“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材

河 南 省 “十 四 五 ”普 通 高 等 教 育 规 划 教 材

高 等 学 校 土 木 工 程 专 业 “十 四 五 ”系 列 教 材

土木工程材料实验

(第三版)

白宪臣 主编

“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材

河 南 省 “十 四 五 ”普 通 高 等 教 育 规 划 教 材

高等学校土木工程专业“十四五”系列教材

土木工程材料实验

(第三版)

白宪臣 主编

*

中国建筑工业出版社出版、发行 (北京海淀三里河路9号)

各地新华书店、建筑书店经销

北京红光制版公司制版

印刷厂印刷

*

开本:787毫米×1092毫米 1/16 印张:15 字数:365千字

2022年5月第三版 2022年5月第一次印刷

定价:48.00元 (赠教师课件)

ISBN978-7-112-27222-8

(39011)

版权所有 翻印必究

如有印装质量问题,可寄本社图书出版中心退换

(邮政编码100037)

图书在版编目 (CIP)数据

土木工程材料实验/白宪臣主编.—3版.— 北京:

中国建筑工业出版社,2022.4

“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材 河南

省 “十四五”普通高等教育规划教材.高等学校土木工程

专业 “十四五”系列教材

ISBN978-7-112-27222-8

Ⅰ.①土… Ⅱ.①白… Ⅲ.①土木工程-建筑材料实验-高等学校-教材 Ⅳ.①TU502-33

中国版本图书馆CIP数据核字 (2022)第041999号

本书为 “十二五”普通高等教育本科国家级规划教材,河南省 “十四

五”普通高等教育规划教材。全书共12章,内容包括:实验基本知识、

钢筋实验、水泥实验、骨料实验、混凝土拌合物实验、混凝土力学性能实

验、混凝土耐久性能实验、砂浆实验、沥青实验、砖实验、土的基本物理

性能实验和基于Excel的实验数据处理,每章都附有复习思考题和实验报

告样表。

本书适用于高等学校土木工程、建筑环境与能源应用工程、城市地下

空间工程、道路桥梁与渡河工程等土建类本科专业教学用书,也可供从事

土木工程设计、施工、监理、科研等相关人员学习参考。

为了更好地支持教学,我社向采用本书作为教材的教师提供课件,有需

要者可与出版社联系,索取方式如下:建工书院http://edu.cabplink.com,

邮箱jckj@cabp.com.cn,电话 (010)58337285。

* * *

责任编辑:仕 帅 吉万旺 王 跃

责任校对:姜小莲

第 三 版 前 言

土木工程材料实验是高等学校土建类专业重要的实践教学活动,同时材料实验也是分

析研究土木工程材料的基本方法。教材编写组依据高等学校土木工程学科专业指导委员会

制定的 《高等学校土木工程本科指导性专业规范》,按照大土木学科背景和应用型人才培

养目标,围绕专业规范要求的材料科学基础知识领域中知识单元和核心知识点,结合多年

的教学实践,于2009年3月,在国内率先编写出版了 《土木工程材料实验》教材单行本,

填补了同类教材空白,该教材2012年被教育部评为 “十二五”普通高等教育本科国家级

规划教材。

2016年2月,《土木工程材料实验 (第二版)》出版以来,国家及土建行业相继修订

或制定了部分土木工程材料及实验规范标准,如钢材料、混凝土材料、砖材料、建筑石灰

等,因此,教材编写组按照最新的国家标准、规范和规程,对教材内容和实验项目进行了

适时修订和补充,编写出版教材 《土木工程材料实验 (第三版)》。

教材第三版仍按照土木工程材料种类编写章节,包括实验基本知识、钢筋实验、水泥

实验、骨料实验、混凝土拌合物实验、混凝土力学性能实验、混凝土耐久性能实验、砂浆

实验、沥青实验、砖实验、土的基本物理性能实验和基于Excel的实验数据处理,每章都

附有复习思考题和实验报告样表。教材内容全面、体系完整,语言简练、文图并茂。

土木工程材料的种类和实验项目很多,相关的标准、规范和规程也经常在变化之中,

作为高校教材,其内容不包括土木工程材料实验的全部。不同专业可根据其专业特点和培

养目标要求适当取舍实验项目,但重点都应是实验过程的强化和实验方法的掌握。通过实

验教学训练,能够使学生对实验原理融会贯通,对实验结果知其所以然,并能够举一反

三,以着实提高学生独立分析与解决问题的能力。本书作为实验课教材可单独使用,也可

与 《土木工程材料》教材配套使用。

本书由白宪臣主编,刘凤利、范孟华任副主编,参加编写的还有岳建伟、王永锋、杨

卫红等课程组成员。在编写过程中,参考了嘉兴市春秋建设工程检测中心有限责任公司的

相关实验方法指导书以及参考文献所列资料,在此表示衷心感谢。书中疏漏与不妥之处在

所难免,敬请读者批评指正。

编 者

2022年1月

3

第 二 版 前 言

土木工程材料实验是高校土建类专业重要的实践性教学环节,同时材料实验也是分析

研究土木工程材料学的基本方法,为了进一步强化实验教学环节,逐步实施实验课单独设

置学分的教学体系改革以及拓宽专业口径的教学要求,课程组依据高等学校土木工程学科

专业指导委员会制定的指导性专业规范,在多年土木工程材料实验教学和研究工作积累的

基础上编写而成。本书在内容安排上力求语言简练、内容全面、重点突出、自成体系。本

