学习情境1.2 建筑材料基本性质的检测

学习任务1.2.1 密度

材料的密度是指材料在绝对密实状态下，单位体积的质量。

式中 ρ——材料的密度，g/cm3；

m——材料在干燥状态下的质量，g；

V——干燥材料在绝对密实状态下的体积，cm3。

材料在绝对密实状态下的体积，是指不包括材料内部孔隙的固体物质本身的体积，亦称实体积。密度只取决于材料自身的组成及微观结构，与孔隙状况无关。

图1.1 李氏瓶

1.2.1.1 主要仪器设备

（1）李氏瓶。容积为220～250mL，刻度精确至0.1mL，如图1.1所示。

（2）筛子。方孔，孔径为0.90mm。

（3）天平。精度为0.01g。

（4）烘箱。温度能控制在（105±5）℃。

（5）干燥器、温度计等。

1.2.1.2 试样制备

（1）将试样破碎、磨细，全部通过0.90mm方孔筛后，置于（105±5）℃的烘箱中，烘干至恒重。

（2）将烘干的粉料放入干燥器中冷却至室温待用。

1.2.1.3 试验方法及步骤

（1）在李氏瓶中注入无水煤油至0～1mL刻度线，置于恒温水槽中恒温30min，记录刻度V1。

（2）用天平称取试样质量为m1，用小勺和漏斗小心地将试样徐徐送入李氏瓶中，直至液面上升至20mL或略高于20mL的刻度为止。

（3）用瓶内的煤油将黏附在瓶颈和瓶壁的试样洗入瓶内煤油中，并倾斜转动李氏瓶，排出煤油中气泡，恒温30min，记录液面刻度V2。

（4）称取未注入瓶内剩余试样的质量m2。

1.2.1.4 结果计算与评定

按下式计算出密度ρ，精确至0.01g/cm3。

最后结果取两个平行试样试验结果的算术平均值。但两次结果之差不应大于0.02g/cm3，否则重做。

学习任务1.2.2 表观密度

材料在自然状态下单位体积（含内部开口和闭口孔隙）的质量称为材料的表观密度。

式中 ρ0——材料的表观密度，g/cm3或kg/m3；

m——材料的质量，g或kg；

V 0——材料在自然状态下的体积，cm3或m3。

当测试材料表观密度时，须同时测定其含水率，并予以注明。通常材料的表观密度是指气干状态下的表观密度。不规则材料的体积要采用排水法求得，但材料表面应预先涂上蜡，以防水分渗入材料内部而使所测结果不准。

1.2.2.1 砂的表观密度试验（容量瓶法）

1.主要仪器设备

（1）容量瓶。容积为500mL。

（2）天平。称量为1000g，精度为1g。

（3）烘箱。温度能控制在（105±5）℃。

（4）干燥器、料勺、温度计等。

2.试样制备

将试样用四分法（见学习情境2.2骨料应用与检测中砂的分样实训操作）缩分至660g左右，置于（105±5）℃的烘箱中烘干至恒重，并在干燥器内冷却至室温，分为大致相等的两份待用。

3.试验方法及步骤

（1）称取烘干的试样300g（m0），精确至1g，将试样装入容量瓶，注入冷开水至接近500mL的刻度处，倾斜摇转容量瓶，使试样在水中充分搅动，排除气泡，再塞紧瓶塞，静置24h。

（2）静置后用滴管添水，使水面与瓶颈500mL刻度线平齐，塞紧瓶塞，擦干瓶外水分，称取其质量（m1），精确至1g。

（3）倒出瓶中的水和试样，洗净瓶的内外表面。再向瓶内注入与前面水温相差不超过2℃，并在15～25℃范围内的冷开水，至瓶颈500mL刻度线，塞紧瓶塞，擦干瓶外水分，称取其质量（m2），精确至1g。

