材料物理性能试验指导书
西南交通大学
二零零五年三月
课程名称：材料物理性能英文名称：Physical Properties of Materials
实验指导书名称：材料物理性能实验指导书编者：朱德贵
一、学时学分
总学时：48 总学分：3 实验时数：8 实验学分：0.5
二、实验的地位、作用和目的
实验是材料物理性能课程中重要的实践环节。通过实验，使学生加深对课堂教学内容的理解，加深对所学物理性能测试原理、方法、表征方式等的理解，培养学生物性测试设备的使用能力，培养正确选用物性测试手段的能力。
三、基本原理及课程简介
材料物理性能是一门专业基础课，主要讲述材料物理性能的基本原理、物理概念、基本测试原理测试方法。实验课以介绍基本原理及实验测试基本方法，使学生学会正确选用测试手段，明确每一物理性能的本质及应用。
四、实验方式与基本要求
1．由指导教师讲清实验的基本原理、要求、实验设备使用方法、实验目的及注意事项：
2．实验每组2-4人，每个实验时间2h，由学生独立操作完成实验：
3．了解试验原理、设备工作原理，及测试方法，并弄清每一性能测试与材料组织转变的相互关系。
五、考核与报告
1．学生按指导书要求提交实验报告，实验结果须有指导教师签字方有效：
2．实验指导教师对报告进行批改、评分。
六、设备及器材配置
每组：l、电子电位差计l台2、电阻箱3、电桥3台
4、分光光度计
5、光强测试仪2台
6、磁性测试仪
7、膨胀分析仪3台
8、耗材
七、实验项目与内容提要：
实验一 膨胀法测定钢的相变温度和膨胀系数
一、实验目的
1．了解膨胀测试原理及方法。
2．测定钢在加热和冷却过程中膨胀曲线并确定起其相变点。
二、实验原理
热容理论认为：晶体中，原子围绕其平衡位置作简谐振动，当温度增加时振幅增大，动能增大，使得固体材料的热容增加。显然，这样无法解释热膨胀现象。因为作简谐振动的原子不论其振幅多大，其振动中心不能产生位移。既然热膨胀的存在确定无疑，显然表明原子振动是非简谐振动。
按照格律乃森的经验公式，相邻两原子的位能
n
m r
b
r a U +-
= 式中a 、b 为常数；r 为原子；m 和n 分别表示引力和斥力的幂指数。
对于金属材料，m 约等于3，而n 在很宽的范围内变化，但总是n>m 。正是由于这种位能的不对称变化引起了固体的热膨胀。
当材料的温度从T1变化到T2时，材料的体积由V1变到V2，则该材料的平均体膨胀系数为：
T
V
V T T V V V ???=--=
11)12(112β
当ΔT 趋近于零时，上式的极限值(在压力P 恒定的情况下)定义为微分体膨胀 系数，即该材料在温度T 时的体膨胀系数：
P T T
V V )(1??=
β 由于体膨胀系数β值的测定比较困难。通常采用线膨胀系数α来表示材料的膨胀特性，即P
T T L L ??? ????=
1α。材料在T1至T2温度区间的平均线膨胀系数为T
L
L T T L L L ???=--=
11)12(112α。对于各向同性材料近似有αβ3=。
当材料内部不发生组织结构转变时，其线膨胀系数。随温度T 的变化曲线如图l 所示。
由于温度变化所引起的材料内部组织结构的改变，会造成α随温度T 的变化曲线的改变。例如，当温度达到发生第一类相变的温度时，此时由于存在体积的突然改变，使α趋于无穷大，如图2(a)所示：当发生第二类相变时(磁性转变，有序一无
序转变)，在转变温度处α值有突变，如图2(b)所示。
因此，根据膨胀系数α随温度T的变化曲线上所产生的附加变化，可以分析材料的组织结构变化。这是研究材料相变的重要方法之一。
另外，由于温度的提高，造成材料内部晶体缺陷的增多，使得α随温度T的变化曲线在高温段有别于比热容随温度的变化。
三、实验测试方法
材料膨胀系数的测定取决于两个物理量—温度、位移的准确测量。一般情况下，温度的测定使用热电偶。位移的测定可以使用千分表法、光学法、可变变压器法等。无论采用何种方法，其基本原理如图3所示。
四、实验内容
本实验使用Forma3to卜D全自动膨胀仪，测定钢的膨胀系数和相变点。参观千分表法和光学法膨胀测定仪。
五、实验报告
1．简述实验目的和原理：
2．整理实验数据，确定材料的临界温度，计算其膨胀系数；
3．误差分析及讨论。
实验二钢的电学性能测定
一、实验目的
1．了解电阻测量方法。
2．了解电阻与材料处理工艺及组织结构关系。
3．测定不同处理工艺的材料的电阻及电阻与温度关系。
二、实验原理
材料的电阻率ρ是由成分、组织状态及温度等因素决定的重要的物理性能之一。由于电阻值R是与物体的形状、大小有关，而电阻率ρ与形状、大小无关，电阻率ρ常被用来表征材料的导电性能。因为电阻率ρ是属于对组织结构敏感的性能，所以它在材料的研究，特别是基础理论的研究中被广泛地采用，成为分析研究相图、组织转变过程等的重要手段。
测量电阻的方法很多，如伏安法、欧姆表法、桥式电路法等。通常根据被测电阻值的大小来选定。在金属材料的研究中，经常遇到的是测量小电阻值(电阻的变化)。因此，一般采用桥式电路法。
1．惠斯登电桥(单电桥)
单电桥由参考电阻Rl、R2，标准电阻RN和待测电阻Rx组成，用导线将其连成封闭的四边形；在A、C端接电源E和开关K1，在B、D端之间接以灵敏度较高的检流计G和开关K2，构成“桥”：将R1、R2、RN和Rx称为“桥臂”，如图l所示。
一般情况下，当K1、K2闭合时，检流计G内有电流流过，因此检流计指针发生偏转。调节R1和R2，使通过检流计的电流为零，即达到电桥平衡。此时，电桥
电路中B 、D 两点的电位相等，则有下列关系：
DC BC AD AB V V V V ==;
所以
两式相比可得
根据此式，若已知RN 和调节平衡后的两臂的电阻值R1和R2即可求得Rx 。 必须注意，由此法所测得的Rx 值，实际上包括了连接导线的电阻和导线与接线柱之间的接触电阻(一般为1 0-6一1 0-4Ω)。当待测电阻较大时，这些附加的电阻值影响不显著。当Rx 很小时，它们就会引入很大的误差。因此，单电桥只适用于测量较大电阻。测量微小电阻通常采用双电桥。 2．凯尔文电桥(双电桥)
双电桥的原理如图2所示。
图2 双电桥原理图
其中R N 为标准电阻，Rx 为待测电阻。Rx 和R N 各有一对“电流接头”Cxl 、Cx2和Cnl 、Cn2，以及一对“电位接头”Px1、Px2和Pn1、Pn2。
为了排除和减小接线电阻和接触电阻对测量结果的影响，在接线时一定要使电
流的引出线之间只包含待测电阻Rx 。因此，一般电流接头均接在电位接头的外侧。在RH 和Rx 之间用一根粗导线R 连接起来，并和电源组成闭合回路。在各“电位接线”上，分别与桥臂电阻R1、R2、R3、R4连接，各桥臂的电阻值应不低于10Ω，当调整电桥达到平衡时，通过检流计的电流I g =0，C 、D 电位相等。根据克希霍夫第二定则，有下列关系：
I 1R 1=I N R N +I 3R 3 I 2R 2=IxRx+13R 4 (I N -I 3)R=I 3(R 3+R 4)
解此方程组得 N X R R R R ?=
12+)2
413(432R R R R R R R R R -++? 因为在电桥的制造时，采用两个机械连动的转换开关，同时调节R1与R3和R2与R4，使R1=R3,R2=R4。因此，电桥在调平衡的过程中始终保持
2
4
13R R R R =。所以电桥有N X R R R R ?=
1
2
的关系。 由上面的叙述可知，双臂电桥之所以能排除和减小接线电阻和接触电阻对测量值的影响，是由于：
1．被测电阻Rx 和标准电阻R N 之间的接线电阻和接触电阻Cn 、Cx2都被包含在含有电阻R 的支路内，可认为是R 的一部分，由于保证
2
4
13R R R R =，R 值的大小对测量结果无关：
2．Rx 和R N 与电源连接线的电阻以及接触电阻，只影响总的工作电流，对电桥平衡无影响；