书作为实验课教材可单独使用,也可与 《土木工程材料》教材配套使用。

全书共12章,按照土木工程材料的种类编排章节,由于土木工程材料实验是土建类

专业较早开设的专业基础实验课,因此,第1章首先对实验任务、测量与误差、数据统计

分析方法等实验基本知识作了必要介绍。第2~11章,分别就钢筋、水泥、骨料、混凝土

拌合物、混凝土力学性能、混凝土长期性能和耐久性能、砂浆、沥青、砖和土工材料等,

主要从材料的性能指标、技术标准、实验原理、仪器设备及技术指标要求、试件制备、实

验步骤、结果计算与分析等方面的内容进行介绍。第12章,利用计算机技术,介绍基于

Excel的实验数据处理程序。为使参加实验的每个学生对实验教学过程中出现和发现的问

题能够深入思考,指导教师能够客观、全面地评价学生的实验成绩,每章都附有复习思考

题和实验报告样表。

土木工程材料的种类和实验项目很多,相关的标准、规范和规程也经常在变化之中,

作为高校教材,本书尽可能遵照最新的国家标准、规范和规程,其内容不包括土木工程材

料实验的全部,不同专业可根据其专业特点和培养目标要求适当取舍实验项目,但重点都

应是实验过程的强化和实验方法的掌握。通过实验教学训练,能够使学生对实验原理融会

贯通,对实验结果知其所以然,并能举一反三,着实提高学生独立分析与解决问题的能

力,是编写组始终追求的目标。

本书由白宪臣教授主编,范孟华、刘凤利任副主编,参加编写的还有岳建伟、蔡基伟

等课程组成员。在编写过程中,参考了嘉兴市春秋建设工程检测中心有限责任公司的相关

实验方法以及作业指导书和书末参考文献中所列的资料,在此表示衷心感谢。限于水平,

书中疏漏和不妥之处一定难免,敬请读者批评指正。

编 者

2015年7月

4

第 一 版 前 言

土木工程材料实验是高校土建类专业重要的实践性教学环节,同时材料实验也是分析

研究土木工程材料学的基本方法。为了进一步强化实验教学环节,满足实验课单独设置学

分的教学体系改革和拓宽专业口径的教学要求,课程组依据全国土木工程专业指导委员会

制定的专业教学大纲,在多年土木工程材料实验教学和研究工作积累的基础上编写本书,

在体系和内容安排上力求语言简练、重点突出、内容全面、自成体系。本书作为实验课教

材可单独使用,也可与 《土木工程材料》理论教材配套使用。

全书共11章,按照土木工程材料的种类编排章节,由于土木工程材料实验是土建类

专业较早开设的专业基础实验课,因此,第1章首先对实验任务、测量与误差、数据统计

分析方法等实验基本知识作了必要介绍。第2~10章,分别就钢筋、水泥、骨料、混凝土

拌合物、混凝土力学性能、砂浆、沥青、砖和土工材料等,主要从材料的性能指标、技术

标准、实验原理、仪器设备及技术指标要求、试件制备、实验步骤、结果计算与分析等方

面的内容进行介绍。第11章,利用计算机技术,介绍基于 Excel的实验数据处理程序。

为使参加实验的每个学生对实验教学过程中出现和发现的问题能够深入思考,指导教师能

够客观、全面地评价学生的实验成绩,每章都附有复习思考题和实验报告样表。

土木工程材料的种类和实验项目很多,相关的标准、规范和规程也经常在变化之中,

作为高校教材,本书尽可能遵照最新的国家标准、规范和规程,其内容不包括土木工程材

料实验的全部。不同专业可根据其专业特点和培养目标要求适当取舍实验项目,但重点都

应是实验过程的强化和实验方法的掌握。通过实验教学训练,能够使学生对实验原理融会

贯通,对实验结果知其所以然,并能举一反三,着实提高学生独立分析与解决问题的能

力,是编写组始终追求的目标。

本书由河南大学白宪臣主编,范孟华、鲍鹏任副主编,参加编写的还有岳建伟、杨国

忠、孔德志等课程组成员。在编写过程中,得到了河南省教育厅、河南大学等单位的大力

支持,参考了书末所列文献和嘉兴市春秋建设工程检测中心的实验方法指导,在此表示衷

心感谢。限于水平,书中疏漏与不妥之处在所难免,敬请读者批评指正。

编 者

2009年1月

5

目 录

第1章 实验基本知识………………………………………………………………………… 1

1.1 实验任务与实验过程 ……………………………………………………………… 1

1.2 实验数据统计分析方法 …………………………………………………………… 2

复习思考题 ……………………………………………………………………………… 12

第2章 钢筋实验 …………………………………………………………………………… 13

2.1 概述………………………………………………………………………………… 13

2.2 钢筋拉伸实验……………………………………………………………………… 17

2.3 钢筋冷弯实验……………………………………………………………………… 20

2.4 钢筋冲击韧性实验………………………………………………………………… 23

2.5 钢筋焊接接头实验………………………………………………………………… 25

复习思考题 ……………………………………………………………………………… 27

钢筋实验报告 …………………………………………………………………………… 28

第3章 水泥实验 …………………………………………………………………………… 29

3.1 概述………………………………………………………………………………… 29

3.2 水泥密度实验……………………………………………………………………… 31

3.3 水泥细度检验……………………………………………………………………… 32

