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土木工程材料 实验课件 建筑工程检测与实验中心 实验简介 一 混凝土骨料实验砂子的表观密度砂子的松堆积密度砂子筛分试验石子的表观密度二 水泥实验水泥密度测定水泥细度 实验简介 水泥标准稠度用水量测定水泥凝结时间测定水泥胶砂强度检验水泥安定性测定三 普通混凝土试验混凝土配合比设计混凝土拌和物和易性测定混凝土强度测定四 砌筑砂浆试验砂浆配合比的设计强度检验 实验简介 试验五 烧结普通砖试验试验六 石油沥青试验 一 混凝土骨料实验 一 实验要求测定砂子的表观密度 松堆积密度 筛分曲线及石子的表观密度 二 试验目的了解检验混凝土用砂 石基本性质的方法 熟悉国家有关技术规范 三 试验过程 混凝土骨料实验 1 砂子的表观密度主要仪器与设备 托盘天平 容量瓶 干燥器 电热鼓风干燥箱 漏斗 移液管 温度计 料勺 搪瓷盘等 试验步骤1 将潮湿状态的原始样品用四分法缩分至120g左右 在105 的烘箱内烘至恒重后 放入干燥器中冷却至室温备用 2 往容量瓶中注入适量的水 称取烘干试样300g m0 徐徐装入容量瓶中 摇转容量瓶使试样在水中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 使水面与瓶颈刻度线齐平 塞紧瓶塞 擦干瓶外水分称取质量m1g4 倒出瓶中水和试样 洗净瓶内外 注入清水至瓶颈刻度线 塞上瓶塞 擦干水分 称取质量为m2g按表观密度公式 mo m0 m2 m1 以两次测定结果的平均值为试验结果 若两次测定结果误差大于0 02g cm3应重新进行试验 混凝土骨料实验 2 砂子的松堆积密度试验步骤 将经烘干处理的试样装入漏斗 打开漏斗直管下的活门 使砂样徐徐流入容积为1L v0 的容量筒内 用直尺从容量筒中心向两个相反方向将试样刮平 将试样倒入台秤的称盘内称取砂样的质量m0 g 试样的松堆积密度 0 Kg L m v0 混凝土骨料实验 3 砂子筛分试验试验步骤 称取经缩分和烘干的试样500g装入套筛最上面的筛子里 盖上盖子 将套筛装在摇筛机上并拧紧压头 开动机器摇筛10分钟 取出套筛 将各筛子上的筛余分别盛在若干个搪瓷盘中 用天平逐个称取出各筛余的质量 绘出筛分曲线 混凝土骨料实验 石子的表观密度试验步骤 简易方法 用5mm圆孔筛筛去试样中直径小于5mm的颗粒 洗净后在清水中浸泡24h 记录水温 取浸泡至饱和的试样放入装有适量清水的宽口容量瓶中 排除气泡后添满水 将玻璃片沿瓶口水面滑行 紧贴水面盖在瓶口上 擦干瓶外的附着水 称取总质量m1 g 将瓶内的石子和水全部倒出来 洗净瓶子 重新注满清水 依前法盖上玻璃片并擦干瓶外的附着水 称取质量m2 g 将倒出的石子盛在搪瓷盘内 以次试样作为下面标准方法的试样 混凝土骨料实验 4 石子的表观密度试验步骤 标准方法 在盛入石子前 装上空的金属吊篮和加重盒 在有机玻璃桶中装满清水 打开水龙头直至桶内的水停止流出 此时加减加重盒内的物件 使天平达到平衡 取出金属篮吊篮 将前面在简易试验中用过的石子倒入金属篮 将篮装回天平上 待桶内的水停止经水龙头溢出后 在天平的右边加砝码 直至两边平衡 读出砝码的质量 此数据记为m1 注意天平除打开测试是否平衡外 其它任何操作都要在关闭天平的状态下进行 以免损坏天平 从吊篮中取出试样 在105 的烘箱中烘至恒重 取出放在干燥器中冷却至室温 称取石子的质量m0 g 以上两种方法的石子表观密度 m m0 m2 m1 其中 对于标准方法 m2为零 二 水泥试验 试验内容 测定水泥的密度细度 标准稠度用水量及净浆凝结时间 水泥胶砂试件的制作 养护及抗折抗压强度试验 水泥试验 1 水泥密度仪器及使用设备 李氏瓶 分度值为0 01ml 天平 温度计 玻璃器 烘箱 试验步骤 将不与水泥起反应的煤油倒入李氏瓶中 使液面达到0 1刻度之间 将李氏瓶放在盛有20 水的玻璃容器中 使刻度完全浸入 并用支架夹住 经30min使瓶内煤油的温度与水温一致 读出李氏瓶内液体凹面的刻度值记为v1用滤纸将液面以上的瓶颈内部的煤油吸干 称取试样70 80g 记为m1 将水泥粉末通过漏斗渐渐送入李氏瓶内 至瓶内液面上升至接近20ml为止 装粉时 须注意用水匙细心的装 防止撒出或堵塞 称出剩余试样的质量m2 将李氏瓶倾斜一定角度并沿轴旋转 使粉末中的空气逸出 再将李氏瓶放入20 水的玻璃容器中 经30min使煤油和水温一致 此时读出液体凹面刻度v2 计算水泥的密度 m v m1 m2 v2 v1 注意 实验室温度应为17 25 相对湿度应大于50 养护箱温度为20 左右相对湿度应大于90 水泥试验 2 水泥细度测定目的 水泥的物理力学性质都与细度有关 因此必须进行细度测定 主要仪器与设备 标准方孔筛 天平 电热鼓风干燥箱 搪瓷盘 水泥水筛 干燥箱 水筛法 现已即将淘汰 新版建材书中已无此种筛分法 负压筛分法 试验仪器 负压筛析仪 天平试验步骤 1 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4000 6000Pa范围内 2 称取试样m 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 此期间如有试样附在筛盖上 可轻轻敲下 筛毕 用天平称量筛余物Rs 精确至0 