3．电位接头的接触电阻及连线电阻分别包括在相应的桥臂支路中，由于桥臂电阻的值均在10Ω以上，接触电阻和接线电阻的值(10-6~10-4Ω)与此相比是极小的，因此影响很小。
三、实验内容
1．将65Mn 试样(共12根)加热至800-．820'(2淬火，并分别在不同的温度进行回火处理(回火温度从100'C-600'C ，每隔50~C 一个试样)，测出淬火试样和回火试样的电阻值，求出电阻率；
2．作65Mn 钢的电阻率与回火温度关系曲线；
3．测定Fe-Cr-Al 电炉丝的电阻串—温度关系曲线。
四、实验报告
1．简述实验原理和内容；
2．列出实验数据，画出实验曲线： 3．实验结果分析与讨论。
实验三 材料光学性能测定
一、实验目的
1．了解材料组织的结构与光学性能关系 2．测定材料透光率及发光强度
二、实验原理
当光从一种介质进入另一种介质时，一部分透过介质，一部分被吸收，还有 一部分在两种介质的界面上被反射。设入射到固体表面的光辐射能流率为Φo ，透射、吸收和反射光的辐射能流率分别为ΦT,ΦA 和ΦR ，则
Φo=ΦT+ΦA+ΦR
光辐射能流率的单位为Wm -2，表示单位时间内通过单位面积(与光线传播方向垂直)的能量。上式也可写成
1=++ρατ 式中：
）。
为反射率（）为吸收率（）为透射率（o
R o A o T ΦΦ=ΦΦ=ΦΦ=ρρααττ;; 透明材料是透射率较高而吸收率和反射率较小的材料。半透明材料是光线透过它时能发生漫散射的材料。不透明材料是透射率极小的材料。
金属对整个可见光谱都是不透明的，即所有的入射光不是被吸收，就是被反射。所有的电绝缘材料都可能制成透明材料。半导体材料中，有些是透明的，有些是不透明的。在纯高聚物(不加添加剂和填料)中，非晶态均相高聚物应该是透明的，而结晶高聚物一般是半透明甚至是不透明的。
在固体材料中出现的光学现象是电磁辐射与固体材料中原子、离子或电子之 间相互作用的结果。最重要的两种作用是电子极化和电子能态的转变。
(1)电子极化
电磁波的分量之一是迅速交变的电场分量。在可见光频率范围内，电场分量与传播过程中遇到的每一个原子都发生相互作用，引起电子极化，即造成电子云和原子核的电荷中心发生相对位移。其结果，当光线通过介质时，一部分能量被吸收，同时光波速度减小。后者导致折射。
(2)电子能态转变
电磁波的吸收和发射包含电子从一种能态转变到另一种能态的过程。某个原子吸收了光子的能量后，可能将低能级上的电子激发到较高的空能级上去，电子发生的能量变化ΔE 与电磁波的频率有关：
νh E =?
式中：h 为普朗克常数；ν为光子振动频率。在这里必须明确几个概念：第一，原子中电子的能级是分立的，能级之间只有特定的ΔE 值。因此，只有能量为ΔE 的
光子才能被原子通过能态转变而吸收，而且在每一次激发中，每个光子的能量将全部被吸收。第二，受激电子不可能无限长时间地保持在激发状态，经过一个短时期后，它又会衰变回基态，同时发射出电磁波。衰变的途径不同，发射出的电磁波的频率就不同。
1．能带结构和光学性能
在金属的电子能带结构中，费密能级以上存在许多空能级。因此，当金属受到光线照射时，比较容易吸收入射光线的光子能量，将价带中的电子激发到费密能级以上的空能级中去。实际上，只要金属箔的厚度为0．1μm就可能吸收全部光能。大部分被金属材料吸收的光又会从表面上以同样波长的光被反射出来，表现为反射光(图1)。大多数金属的反射率为0．9--0．95。还有一小部分能量以热的形式损失掉了。肉眼看到的金属颜色是由反射光的波长决定的。
图1 金属材料吸收电磁波(光子)后能态的变化
(a) 电子受激跃迁(b) 受激电子返回基态，发射出光子
对于非金属材料，由于其能带中存在禁带Eg，在大多数情况下对可见光是透明的。只有入射光子的能量，大于禁带宽度，才有可能通过电子激发被吸收(图2)。每一种非金属材料对特定波长以下的电磁波不透明，具体波长取决于Eg。例如，金刚石的Eg=5．6eV，因而对波长小于0．22Llm的电磁波是不透明的(Eg=hc／λ)。
禁带较宽的介电材料也可能吸收光波，不过机制不是激发电子从价带进入导带，而是因为杂质或其他带电缺陷在禁带中引进了能级(施主能级或受主能级)，使电子能够在吸收光子能量后实现从价带—>禁带或从禁带—>导带的转移(图3)。
电子受激时吸收的能量必定会以某种方式释放出来。释放的机理有几种。对于通过电子从价带>导带所吸收的能量，可能会通过电子与空穴的重新结合而释放出来，也可能通过禁带中的杂质能级而发生电子的多级转移，从而发射出两个光子。一个光子的能量等于电子从导带回到杂质能级所释放出来的能量：另一个光子的能量等于电子从杂质能级回到基态时释放出来的能量。此外，还可能在电子的多级转移中发出一个电子和一个光子。
图2非金属材料吸收光子后能态的变化
(a)受激电子越过禁带，并产生一个空穴
(b)电子返回价带并与空穴复合发射出一个光子
图3介电材料吸收光子后电子能态的变化
(a)禁带中杂质能级电子吸收光子后激发进入导带
(b)电子从导带衰变到杂质能级，发射出一个光子：再从杂质能级返回到基
态，又发射出一个光子
(c)电子从导带衰变到杂质能级，发射出一个声子：再从杂质能级返回到基
态，又发射出一个光子
介质净吸收的光波能量不仅与介质特性有关，还有光程有关。透射光的辐射能流率随光程x的增加而减小：
x e o T β-?Φ=Φ'
式中R o o Φ-Φ=Φ'
，即入射光中的非反射辐射能流率； β为吸收系数，单位为(mm)-1，是材料的特征常数；x 是光线在介质中经过的距离。
2．发光现象
发光是辐射能量以可见光的形式出现。如果辐射或其他任何形式的能量，激发电子从价带进入导带，则当该电子返回价带时，便发射出光子(能量为1．8eV 一3．1eV)。如果这些光子的波长在可见光范围内，那么，便产生发光现象。与热辐射发光相区别，称这种发光为冷光。根据材料从吸收能量到发光之间延迟时间的长短，把冷光分为荧光(<10-8s)和磷光(>10-8s)。能发出荧光和磷光的材料有某些硫化物、氧化物、钨酸盐和一些有机物。纯物质一般不会发光，必须加进适当的杂质后才能诱导出发光现象。图4是夜光材料SrAl 2O 4-x ：Eu ，Dy 的余辉特性曲线。
图4夜光材料SrAl 2O 4-x ：Eu ，Dy 的余辉特性
发光现象有许多重要的实际应用。如荧光灯的发光，电视显示屏、显示器，示波器、雷达监视屏，发光二极管，夜光表等。
三、测试方法
用分光光度计测量不同材料的透光率曲线，确定材料的禁带能级宽度。用紫外可见光检测仪激发材料发光，用光强计测量长余辉夜光材料的余辉特性。
四、实验内容
测定有机玻璃的透光率曲线，确定禁带宽度；测定ITO 薄膜的透光率曲线。测定长余辉夜光材料SrAl 2O 4-x ：Eu ，Dy 的余辉特性。
五、实验报告
1. 简述实验目的零1原理：
2．整理实验数据，确定材料的禁带宽度： 3．误差分析及讨论。
实验四材料磁学性能分析
一、实验目的
1．了解材料磁学性能及磁化曲线
2．测定材料磁化强度及磁滞曲线
二、实验原理
磁介质可分为顺磁体、抗磁体、铁磁体、亚铁磁体和反铁磁体。对于顺磁体和抗磁体来说，它们的相对磁导率μr接近于1。而对于其他磁性材料的相对磁导率μr 很大(μr>>1)，磁性材料具有一系列特性，如μr不是一个常数，能保留剩余磁性，并具有一个临界温度(居里温度Tc)，达到该温度以上磁性物质转化为顺磁体等。
任何铁磁体和亚铁磁体，在温度低于居里温度Tc时，都是由磁畴组成的。磁畴是自发磁化到饱和(即其中的磁矩均朝一个方向排列)的小区域。相邻磁畴之间的界线叫磁畴壁(图1)。在一块未经外磁场磁化的样品中，磁畴的取向是无序的，故磁畴的向量之和为零，因此，整块磁体对外不显示磁性。
图1 铁磁体和亚铁磁体的磁畴和磁畴壁结构示意图