3.4 水泥标准稠度用水量和凝结时间实验…………………………………………… 36

3.5 水泥安定性检验…………………………………………………………………… 40

3.6 水泥胶砂强度实验………………………………………………………………… 42

3.7 水泥胶砂流动度实验……………………………………………………………… 46

复习思考题 ……………………………………………………………………………… 47

水泥实验报告 …………………………………………………………………………… 48

第4章 骨料实验 …………………………………………………………………………… 50

4.1 概述………………………………………………………………………………… 50

4.2 骨料筛分析实验…………………………………………………………………… 56

4.3 骨料含泥量实验…………………………………………………………………… 59

4.4 骨料中泥块含量实验……………………………………………………………… 61

4.5 骨料坚固性实验…………………………………………………………………… 62

4.6 骨料表观密度实验………………………………………………………………… 67

4.7 骨料堆积密度与空隙率实验……………………………………………………… 69

4.8 粗骨料中针、片状颗粒总含量实验……………………………………………… 71

4.9 粗骨料含水率实验………………………………………………………………… 72

6

复习思考题 ……………………………………………………………………………… 73

骨料实验报告 …………………………………………………………………………… 74

第5章 混凝土拌合物实验 ………………………………………………………………… 76

5.1 概述………………………………………………………………………………… 76

5.2 混凝土拌合物稠度实验…………………………………………………………… 77

5.3 混凝土拌合物表观密度实验……………………………………………………… 81

5.4 混凝土拌合物凝结时间实验……………………………………………………… 82

5.5 混凝土拌合物泌水实验…………………………………………………………… 83

5.6 混凝土拌合物含气量实验………………………………………………………… 86

5.7 混凝土拌合物配合比分析实验…………………………………………………… 88

复习思考题 ……………………………………………………………………………… 91

混凝土拌合物实验报告 ………………………………………………………………… 92

第6章 混凝土力学性能实验 ……………………………………………………………… 94

6.1 概述………………………………………………………………………………… 94

6.2 混凝土抗压强度实验……………………………………………………………… 97

6.3 混凝土静力受压弹性模量实验 ………………………………………………… 101

6.4 混凝土抗折强度实验 …………………………………………………………… 104

6.5 混凝土劈裂抗拉强度实验 ……………………………………………………… 105

6.6 回弹法检测混凝土强度简介 …………………………………………………… 108

复习思考题……………………………………………………………………………… 114

附录A 测区混凝土强度换算表…………………………………………………………… 115

附录B 测区泵送混凝土强度换算表……………………………………………………… 121

附录C 非水平方向检测时的回弹值修正值……………………………………………… 126

附录D 不同浇筑面的回弹值修正值……………………………………………………… 127

混凝土力学性能实验报告……………………………………………………………… 128

第7章 混凝土耐久性能实验……………………………………………………………… 130

7.1 概述 ……………………………………………………………………………… 130

7.2 混凝土抗渗性能实验 …………………………………………………………… 130

7.3 混凝土动弹性模量实验 ………………………………………………………… 133

7.4 混凝土抗冻性能实验 …………………………………………………………… 135

7.5 混凝土碳化实验 ………………………………………………………………… 137

7.6 混凝土抗硫酸盐侵蚀实验 ……………………………………………………… 139

7.7 混凝土碱骨料反应实验 ………………………………………………………… 141

复习思考题……………………………………………………………………………… 143

混凝土碱骨料反应实验报告…………………………………………………………… 144

第8章 砂浆实验…………………………………………………………………………… 145

8.1 概述 ……………………………………………………………………………… 145

8.2 砂浆稠度实验 …………………………………………………………………… 146

8.3 砂浆的分层度和表观密度实验 ………………………………………………… 147

7

8.4 砌筑砂浆抗压强度实验 ………………………………………………………… 150