05g 3 当工作负压小于4000Pa 应清理吸尘器内水泥使之恢复正常使用 试验结果 筛余百分数F Rs m 100 细度指数 水泥试验 3 水泥标准稠度用水量测定主要仪器设备 水泥净浆搅拌机 标准稠度与凝结时间测定仪 0 9mm规格的标准方孔筛 量水器 搪瓷盘 毛刷等 试验步骤 标准稠度用水量可用调整水量和固定水量两种方法中的任一种测量 若发生争议时 以调整水量方法为准 试验前应检查仪器金属棒能否自由滑动 试锥降至顶面位置时 指针应对准标准零位 搅拌机运转正常等 水泥净浆的拌制拌和前 搅拌锅和搅拌叶需用湿布擦过 称取500g水泥试样倒入搅拌锅内 先将锅放到搅拌机锅座上 升至搅拌位置 开机 徐徐加入拌和用水 慢速搅拌120s 停搅拌15s 接着快速搅拌120s后停机 注意 采用调整水量法时 拌和水量按经验取值 采用固定水量法时 拌和水量用142 5ml 水量精确至0 5ml 水泥试验 标准稠度测定拌和结束后 立即将拌好的净浆装入锥模内 用小刀插捣 刮去多余净浆并抹平后 迅速放到下面固定位置上 将试锥降至净浆表面 拧紧螺丝 然后突然放松 让试锥自由沉入净浆 到试锥停止下沉时记录下沉深度 整个操作应在搅拌后1 5min内完成 用调整水量法测定时 以试锥下沉深度为28mm左右时的净浆为标准稠度净浆 如超出 需调整 用固定水量法时 根据测得的试锥下沉深度s mm 按下式计算得到标准稠度用水量P 33 4 0 185s当试锥下沉深度小于13mm时 应改用调整水量法测定 水泥试验 4 水泥凝结时间测定主要仪器设备 凝结时间测定仪 其他设备与测定标准稠度时所用相同 试验步骤 测定前 将圆模放在玻璃板上 调整凝结时间测定仪 使试针接触玻璃板时 指针对准标准尺零点 称取水泥试样500g 以标准稠度用水量拌制水泥净浆 并立即将净浆一次装入圆模 振动数次后刮平 然后放入养护箱内 记录开始加水的时间为凝结时间的起始时间 试件在养护箱中养护至加水后30min时进行第一次测定 测定时 从养护箱中取出圆模放到试针下 使试针与净浆面接触 拧紧螺丝 1 2s后突然放松 试针自由垂直沉入净浆 观察试针停止下沉时指针读数 水泥试验 结果与注意事项 1 整个测试过程中试针贯入位置至少要距圆模内壁10mm 临近初凝时 每隔5min测定一次 2 到达初凝或终凝状态时应立即重复测定一次 3 每次测定不得让试针落入原针孔4 由开始加水至初凝终凝状态的时间分别为该水泥的初凝时间和终凝时间 5 当试件沉至距底版2 3mm时 即水泥达到初凝状态 当下沉不超过1 0 5mm时 终凝状态 水泥试验 5 水泥胶砂强度检验主要仪器设备胶砂搅拌机 胶砂振动台 抗折试验机 抗压试验机 抗压夹具 下料漏斗 试模 搪瓷盘 刮平刀 试验步骤1 将试模擦净接触面上涂黄油 紧密装配 防漏浆2 水泥与标准砂的质量比为1 3 水灰比为0 5 每成型3条试件需要称量水泥450g标准砂1350g3 搅拌时先将水加入锅具 再加入水泥 固定锅具 开机搅拌 低速搅拌30s后 在第二个30s开始的同时均匀的将砂子加入 把机器转至高速再拌和30s 停拌90s 在第一个15s内用一胶皮刮具将叶和锅壁上的胶砂刮入锅中间 高速搅拌60s后 各阶段时间误差应在1s内 4 固定试模和模具于振动台上 将搅拌锅里胶砂分两层装入试模 装第一层时 每个槽里约放300g胶砂 用小播料器播平 再振实60次 移走模型 用一金属直尺接近垂直刮去多余胶砂 再用金属直尺水平将表面抹平 编号 养护 水泥试验 试件养护1 放入雾室或湿箱的水平架上养护 一直养护到脱模 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20 24h之间脱模 2 将试件水平或竖直放在20 左右的水中养护 水平放置时刮平面应朝上 抗折强度试验 以三条试件的平均值作为抗折强度的实验结果 抗折强度Rf按下式计算Rf 1 5FfL b3式中 Ft 破坏荷载 L 支撑圆柱中心距 b 棱柱正方形截面边长 抗压强度 以一组三个试件得到的六个抗压强度测定平均值 水泥试验 6 水泥安定性测定主要仪器设备 沸煮箱 雷氏夹 雷氏膨胀值测定仪 净浆搅拌机 试验步骤 测定方法可用试饼法 也可用雷氏法 有争议时以雷氏法为准 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 雷氏法是测定水泥净浆在雷氏夹中沸煮后的膨胀值 1 拌制标准稠度用水量净浆 将雷氏夹放在已擦油的玻璃上 将净浆装满试模 只约10mm宽的小刀插捣15次左右 抹平 盖上涂油玻璃板 移入养护箱内养护24h 2 采用试饼法时 将制好的净浆取出一部分 分成两等份 使之呈现球形 将其放在预先准备好的玻璃板上 轻轻振动玻璃板 并用湿布擦过的小刀由边缘向中央抹动 做成直径70 80mm中心圆约为10mm 边缘渐薄表面光滑的试饼 接着将试件放入养护箱内养护24h 水泥试验 沸煮脱下玻璃板取下试件采用雷氏法时 先测量试件指尖端间距离 A 精确到0 5mm 接着将试件放入养护箱的水中蓖板上 指针朝上 试件互不交叉 然后在30min内加热至沸 并恒沸3h 采用试饼法时 先检查试饼是否完整 然后步骤同上 试验结果沸煮结束后 即放掉箱中热水 打开箱盖 待箱体冷却至恒温 取出判别若为雷氏夹测量试件指针尖端距离C 结果至小数点后1位 当两个试件煮后增加距离 