土木工程试验与检测复习资料

土木工程试验与检测复习资料一、土木工程材料试验（一）水泥试验1.细度采用筛析法（负压筛法、水筛法、手工筛法）测定水泥的细度。筛析法是通过一定孔径的筛网，将水泥试样筛分为筛余物和筛过物两部分，以筛余物的质量占试样原始质量的百分数来表示水泥的细度。试验步骤：准确称取一定质量的水泥试样，置于规定的筛网上，在筛析仪上进行筛析，直至筛余物的质量不再减少。记录筛余物质量，计算筛余百分数。影响因素：筛网的孔径大小、筛析时间、振动频率等都会影响筛析结果。2.标准稠度用水量目的是确定水泥净浆达到标准稠度时所需的用水量，以便为后续的凝结时间和安定性试验提供标准条件。试验方法有调整水量法和不变水量法。调整水量法是通过调整用水量，用试杆沉入净浆并距底板6mm±1mm的水泥净浆为标准稠度净浆，此时的用水量即为标准稠度用水量。不变水量法是采用142.5ml水，通过计算试杆下沉深度来确定标准稠度用水量。影响因素：水泥的品种、细度等会对标准稠度用水量产生影响。3.凝结时间分为初凝时间和终凝时间。初凝时间是从水泥加水搅拌起至水泥浆开始失去可塑性所需的时间；终凝时间是从水泥加水搅拌起至水泥浆完全失去可塑性并开始产生强度所需的时间。采用维卡仪测定。将水泥净浆装入试模，放入湿气养护箱中，记录试针下沉至距底板4mm±1mm时的时间为初凝时间，试针沉入试体0.5mm时的时间为终凝时间。影响因素：水泥的品种、外加剂、环境温度和湿度等。4.安定性主要检测水泥在硬化过程中体积变化的均匀性。试验方法有试饼法和雷氏法。试饼法是将水泥净浆制成试饼，养护后观察试饼是否有裂缝、弯曲等现象来判断安定性。雷氏法是通过测量雷氏夹试件沸煮后的膨胀值来判断安定性。影响因素：水泥中游离氧化钙、氧化镁的含量以及石膏的掺量等。

（二）砂石试验1.颗粒级配反映砂、石颗粒大小的搭配情况。采用筛分法进行测定。试验步骤：将砂或石试样过筛，分别称取各筛上的筛余量，计算分计筛余百分数和累计筛余百分数，绘制筛分曲线来评定颗粒级配。影响因素：砂、石的来源、加工方式等。2.含泥量指砂、石中粒径小于75μm（砂）或小于0.08mm（石）的颗粒含量。试验方法：用淘洗法或虹吸管法将砂、石中的泥土洗去，烘干后称量剩余的砂、石质量，计算含泥量。影响因素：砂、石的产地环境等。3.泥块含量指砂、石中泥块的含量，泥块是指砂、石中粒径大于1.18mm（砂）或大于2.36mm（石），经水洗、手捏后变成小于0.60mm（砂）或小于2.00mm（石）的颗粒。试验方法：先将砂、石试样筛出大于规定粒径的颗粒，再将剩余试样在水中浸泡一定时间后，用手捏碎泥块，经冲洗、烘干后称量泥块质量，计算泥块含量。影响因素：与含泥量的影响因素类似，同时还与砂、石的颗粒形状有关。

（三）钢材试验1.拉伸试验测定钢材的屈服强度、抗拉强度和伸长率等力学性能指标。试验步骤：将钢材制成标准试件，安装在万能材料试验机上，缓慢施加轴向拉力，记录拉力和试件标距段的变形，直至试件拉断。计算屈服强度\(ReL=Fs/A0\)（\(Fs\)为屈服点拉力，\(A0\)为试件原始横截面积），抗拉强度\(Rm=Fm/A0\)（\(Fm\)为最大拉力），伸长率\(\delta=(L1L0)/L0×100\%\)（\(L0\)为原始标距，\(L1\)为拉断后标距）。影响因素：钢材的化学成分、加工工艺、试件尺寸等。2.弯曲试验检测钢材的冷弯性能，即钢材在常温下承受弯曲变形而不破裂的能力。试验方法：将钢材试件放置在两支点上，通过弯心对试件施加弯曲力，弯曲至规定角度，检查试件弯曲处的外表面有无裂缝、起层等现象。影响因素：钢材的质量、弯曲角度、弯心直径等。