8.5 贯入法检测砌筑砂浆抗压强度 ………………………………………………… 152

复习思考题……………………………………………………………………………… 153

砂浆实验报告…………………………………………………………………………… 154

第9章 沥青实验…………………………………………………………………………… 155

9.1 概述 ……………………………………………………………………………… 155

9.2 沥青针入度实验 ………………………………………………………………… 157

9.3 沥青延度实验 …………………………………………………………………… 161

9.4 沥青软化点实验 ………………………………………………………………… 163

9.5 沥青密度实验 …………………………………………………………………… 165

9.6 石油沥青闪点及燃点测定 ……………………………………………………… 168

9.7 石油沥青蜡含量测定法 ………………………………………………………… 171

9.8 沥青防水嵌缝密封材料实验 …………………………………………………… 173

复习思考题……………………………………………………………………………… 180

沥青实验报告…………………………………………………………………………… 181

第10章 砖实验 …………………………………………………………………………… 182

10.1 概述……………………………………………………………………………… 182

10.2 尺寸偏差测量与外观质量检查………………………………………………… 188

10.3 砖体积密度和孔洞率实验……………………………………………………… 191

10.4 砖抗压强度实验………………………………………………………………… 192

10.5 砖抗折强度实验………………………………………………………………… 196

10.6 砖的冻融实验…………………………………………………………………… 197

10.7 砖的泛霜实验…………………………………………………………………… 198

10.8 砖的石灰爆裂实验……………………………………………………………… 199

10.9 砖吸水率与饱和系数实验……………………………………………………… 200

复习思考题……………………………………………………………………………… 201

砖实验报告……………………………………………………………………………… 202

第11章 土的基本物理性能实验 ………………………………………………………… 204

11.1 土的含水率实验………………………………………………………………… 204

11.2 土的密度实验…………………………………………………………………… 206

11.3 土粒相对密度实验……………………………………………………………… 212

11.4 土颗粒分析实验………………………………………………………………… 214

11.5 土的最优含水率实验…………………………………………………………… 216

复习思考题……………………………………………………………………………… 219

土的基本物理性能实验报告…………………………………………………………… 220

第12章 基于Excel的实验数据处理 …………………………………………………… 222

12.1 回归分析………………………………………………………………………… 222

12.2 基于Excel的实验数据处理程序……………………………………………… 224

参考文献……………………………………………………………………………………… 230

8

第1章 实 验 基 本 知 识

1.1 实验任务与实验过程

材料是土木建筑工程的物质基础,并在一定程度上决定着建筑与结构的形式以及工程

施工方法。新型土木工程材料的研发与应用,将促使工程结构设计方法和施工技术不断变

化与革新,同时新颖的建筑与结构形式又不断向工程材料提出更高的性能要求。建筑师总

是把精美的建筑艺术与科学合理地选用工程材料融合在一起;结构工程师也只有在很好地

了解工程材料技术性能的基础上,才能根据工程力学原理准确计算并确定建筑构件的尺

寸,从而创造先进的结构形式。

土木工程材料实验是土木工程材料学的重要组成部分,同时也是学习和研究土木工程

材料的重要方法。土木工程材料基本理论的建立及其技术性能的开发与应用,都是在科学

实验基础上逐步发展和完善起来的,同时我们也将看到,土木工程材料的科学实验将进一

步推动土木工程学科的发展。

1.1.1 实验目的

1. 巩固、拓展专业理论知识,丰富、提高专业素质。

2.掌握常用仪器设备的工作原理和操作技能,培养掌握工程技术和科学研究的基本能力。

3.了解土木工程材料及其相关实验规范,掌握常用土木工程材料的实验方法。

4.培养严谨求实的科学态度,提高分析与解决实际问题的能力。

1.1.2 实验任务

1.分析、鉴定土木工程原材料的质量。

2.检验、检查材料成品及半成品的质量。

3.验证、探究土木工程材料的技术性质。

4. 统计分析实验资料,独立完成实验报告。

1.1.3 实验过程

实验过程是实验者进行实验时的工作程序,土木工程材料的每个实验都应包括以下

过程。

1. 实验准备

认真、充分的实验准备工作是保证实验顺利进行并取得满意实验结果的前提和条件,

实验准备工作的内容包括以下两个方面:

1)理论知识的准备。每个实验都是在相关理论知识指导下进行的,实验前,只有充

分了解本实验的理论依据和实验条件,才能有目的、有步骤地进行实验,否则,将会陷入

盲目。

2)仪器设备的准备。实验前应了解所用仪器设备的工作原理、工作条件和操作规程

等内容,以便使整个实验过程能够按照预先设计的实验方案顺利、快捷、安全地进行。

1

2. 取样与试件制备

实验要有实验对象,对实验对象的选取称为取样。实验时不可能把全部材料都拿来进

行测试,实际上也没有必要,往往是选取其中的一部分。因此,取样要有代表性,使其能

够反映整批材料的质量性能,起到 “以点代面”的作用。实验取样完成后,对有些实验对

象的测试项目可以直接进行实验操作,并进行结果评定。在大多数情况下,还必须对实验

对象进行实验前处理,制作成符合一定标准的试件,以获得具有可比性的实验结果。

3. 实验操作

实验操作必须在充分做好准备工作以后才能进行,实验过程的每一步操作都应采用标

准的实验方法,以使测得的实验结果具有可比性,因为不同的实验方法往往会得出不同的

实验结果。实验操作环节是整个实验过程的中心内容,应规范操作,仔细观察,详细

记录。

4. 结果分析与评定

实验数据的分析与整理是产生实验成果的最后一个环节,应根据统计分析理论,实事求是

地对所得数据与结果进行科学归纳整理,同时结合相关标准规范,以实验报告的形式给出实验

结论,并作出必要的理论解释和原因分析。

1.2 实验数据统计分析方法

实验中所测得的原始数据并不是最终结果,只有将其统计归纳、分析整理,找出规律

性的问题及其内在的本质联系,才是实验的目的所在。本节主要介绍实验数据统计分析的

基本方法。

1.2.1 测量与误差

测量是从客观事物中获取有关信息的认识过程,其目的是在一定条件下获得被测量的

真值。尽管被测量的真值客观存在,但实验时所进行的测量工作都是依据一定的理论与方

法,使用一定的仪器与工具,并在一定条件下由一定的人进行的,由于实验理论的近似

性、仪器设备灵敏度与分辨能力的局限性以及实验环境的不稳定性等因素的影响,使得被

测量的真值很难求得,测量结果和被测量真值之间总会存在或多或少的偏差,由此而产生

误差也就必然存在,这种偏差叫做测量值的误差。设测量值为x ,真值为A ,则误差

ε为:

ε= x-A (1-1)

测量所得到的数据都含有一定量的误差,没有误差的测量结果是不存在的。既然误差

一定存在,那么测量的任务即是想方设法将测量值中的误差减至最小,或在特定的条件

下,求出被测量的最近真值,并估计最近真值的可靠度。

按照对测量值影响性质的不同,误差可分为系统误差、偶然误差和粗大误差,此三类

误差在实验测得的数据中常混杂在一起出现。

1. 系统误差

在指定测量条件下,多次测量同一量时,若测量误差的绝对值和符号总是保持恒定,

测量结果始终朝一个方向偏离或者按某一确定的规律变化,这种测量误差称为系统误差或

恒定误差。例如在使用天平称量某一物体的质量时,由于砝码的标准质量不准及空气浮力

2

影响引起的误差,在多次反复测量时恒定不变,这些误差就属于系统误差。系统误差的产

生与下列因素有关:

1)仪器设备系统本身的问题,如温度计、滴定管的精确度有限,天平砝码不准等。

2)仪器使用时的环境因素,如温度、湿度、气压的随时变化等。

3)测量方法的影响与限制,如实验时对测量方法选择不当,相关作用因素在测量结

果表达式中没有得到反映,或者所用公式不够严密以及公式中系数的近似性等,从而产生

方法误差。

4)测量者的个人习惯性误差,如有的人在测量读数时眼睛位置总是偏高或偏低,记

录某一信号的时间总是滞后等。

系统误差属于恒差,增加测量次数不能消除系统误差。通常可采用多种不同的实验技

术或不同的实验方法,以判定有无系统误差存在。在确定系统误差的性质之后,应设法消

除或使之减少,从而提高测量的准确度。

2.偶然误差

偶然误差也叫随机误差。在同一条件下多次测量同一量时,测得值总是有稍许差异且

变化不定,并在消除系统误差之后依然如此,这种绝对值和符号经常变化的误差称为偶然

误差。偶然误差产生的原因较为复杂,影响的因素很多,而且难以确定某个因素产生具体

影响的程度,因此偶然误差难以找出确切原因并加以排除。实验表明,大量次数测量所得

到的一系列数据的偶然误差都服从一定的统计规律。

1)绝对值相等的正、负误差出现机会相同,绝对值小的误差比绝对值大的误差出现

的机会多。

2)误差不会超出一定的范围,偶然误差的算术平均值,随着测量次数的无限增加而

趋向于零。

实验还表明,在确定的测量条件下,对同一量进行多次测量,用算术平均值作为该量

的测量结果,能够比较好地减少偶然误差。

设:某量的n 次测量值为x1,x2,……,xn ,其误差依次为ε1,ε2,ε3,……,

εn ,真值为A ,则:

(x1 -A)+(x2 -A)+(x3 -A)+……+(xn -A)=ε1 +ε2 +ε3 +……+εn

(1-2)

将上式展开整理得:

1

n

(x1 +x2 +x3 +……+xn)-nA =

1

n

(ε1 +ε2 +ε3 +……+εn) (1-3)

式 (1-3)表示平均值的误差等于各测量值误差的平均。由于测量值的误差有正有

负,相加后可抵消一部分,而且n 越大相消的机会越多。因此,在确定的测量条件下,

减小测量偶然误差的办法是增加测量次数。在消除系统误差之后,算术平均值的误差随

测量次数的增加而减少,平均值即趋于真值。因此,可取算术平均值作为直接测量的最

近真值。

测量次数的增加对提高平均值的可靠性是有利的,但并不是测量次数越多越好。因

为增加次数必定延长测量时间,这将给保持稳定的测量条件增加困难,同时延长测量时

间也会给观测者带来疲劳,这又可能引起较大的观测误差。增加测量次数只能对降低偶

3

然误差有所帮助而对减小系统误差无关,因此,实际测量次数不必过多,一般取4~10

次即可。

3. 粗大误差

凡是在测量时用客观条件不能解释为合理现象的那些突出的误差称为粗大误差,也叫

过失误差。粗大误差是观测者在观测、记录和整理数据过程中,由于缺乏经验、粗心大

意、时久疲劳等原因引起的。初次进行实验的学生,在实验过程中常常会产生粗大误差,

学生应在教师的指导下不断总结经验,提高实验素质,努力避免粗大误差的出现。

误差的产因不同,种类各异,其评定标准也有区别。为了评判测量结果的好坏,我们

引入测量的精密度、准确度和精确度等概念。精密度、准确度和精确度都是评价测量结果

好坏与否的指标,但各词含义不同,使用时应加以区别。测量的精密度高,是指测量数据

比较集中,偶然误差较小,但系统误差的大小不明确。测量的准确度高,是指测量数据的

平均值偏离真值较小,测量结果的系统误差较小,但数据分散的情况即偶然误差的大小不

明确。测量的精确度高,是指测量数据比较集中在真值附近,即测量的系统误差和偶然误

差都比较小;精确度是对测量的偶然误差与系统误差的综合评价。

1.2.2 数据统计特征值

1.算术平均值

算术平均值是最基本的数据统计分析方法,在数据分析中经常用到,用来说明实验时

测得一批数据的平均水平和度量这些数据的中间位置。算术平均值用下式表示:

X =

x1 +x2 +……+xn

n

=

∑

n

i=1

xi

n

(1-4)

式中 X ———算术平均值;

x1、x2……xn ———各实验数据值;

n———实验数据个数。

2.加权平均值

加权平均值表征法也是比较常用的一种数据统计分析方法,它是考虑了测量值与其所

占权重因素的评价方法。加权平均值用下式表示:

m =

x1g1 +x2g2 +……+xngn

g1 +g2 +……+gn

=

∑

n

i=1

xigi

∑

n

i=1

gi

(1-5)

式中 m ———加权平均值;

x1、x2……xn ———各实验数据值;

g1、g2……gn ———各实验数据值的对应权数;

n———实验数据个数。

1.2.3 误差计算与数据处理

1.范围误差 (极差)

在实际测量中,正常的合乎道理的误差不是漫无边际,而是具有一定的范围。实验数

值中的最大值与最小值之差称为范围误差或极差,它表示数据离散的范围,可用来度量数

4

据的离散性。

w =xmax-xmin (1-6)

式中 w ———范围误差 (极差);

xmax ———实验数据最大值;

xmin ———实验数据最小值。

【例1-1】三块砂浆试件抗压强度测量值分别为5.21MPa、5.63MPa、5.72MPa,求

该测量结果的范围误差。

【解】因为该测量值中的最大值和最小值分别为5.72MPa、5.21MPa,所以测量结果

的范围误差为:

w =xmax-xmin

=5.72-5.21

=0.51MPa

2.算术平均误差

算术平均误差可反映多次测量产生误差的整体平均状况,计算公式为:

δ=

ε1 + ε2 +……+ εn

n

=

x1 -A + x2 -A +……+ xn -A

n

=

x1 -X + x2 -X +……+ xn -X

n

=

∑

n

i=1

xi -X

n

(1-7)

式中 δ———算术平均误差;

x1、x2……xn ———各实验数据值;

ε1、ε2……εn ———各实验数据测量误差;

A ———被测量最近真值;