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 的平均值相差超过4mm时 应用同一样品立即重做一次试验 若为试饼 目测未发现裂缝 用直尺检查也没有弯曲的试饼为安定性合格 当两个试饼判别结果有矛盾时 该水泥的安定性也不合格 三 普通混凝土试验 试验内容根据设计任务书和前面测得的试验数据 水泥胶砂的抗压 抗折强度 砂石的表观密度 砂石的含水量等 设计混凝土的初步配合比 进行和易性试验和强度试验 最终确定实验室配合比 试验目的了解和掌握涉及机混凝土配合比的基本方法和主要过程 熟悉坍落度仪和维勃稠度仪的工作原理 性能和使用方法 在试验中 要注意掌握混凝土的拌和方法 测定和调整混凝土和易性的方法 试件脱模与养护方法 以及强度检验中三组配合比的确定方法等关键内容 还应掌握实验室配合比与施工配合比的换算 普通混凝土试验 混凝土配合比设计任务书某楼房采用混凝土楼板 混凝土的设计强度等级C25 强度保证率为95 施工时采用机械振捣 要求坍落度30 45mm 试设计该混凝土的配合比 所用原材料的种类与性质为 水泥品种 普通水泥 胶砂强度 52 5MPa 密度 3 10g 3 砂种类 中砂 细度模数 表观密度 石子种类 碎石最大粒径 20mm表观密度 自来水 普通混凝土试验 混凝土配合比设计的步骤 1 根据混凝土上述配合比设计任务书及所给的原材料 用体积法计算出混凝土的初步配合比 并计算出配置12L混凝土的各材料用量 2 按初步配合比称取各料并拌和 测定坍落度 根据测试和观察情况调整和易性 直至满足和易性要求为止 由此得出基准配合比 在调整和易性的同时 准备好三个试模 用机油涂抹内侧 称出三个试模的质量 待装模和振动后 再称一次质量 由此计算出混凝土拌和物的实际表观密度 3 在基准配合比的基础上 选择三个不同的配合比进行强度检验 其中一个为基准配合比 另外两个配合比的水灰比为基准配合比的水灰比左右0 05 按三个配合比配制出三组试件 在标准环境下养护28d后进行抗压强度试验 根据实验数据 用作图法确定与配制强度相应的水灰比 最后确定实验室配合比 养护时间不足28d的 可用经验公式将测得的强度换成28d的强度 养护天数的强度之比等于天数的对数之比来近似 普通混凝土试验 混凝土拌和物和易性测定主要仪器设备 坍落度筒 维勃稠度仪 捣棒 小铲 木尺 钢尺 拌板 镘刀等 坍落度试验步骤 本方法适用于骨料最大粒径不大于40mm 坍落度值不小于10mm的混凝土拌和物稠度测定 测定时需拌和物约15L 1 润湿坍落度筒及其它用具 并把筒放在不吸水的刚性水平底版上 然后用脚踩住两边的脚踏板 使坍落度筒在装料时保持位置固定 2 把按要求取得的混凝土试样用小铲分三层均匀地装入筒内 使捣实后每层高度为筒高的1 3左右 每层用捣棒25次 插捣25次 插捣应贯穿整个深度 插捣第二层和顶层时 捣棒应插透本层至下一层的表面 浇灌顶层时 混凝土应灌到高出筒口 插捣过程中 如混凝土沉落到低于筒口 则应随时添加 顶层插捣完毕 刮去多余的混凝土并用抹刀抹平 3 垂直平稳地提起坍落度筒 提离过程应在5 10s内完成 4 度差 即为该混凝土拌和物的坍落度值 以mm为单位 精确至5mm 5 两种调整方式 一种是保持水灰比不变 掺入水泥和水进行调整 第二种Z酌情增加砂石 普通混凝土试验 维勃稠度试验步骤 本方法用于骨料最大粒径不大于10mm 维勃稠度在5 10s之间的混凝土拌和物稠度测定 1 把维勃稠度仪放置在坚实水平的地面上 用湿布将容器 坍落度筒 喂料斗内壁及其它用具润湿 2 将混凝土拌和物经喂料斗分三层装入坍落度筒 装料及插捣的方法与坍落度筒试验相同 3 小心并垂直地提起坍落度筒 此时应注意不使混凝土试体产生横向的扭动 4 再将圆盘转到混凝土圆台体上方 放松测杆螺丝 降下圆盘 使它轻轻地接触到混凝土顶面 拧紧定位螺丝 同时开启振动台和秒表 当透明圆盘的底面被水泥浆布满的瞬间 立即关闭振动台和秒表 记录时间 精确至1s 由秒表读得时间 即为该混凝土拌和物的维勃稠度值 试模体积 150 150 150体积为3 375L 四 砌筑砂浆试验 一 试验内容制作建筑砂浆的抗压试件 测定砂浆的稠度 并对试件进行抗压强度试验 二 试验目的通过试验学会设计建筑砂浆配合比和检验现场砂浆质量的基本方法 了解和熟悉有关仪器的工作原理 性能及使用方法 三 砂浆试件的制作 养护与强度试验主要设备仪器砂浆搅拌机砂浆稠度仪70 7 70 7 70 7三联试模 台秤及量筒黄油 钢制捣棒 拌锅和拌板等 砌筑砂浆试验 试验步骤 1 砂浆配合比的设计2 砂浆的拌和 按计算出的初步配合比称取各料 用1000ml的量筒量取1000ml清水备用 将各料倒入砂浆搅拌机的搅拌桶内 开动机器 根据砂浆的稀稠情况逐步加入清水 其间停下机器 取出一部分砂浆测试稠度 若稠度尚未达到要求 则加清水继续搅拌 并再次测定稠度 直至稠度处在要求的范围之内 3 装模与脱模 在试模的内表面涂上黄油 将试模置于铺有湿纸的普通砖上 将拌和好的砂浆装入试模内 用铁条插捣均匀 15 30min后抹平并编号 24h后脱模 4 养护 采用自然养护 注意记录养护期间的气温 湿度 龄期达到28天后进行强度试验 砌筑砂浆试验 强度检验规范的试验方法为 在基准配合比的基础上 至少采用三个不同的配合比其中一个为基准配合比 另外两个配合比的水泥用量比基准配合比左右10 在保证稠度 