铁磁体和亚铁磁体在外磁场作用下，磁感应强度B和磁场强度H间不是简单的线形比例关系。假设样品在一开始已经退磁化，那么磁感应强度B随H的变化如图2所示。曲线自原点开始，H增加时，B也增加。一开始B的增加比较缓慢，后来增加较快．最后又减慢并达到平衡值Bs。
磁性材料磁化的本质是磁畴结构的变化过程。图2给出了B-H曲线上某些点所对应的磁畴结构示意图。一开始，在已经退磁化的样品中磁畴的驭向是无序的，因此无净磁感应强度。施加外磁场后，那些磁畴顺排方向与外磁场方向基本一致的磁畴长人，而其它方向的磁畴减小。随着磁场强度的增加，这—过程不断地进行，直
到整个样品变成单畴。继续增大外磁场时，该单畴通过转动达到与外磁场方向完全一致，这时样品就达到了饱和磁化。
图2 铁磁体和亚铁磁体磁化过程中的B-H曲线和磁滞回线
如果将样品磁化到饱和点之后，慢慢地减小H，则B也减小。这个过程叫退磁化过程。此时B的变化并不是按磁化曲线的原路程返回，而是按另一条曲线，即图中的SR段曲线变化。当H减小到零时，B=Br，称为剩余磁感应强度(简称剩磁)，表示材料在无外加磁场时仍保持了一定程度的磁化。如果要使B=O，则必须加上一反向磁场Hc，Hc称为矫顽力。从这里可以看出，退磁过程中B的变化落后于H的变化。这种现象称为磁滞现象，其本质是磁畴壁在运动中受到阻力。
当反向H继续增加时，最后又可达到反向饱和点。如果沿正方向增加H，则又通过另一条曲线达到正向饱和点。可见在交变磁场的每一周期内，B-H曲线构成一个封闭回路，这个回路曲线称为磁滞回线。磁滞回线所包围的面积表征磁化一周时以热的形式所消耗的功(J．m-3)。描述磁滞的另一个物理量是最大的磁能积(BH)max，它是磁滞回线在第二象限内磁感应强度和磁场强度乘积的最大值。
磁性材料按磁滞特性可分为软磁材料和硬磁材料两大类。
1．软磁材料
软磁材料具有较高的磁导率，较高的饱和磁感应强度，较小的矫顽力和较低的磁滞损耗。这种材料非常容易磁化和退磁，磁滞回线很窄。软磁材料主要用于制造磁导体，例如变压器、继电器的磁芯(铁芯)、电动机转子和定子．磁路中的连接元件、磁极头、磁屏材料、感应圈铁芯、电子计算机开关元件：和存储元件等。表1给出了几种常用软磁材料及其性能。
2．硬磁材料
硬磁材料又称永磁材料，是指那些难于磁化，又难于退磁的材料。它具有较大
的矫顽力，典型的Hc叫0‘～106A(m”，剩磁也高，磁滞回线又高又宽，具有较大的最大磁能积。硬磁材料主要用于制造各种永磁体，以便提供磁场空间。可用于各类电表和电话、录音机、电视机中以及利用磁性牵引力的举重器、分料28和选矿器中。表2给出了几种常用硬磁材料及其基本性能。
三、实验内容和方法
用CL6-1型直流磁特性测量装置测量软磁材料(工业纯铁、铁氧体软磁材料)和
硬磁材料(钕铁硼磁体)的磁化曲线和磁滞回线。 1．闭磁路样品的测量
闭磁蹄样品是具有闭合磁路的样品，它是用螺旋环来磁化的。由于螺旋环产生的磁场不强(至多为103A.m -1数量级)，因此闭磁路样品主要是软磁材料。由于螺旋环产生的磁场可以通过测量磁化电流计算出来。
1
1
.1
2
ln
)12(2.)
21(2---=
+==
=m A R R R R NI H m A R R Nl I R N nI H πππ或
这里I 是滋化线圈的电流，N 是线圈匝数，R2和R1是环的外半径和内半径尺寸)。因此，测量闭磁路样品的磁化曲线和磁滞回线就归结为测量各磁化电流下的磁感应强度B 。
2．开磁路样品的测量
开磁路样品是指正电磁铁或螺线管中测量的样品，主要是永磁材料。冲击法是测量永磁材料静态磁性的标准方法。 3．电子积分法
电子积分器是用电子学方法对测量线圈的感应电动势直接积分，输出电压与
?edt ，即与φ?成正比。由于它能对电压进行瞬时积分，因此可以测量随时间变化
的磁通量．只要在输出端配合记录仪或数字电压表，便可以实现自动测量。
电子积分器法不仅可以用来测量磁场，还可以用来进行静态、动态磁性的测量。 电子积分器法不仅克服了冲击法的原理误差，而且便于测量自动化．
图3和图4分别为软磁和永磁材料的静态磁性测量原理图。
四、实验报告
1．简述实验目的和原理；
2．整理实验数据，确定材料的饱和磁感应强度，剩余磁感应强度和矫顽力； 3．误差分析及讨论。
回弹模量试验作业指导书 1 承载板法 1.1 目的和适用范围本试验适用于不同湿度和密度的细粒土。 1.2 仪器设备 1.2.1 杠杆压力仪:最大压力1500N 1-调平砝码；2-千分表3-立柱4-加压杆5-水平杠杆6-水平气泡7-加压球座8-底座气泡9-调平脚螺丝10-加载架 1.2.2 承载板：直径50 毫米，高80 毫米，如图19.1.2-2 所示。欠图 1.2.3 试筒:内径152 毫米、高170 毫米的金属圆筒；套环，高50 毫米；筒内垫块，直径151 毫米，高50 毫米；夯击 底板与击实仪相同。 1.2.4 量表：千分表两块。 1.2.5 秒表一只。 1.3 试样 按击实试验(T0131-93)方法制备试样，根据工程要求选择轻型或重型法，视最大粒径用小筒或大筒进行击实试验，得出最佳含水量和最大干密度，然后按最佳含水量用上述试筒击实制备试件。 1.4 试验步骤 1.4.1 安装试样：将试件和试筒的底面放在杠杆压力仪的底盘上，将承载板放在试件中央(位置)并与杠杆压力仪的加压球座对正；将
千分表固定在立柱上，将表的测头安放在承载板的表架上。 1.4.2 预压：在杠杆仪的加载架上施加砝码，用预定的最大单位压力p 进行预压。含水量大于塑限的土，p=50--100k Pa，含水量小于塑限的土，p=100--200kPa。预压进行1--2 次，每次预压1min。预压后调正承载板位置，并将千分表调到接近満量程的位置，准备试验。 1.4.3 测定回弹量：将预定最大单位压力分成4--6 份，作为每级加载的压力。每级加载时间为1min 时，记录千分表读数，同时卸载，让试件恢复变形，卸载1min 时，再次记录千分表读数，同时施加下一级荷载。如此逐级进行加载卸 载，并记录千分表读数，直至最后一级荷载。为使试验曲线开始部分比较准确，第一、二级荷载可用每份的一半，试验的最大压力也可 略大于预定压力。 1.5 结果整理 1.5.1 计算每级荷载下的回弹变形L： L=加载读数-卸载读数(19.1.5-1) 1.5.2 以单位压力p 为横坐标(向右)，回弹变形L 为纵坐标(向下)，绘制p--L 曲线 1.5.3 按下式计算每级荷载下的回弹模量： E=πpD/4L(L-μ2) 式中:E--回弹模量，kPa; p--承载板
建筑材料 实验指导书 试验一 建筑材料的基本性质试验 材料的基本性质主要有物理性质、力学性质和耐久性质等。虽然不同的材料由于其组成、 结构和构造有所差异以及工程上对其要求不尽相同，而有不同的试验方法和侧重的试验项 目，但试验的基本原理是一致的。这里以天然石料的常规试验为例，说明材料的一些基本性 质试验的试验原理和方法。本试验内容包括材料的密度、表观密度、吸水率、饱水率、抗压 强度以及坚固性等六项基本性质。 1.1 密度试验 1．试验目的 材料的密度是指在绝对密实状态下单位体积的质量。利用密度可计算材 料的孔隙率和密实度。孔隙率的大小会影响到材料的吸水率、强度、抗冻性及耐久性等。 2．主要仪器设备 （1）李氏瓶 （2）天平 （3）筛子 （4）鼓风烘箱 （5）量筒、干燥器、温度计等。 3．试样制备 将试样研碎，用筛子除去筛余物，放到105～110℃的烘箱中，烘至恒重， 再放入干燥器中冷却至室温。 4．试验步骤 （1）在李氏瓶中注入与试样不起反应的液体至凸颈下部，记下刻度数0V （cm 3）。将李 氏瓶放在盛水的容器中，在试验过程中保持水温为20℃。 （2）用天平称取60～90g 试样，用漏斗和小勺小心地将试样慢慢送到李氏瓶内（不能大 量倾倒，防止在李氏瓶喉部发生堵塞），直至液面上升至接近20 cm 3为止。再称取未注入 瓶内剩余试样的质量，计算出送入瓶中试样的质量m （g ）。 （3）用瓶内的液体将粘附在瓶颈和瓶壁的试样洗入瓶内液体中，转动李氏瓶使液体中的 气泡排出，记下液面刻度1V （cm 3）。 （4）将注入试样后的李氏瓶中的液面读数1V ，减去未注入前的读数0V ，得到试样的密 实体积V （cm 3）。 5．试验结果计算 材料的密度按下式计算（精确至小数后第二位）： V m = ρ 式中 ρ——材料的密度（g/ cm 3）； m ——装入瓶中试样的质量（g ）； V ——装入瓶中试样的绝对体积（cm 3）。 按规定，密度试验用两个试样平行进行，以其计算结果的算术平均值最后结果，但两个 结果之差不应超过0.02 cm 3。 1.2 表观密度试验 1．试验目的 材料的表观密度是指在自然状态下单位体积的质量。利用材料的表观密度 可以估计材料的强度、吸水性、保温性等，同时可用来计算材料的自然体积或结构物质量。 2．主要仪器设备 （1）游标卡尺 （2）天平 （3）鼓风烘箱 （4）干燥器、直尺等。