4.试验结果计算与评定

（1）按下式计算砂的表观密度ρ0s，精确至10kg/m3，ρ水取1000kg/m3。

（2）最后结果取两个平行试样试验结果的算术平均值。两次测定结果的差值不应大于20kg/m3，否则重做。

1.2.2.2 石子表观密度试验

试验时各项称量宜在15～25℃范围内进行。

1.广口瓶法

本方法适宜于最大粒径不超过37.5mm的碎石或卵石。

（1）主要仪器设备：

1）广口瓶。容积1000mL，磨口。

2）天平。称量为2000g，精度为1g。

3）烘箱。温度能控制在（105±5）℃。

4）筛子。方孔，孔径为4.75mm。

5）浅盘、温度计、玻璃片等。

（2）试样制备。将试样筛去4.75mm以下的颗粒后洗刷干净，用四分法缩分至表1.1规定的数量，分成大致相等的两份备用。

（3）试验方法与步骤：

1）将试样浸水饱和后，装入广口瓶中，然后注满饮用水，用玻璃片覆盖瓶口，以上下左右摇晃的方法排除气泡。

2）气泡排尽后，向瓶内添加饮用水至水面凸出到瓶口边缘，然后用玻璃片沿瓶口迅速滑行，使其紧贴瓶口水面。擦干瓶外水分后，称取总质量m1，精确至1g。

3）将瓶中的试样倒入浅盘，置于（105±5）℃的烘箱中烘干至恒重，冷却至室温后称出试样的质量m0，精确至1g。

4）将瓶洗净，重新注入与前面水温不超过2℃的饮用水，用玻璃片紧贴瓶口水面，擦干瓶外水分后称出质量m2，精确至1g。

（4）试验结果计算与评定：

1）按下式计算石子的表观密度ρ0g，精确至10kg/m3，ρ水取1000kg/m3。

2）最后结果取两个平行试样试验结果的算术平均值。两次测定结果的差值不应大于20kg/m3，否则重做。

3）对于材质不均匀的试样，如两次试验结果之差超过20kg/m3，最后结果可取四次试验结果的算术平均值。

2.静水（浸水）天平法

（1）主要仪器设备：

1）静水（浸水）天平。由电子天平和静水力学装置组合而成，称量为10kg，精度为5g。

2）烘箱。温度能控制在（105±5）℃。

3）筛子。方孔，孔径为4.75mm。

4）网篮、盛水容器、浅盘、温度计等。

（2）试样制备。将试样筛去4.75mm以下的颗粒后洗刷干净，用四分法缩分至表1.1规定的数量，分成大致相等的两份备用。

（3）试验方法与步骤：

1）将网篮浸泡于盛水容器中，并通过溢流孔调整液面高度至稳定，使天平显示为零。

2）将浸水饱和后的试样放入网篮，以上下升降的方法排除气泡，试样不得高于液面。

3）把网篮挂于天平挂钩，并使液面高出试样50mm以上。

4）用同温度水注入盛水容器，直至高出溢流孔。

5）待液面稳定后，称出试样在水中的质量m1，精确至5g。

6）测定水温。

7）将网篮中的试样倒入浅盘，置于（105±5）℃的烘箱中烘干至恒重，冷却至室温后称出试样的质量m0，精确至5g。

（4）试验结果计算与评定：

1）按下式计算石子的表观密度ρ0g，精确至10kg/m3，ρ水取1000kg/m3。

2）最后结果取两个平行试样试验结果的算术平均值。两次测定结果的差值不应大于20kg/m3，否则重做。

3）对于材质不均匀的试样，如两次试验结果之差超过20kg/m3，最后结果可取四次试验结果的算术平均值。

学习任务1.2.3 体积密度

体积密度是指材料在自然状态下，单位体积（材料孔隙和材料绝对密实体积之和）的质量。

式中 ρ0——材料的体积密度，kg/m3；

m 0——材料的质量，kg；

V 0——材料的体积，m3。

1.2.3.1 规则几何形状试样的测定（如加气混凝土）

1.主要仪器设备

（1）游标卡尺。精度为0.02mm。

（2）钢直尺。精度为0.5mm。

（3）天平。称量为2000g，精度为1g。

（4）烘箱、干燥器等。

2.试样制备

将试样按照规定程序烘干至恒重［一般材料置于（105±5）℃的烘箱内烘干］，取出置于干燥器中，冷却至室温待用。

3.试验方法与步骤

（1）用游标卡尺量出试样尺寸：

1）平行六面体试样。量取3对平行面一个方向的中线长度，两两取平均值。

2）圆柱体试样。量取十字对称直径，上、中、下部位各量两次，取六次结果的平均值；量取十字对称方向高度，取四次测定结果的平均值。

（2）计算出体积V0。

（3）用天平称量出试件的质量m0。

4.试验结果计算