分层度合格的前提下 可适当调整用水量和各掺合料的用量 按这三组配合比分别成型 养护 测定28d强度 从而确定能达到强度要求而且成本最低的配合比 由于本实验只要求了解主要实验过程 故仅用做完和易性试验后的拌和物进行成型 养护和强度检验 试验完毕后 要根据该组试件的抗压强度判断是否达到了设计要求 配制强度 抗压强度的确定 若其中的最大值或最小值与六块均值之差未超过六块均值的20 以六块的均值为抗压强度 若超过 则以中间四块的均值为抗压强度 试验五 烧结普通砖试验 实验内容普通砖的抗压试验二 实验目的掌握烧结普通砖力学性能的检测方法及强度等级的评定方法 试验五 烧结普通砖试验 实验过程 试件数量为10块 加荷速度为5KN s 0 5KN s 主要仪器设备切砖器压力机300 500KN直尺 镘刀等 试验五 烧结普通砖试验 试验步骤1 试件制备 用随即抽样法选取10块砖 将试样切成两块半截砖 断开的半截砖长不得小于100mm 将已断开的半截砖放置在室温水中浸泡10 20min 并以断口相反方向叠放 两者中间抹以厚度不超过5mm普通水泥净浆 325 425号水泥净浆 来粘结 上下两面抹以不超过3mm的水泥净浆抹平 制成的试件上下两面须相互平行 并垂直于侧面 试件应在不低于10 的不通风室内养护3d 然后进行抗压强度试验 2 抗压强度试验 试验前测量每个试件连接面或受压面的长 宽尺寸各两个 分别取平均值 精确至1 0mm 将试件平方在加压板的中央 垂直于受压面加荷 加荷应均匀平稳 不得发生冲击和震动 加荷速度为5KN s 0 5KN s为宜 直至试件破坏为止 记录最大破坏荷载 试验五 烧结普通砖试验 试验结果 每块试件的抗压强度按下式计算 精确至0 1MPa fcu i p Lb两种方法评定 1 平均值 标准值方法评定 0 21 是按抗压强度平均值 强度标准值指标评定砖的强度等级 2 平均值 最小值方法评定 0 21 是抗压强度平均值 单块最小抗压强度值来评定砖的强度等级 有关计算公式抗压强度平均值 f卡呀强度标准差S S 变异系数 S f抗压强度标准值 试验六 石油沥青试验 试验内容测定沥青的软化点 针入度和延度 二 试验目的了解石油沥青软化点 针入度和延度的测试方法及相关仪器的工作原理 性能和使用方法 试验六 石油沥青试验 三 试验过程软化点主要仪器设备 沥青软化点测试仪 可变电炉 石棉板 筛子 金属皿 温度计等 试验步骤 主要是将规定质量的钢球放在内盛规定尺寸金属环的试样盘上 以恒定的加热速度加热此组件 当试样软到足以使被包在沥青中的钢球下落达25 4mm时的温度 作为石油沥青的软化点 以温度 表示 试验六 石油沥青试验 针入度主要仪器设备 针入度仪 标准恒温水浴 温度计 筛子等 试验步骤 石油沥青的针入度以标准针在一定的荷重 时间及温度条件下 垂直穿入沥青试样的深度来表示 单位为1 10mm 如未另行规定 标准针 针连杆与附加砝码的总重量为100 温度位25 时间为5s 试验六 石油沥青试验 延度主要仪器设备 延度仪 筛子 金属皿 温度计 恒温水浴等 试验步骤 主要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 称为石油沥青的延度 以cm表示 非特殊情况 试验温度为25 延度速度为5cm min 土质学 岩土力学 实验课件 建筑工程检测与实验中心 试验一目测法鉴定各种类型土类 基本原理自然界中的土具有各种不同的类型 它们之间的差异可相应地反映在它们的外表特征和内在性质上的差异 如颗粒粗细 结构构造及某些物理特性 干湿现象 加水后性质的变化等 以此做依据 凭借肉眼或放大镜及手指的触觉等 对土进行鉴定 初步定出土的名称 仪器设备1 土样标本盒一套 2 放大镜 1 10 3 拨针 4 切土刀 5 切土板 6 厘米纸 直尺 7 玻璃烧杯 容量250或500毫升 8 小勺 9 塑料盘 或白纸 试验一目测法鉴定各种类型土类 实验步骤1 典型粒组的观察1 从标本盒内取出典型粒粗 观察碎石组 或卵石组 角砾组 或砾石组 粗砂粒组 中砂粒组 细砂粒组 建立对上述粒组之感性认识 直尺测量碎石组 或卵石组 角砾组 或砾石组 最长量度作为其直径 并观察颗粒的形状 2 小勺取2 5g砂粒置于毫米方格纸上 用放大镜观察其粒径 一般毫米方格纸上线条本身宽度约0 20mm 空白格约0 80mm 按表1 1鉴别各种砂粒组 表1 1巨粒组与及粗粒组分类 mm 200604020 50 250 075 试验一目测法鉴定各种类型土类 2 卵砾类及砂类土的鉴别 将土样盒内之土样置于盘中拌匀 取有代表性的土样 卵砾类土约10 20克左右 砂类土约2 5g 放在毫米方格纸上 2 用拨针将土样中不同大小的颗粒按表1 1分类 首先将粒径 2mm之土粒拨在一起凭知觉大致估计粒组在土中所占的重量百分含量 可按粒组的体积占土样总体积的百分率来估计 3 若粒径 2mm土粒的重量百分含量超过50 属卵砾类土 按表1 2定土名 表1 2卵砾类土的分类 试验一目测法鉴定各种类型土类 若粒径 2mm土粒的重量百分含量不超过50 而是25 50 则按表1 3定名为砾砂土 若粒径 2mm的重量百分含量小于25 则继续将大于0 5mm的土粒拨出 估计大于0 5mm土粒的重量百分含量 若超过50 定名为粗砂土 余下的土样不再细分粒粗 若不及50 则依次由粗到细顺次拨大于0 25mm 