二、土工试验（一）土的颗粒分析试验1.筛分法适用于粒径大于0.075mm的土。试验步骤：将风干土样通过一系列不同孔径的筛子，称取各筛上的土质量，计算小于某一筛孔径的累计筛余百分数等指标，绘制颗粒级配曲线。2.沉降分析法适用于粒径小于0.075mm的土。常用的有密度计法和移液管法。密度计法：通过测量悬液中土颗粒在一定时间内的沉降速度，利用司笃克斯公式计算土颗粒的粒径。移液管法是在悬液中不同深度处吸取一定体积的悬液，烘干后称量土质量，从而计算土颗粒的粒径分布。

（二）土的含水量试验1.烘干法是测定土含水量的标准方法。试验步骤：取代表性土样，放入烘箱中在105℃～110℃下烘干至恒重，称取烘干后土样质量，计算含水量\(w=(m0md)/md×100\%\)（\(m0\)为湿土质量，\(md\)为干土质量）。2.酒精燃烧法适用于快速简易测定含水量。试验步骤：将土样放在铝盒中，加入酒精点燃，待酒精烧完后再加入酒精点燃，重复几次，直至土样表面不再冒火星，冷却后称量土样质量，计算含水量。

（三）土的压实度试验1.灌砂法是测定压实度的常用方法之一。试验步骤：在试验地点选一块平坦表面，凿洞并清扫干净，称取洞中取出的土质量。然后用标准砂将洞填满，称取剩余标准砂质量，计算试洞体积。再从挖出的土中取有代表性的土样测定含水量，最后计算压实度\(K=(m1/m2)×(ρd/ρ0)×100\%\)（\(m1\)为灌砂前砂筒和砂质量，\(m2\)为灌砂后砂筒和砂质量，\(ρd\)为土的干密度，\(ρ0\)为最大干密度）。2.核子密度仪法利用放射性元素测量土的密度和含水量。试验步骤：将仪器平稳地放置在测试位置，打开仪器预热，按照仪器操作说明进行测量，直接读取土的密度和含水量数据。

三、混凝土试验（一）混凝土拌合物性能试验1.坍落度试验测定混凝土拌合物的流动性。试验步骤：将混凝土拌合物按规定方法装入坍落度筒，分层振捣密实，然后垂直提起坍落度筒，测量筒高与坍落后混凝土试体最高点之间的高度差，即为坍落度值。影响因素：水泥品种、用水量、砂率、外加剂等。2.维勃稠度试验适用于干硬性混凝土拌合物。试验步骤：将混凝土拌合物装入坍落度筒，提起坍落度筒后，在拌合物顶面放一透明圆盘，开启振动台，同时用秒表计时，当圆盘底面布满水泥浆时停止计时，所读秒数即为维勃稠度值。

（二）混凝土力学性能试验1.立方体抗压强度试验确定混凝土的强度等级。试验步骤：将混凝土拌合物制成边长为150mm的立方体试件，在标准养护条件（温度20℃±2℃，相对湿度95%以上）下养护至28天，然后在压力试验机上施加轴向压力直至试件破坏，记录破坏荷载，计算立方体抗压强度\(fcu=F/A\)（\(F\)为破坏荷载，\(A\)为试件受压面积）。2.轴心抗压强度试验反映混凝土的实际抗压能力。试验步骤：将混凝土制成150mm×150mm×300mm的棱柱体试件，养护至规定龄期后，在压力试验机上进行试验，计算轴心抗压强度\(fc=F/A\)（\(F\)为破坏荷载，\(A\)为试件承压面积）。