期末复习题 一、填空（20） 1.一长30cm的圆杆，直径4mm，承受5000N的轴向拉力。如直径拉成3.8 mm，且体积保持不变，在此拉力下名义应力值为，名义应变值为。 2.克劳修斯—莫索蒂方程建立了宏观量介电常数与微观量极化率之间的关系。 3．固体材料的热膨胀本质是点阵结构中质点间平均距离随温度升高而增大。 4．格波间相互作用力愈强，也就是声子间碰撞几率愈大，相应的平均自由程愈小，热导率也就愈 介电常数一致，虚部表示了电介质中能量损耗的大小。 ．当磁化强度M为负值时，固体表现为抗磁性。8．电子磁矩由电子的轨道磁矩和自旋磁矩组成。 9．无机非金属材料中的载流子主要是电子和离子。 10．广义虎克定律适用于各向异性的非均匀材料。 ?（1-m）2x。11．设某一玻璃的光反射损失为m，如果连续透过x块平板玻璃，则透过部分应为 I 12．对于中心穿透裂纹的大而薄的板，其几何形状因子。 13．设电介质中带电质点的电荷量q，在电场作用下极化后，正电荷与负电荷的位移矢量为l，则此偶极矩为 ql 。 14．裂纹扩展的动力是物体内储存的弹性应变能的降低大于等于由于开裂形成两个新表面所需的表面能。 15.Griffith微裂纹理论认为，断裂并不是两部分晶体同时沿整个界面拉断，而是裂纹扩展的结果。16．考虑散热的影响，材料允许承受的最大温度差可用第二热应力因子表示。 17．当温度不太高时，固体材料中的热导形式主要是声子热导。 18．在应力分量的表示方法中，应力分量σ,τ的下标第一个字母表示方向，第二个字母表示应力作用的方向。 19．电滞回线的存在是判定晶体为铁电体的重要根据。 20．原子磁矩的来源是电子的轨道磁矩、自旋磁矩和原子核的磁矩。而物质的磁性主要由电子的自旋磁矩引起。 21. 按照格里菲斯微裂纹理论，材料的断裂强度不是取决于裂纹的数量，而是决定于裂纹的大小，即是由最危险的裂纹尺寸或临界裂纹尺寸决定材料的断裂强度。 22.复合体中热膨胀滞后现象产生的原因是由于不同相间或晶粒的不同方向上膨胀系数差别很大，产生很大的内应力，使坯体产生微裂纹。 23.晶体发生塑性变形的方式主要有滑移和孪生。 24.铁电体是具有自发极化且在外电场作用下具有电滞回线的晶体。 25.自发磁化的本质是电子间的静电交换相互作用。 二、名词解释(20) 自发极化：极化并非由外电场所引起，而是由极性晶体内部结构特点所引起，使晶体中的每个晶胞内存在固有电偶极矩，这种极化机制为自发极化。 断裂能：是一种织构敏感参数,起着断裂过程的阻力作用，不仅取决于组分、结构，在很大程度上受到微观缺陷、显微结构的影响。包括热力学表面能、塑性形变能、微裂纹形成能、相变弹性 能等。
土工作业指导书击实试验实施细则 文件编号： 版本号： 编制： 批准： 生效日期：
击实试验实施细则 1. 目的 为了规范标准固结试验中的各个环节，特制定本细则。 2. 适用范围 本试验分轻型击实和重型击实。轻型击实试验适用于粒径小于5mm的粘性土，重型击实试验适用于粒径不大于20mm的土。采用三层击实时，最大粒径不大于40mm。 3. 引用文件 GB/T50123-1999 土工试验方法标准。 4. 检测设备 本试验所用的主要仪器设备，应符合下列规定： a、击实仪的击实筒和击锤尺寸应符合下表规定： b、天平：称量200g，最小分度值，0.01g。 c、台秤：称量10kg，最小分度值5g。 d、标准筛：孔径为20mm、40mm和5mm。 e、试样推出器：宜用螺旋式千斤顶颧液压式千斤顶，如无此类装置，亦可用刮刀和修 土刀从击实筒中取出试样。 5．操作步骤进行： 5．1试样的制备： 5．1．1干法试样制备：
a ．用四分法取代表性土样20kg （重型为50kg ），风干碾碎，过5mm （重型过20mm 或40mm ）筛，将筛下土样拌匀，并测定土样的风干含水率。根据土的塑限预估最优含水率，并制备5个不同含水率的一组试样，相邻2个含水率的差值宜为2%。 注：轻型击实中5个含水率中应有2个大于塑限，2个小于塑限，1个接近塑限。 b ．湿法制备试样按下列步骤进行：取天然含水率的代表性土样20kg （重型为50kg ），碾碎，过5mm 筛（重型过20mm 或40mm ），将筛下土样拌匀，并测定土样的天然含水率。根据土样的塑限预估最优含水率，并选择至少5个含水率的土样，分别将天然含水率的土样风干或加水进行制备，应使制备好的土样水分均匀分布。 5．2击实试验应按下列步骤进行： a ．将击实仪平稳置于刚性基础上，击实筒与底座联接好，安装好护筒，在击实筒内壁均匀涂一薄层润滑油。称取一定量试样，倒入击实筒内，分层击实，轻型击实试样为2～5kg ，分3层，每层25击；重型击实试样为4～10kg ，分5层，每层56击，若分3层，每层94击。每层试样高度宜相等，两层交界处的土面应刨毛。击实完成时，超出击实筒顶的试样高度应小于6mm 。 b.卸下护筒，用直刮刀修平击实筒顶部的试样，拆除底板，试样底部若超出筒外，也应修平，擦净筒外壁，称筒与试样的总质量，准确至1g ，并计算试样的湿密度。 c.用推土器将试样从击实筒中推出，取2个代表性试样测定含水率，2个含水率的差值应不大于1%。 d.对不同含水率的试样依次击实。 6．计算结果： 6．1试样的干密度按下式计算： i d ω01.01ρρ0 += 6．2干密度和含水率的关系曲线，应在直角坐标纸上绘制。并应取曲线峰值点相应的纵坐标为击实试样的最大干密度，相应的横坐标为击实试样的最优含水率。当关系曲线不能绘出峰
《材料物理性能》教学大纲 教学内容: 绪论(1 学时) 《材料物理性能》课程的性质,任务和内容,以及在材料科学与工程技术中的作用. 基本要求: 了解本课程的学习内容,性质和作用. 第一章无机材料的受力形变(3 学时) 1. 应力,应变的基本概念 2. 塑性变形塑性变形的基本理论滑移 3. 高温蠕变高温蠕变的基本概念高温蠕 变的三种理论 第二章基本要求: 了解:应力,应变的基本概念,塑性变形的基本概念,高温蠕变的基本概念. 熟悉:掌握广义的虎克定律,塑性变形的微观机理,滑移的基本形态及与能量的关系.高温蠕变的原因及其基本理论. 重点: 滑移的基本形态,滑移面与材料性能的关系,高温蠕变的基本理论. 难点: 广义的虎克定律,塑性变形的基本理论. 第二章无机材料的脆性断裂与强度(6 学时) 1.理论结合强度理论结合强度的基本概念及其计算 2.实际结合强度实际结合强度的基本概念 3. 理论结合强度与实际结合强度的差别及产生的原因位错的基本概念,位错的运动裂纹的扩展及扩展的基本理论 4.Griffith 微裂纹理论 Griffith 微裂纹理论的基本概 念及基本理论,裂纹扩展的条件 基本要求: 了解:理论结合强度的基本概念及其计算;实际结合强度的基本概念;位错的基本概念,位错的运动;裂纹的扩展及扩展的基本理论;Griffith 微裂纹理论的基本概念及基本理论,裂纹扩展的条件熟悉:理论结合强度和实际结合强度的基本概念;位错的基本概念,位错的运动;裂纹的扩展及扩展的基本理论;Griffith 微裂纹理论的基本概念及基本理论,裂纹扩展的条件. 重点: 裂纹的扩展及扩展的基本理论;Griffith 微裂纹理论的基本概念及基本理论,裂纹扩展的条件难点: Griffith 微裂纹理论的 基本概念及基本理论 第三章无机材料的热学性能(7 学时) 1. 晶体的点阵振动一维单原子及双原子的振动的基本理论 2. 热容热容的基本概念热容的经验定律和经典理论热容的爱因斯坦模型热容的德拜模型 3.热膨胀热膨胀的基本概念热膨胀的基