大于0 1mm 并估计其重量百分含量 按表1 3粒径有粗到细 以最先符合者命名 表1 3砂类土的分类 试验一目测法鉴定各种类型土类 3 粘性土的鉴定 目测一般有以下几种试验方法进行鉴定 1 湿土搓条法 取土若干研成粉末于手掌中 加水数滴 调成既粘手而又不太粘手的可塑形态 搓揉之 然后在手掌上搓条 应尽可能搓得细 把搓的最细的土条放在毫米方格纸上 用放大镜观测其直径 再观察其他特征鉴定粘性土的类别 2 摇动试验 将湿土一块 约40 50g 放在手掌上压扁 而后将手左右较快地往返摇动 观察土表面有无水分 是否发亮或整个土块变稀甚至可以流动 这样可以间接地了解土的透水性 以此鉴别土类 3 干强度试验 将风干的土块用手指捏碎 掰断及捻碎 以用力大小来区分强度 判断粘粒含量多少 鉴别土类 试验一目测法鉴定各种类型土类 4 土样描述内容 土名及其依据 颜色 矿物成分 胶结程度 结构构造 有无夹杂物如结核 腐殖质 碳酸盐等 对卵石类土必须描述其充填的特征 试验二颗粒分析试验 筛析法 一 基本原理天然土是由大小不同的颗粒所组成的 从大到几十厘米的漂石至小到几微米的胶粒 土颗粒的大小相差悬殊 同时由于土粒的形状往往是不规则的 因此很难直接测量土粒的大小 只能用间接的方法来定量地描述土粒的大小及各种颗粒的相对含量 常用的方法有两种 对粒径大于0 075mm的土粒常用筛分析的方法 而对小于0 075mm的土粒则用沉降分析的方法 筛析法是利用一套孔径不同的标准筛 图一 来分离一定量的砂土中与孔径相应的粒组 而后称量 计算各粒组的相对含量 确定砂土的粒度成分 由于筛孔径过小时在制造和分离技术上有困难 故此法只使用于分离粒径大于0 075 小于60mm的粒组 试验二颗粒分析试验 筛析法 二 仪器设备标准筛一套 粗筛 孔径为60 40 20 10 5 2mm 细筛 图2 1 孔径为2 1 0 5 0 25 0 075mm 普通天平 感量0 1g 称量500g 感量1g 称量5000g 其它 瓷钵及橡皮头研棒 毛刷 白纸 直尺等 试验二颗粒分析试验 筛析法 三 操作步骤1 称取风干土样从松散的或研散的土样中取代表性试样 其数量如下 最大粒径小于2mm者 取100 300g 最大粒径在2 10mm之间 取300 900g 最大粒径在10 20mm之间 取1000 2000g 最大粒径在20 40mm之间 取2000 4000g 最大粒径40 60mm者 取4000g以上 试验二颗粒分析试验 筛析法 用四分法来选取试样 方法如下 1 将土样拌匀 倒在纸上成圆锥形 然后用直尺以圆锥顶点为中心 向一定方向旋转 使圆锥成1 2cm厚的圆饼状 继而用直尺划两条相互垂直的直线 使土样分四等份 取走相对的两分 将留下的两分拌匀 重复上述步骤 直到剩下的土样约等于需要的量为止 2 将土样过2mm筛 称筛上和筛下的试样质量 当筛下的试样质量小于试样总质量的10 不作细筛分析 当筛上的试样质量小于试样总质量的10 不作粗筛分析 试验二颗粒分析试验 筛析法 3 取筛上的试样倒入依次叠好的粗筛中 筛下的试样倒入依次叠好的细筛中 进行筛析 细筛宜置于振筛机上振筛 振筛时间宜为10 15min 再按由上而下的顺序将各筛取下 在白纸上用手将筛盘轻扣 摇晃 直到筛净为止 将漏在白纸上的土粒倒入下层筛盘内 如此顺序 直到最末一层筛盘筛净为止 称各级筛上及底盘内试样的质量 应准确至0 1g 4 筛后的各级筛上和筛底盘上的试样质量的总和与筛前试样总质量的差值 不得大于试样总质量的1 若两者差值小于1 可按实验过程中误差产生的原因分配给某些粒组 最终 各粒组百分含量之和应等于100 注 当粒径小于0 075mm的试样质量大于试样总质量的10 时 应按密度计法或移液管法测定小于0 075mm的颗粒组成 试验二颗粒分析试验 筛析法 四 计算与制图1 小于某粒组的试样质量占试样总质量的百分比 按下式计算 式中 X 小于某粒径的试样质量占试样总质量的百分比 mA 小于某粒径的试验质量 g mB 细筛分析时为所取的试样质量 g 粗筛分析时为试样总质量 g dx 粒径小于2mm的试样占试样总质量的百分比 2 制图以小于某粒径的试样质量占试样总质量的百分比为纵坐标 颗粒粒径为橫坐标 在半对数坐标上绘制颗粒大小分布曲线 也叫粒径级配曲线 试验二颗粒分析试验 筛析法 3 不均匀系数式中 Cu 不均匀系数d60 限制粒径 颗粒大小分布曲线上的某粒径 小于该粒径的土粒质含量占总质量的60 d10 有效粒径 颗粒大小分布曲线上的某粒径 小于该粒径的土粒质含量占总质量的10 4 曲率系数式中 Cc 曲率系数 d30 颗粒大小分布曲线上的某粒径 小于该粒径的土粒质含量占总质量的30 试验二颗粒分析试验 筛析法 五 注意事项1 在进行筛析过程中 尤其是将试样由一器皿倒入另一器皿时 要避免或尽量减少微小颗粒的飞扬 2 过筛后 要检查筛孔中是否夹有颗粒 若夹有颗粒时应将颗粒轻刷下 放入该筛盘上的土样中 3 将留在各筛盘上的土粒称量 准确到0 1g 并测量试样中最大颗粒直径 若 2mm的颗粒超过全重50 则应再进行粗筛 试验三土粒比重试验 比重瓶法 一 基本原理土粒比重是指土粒在105 110 温度下烘至恒量时的质量与同体积4 时纯水质量的比值 无量纲 也有用 土粒密度 这一概念 指土的固体部分的单位体积质量 两者在数量上相等 土的固体部分的质量ms用精密天平测得 