土木工程密度测试

基本性质：

一、实验意义和目的

在土木工程各类建筑物中，材料要受到各种物理、化学、力学因素单独及综合作用。因此，对土木工程材料性质的要求是严格和多方面的。材料基本性质的实验项目较多，如密度，表观密度，孔隙率和吸水率等，对于各种不同材料及不同用途，测试项目及测试方法视具体要求而有一定差别。
通过此项实验，使学生掌握材料的基本物理性质及其测试原理和方法。

二、实验原理

本实验以石料为例，介绍材料的几种常用物理性能试验方法。其基本性质包括密度，表观密度，孔隙率和吸水率等。石料密度是指石料矿质单位体积（不包括开口与闭口孔隙体积）的品质。表观密度是指石料在干燥状态下包括孔隙在内的单位体积固体材料的质量。形状不规则石料的毛体积密度可采用静水称量法或蜡封法测定；对于规则几何形状的试件，可采用量积法测定其体积密度。孔隙率是指材料的体积内，孔隙体积所占的比例。吸水性是指材料与水接触吸收水分的性质，当材料吸水饱和时，其含水率称为吸水率。

三、实验装置和仪器

李氏比重瓶、烘箱、干燥器、天平、恒温水槽、游标卡尺等

四、实验方法和步骤

（一）密度试验(李氏比重瓶法)

1.    将石料试样粉碎、研磨、过筛后放入烘箱中，以 100±5℃的温度烘干至恒重。烘干后的粉料储放在干燥器中冷却至室温，以待取用。

2.    在李氏瓶中注入煤油或其它对试样不起反应的液体至突颈下部的零刻度线以上，将李氏比重瓶放在温度为(t±1)℃的恒温水槽内（水温必须控制在李氏比重瓶标定刻度时的温度)，使刻度部分浸入水中，恒温0.5小时。记下李氏瓶*次读数V1（准确到0.05mL，下同）。

3.    从恒温水槽中取出李氏瓶，用滤纸将李氏瓶内零点起始读数以上的没有煤油的部分仔细擦净。

4.    取100g左右试样，用感量为0.001g的天平（下同）准确称取瓷皿和试样总品质m₁。用牛角匙小心将试样通过漏斗渐渐送人李氏瓶内（不能大量倾倒，因为这样会妨碍李氏瓶中的空气排出，或在咽喉部分形成气泡，妨碍粉末的继续下落），使液面上升接至20mL刻度处（或略高于20mL刻度处），注意勿使石粉粘附于液面以上的瓶颈内壁上。摇动李氏瓶，排出其中空气，至液体不再发生气泡为止。再放入恒温水槽，在相同温度下恒温0.5小时，记下李氏瓶第二次读数V₂。

5.    准确称取瓷皿加剩下的试样总品质m₂。

6.    石料试样密度按下式计算（至0.01g/cm³）：ρ_t=（g/cm³）

式中：

ρ_t—石料密度，g/cm³；

m₁—试验前试样加瓷皿总品质，g；

m₂—试验后剩余试样加瓷皿总品质，g；

V₁—李氏瓶*次读数，mL（cm³）；

V₂—李氏瓶第二次读数，mL（cm³）。

7.    以两次试验结果的算术平均值作为测定值，如两次试验结果相差大于 0.02g/cm³时，应重新取样进行试验。

（二）表观密度（体积密度）实验（量积法）

 （1）将石料加工成规则几何形状的试件（3个）后放入烘箱内，以（100±5）℃的温度烘干至恒重。用游标卡尺量其尺寸（至0.01cm），并计算其体积V₀（cm³）。然后再用天平称其质量m（至0.01g）。按下式计算其表观密度（体积密度）：

（g/cm³）

（2）求试件体积时，如试件为立方体或长方体，则每边应在上、中、下三个位置分别量测，求其平均值，然后再按下式计算体积：

（ cm³ ）

式中a、b、c分别为试件的长、宽、高。

（3）求试件体积时，如试件为圆柱体，则在圆柱体上、下两个平行切面上及试件腰部，按两个互相垂直的方向量其直径，求6次量测的直径平均值d，再在互相垂直的两直径与圆周交界的四点上量其高度，求四次量测的平均值h，zui后按下式求其体积：

（cm³）

  （4）组织均匀的石料，其体积密度应为3个试件测得结果的平均值;组织不均匀的石料，应记录zui大与zui小值。

（三）孔隙率的计算

将已经求出的同一石料的密度和表观密度（用同样的单位表示）代入下式计算得出该石料的孔隙率：

×100

式中

P₀—石料孔隙率，%；

ρ_t—石料的密度，g/cm3；

ρ'_t—石料的体积密度，g/cm3；

（四）吸水率试验

（1）将石料试件加工成直径和高均为50mm的圆柱体或边长为50mm的立方体试件;如采用不规则试件，其边长不少于40～60mm，每组试件至少3个，石质组织不均匀者，每组试件不少于5个。用毛刷将试件洗涤干净并编号。

（2）将试件置于烘箱中，以（100±5）℃的温度烘干至恒重。在干燥器中冷却至室温后以天平称其质量m₁（g），至0.01g（下同）。

（3）将试件放在盛水容器中，在容器底部可放些垫条如玻璃管或玻璃杆使试件底面与盆底不致紧贴，使水能够自由进入。

（4）加水至试件高度的1/4处;以后每隔2h分别加水至高度的1/2和3/4处; 6h后将水加至高出试件顶面20mm以上，并再放置48h让其自由吸水。这样逐次加水能使试件孔隙中的空气逐渐逸出。

（5）取出试件，用湿纱布擦去表面水分，立即称其质量m₂（g）。

（6）按下列公式计算石料吸水率（至0.01%）：

×100

式中

—石料吸水率，%；

m₁—烘干至恒重时试件的品质，g ；

m₂—吸水至恒重时试件的品质，g ；

（7）组织均匀的试件，取三个试件试验结果的平均值作为测定值;组织不均匀的，则取5个试件试验结果的平均值作为测定值。

五、实验数据记录与处理

（一）密度的测定

材料名称：______   室温：_______     水温：______   

注：计算至小数后二位。

（二）表观密度的测定

材料名称：_______                               试件状态：_______

注：计算至小数后第二位，zui终表观密度值取整数。

（三）计算材料的孔隙率及密实度

     孔隙率P

     密实度D

（四）吸水率测定

材料名称：________     水温：________