建筑材料作业指导书 20XX年12月30日xxxx建设工程质量检测中心建筑材料检测作业指导书
建筑材料检测作业指导书 主题批准页总页数23页(含此页) 编号批准日期年月 版次第版第次修订生效日期年月 批准人持有人 副本控制受控人 云南省建设工程质量检测中心 建筑材料检测作业指导书目录 1建筑钢材 -----------------------------------------4
2骨料 ----------------------------------------------15 3水泥--------------------------------------------21 4混凝土---------------------------------------------22 5砌筑砂浆-------------------------------------------28 6砌墙砖及砌块料-------------------------------------30 7回填土、灰土、砂和砂石-----------------------------38 8 YAW—300型水泥压力机操作步骤----------------------42 9KZJ5000–1型水泥电动抗折试验机操作步骤------------43 10 YAW-2000B型全自动压力试验机操作步骤----------43 11 WE—1000A型液压万能试验机操作步骤------------44 12 HS40型混凝土渗透仪操作步骤-----------------------46 13材料部门人员岗位职责------------------------------47 14 安全规程------------------------------------------50 15记录及报告----------------------------------------52 一建筑钢材 一、依据 《钢筋混凝土用热轧带肋钢筋》GBl499.2-2007、《钢筋混凝土用 热轧光圆钢筋》GB1499.1-2008、《冷轧扭钢筋混凝土构件技术规程》
目录 一无机结合料稳定土击实试验作业指导书 (1) 二无机结合料稳定材料无侧限抗压强度试验作业指导书 (3) 三石灰的有效氧化钙含量试验作业指导书 (5) 四石灰的氧化镁含量试验作业指导 (6) 五水泥稳定土中水泥剂量测定试验作业指导书（EDTA滴定法) (10) 六粉煤灰细度试验作业指导书 (12) 七粉煤灰烧失量试验作业指导书 (13) 八粉煤灰比表面积试验作业指导书 (14)
一、无机结合料稳定土击实试验作业指导书 1.依据标准：《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》JTG E51-2009。 2.试验目的及适用范围: 2.1目的：在规定的试筒内，对水泥稳定土(在水泥水化前)、石灰稳定土及石灰（或水泥）粉煤灰稳定土进行击实试验，以绘制稳定土的含水量-干密度关系曲线，从而确定其最佳含水量和最大干密度。 2.2适用范围：试验集料的最大粒径宜控制在37.5mm以内（方孔筛）。 3.试验环境：进入试验室内先检查温湿度仪，并在记录中注明试验时室内的温湿度。 4.试验准备： 4.2试样制备 4.4.1将具有代表性的风干试料（必要时，也可以在50℃烘箱内烘干）用木锤或
木碾捣碎。土团均应捣碎到能通过5mm的筛孔。但应注意不使粒料的单个颗粒破碎或不使其破碎程度超过施工中拌和机械的破碎率。 4.2.2如试料是细粒土，将已捣碎的具有代表性的土过5mm筛备用（用甲法或乙法做试验）。 4.2.3如试料中含有粒径大于5mm的颗粒，则先将试料过25mm的筛，如存留在25mm筛孔的颗粒的含量不超过20%,则过筛料留作备用（用甲法或乙法做试验）。 4.2.4如试料中粒径大于25mm的颗粒含量过多，则将试料过40mm的筛备用（用丙法试验）。 4.2.5每次筛分后，均应记录超尺寸颗粒的百分率。 4.2.6在预定做击实试验的前一天，取有代表性的试料测定其风干含水量。对于细粒土，试样应不少于100g；对于中粒土（粒径小于25mm的各类集料），试样应不少于1000g；对于粗粒土的各种集料，试样应不少于2000g。 5. 试验步骤： 具体试验步骤依据《公路工程无机结合料稳定材料试验规程JTG E51-2009》T 0804-1994的方法进行试验。 6. 试验结果整理： 6.1按下式计算稳定材料的干密度： Pd=P w／1+0.01w 式中P w—试样的含水量。 6.2制图：以干密度为纵坐标、含水量为横坐标，绘制含水量—干密度曲线。将试验各点采用二次曲线方法拟合曲线，曲线的峰值点对应的含水量及干密度即为最佳含水量和最大干密度； 7．试验报告： 试验报告应包括内容：○1.检测项目名称;○2.原材料的品种、规格和产地；○3.试验日期及时间○4.仪器设备名称、型号及编号；○5.试样的最大粒径、超尺寸颗粒的百分率；;○6.无机结合料类型及剂量；所用试验方法类别；最大干密度(g／cm3)；最佳含水量（%），并附击实曲线；○7.执行标准；○8.要说明的其他内容。 8. 试验注意事项： 8.1. 2011版中试验仪器和操作步骤与2000版有所不同，应注意区分，勿延用老标准。
材料物理性能 第一章、材料的热学性能 一、基本概念 1.热容：物体温度升高1K 所需要增加的能量。（热容是分子热运动的能量随温度变化的一个物理量）T Q c ??= 2.比热容：质量为1kg 的物质在没有相变和化学反应的条件下升高1K 所需要的热量。[ 与 物质的本性有关，用c 表示，单位J/(kg ·K)]T Q m c ??=1 3.摩尔热容：1mol 的物质在没有相变和化学反应的条件下升高1K 所需要的热量。用Cm 表示。 4.定容热容：加热过程中，体积不变，则所供给的热量只需满足升高1K 时物体内能的增加，不必再以做功的形式传输，该条件下的热容： 5.定压热容：假定在加热过程中保持压力不变，而体积则自由向外膨胀，这时升高1K 时供 给 物体的能量，除满足内能的增加，还必须补充对外做功的损耗。 6.热膨胀：物质的体积或长度随温度的升高而增大的现象。 7.线膨胀系数αl ：温度升高1K 时，物体的相对伸长。t l l l ?=?α0 8.体膨胀系数αv ：温度升高1K 时，物体体积相对增长值。t V V t t V ??= 1α 9.热导率（导热系数）λ：在 单位温度梯度下，单位时间内通过单位截面积的热量。（标志 材 料热传导能力，适用于稳态各点温度不随时间变化。)q=-λ△T/△X 。 10.热扩散率（导温系数）α：单位面积上，温度随时间的变化率。α=λ/ρc 。α表示温度变化的速率（材料内部温度趋于一致的能力。α越大的材料各处的温度差越小。适用于非稳态不稳定的热传导过程。本质仍是材料传热能力。）。 二、基本理论