土粒体积一般用测量排出与土粒同体积之液体的体积的方法测得 通常用比重瓶法测定土粒体积 此法实用于粒径小于5mm的颗粒土 在用比重瓶法测定固体体积时 必须注意所排除的液体体积确能代表固体颗粒的真实体积 土中含有气体 实验时必须把它排尽 否则会影响测试精度 一般可用煮沸法或抽气法排除土内气体 所用的液体一般为纯水 砂土宜用真空排气法 对含有大量的可溶盐类 有机质 亲水性胶体的土必须用中性液体 如煤油 汽油 甲苯和二甲苯代替纯水 此时必须用抽气法排气 真空表读数宜接近当地一个大气压值 抽气时间不得少于1小时 试验三土粒比重试验 比重瓶法 二 仪器设备图3 1比重瓶a毛细式 b长颈式比重瓶 容量100ml或50ml 分长颈和短颈两种 短颈也叫毛细式比重瓶 分析天平 称量200g 感量0 001g 砂浴 或可调电加热器 应能调节温度 恒温水槽 准确度应为 1 温度计 测温范围0 50 精确至0 5 其它 纯水 小漏斗 磁钵及研棒等 试验三土粒比重试验 比重瓶法 三 操作步骤1 比重瓶校准1 将比重瓶洗净 烘干 置于干燥器内 冷却后称量 准确至0 001g 2 将煮沸经冷却的纯水注入比重瓶 对长颈比重瓶注水至刻度处 对短颈比重瓶应注满纯水 塞紧瓶塞 多余水自瓶塞毛细管中溢出 将比重瓶放入恒温水槽内至瓶内水温稳定 取出比重瓶 擦干外壁 称瓶 水总质量 准确至0 001g 测定恒温水槽内水温 准确至0 5 图3 2温度和瓶 水质量关系曲线3 调节数个恒温水槽内的温度 温度差宜为5 测定不同温度下的瓶水总质量 每个温度下均应进行两次平行测定 两次测定的差值不得大于0 002g 取两次测值的平均值 绘制温度和瓶 水 t mbw 的关系曲线 试验三土粒比重试验 比重瓶法 2 土样制备 取有代表性的风干土样约100g 充分研散 并全部过2mm的筛 将过筛干土及洗净的比重瓶在105 110 下烘干 然后放入干燥器中冷却至室温 3 称烘干试样15g 当用50ml的比重瓶时 称烘干试样10g 装入比重瓶 称试样和瓶的总质量 准确至0 001g 装土时可用漏斗细心倒入比重瓶内 并将漏斗上的土刷净入瓶 勿使土粒飞扬或遗失 4 向比重瓶内注入半瓶纯水 摆动比重瓶 使土粒松散 然后将比重瓶放在砂浴上煮沸 煮沸时要避免瓶内悬液溅出 煮沸时间从沸腾起算粘土及粉土不少于1小时 试验三土粒比重试验 比重瓶法 5 将煮沸过的纯水或已抽气的中性液体注入装有试样悬液的比重瓶 当用长颈比重瓶时注纯水至刻度处 当用短颈比重瓶时应将纯水注满 塞紧瓶塞 多余的水分自瓶塞毛细管中溢出 然后放比重瓶于恒温水槽待瓶内悬液温度稳定后 测记其温度 并准确至0 5 6 从t mbw关系曲线中查得各试验温度下的瓶 水总质量 7 平行测定本实验须进行两次测定 取其结果的平均值 其平行差值不得大于0 02g cm 试验三土粒比重试验 比重瓶法 四 计算土粒比重按下式计算土粒比重 准确至0 01 式中 Gs 土粒比重mbw 瓶 水总质量 g mbws 瓶 水 试样的总质量 g GiT t 时纯水或中性液体的比重 试验三土粒比重试验 比重瓶法 五 注意事项1 煮沸排气时 必须防止悬液溅出瓶外 火力要小 并防止煮干 必须将土中气体排尽 否则影响试验成果 2 必须使瓶中悬液与纯水的温度一致 试验四土的含水率试验 原理土的含水率是土在温度100 105 下烘到恒重时所失去的水分质量与达到恒重后干土质量的比值 以百分数表示 土烘干前后的质量差即土中失去的水重 水重除以干土重即可求得土的含水率 使土样干燥的方法常有烘干法 酒精燃烧法与砂土炒干法 本试验采用烘干法 试验方法适用于粗粒土 细粒土 有机质土和冻土 试验四土的含水率试验 仪器设备烘箱 保持温度100 105 的自动控制电热恒温烘箱 还可采用沸水烘箱和红外线烘箱 天平 称量200g 感量0 01g 干燥器 常用附有无水氯化钙干燥剂的玻璃干燥缸 其他 铝盒 或玻璃称量瓶 切土刀 玻璃板 盛土容器等 试验四土的含水率试验 操作步骤称量铝盒 精确至0 01g 记为m盒 从原状或扰动土样中 选取具有代表性的试样15 30g 约半铝盒 砂土应多取些 放在铝盒中 注意抹去盒外周围的土 立即盖好盒盖 称量铝盒与湿土总质量m1 精确至0 01g 打开盒盖 放入烘箱 在105 110 的恒温下烘至恒量 烘干时间对粘性土 粉土不得少于8h 对砂土不得少于6h 对含有机质超过干土质量5 的土 应将温度控制在65 70 的恒温下烘干 将称量盒从烘箱中取出 盖上盒盖 放入干燥容器内冷却至室温 由试验室负责 冷却后取出 立即盖好并称量盒加干土质量m 精确至0 01g 试验四土的含水率试验 计算含水率按下式计算 精确至0 1 式中 md 干土质量 g md m2 m盒 m0 湿土质量 g m0 m1 m盒注 本试验必须对两个试样进行平行测定 测定的差值 当含水率小于40 时为1 当含水率等于 大于40 时为2 对层状和网状构造冻土不大于3 取两个测值的平均值 以百分数表示 试验四土的含水率试验 注意事项1 打开土样后 应立即取样称量湿土重 以免水分蒸发 2 土样必须按要求烘至恒重 否则影响测试精度 3 试样烘干后应冷却后称量 防止热土吸收空气中的水分 并避免天平受热不均影响称量精度 试验五测定土的液限和塑限 锥式仪法和搓条法 一 基本原理在界限含水率中 意义最大的是从粘流状态到粘塑状态的液限 Wl 和从塑态过度到半固态的塑限 