按下式计算出体积密度ρ0，精确至10kg/m3。

1.2.3.2 不规则形状试样的测定（如卵石等）

此类材料体积密度测定时需将其表面涂蜡，封闭开口孔后，用静水（浸水）天平法进行测定。

1.主要仪器设备

（1）静水（浸水）天平。由电子天平和静水力学装置组合而成，称量为10kg，精度为5g。

（2）烘箱。温度能控制在（105±5）℃。

（3）网篮、盛水容器、温度计等。

2.试样制备

将试样在（105±5）℃的烘箱内烘干至恒重，取出放入干燥器中，冷却至室温待用。

3.试验方法与步骤

（1）称出试样质量m0。

（2）将试样表面涂蜡，待冷却后称出质量m1。

（3）用静水天平称出涂蜡试样在水中的质量m2［具体步骤见石子表观密度静水（浸水）天平法试验］。

4.试验结果计算

按下式计算出体积密度ρ0，精确至10kg/m3，ρ水取1000kg/m3；ρ蜡取930kg/m3。

学习任务1.2.4 堆积密度

散粒材料在堆积状态下单位体积（含颗粒内部孔隙和颗粒之间空隙）的质量称为堆积密度。

式中——散粒材料的堆积密度，kg/m3；

m——散粒材料的质量，kg；

——散粒材料在自然堆积状态下的体积，m3。

根据材料密实程度可分为松散堆积密度和紧密堆积密度。

堆积密度的测定根据所测定材料的粒径不同，采用不同的方法，但原理相同。下面以砂和石子为例介绍两种堆积密度的测定方法。

1.2.4.1 砂堆积密度试验

1.主要仪器设备

（1）容量筒。金属圆柱形，容积为1L。

（2）标准漏斗。具体尺寸如图1.2所示。

（3）天平。称量为10kg，精度为1g。

（4）烘箱。温度能控制在（105±5）℃。

（5）方孔筛、直尺、垫棒等。

2.试样制备

图1.2 标准漏斗

用四分法缩取砂样约3L，在温度为（105±5）℃的烘箱中烘干至恒重，取出冷却至室温，筛除大于4.75mm的颗粒，分为大致相等的两份待用。

3.试验方法及步骤

（1）松散堆积密度：

1）称取容量筒的质量m1及测定容量筒的体积；将容量筒置于漏斗下面，使漏斗对正中心。

2）取一份试样，用料勺将试样装入漏斗，打开活动门，使试样徐徐落入容量筒，直至容量筒溢满，上部呈锥体后关闭活门。

3）用直尺将多余的试样沿筒口中心线向两个相反方向刮平，称出总质量m2，精确至1g。

注意：加料及刮平过程中不得触动容量筒。

（2）紧密堆积密度：

1）称取容量筒的质量m1及测定容量筒的体积。

2）取一份试样，分两次装入容量筒。

3）装第一层，筒底放10mm直径垫棒，按住筒左右交替击地面25次。

4）装第二层，同上一步操作（垫棒方向转90°）。

5）加试样超过筒口，用直尺将多余的试样沿筒口中心线向两个相反方向刮平，称出总质量m2，精确至1g。

4.试验结果计算与评定

（1）按下式计算试样的堆积密度，精确至10kg/m3。

（2）最后结果取两个平行试样试验结果的算术平均值。

1.2.4.2 石子堆积密度试验

1.主要仪器设备

（1）容量筒。见表1.2。

（2）台秤。称量为10kg，精度为10g。

（3）磅秤。称量为50kg、100kg，精度为50g。

（4）小铲、烘箱等。

2.试样制备

用四分法缩取所需石子烘干或风干后，拌匀并将试样分为大致相等的两份备用。

3.试验方法及步骤

（1）称取容量筒的质量 （m1）及测定容量筒的体积）。

（2）取一份试样，用小铲将试样从容量筒上方50mm处徐徐加入，试样自由落体下落，直至容器上部试样呈锥体且四周溢满时，停止加料。

（3）除去凸出容器表面的颗粒，并以合适的颗粒填入凹陷部分，使表面凸起部分体积和凹陷部分体积大致相等。称取总质量（m2），精确至10g。

4.试验结果计算与评定

（1）按下式计算试样的堆积密度，精确至10kg/m3。

（2）最后结果取两个平行试样试验结果的算术平均值。

学习任务1.2.5 孔隙率、空隙率

材料的孔隙率是指材料内部孔隙体积占总体积的百分率。

式中 ρ——材料的密度；

ρ 0——材料的表观密度；

P 0——材料的孔隙率，%；

V 0——材料的总体积，m3；

V——材料的内部孔隙体积，m3。

空隙率是指散粒材料堆积体积中，颗粒间空隙体积所占总体积的百分率。

式中——散粒材料的空隙率，%；

——散粒材料的总体积，m3；

其余符号意义同前。