1.德拜理论及热容和温度变化关系。 答：⑴爱因斯坦没有考虑低频振动对热容的贡献。 ⑵模型假设：①固体中的原子振动频率不同；处于不同频率的振子数有确定的分布函数； ②固体可看做连续介质，能传播弹性振动波； ③固体中传播的弹性波分为纵波和横波两类； ④假定弹性波的振动能级量子化，振动能量只能是最小能量单位hν的整数倍。 ⑶结论：①当T》θD时，Cv,m=3R；在高温区，德拜理论的结果与杜隆-珀蒂定律相符。 ②当T《θD时，Cv,m∝3T。 ③当T→0时，Cv,m→0，与实验大体相符。 ⑷不足：①由于德拜把晶体看成连续介质，对于原子振动频率较高的部分不适用； ②晶体不是连续介质，德拜理论在低温下也不符； ③金属类的晶体，没有考虑自由电子的贡献。 2.热容的物理本质。 答：温度一定时，原子虽然振动，但它的平衡位置不变，物体体积就没变化。物体温度升高了，原子的振动激烈了，但如果每个原子的平均距离保持不变，物体也就不会因为温度升高而发生膨胀。 【⑴反映晶体受热后激发出的晶格波和温度的关系； ⑵对于N个原子构成的晶体，在热振动时形成3N个振子，各个振子的频率不同，激发出的声子能力也不同； ⑶温度升高，晶格的振幅增大，该频率的声子数目也增大； ⑷温度升高，在宏观上表现为吸热或放热，实质上是各个频率声子数发生变化。材料物理的解释】 3.热膨胀的物理本质。 答：由于原子之间存在着相互作用力，吸引力与斥力。力大小和原子之间的距离有关（是非线性关系，引力、斥力的变化是非对称的），两原子相互作用是不对称变化，当温度上升，势能增高，由于势能曲线的不对称性必然导致振动中心右移。即原子间距增大。 ⑴T↑原子间的平均距离↑r＞r0吸引合力变化较慢 ⑵T↑晶体中热缺陷密度↑r＜r0排斥合力变化较快 【材料质点间的平均距离随温度的升高而增大（微观），宏观表现为体积、线长的增大】 4.固体材料的导热机制。 答：⑴固体的导热包括：电子导热、声子导热和光子导热。 ①纯金属：电子导热是主要机制； ②合金：声子导热的作用增强； ③半金属或半导体：声子导热、电子导热； ④绝缘体：几乎只有声子导热一种形式，只有在极高温度下才可能有光子导热存在。 ⑵气体：分子间碰撞，可忽略彼此之间的相互作用力。 固体：质点间有很强的相互作用。 5.焓和热容与加热温度的关系。P11。图1.8 ⑴①有潜热，热容趋于无穷大；⑵①无潜热，热容有突变
建筑材料的检验标准 混凝土外加剂应用技术规程GB50119-2003 粉煤灰在混凝土和砂浆中应用技术规程JGJ28-86 砂、石碱活性快速试验方法CECS48:93 混凝土碱含量限值标准CECS53:93 普通混凝土配合比设计规程JGJ55-2000 混凝土泵送施工技术规程JGJ/T10-95 普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准JGJ52-2006 混凝土用水标准JGJ63-2006 粉煤灰混凝土应用技术规范GBJ146-90 普通混凝土拌合物性能试验方法标准GB/T50080-2002 普通混凝土力学性能试验方法标准GB/T50081-2002 混凝土结构工程施工质量验收规范GB50204-2002 混凝土质量控制标准GB50164-92 混凝土强度检验评定标准GBJ107-87 通用硅酸盐水泥GB175-2007 预拌混凝土GB/T14902-2003 混凝土外加剂GB8076-2008 混凝土外加剂匀质性试验方法GB/T8077-2000 中热硅酸盐水泥低热硅酸盐水泥低热矿渣硅酸盐水泥GB200-2003 水泥细度检验方法筛析法GB/T1345-2005 水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法GB/T1346-2001 通用水泥质量等级JC/T452-2002
水泥的命名、定义和术语GB/T4131-1997 水泥胶砂流动度测定方法GB/T2419-2005 水泥胶砂强度检验方法（ISO法）GB/T17671-1999 水泥取样方法GB12573-90 混凝土外加剂定义、分类、命名与术语GB/T8075-2005 用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉GB/T18046-2008 用于水泥和混凝土中的粉煤灰GB/T1596-2005 高强高性能混凝土用矿物外加剂GB/T18736-2002 混凝土泵送剂JC473-2001 水泥化学分析方法GB/T176-2008 混凝土结构耐久性设计与施工指南CCES01-2004 混凝土外加剂及相关标准汇编 砂浆、混凝土防水剂JC474-1999 地下连续墙结构设计规程DBJ/T15-13-95 钻芯法检测混凝土强度技术规程CECS03:2007 建筑防水工程技术规程DBJ15-19-2006 建筑结构检测技术标准GB/T50344-2004 建筑工程施工质量验收统一标准GB50300-2001 水工混凝土断裂试验规程DL/T5332-2005 自密实混凝土设计与施工指南CCES02-2004 基桩和地下连续墙钻芯检验技术规程DBJ15-28-2001 回弹法检测混凝土抗压强度技术规程JGJ/T23-2001 水工混凝土砂石骨料试验规程DL/T5151-2001 钢纤维混凝土试验方法CECS13:89 轻骨料混凝土结构技术规程JGJ12-2006 水工混凝土施工规范DL/T5144-2001 早期推定混凝土强度试验方法标准JGJ/T15-2008 无粘结预应力混凝土结构技术规程JGJ92-2004 J409-2005 预拌砂浆应用技术规程DBJ/T15-37-2004
土的击实试验培训 培训人志良 时间2017.05.30 1 依据标准 《公路土工试验规程》JTG E40-2007 2 目的和适用围 2.1本试验目的是求出土的最佳含水率及最大击实密度，本方法适用于细粒土。（注：细粒土即粒 组划分图中细粒组含量≥50%的土，粗粒土为巨粒组含量≤15%且巨粒组与粗粒组之和＞50%的土） 2.2 本试验的若干概念及规定： 2.2.1本试验分轻型击实和重型击实。 轻型击实只适用于粒径≤20mm的土，重型击实试验适用于粒径≤40mm的土。 2.2.2击实试筒有尺寸有径10cm试筒、15.2cm试筒、大尺寸（尺寸由土的最大粒径确定）试筒， 一般试验室常见前两种。 a、径10cm试筒只适用于最大粒径≤20mm土； b、径15.2cm试筒适用于最大粒径≤40mm土； c、当土中最大颗粒粒径≥40mm，并且≥40mm颗粒粒径的质量含量大于5%（前提：土 仍然属于细粒土）时，则应使用大尺寸试筒进行击实试验（注：当≥40mm颗粒含量大 于5%且小于30%时，也可按6.4进行最大密度和最佳含水率校正）。 大尺寸试筒要求其最小尺寸大于土样中最大颗粒粒径的5倍以上，并且击实试验的分层 厚度应大于土样中最大颗粒粒径的3倍以上。单位体积击实功能控制在 2677.2~2687.0kJ/m3围。 2.2.3当细粒土中的粗粒土总含量大于40%或粒径大于0.005mm颗粒的含量大于土总质量的 70%（即d30≤0.005mm）时，还应做粗粒土最大干密度试验（注：有振动台法和表面 震动压实仪法），其结果与重型击实试验结果比较，最大干密度取两种试验结果的最大值。
2.2.4击实试样制备方法分为干土法和湿土法。 干土法：将土样自然风干或晾晒至含水量很小（或绝干）的状态后，测其含水率量，按照预估最佳含水量，通过计算加不同量的水拌和闷土，制备5个或以上含水率以2% 左右递增的土样，其中至少有2个大于和2个小于最佳含水率。 湿土法：采集5个以上的高含水率土，按施工时能进行碾压的最高含水率，分别晾干至不同含水率（不必像干土法一样先风干再加水，而是直接分别风干至预定的不同含 水率），其中至少3个土样小于最高含水率，至少2个土样大于最高含水率。 湿土法适用于高含水率的土，干土法和湿土法土样均不得重复使用。 3 仪器设备 3.1 标准击实仪。击实试验方法和相应设备的主要参数应符合表1的规定。 表1 击实试验方法种类 注：根据规程T 0131-2007 击实试验中轻型击实试验适用于粒径不大于20mm的土的规定，上表中I-2方法中最大粒径应是20mm。 3.2 烘箱及干燥器。 3.3 天平：2000g，感量0.01g；15kg，感量0.1g 3.4圆孔筛：孔径40mm、20mm和5mm各1个。 3.5 拌和工具：400mm×600mm、深70mm的金属盘，土铲。 3.6 其他：喷水设备、碾土器、盛土盘、量筒、推土器、铝盒、修土刀、平直尺等。 4 试样 4.1 本试验可分别采用不同的方法准备试样。各方法可按表2准备试料。