WP 土的塑性指数是液限与塑限之差 I W W 是表示土的塑性强弱的指标 试验五测定土的液限和塑限 从理论上讲 液限时 土出现一定的流动阻力 即有最小可量度的抗剪强度 国内外测定液限的方法使用两种不同仪器 即瓦氏锥式仪和卡式蝶式仪 前者是前苏联A M 瓦西里耶夫研制的 他经多次试验认为 锥角30 重0 76N的圆锥体 沉入土体的深度为10mm时的含水率就是限液 后者是美国卡萨格兰德专门研制的半圆形铜碟 试验时 将土膏平铺碟中 用刀划分成两半 以每秒2次的速度将碟由10mm的高度落下 当下落击数为25次时原来被划分成两半的土在碟底的合拢长度恰好达13mm时的含水率就是液限 通过计算 对同一种土 用锥式仪测得液限土的抗剪强度为8 4kpa 用碟式仪测得液限土的抗剪强度为2 7kpa 国内外学者多数认为 碟式仪测定液限土的抗剪强度值符合基本物理意义 但其手续较繁琐 强度带有扰动的性质 测试简易 适当改进可推广运用 试验五测定土的液限和塑限 研究表明 瓦氏圆锥仪下沉17mm时的含水率 大致相当于用卡氏碟式仪测得的液限 可以等效碟式仪液限 因此 在使用液限时 应标明是用何种仪器测得的 目前 我国测得的液限有三种 锥式仪液限 下沉10mm 锥式仪液限 下沉17mm 等效碟式仪液限 碟式仪液限 我国一直广泛使用10mm锥式液限仪 积累了大量资料 没有特别说明的液限均属于此种液限 本方法适用于粒径小于0 5mm以及有机质含量不大于试样总质量的5 的土 试验五测定土的液限和塑限 土的塑态与固态间的界限含水率称土的塑限 塑限的测定依据主要是根据处于塑态时可塑成任意形状而不产生裂纹 处于固态时则很难搓成任意形状 若勉强为之 则土面发生裂纹或断折等现象 以两种物理状态为特征确定塑态和固态的界限 也就是说 当土被搓成3mm粗细的土条且表面恰好开始出现裂纹时的含水率 即为塑限 搓条法测塑限适用于粒径小于0 5mm的土 此外 我国还采用圆锥式液限联合测定仪测定液限和塑限 试验五测定土的液限和塑限 二 锥式液限仪测液限 一 仪器设备1 铝盒 调土杯及调土刀 2 锥式液限仪 3 天平 称量200g 感量为0 01g 4 筛 孔径为0 5mm 5 研钵和橡皮头研棒 6 烘箱 7 干燥器 测定土的液限和塑限 二 操作步骤1 制备土样取天然含水率土样50g捏碎过筛 若天然土样已风干 则取样80g研碎 并过0 5mm筛 加蒸馏水调成糊状 盖上湿布置保湿器内12h以上 使水分均匀分布 装土样于调土杯中将备好的土样再仔细拌匀一次 然后分层装入试杯中 用手掌轻拍试杯 使杯中空气逸出 待土样填满后 用调试刀抹平土面 使之与杯缘齐平 测定土的液限和塑限 3 放锥1 在平衡锥尖部分涂上一薄层凡士林 以拇指和食指执锥柄 使锥尖与试样面接触 并保持锥体垂直 轻轻松开手指 使锥体在其自重作用下沉入土中 注意 放锥时要平稳 避免产生冲击力 放锥15秒后 观察锥体沉入土中的深度 以土样表面与锥接触处为准 若恰为10mm 锥上刻有标志 则认为这时的含水率就为液限 若锥体入土深度大于或小于10mm时 表示试样含水率大于或小于液限 此时 应挖去沾有凡士林的土 取出全部试样放在调试杯中 使水分蒸发或加蒸馏水重新调匀 直至锥体下沉深度恰为10mm时为止 有些圆锥还刻有17mm的标志 若锥体下沉深度为17mm 此时的含水率即为17mm液限 等效碟式液限 测定土的液限和塑限 4 测液限含水率将所测得的合格试样 挖去沾有凡士林的部分 取锥体附近试样少许 约15 20g 放入铝盒中测定其含水率 此含水率即为液限 5 平行测定本试验须做两次平行测定 计算准确到0 1 取其结果的算术平均值 两次试验的平行差值不得大于2 测定土的液限和塑限 三 注意事项1 若调制的土样含水率过大 只许在空气中晾干或用吹风机吹干 也可用调土刀搅拌或用手搓捏散发水量 却不能加干土或用电炉烘烤 放锥时要平稳 避免产生冲击力 从调试杯中取出土样时 必须将沾有凡士林的土弃掉 方能重新调制或者取样测含水率 三 搓条法测塑限 一 仪器设备1 铝盒 调土刀 调土杯 滴瓶 2 研钵及橡皮头研棒 3 天平 感量0 01g 4 烘箱 干燥器 电热吹风器 5 筛 孔径为0 5mm 6 毛玻璃板 约300mm200mm 搓条法测塑限 1 制备土样取0 5mm筛下的代表性试样100g 放在盛土皿中加纯水拌匀 湿润过夜 2 搓条将制备好的试样取一小块试样在手中搓捏不沾手 捏扁 当出现裂缝时 表示其含水率接近塑限 取接近塑限含水率的试样8 10g 用手指捏成椭球形 放在毛玻璃上 用手掌轻轻搓滚 手掌用力要均匀 不得使土条在毛玻璃板上无力滚动 土条长度不能超过手掌宽度 土条不能出现空心现象 搓条法测塑限 3 当土条被搓至直径为3mm 且产生裂纹并开始断裂时 此时的含水率达到塑限含水率 若土条直径搓成3mm时不产生裂缝或土条直径大于3mm开始断裂 表示其含水率高于塑限或低于塑限 应重新取样试验 直至达到标准为止 每搓好一条合格的土条后 应立即将它放在铝盒里 盖上盒盖 避免水分蒸发 直到土条重达3 5g为止 搓条法测塑限 4 测塑限含水量将放在铝盒中的土条称出湿土重 烘干后再称干土的质量 计算含水量 5 平行测定本试验须做两次平行测定 取其结果的算术平均值 计算准确至0 1 两次结果的差值 粘土 粉质粘土不得大于2 粉土不得大于1 搓条法测塑限 注意事项搓滚土条时 必须用力均匀 以手掌轻压 不得作无压滚动 