X ———实验数据值的算术平均值;

n———实验数据个数。

【例1-2】三块砂浆试块的抗压强度分别为5.21MPa、5.63MPa、5.72MPa,求算术

平均误差。

【解】因为这组试件的平均抗压强度为5.52MPa,所以其算术平均误差为:

δ=

x1 -X + x2 -X + x3 -X

n

=

5.21-5.52 + 5.63-5.52 + 5.72-5.52

3

=0.2MPa

3.标准差 (均方根差)

在测量结果的评定中,只知道产生误差的平均水平是不够的,还必须了解数据的波动

5

情况及其带来的危险性。标准差 (均方根差)则是衡量数据波动性 (离散性大小)的指

标,计算公式为:

σ=

ε

2

1 +ε

2

2 +……+ε

2

n

n

=

(x1 -X)2 +(x2 -X)2 +……+(xn -X)2

n-1

=

∑

n

i=1

xi -X

2

n-1

(1-8)

式中 σ———标准差 (均方根差);

x1、x2……xn ———各实验数据值;

ε1、ε2……εn ———各实验数据测量误差;

X ———实验数据值的算术平均值;

n———实验数据个数。

【例1-3】某水泥厂某月生产10个编号的42.5级矿渣水泥,28d抗压强度分别为

47.3MPa、45.0MPa、48.4MPa、45.8MPa、46.7MPa、47.4MPa、48.1MPa、47.8MPa、

46.2MPa、44.8MPa,求其标准差。

【解】因为10个编号水泥的算术平均强度X 和 xi -X 2 分别为:

X =

∑

n

i=1

xi

n

=

467.5

10

=46.8MPa

∑

n

i=1

xi -X

2 =14.47MPa

所以,标准差σ=

∑

n

i=1

xi -X 2

n-1

=

14.47

9

=1.27MPa

4.极差估计法确定标准差

利用极差估计法确定标准差的主要优点是计算方便,但反映实际情况的精确度较差。

1)当数据不多时 (n ≤10),利用极差法估计标准差的计算式为:

σ=

1

dn

w (1-9)

2)当数据很多时 (n >10),先将数据随机分成若干个数量相等的组,然后对每组

求极差,并计算极差平均值w- =

∑

n

i=1

wi

m

,此时标准差的估计值近似用下式计算:

σ=

1

dn

w- (1-10)

式中 σ———标准差的估计值;

dn ———与n有关的系数,见表1-1;

6

w 、w- ———极差及各组极差平均值;

m ———数据分组的组数;

n———每一组内数据拥有的个数。

极差估计法系数表 表1-1

n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

dn — 1.128 1.693 2.059 2.326 2.534 2.704 2.847 2.970 3.078

1/dn — 0.886 0.591 0.486 0.429 0.395 0.369 0.351 0.337 0.325

5. 变异系数

标准差是表征数据绝对波动大小的指标,当被测量的量值较大时,绝对误差一般较

大;当被测量的量值较小时,绝对误差一般较小。评价测量数据相对波动的大小,以标准

差与实验数据算术平均值之比的百分率来表示标准差,即变异系数。变异系数计算式为:

CV =

σ

X

×100% (1-11)

式中 CV ———变异系数;

σ———标准差;

X ———实验数据的算术平均值。

变异系数与标准差相比,具有独特的工程意义,变异系数可表达出标准差所表示不出

来的数据波动情况。例如,甲、乙两厂均生产42.5级矿渣水泥,甲厂某月生产水泥的平

均强度为49.84MPa,标准差为 1.68MPa;同月乙厂生产的水泥平均强度为36.2MPa,

标准差为1.62MPa,试比较两厂的变异系数。

甲厂的变异系数:CV甲 =

σ甲

X甲

×100%=

1.68

49.8

×100%=3.37%

乙厂的变异系数:CV乙 =

σ乙

X乙

×100%=

1.62

46.2

×100%=3.51%

通过以上计算,如果单从标准差指标上看,甲厂大于乙厂,说明甲厂生产水泥质量的

绝对波动性大于乙厂;从变异系数指标上看,则乙厂大于甲厂,说明乙厂生产的水泥强度

相对波动性要比甲厂大,产品的稳定性较差。

6.正态分布和概率

为了弄清数据波动更为完整的规律,应找出频数分布情况,画出频数分布直方图。数

据波动的规律不同,曲线的形状则不同。当分组较细时,直方图的形状便逐渐趋于一条曲

线。在实际数据分析处理中,按正态分布曲线的情况最多,使用也最广泛。正态分布曲线

由概率密度函数给出:

φ(x)=

1

2πσ

e

-

(x-μ)2

2σ

2 (1-12)

式中 x ———实验数据值;

μ———曲线最高点横坐标,正态分布的均值;