实验一 复合材料弯曲强度测定 一、实验目的 了解复合材料弯曲强度的意义和测试方法，掌握用电子万能试验机测试聚合物材料弯曲性能的实验技术。 二、实验原理 弯曲是试样在弯曲应力作用下的形变行为。弯曲负载所产生的盈利是压缩应力和拉伸应力的组合，其作用情况见图1所示。表征弯曲形变行为的指标有弯曲应力、弯曲强度、弯曲模量及挠度等。 弯曲强度f σ，也称挠曲强度（单位MPa ），是试样在弯曲负荷下破裂或达到规定挠度时能承受的最大应力。挠度s 是指试样弯曲过程中，试样跨距中心的顶面或底面偏离原始位置的距离（㎜）。弯曲应变f ε是试样跨度中心外表面上单元长度的微量变化，用无量纲的比值或百分数表示。挠度和应变的关系为：h L s f 62ε=（L 为试样跨度，h 为试样厚度）。 当试样弯曲形变产生断裂时，材料的极限弯曲强度就是弯曲强度，但是，有些聚合物在发生很大的形变时也不发生破坏或断裂，这样就不能测定其极限弯曲强度，这时，通常是以试样外层纤维的最大应变达到5%时的应力作为弯曲屈服强度。 与拉伸试验相比，弯曲试验有以下优点。假如有一种用做梁的材料可能在弯曲时破坏，那么对于设计或确定技术特性来说，弯曲试验要比拉伸试验更适用。制备没有残余应变的弯曲试样是比较容易的，但在拉伸试样中试样的校直就比较困难。弯曲试验的另一优点是在小应变下，实际的形变测量大的足以精确进行。 弯曲性能测试有以下主要影响因素。 ① 试样尺寸和加工。试样的厚度和宽度都与弯曲强度和挠度有关。 ② 加载压头半径和支座表面半径。如果加载压头半径很小，对试样容易引起较大的剪切力而影响弯曲强度。支座表面半径会影响试样跨度的准确性。 ③ 应变速率。弯曲强度与应变速率有关，应变速率较低时，其弯曲强度也偏低。 ④ 试验跨度。当跨厚比增大时，各种材料均显示剪切力的降低，可见用增大跨厚比可减少剪切应力，使三点弯曲更接近纯弯曲。 ⑤ 温度。就同一种材料来说，屈服强度受温度的影响比脆性强度大。 三、实验仪器 WDW1020型电子万能试验机 图1 支梁受到力的作用而弯曲的情况
含有害物质建筑材料使用控制作业指导书 控制范围：施工过程辅助材料和构造建筑产品的材料 引用文件： 《建筑材料放射性核素限量》GB6566-2001 《室内装饰装修材料人造板及其制品甲醛释放限量》GB18580-2001 《室内装饰装修材料溶剂型木器涂料中有害物质限量》GB18581-2001 《室内装饰装修材料内墙涂料中有害物质限量》GB18582-2001 《室内装饰装修材料胶粘剂中有害物质限量》GB18583-2001 《室内装饰装修材料木家具中有害物质限量》GB18584-2001 《室内装饰装修材料壁纸中有害物质限量》GB18585-2001 《室内装饰装修材料聚氯乙稀卷材中有害物质限量》GB18586-2001 《室内装饰装修材料地毯、地毯衬垫及地毯胶粘剂有害物质限量标准》GB18587-2001 《混凝土外加剂中释放氨限量》(GB18588-2001) 控制措施： 一、含放射性核素建筑材料的使用控制 1、建筑材料分类 建筑主体材料：水泥与水泥制品、砖、瓦、混凝土预制构件、砌块、墙体保温材料、工业废渣、掺工业废渣的建筑材料、及各种新型墙体材料等。 装饰材料：花岗石、建筑陶瓷、石膏制品、吊顶材料、粉刷材料及其他新型饰面材料等。 2、材料含有害物质要求 (1) 建筑主体材料 当建筑主体材料中天然放射性核素镭-226、钍-232、钾-40的放射性比活度同时满足I Ra （内照射指数）≤1.0和I r（外照射指数）≤1.0时，其产销与使用范围不受限制。 对空心率大于25%的建筑主体材料，其天然放射性核素镭-226、钍-232、钾-40的放射性比活度同时满足I Ra（内照射指数）≤1.0和I r（外照射指数）≤1.3时，其产销与使用范围不受限制。 (2) 装饰材料 A类材料：天然放射性核素镭-226、钍-232、钾-40的放射性比活度同时满足I Ra（内照
期末复习题参考答案 一、填空 1.一长30cm的圆杆，直径4mm，承受5000N的轴向拉力。如直径拉成3.8 mm，且体积保持不变，在此拉力下名义应力值为，名义应变值为。 2.克劳修斯—莫索蒂方程建立了宏观量介电常数与微观量极化率之间的关系。 3．固体材料的热膨胀本质是点阵结构中质点间平均距离随温度升高而增大。 4．格波间相互作用力愈强，也就是声子间碰撞几率愈大，相应的平均自由程愈小，热导率也就愈低。 5．电介质材料中的压电性、铁电性与热释电性是由于相应压电体、铁电体和热释电体都是不具有对称中心的晶体。 6．复介电常数由实部和虚部这两部分组成，实部与通常应用的介电常数一致，虚部表示了电介质中能量损耗的大小。 7．无机非金属材料中的载流子主要是电子和离子。 8．广义虎克定律适用于各向异性的非均匀材料。 ?（1-m）2x。9．设某一玻璃的光反射损失为m，如果连续透过x块平板玻璃，则透过部分应为 I 10．对于中心穿透裂纹的大而薄的板，其几何形状因子Y= 。 11．设电介质中带电质点的电荷量q，在电场作用下极化后，正电荷与负电荷的位移矢量为l，则此偶极矩为 ql 。 12．裂纹扩展的动力是物体内储存的弹性应变能的降低大于等于由于开裂形成两个新表面所需的表面能。 13.Griffith微裂纹理论认为，断裂并不是两部分晶体同时沿整个界面拉断，而是裂纹扩展的结果。14．考虑散热的影响，材料允许承受的最大温度差可用第二热应力因子表示。 15．当温度不太高时，固体材料中的热导形式主要是声子热导。 16．在应力分量的表示方法中，应力分量σ,τ的下标第一个字母表示方向，第二个字母表示应力作用的方向。 17．电滞回线的存在是判定晶体为铁电体的重要根据。 18．原子磁矩的来源是电子的轨道磁矩、自旋磁矩和原子核的磁矩。而物质的磁性主要由电子的自旋磁矩引起。 19. 按照格里菲斯微裂纹理论，材料的断裂强度不是取决于裂纹的数量，而是决定于裂纹的大小，即是由最危险的裂纹尺寸或临界裂纹尺寸决定材料的断裂强度。 20.复合体中热膨胀滞后现象产生的原因是由于不同相间或晶粒的不同方向上膨胀系数差别很大，产生很大的内应力，使坯体产生微裂纹。 21.晶体发生塑性变形的方式主要有滑移和孪生。 22.铁电体是具有自发极化且在外电场作用下具有电滞回线的晶体。 23.自发磁化的本质是电子间的静电交换相互作用。 二、名词解释 自发极化：极化并非由外电场所引起，而是由极性晶体内部结构特点所引起，使晶体中的每个晶胞内存在固有电偶极矩，这种极化机制为自发极化。 断裂能：是一种织构敏感参数,起着断裂过程的阻力作用，不仅取决于组分、结构，在很大程度上受到微观缺陷、显微结构的影响。包括热力学表面能、塑性形变能、微裂纹形成能、相变弹性 能等。 滞弹性：当应力作用于实际固体时，固体形变的产生与消除需要一定的时间，这种与时间有关的弹性称为滞弹性。 格波：处于格点上的原子的热振动可描述成类似于机械波传播的结果，这种波称为格波，格波的一个
击实试验作业指导书 7.3.1试验目的：通过轻型击实和重型击实，确定该土最大干密度和最佳含水量。 7.3.2 依据标准：《公路土工试验规程》（JTG E40-2007） 7.3.3 仪器设备 标准击实仪 烘箱及干燥器 天平台秤感量 圆孔筛 拌和工具 金属盘 土铲 喷水设备 碾土器 盛土盘 量筒 推土器 铝盒 修土刀 平直尺等。 7.3.4 本试验可分别采用不同的方法准备试样：
