样. ② 按试验要求将恒温水槽调节到要求的试验温度25℃,保持稳定. ③ 将试样注入盛样皿中,试样高度应超过预计针入度值10mm,并盖上盛样皿,以防落入灰尘.盛有试样的盛样皿在(15~30)℃室温中冷却1~1.5h(小盛样皿)、1.5~2h(大盛样皿)后移入保持规定试验温度±0.1℃恒温水槽中1~1.5h(小盛样皿)、1.5~2h(大盛样皿). ④ 调整针入度仪使之水平.检查针连杆和导轨,以确认无水和其他外来物,无明显摩擦.用三氯乙烯或其他溶剂清洗标准针,并拭干.将标准针插入针连杆,用螺丝固定.按试验条件,加上附加砝码. 试验步骤 取出达到恒温的盛样皿,并移入水温控制在试验温度±0.1℃(可用恒温水槽中的水)的平底玻璃皿中的三脚支架上,试样表面以上的水层深度不少于10mm. 将盛有试样的平底玻璃皿置于针入度仪的平台上,慢慢放下针连杆,用适当位置的反光镜或灯光反射观察,使针尖恰好与试样表面接触.拉下刻度盘的拉杆,使与针连杆顶端轻轻接触,调节刻度盘或深度指示器的指针指示为零. 开动秒表,在指针正指5s的瞬间,用手紧压按钮,使标准针自动下落贯入试样,经规定时间,停压按钮使针停止移动. 拉下刻度盘拉杆与针连杆顶端接触,读取刻度盘指针或深度指示器的读数,精确至0.5. 同一试样平行试验至少3次,各测试点之间及盛样皿边缘的距离不应少于10mm.每次试验后,应将盛有盛样皿的平底玻璃皿放入恒温水槽,使平底玻璃皿中水温保持试验温度.每次试验应换一根干净的标准针或将标准针取下,用蘸有三氯乙烯溶剂的棉花或布揩净,再用干棉花或布擦干. 测定针入度大于200的沥青试样时,至少用3支标准针,每次试验后将针留在试样中,直至3次平行试验完成,才能将针取出. 报告 同一试样3次平行试验结果的最大值和最小值之差在允许偏差范围内时,计算3次试验结果的平均值,取之整数作为针入度试验结果,以0.1mm为单位. 针入度(0.1mm) 允许差值(0.1mm) 0~49 2 50~149 4 150~249 12 250~500 20 当试验值不符合要求时应重新进行. 实验三、沥青延度试验方法 沥青的延性是当沥青受到外力的拉伸作用时,所能承受的塑性变形的总能,通常用延度作为条件延性指标来表征. 塑性铰好的沥青材料能承受较大的变形而不破坏,用该材料作为结合建造的路面不易产生裂缝,并能承受较大的冲