（三）混凝土耐久性试验1.抗渗性试验检测混凝土抵抗压力水渗透的能力。试验方法有常水头试验和变水头试验。常水头试验是对试件施加恒定的水头压力，记录在一定时间内通过试件的水量；变水头试验是通过调节水头高度，测量水头随时间的变化，计算渗透系数等指标。2.抗冻性试验评估混凝土在吸水饱和状态下抵抗冻融破坏的能力。试验步骤：将混凝土试件饱水后，放入冻融试验机中，按照规定的冻融循环制度进行试验，记录试件的质量损失、强度损失等情况，计算抗冻等级。

四、结构试验（一）结构试验的分类与加载方法1.分类按试验对象可分为原型试验和模型试验；按试验目的可分为结构强度试验、刚度试验、稳定性试验等；按加载性质可分为静载试验和动载试验。2.加载方法静载试验加载方法有重物加载、液压加载、机械加载等。重物加载简单易行，但加载量有限；液压加载可实现较大的加载量且加载精度高；机械加载如千斤顶加载等常用于小型结构试验。动载试验加载方法有惯性力加载、激振器加载等。惯性力加载通过使结构产生惯性力来模拟动荷载；激振器加载可施加各种频率和幅值的动荷载。

（二）结构试验的测点布置与数据采集1.测点布置测点应布置在能反映结构受力和变形特征的部位。对于梁，测点可布置在跨中、支座等位置测量弯矩和挠度；对于柱，测点可布置在柱顶、柱底测量轴力、弯矩等。测点的数量应根据结构的复杂程度和试验目的合理确定，既要保证能准确获取结构的受力和变形信息，又要避免测点过多增加试验成本和工作量。2.数据采集常用的测量仪器有位移传感器、应变片、压力传感器等。位移传感器用于测量结构的位移；应变片通过测量电阻变化来获取结构的应变；压力传感器用于测量结构所受的压力。数据采集系统可实时采集和记录结构试验过程中的各种数据，并可进行数据处理和分析，绘制相关曲线和图表，以便直观地了解结构的力学性能变化。

（三）结构试验实例分析以简支梁的静载试验为例：1.试验目的：测定简支梁在不同荷载作用下的弯矩、剪力和挠度，验证梁的承载能力和变形性能是否满足设计要求。2.测点布置：在梁的跨中布置一个位移测点测量挠度，在跨中、四分点、支座等位置布置应变片测量应变，通过应变计算弯矩和剪力。3.加载方案：采用分级加载，记录各级荷载下的测点数据。4.试验结果分析：根据采集的数据绘制弯矩挠度曲线、剪力荷载曲线等，分析梁的力学性能，判断梁是否安全可靠。若试验结果不符合设计要求，需进一步分析原因，采取相应措施进行处理。

五、试验数据处理与误差分析（一）试验数据处理1.数据整理对试验中采集到的数据进行分类、编号、列表等整理工作，使其清晰、有序，便于后续分析。例如，将混凝土抗压强度试验数据按试件编号、龄期、强度值等进行列表整理。2.数据计算根据试验方法和要求，对整理好的数据进行计算。如计算混凝土的立方体抗压强度平均值、标准差等统计参数。对于钢材拉伸试验数据，计算屈服强度、抗拉强度、伸长率等力学性能指标。3.数据表达采用图表等形式直观地表达试验数据。如绘制混凝土强度等级直方图，展示不同强度等级混凝土的分布情况；绘制钢材拉伸试验的应力应变曲线，清晰地反映钢材的力学性能变化。

（二）误差分析1.误差来源系统误差：由试验仪器、试验方法、试验环境等因素引起的有规律的误差。例如，天平的零点不准会导致称量结果产生系统误差。随机误差：由各种偶然因素引起的无规律的误差。如试验过程中的温度、湿度波动对试验结果的影响。过失