1、干土法（土重复使用）将具有代表性的风干或在50℃温度下烘干的土样放在橡皮板上，用圆木棍碾散，然后过不同孔径的筛(视粒径大小而定)。对于小试筒，按四分法取筛下的土约3kg，对于大试筒，同样按四分法取样约6.5kg。 估计土样风干或天然含水量，如风干含水量低于开始含水量太多时，可将土样铺于一不吸水的盘上，用喷水设备均匀地喷洒适当用量的水，并充分拌和，闷料一夜备用。 2、干土法（土不重复使用）按四分法至少准备5 个试样，分别加入不同水份（按2-3％含水量递增），拌匀后闷一夜备用。 3、湿土法（土不重复使用）对于高含水量土，可省略过筛步骤，用手拣除大于38mm的粗石子即可。保持天然含水量的第一个土样，可立即用于击实试验。其余几个试样，将土分成小土块，分别风干，使含水量按2-3％递减。 7.3.5 试验步骤： 1、根据工程要求，按规定选择轻型或重型试验方法。根据土的性质（含易击碎风化石数量多少，含水量高低），按规定选用干土法（土重复或不重复使用）或湿土法。 2、将击实筒放在坚硬的地面上，取制备好的土样分3-5次倒入筒内。小筒按三层法时，每层约800-900g（其量应使击实后的试样等于或略高于筒高的1/3）；按五层法
有效电子数：不是所有的自由电子都能参与导电，在外电场的作用下，只有能量接近费密能的少部分电子，方有可能被激发到空能级上去而参与导电。这种真正参加导电的自由电子数被称为有效电子数。 K状态：一般与纯金属一样，冷加工使固溶体电阻升高，退火则降低。但对某些成分中含有过渡族金属的合金，尽管金相分析和Ｘ射线分析的结果认为其组织仍是单相的，但在回火中发现合金电阻有反常升高，而在冷加工时发现合金的电阻明显降低，这种合金组织出现的反常状态称为K状态。X射线分析发现，组元原子在晶体中不均匀分布，使原子间距的大小显著波动，所以也把K状态称为“不均匀固溶体”。 能带：晶体中大量的原子集合在一起，而且原子之间距离很近，致使离原子核较远的壳层发生交叠，壳层交叠使电子不再局限于某个原子上，有可能转移到相邻原子的相似壳层上去，也可能从相邻原子运动到更远的原子壳层上去，从而使本来处于同一能量状态的电子产生微小的能量差异，与此相对应的能级扩展为能带。 禁带：允许被电子占据的能带称为允许带，允许带之间的范围是不允许电子占据的，此范围称为禁带。 价带：原子中最外层的电子称为价电子，与价电子能级相对应的能带称为价带。 导带：价带以上能量最低的允许带称为导带。 金属材料的基本电阻：理想金属的电阻只与电子散射和声子散射两种机制有关，可以看成为基本电阻，基本电阻在绝对零度时为零。 残余电阻(剩余电阻)：电子在杂质和缺陷上的散射发生在有缺陷的晶体中，绝对零度下金属呈现剩余电阻。这个电阻反映了金属纯度和不完整性。 相对电阻率：ρ (300K)／ρ (4.2K)是衡量金属纯度的重要指标。 剩余电阻率ρ’：金属在绝对零度时的电阻率。实用中常把液氦温度(4.2K)下的电阻率视为剩余电阻率。 相对电导率：工程中用相对电导率( IACS%) 表征导体材料的导电性能。把国际标准软纯铜(在室温20 ℃下电阻率ρ= 0 .017 24Ω·mm2/ m)的电导率作为100% , 其他导体材料的电导率与之相比的百分数即为该导体材料的相对电导率。 马基申定则(马西森定则)：ρ＝ρ’＋ρ(T)在一级近似下，不同散射机制对电阻率的贡献可以加法求和。ρ’：决定于化学缺陷和物理缺陷而与温度无关的剩余电阻率。ρ(T)：取决于晶格热振动的电阻率(声子电阻率)，反映了电子对热振动原子的碰撞。 晶格热振动：点阵中的质点(原子、离子)围绕其平衡位置附近的微小振动。 格波：晶格振动以弹性波的形式在晶格中传播，这种波称为格波，它是多频率振动的组合波。 热容：物体温度升高1K时所需要的热量(J/K)表征物体在变温过程中与外界热量交换特性的物理量，直接与物质内部原子和电子无规则热运动相联系。 比定压热容：压力不变时求出的比热容。 比定容热容：体积不变时求出的比热容。 热导率：表征物质热传导能力的物理量为热导率。 热阻率：定义热导率的倒数为热阻率ω，它可以分解为两部分，晶格热振动形成的热阻(ωp)和杂质缺陷形成的热阻(ω0)。导温系数或热扩散率：它表示在单位温度梯度下、单位时间内通过单位横截面积的热量。热导率的单位：W/(m·K) 热分析：通过热效应来研究物质内部物理和化学过程的实验技术。原理是金属材料发生相变时，伴随热函的突变。 反常膨胀：对于铁磁性金属和合金如铁、钴、镍及其某些合金，在正常的膨胀曲线上出现附加的膨胀峰，这些变化称为反常膨胀。其中镍和钴的热膨胀峰向上为正，称为正反常；而铁和铁镍合金具有负反常的膨胀特性。 交换能：交换能E ex=－2Aσ1σ2cosφA—交换积分常数。当A＞0，φ＝0时，E ex最小，自旋磁矩自发排列同一方向，即产生自发磁化。当A＜0，φ＝180°时，E ex也最小，自旋磁矩呈反向平行排列，即产生反铁磁性。交换能是近邻原子间静电相互作用能，各向同性，比其它各项磁自由能大102～104数量级。它使强磁性物质相邻原子磁矩有序排列，即自发磁化。 磁滞损耗：铁磁体在交变磁场作用下，磁场交变一周，B-H曲线所描绘的曲线称磁滞回线。磁滞回线所围成的面积为铁 =? 磁体所消耗的能量，称为磁滞损耗，通常以热的形式而释放。磁滞损耗Q HdB 技术磁化：技术磁化的本质是外加磁场对磁畴的作用过程即外加磁场把各个磁畴的磁矩方向转到外磁场方向(和)或近似外磁场方向的过程。技术磁化的两种实现方式是的磁畴壁迁移和磁矩的转动。 请画出纯金属无相变时电阻率—温度关系曲线，它们分为几个阶段，各阶段电阻产生的机制是什么？为什么高温下电阻率与温度成正比？ 1—ρ电-声∝T( T > 2/ 3ΘD ) ； 2—ρ电-声∝T5 ( T< <ΘD )；
建筑材料试验指导书班级__________姓名 工程造价教研室 2005．4
实验1 建筑材料基本物理性质实验 (1) 实验目的 通过材料密度的测试，计算出材料的孔隙率，了解材料的构造特征。 (2) 试样制备 将试样研磨，用孔径0.2 mm筛子筛分除去筛余物，并放到105～110 ℃的烘箱中，烘至恒重。将烘干的粉料放入干燥器中冷却至室温待用。 (3) 实验步骤 ①密度的测定 A 在李氏瓶中注入煤油至突颈下部，记下刻度数。将李氏瓶放在盛水的容器中，在试验过程中保持水温为20℃。 B 称取50～90 g试样，用漏斗将试样逐渐送入李氏瓶内，使液面上升至接近20 cm3的刻度为止。再称剩下的试样，计算送入李氏瓶中的试样质量m(g)。将注入试样后的李氏瓶液面的读数，减去未注前的读数，得试样得绝对体积 V(cm3)。 ②体积密度的测定 A 称取试样质量m及蜡封试件在空气的质量m1，并对试样表面涂蜡。 B 在容量瓶中加入适量的水，记录水的体积数V1。 C 将试样放入容量瓶中，记录水的体积数V2。 (4) 实验结果计算 ①密度 按下式计算出密度 (精确至0.01 g)
ρ＝m/V 式中m ——装入瓶中的质量，g V——装入瓶中试样的体积，cm3 密度实验用两个试样平行进行，以其计算结果的算术平均值作为最后结果。 两次结果之差不应大于0.02 g/cm3，否则重做。 ②体积密度 按下式计算出体积密度ρ0 ρ0=m/V0 式中m ——试样的质量，g V0——试样的体积（包括开口孔隙、闭口孔隙和材料绝对密实体积）V0＝V2-V1-[(m1-m)/ρ蜡] 实验用两个试样平行进行，以其计算结果的算术平均值作为最后结果。 两次结果之差不应大于0.02 g/cm3，否则重做。 ③孔隙率的计算 按下式计算孔隙率P (5) 问题与讨论 ①在进行密度试验时，试样的研碎程度对试验结果有何影响，为什么？ 答：试验样品内部存在较多孔隙。颗粒越大材料孔隙率越大，测得的密度值越大,其误差越大。试件越碎，测试结果越准确。 ②在测试密度的试验中，为什么要轻轻摇动李氏瓶？ 答：因为需要排除空气。