应防止土条产生中空现象 搓滚前土团必须经过充分的揉捏 土条须在数处同时产生裂纹始达塑限 如仅有一条裂纹 可能是用力不均所致 产生的裂纹必须呈螺纹状 试验六测定土的密度 环刀法 基本原理土的密度是指土的单位体积的质量 用天然状态原状土样测得的密度称天然密度 一般常用环刀法 环刀法是用已知质量和容积的环刀 切取土样 使土样的体积与环刀的容积一致 称量后 减去环刀质量得到土的质量 然后由土的质量与体积计算求得土的密度 本试验方法适用于细粒土 试验六测定土的密度 环刀法 仪器设备1 环刀 内径61 8mm 79 8mm 高度20mm 2 天平 称量500g 感量0 1g 称量200g 感量0 01g 3 其他 切土刀 钢丝锯 凡士林 玻璃板 测径长尺等 试验六测定土的密度 环刀法 操作步骤1 测定环刀的质量及体积用测径卡尺测量环刀的内径及高度 计算环刀的容积V 然后 将环刀置于天平上称得环刀质量m环 准确至0 1g 试验六测定土的密度 环刀法 2 切取土样在环刀内壁涂以薄层凡士林油 将环刀刃口向下放在土样表面上 用修土刀把土样削成略大于环刀的土样 然后垂直向下轻压环刀 边压边削至土样高出环刀为止 先削平环刀上端之余土 使土面与环刀边缘齐平 再置于玻璃板上 然后削刃口一端的余土 使之与环刀刃口齐平 若两面上的土有少量剥落 可用切下的碎土轻轻补上 3 测定环刀和土样之质量擦净环刀外壁 称量环刀和土样的质量m1 准确至0 1g 试验六测定土的密度 环刀法 四 计算土的密度3 平行测定本实验须进行两次平行测定 取其结果的算术平均值 其平行差值不大于0 03g cm 试验六测定土的密度 环刀法 五 注意事项1 用环刀切取土样时 环刀必须严格按实验步骤操作 不得急于求成 用力过猛或图省事不削成土柱 这样就易使土样开裂扰动 2 修环刀两端余土时 不得在试样表面反复压抹 对于较软的土 宜先用钢丝锯锯成几段 然后用环刀切取 试验七压缩试验 杠杆式压缩仪法 一 基本原理土的压缩性是指土在压力作用下发生压缩变形 土体积逐渐变小的过程 饱水土在压应力作用下 由于孔隙水的不断排出而引起的压缩过程称为渗透固结 因此 饱水土的压缩试验亦称固结试验 固结试验是将土样放在金属器内 在有侧限的条件下施加压力 观察土在不同压力下的压缩变形 以测定土的压缩系数 压缩模量 压缩指数 固结系数 前期固结压力等有关压缩性指标 作为工程设计计算的依据 杠杆式压缩仪是用砝码通过杠杆加压 压力只有0 4 0 6Mpa 基本上能满足一般工程的要求 目前被广泛采用 试验七压缩试验 杠杆式压缩仪法 固结试验中 后一级压力的施加均是在前一级压力下压缩至稳定后施加的 按稳定标准的不同 通常将固结试验分为三类 1 稳定压缩 每级压力下持续24h为压缩稳定标准 测记试样高度变化后 即可施加下级压力 这是各类规范的常规标准 2 对某些渗透系数大于10 5cm s的粘性土 允许以1h内试样变形量不大于0 01mm作为相对稳定标准 结果能够满足工程要求 3 快速压缩 在各级压力下 压缩时间规定1h 仅在最后一级压力下 除侧记1h变形量外 还测读到稳定标准 24h 时的变形 在整理资料时 根据最后一级变形量 校正前几级压力下的变形量 当试验要求精度不高时 可采用快速压缩法 试验七压缩试验 杠杆式压缩仪法 二 仪器设备1 杠杆式固结仪 包括加压及测压装置 压缩容器和测微表 见图8 1 2 测含水率和密度所需的设备 3 其它 滤纸 钟表等 试验七压缩试验 杠杆式压缩仪法 三 操作步骤1 试样的制备 按工程要求取原状土样或制备所需状态的扰动土样 按测定土的密度的方法用环刀切取土样 测定土的密度 并同时取土测定土的含水率和土粒密度 2 安装环刀 将装有土样的环刀外壁涂上凡士林油后 刃口向下套上护环 按图8 2安装容器 首先将底板放在容器内 底板上顺次放洁净湿润的透水石和滤纸各一 再借提环螺丝将护环 内有环刀及试样 放到容器内 然后再在试样顶上顺次放入洁净湿润的滤纸和透水石 最后放入加压导环和传压活塞 试验七压缩试验 杠杆式压缩仪法 3 设备检查 检查加压设备是否灵敏 调整平衡锤使杠杆水平 然后用下部支撑螺丝顶住 4 装置容器 将装好试样的压缩容器放到台固定位置 再将上部加压框架放上 装置测微表 5 施加预压 为保证试样与仪器上下部各部件之间接触良好 应施加1KPa的预压压力 调整测微表读数至零点 试验七压缩试验 6 加压观测 加第一级压力 其大小视土的软硬程度分别采用0 0125 0 025和0 05MPa 同时记录加压时间 在试验过程中 应始终保持加压杠杆水平 加压时将砝码轻放在砝码盘上 如系饱和试样 则在施加第一级压力后 立即向容器中注水至满 如系非饱和试样 须以湿纱布围住上下透水石四周 避免水分蒸发 加压后每隔1h读测微表一次 以压缩满24h为标准或每小时变形量不大于0 01mm时即认为变形稳定 测记读数后 施加下一级压力 依次逐级加压 至试验终止 试验七压缩试验 压力级增量不宜过大 视土的软硬程度及工程情况而定 一般顺序为0 025 0 05 0 1 0 2 0 3MPa 或按设计要求 模拟实际加压情况适当调整 最后一级压力应大于土层计算压力的0 1 0 2MPa 快速法 在每小时观察测微表读数后即加下一级荷重 但最后一级压力 应观察到压缩稳定时为止 如需做卸荷膨胀试验 可于最后一级压力下变形稳定标准后卸荷 每次卸去两级压力的荷重 直至