σ———正态分布的标准差,其大小表示曲线的 “胖瘦”程度,σ 越大,曲线越

7

“胖”,数据越分散;反之,表示数据越集中,见图1-1。

图1-1 正态分布示意图

当已知均值μ和标准差σ时,就可以画出正态分布曲线。数据值落入任意区间 (a,

b)的概率P(a<x<b)是明确的,其值等于X1=a、X2=b时横坐标和曲线φ(x)所夹

的面积 (图中阴影面积),可用下式求出:

P a <x <b =

1

2πσ∫

b

a

e

-

(x-μ)2

2σ

2 dx (1-13)

落在 (μ-σ,μ+σ)的概率是68.3%;

落在 (μ-2σ,μ+2σ)的概率是95.4%;

落在 (μ-3σ,μ+3σ)的概率是99.7%。

在实际工程中,概率的分布问题经常用到。例如,要了解一批混凝土的强度低于设计

要求强度的概率大小,就可用概率分布函数求得。

F(x0)=∫

x0

- ∞φ(x)dx=

1

2πσ∫

x0

- ∞

e

-

(x-μ)2

2σ

2 dx (1-14)

令t=

x-μ

σ

,则φ(t)=

1

2π

e

-

t

2

2 。

F(t)=

1

2π∫

t

- ∞

e

-

t

2

2dt (1-15)

根据上述条件,编制概率计算表 (表1-2、表1-3),可大大方便计算。

标准正态分布表 表1-2

t 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5000

0.5398

0.5793

0.6179

0.6554

0.5040

0.5438

0.5832

0.6217

0.6591

0.5080

0.5478

0.5871

0.6255

0.6628

0.5120

0.5517

0.5910

0.6293

0.6664

0.5160

0.5557

0.5948

0.6331

0.6700

0.5199

0.5596

0.5987

0.6368

0.6736

0.5239

0.5636

0.6026

0.6406

0.6772

0.5279

0.5675

0.6064

0.6443

0.6808

0.5319

0.5714

0.6103

0.6480

0.6844

0.5359

0.5753

0.6141

0.6517

0.6879

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

0.6915

0.7257

0.7580

0.7881

0.8159

0.6950

0.7291

0.7611

0.7910

0.8186

0.6985

0.7324

0.7642

0.7939

0.8212

0.7019

0.7357

0.7673

0.7967

0.8238

0.7054

0.7389

0.7703

0.7995

0.8264

0.7088

0.7422

0.7734

0.8023

0.8289

0.7123

0.7454

0.7764

0.8051

0.8315

0.7157

0.7486

0.7794

0.8078

0.8340

0.7190

0.7517

0.7823

0.8106

0.8365

0.7224

0.7549

0.7852

0.8133

0.8389

8

续表

t 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09

1.0

1.1

1.2

1.3

1.4

0.8413

0.8643

0.8849

0.9032

0.9192

0.8438

0.8665

0.8869

0.9049

0.9207

0.8461

0.8686

0.8888

0.9066

0.9222

0.8485

0.8708

0.8907

0.9082

0.9236

0.8508

0.8729

0.8925

0.9099

0.9251

0.8531

0.8749

0.8944

0.9115

0.9265

0.8554

0.8770

0.8962

0.9131

0.9278

0.8577

0.8790

0.8980

0.9147

0.9292

0.8599

0.8810

0.8997

0.9162

0.9306

0.8621

0.8830

0.9015

0.9177

0.9319

1.5

1.6

1.7

1.8

1.9

0.9332

0.9452

0.9554

0.9641

0.9713

0.9345

0.9463

0.9564

0.9648

0.9719

0.9357

0.9474

0.9573

0.9656

0.9726

0.9370

0.9484

0.9582

0.9664

0.9732

0.9382

0.9495

0.9591

0.9671

0.9738

0.9394

0.9505

0.9599

0.9678

0.9744

0.9406

0.9515

0.9608

0.9686

0.9750

0.9418

0.9525

0.9616

0.9693

0.9756

0.9430

0.9535

0.9625

0.9700

0.9762

0.9441

0.9545

0.9633

0.9706

0.9767

2.0

2.1

2.2

2.3

2.4

0.9772

0.9821

0.9861

0.9893

0.9918

0.9778

0.9826

0.9864

0.9896

0.9920

0.9783

0.9830

0.9868

0.9898

0.9922

0.9788

0.9834

0.9871

0.9901

0.9925

0.9793

0.9838

0.9874

0.9904

0.9927

0.9798

0.9842

0.9878

0.9906

0.9929

0.9803

0.9846

0.9881

0.9909

0.9931

0.9808

0.9850

0.9884

0.9911

0.9932

0.9812

0.9854

0.9887

0.9913

0.9934

0.9817

0.9857

0.9890

0.9916

0.9936

2.5

2.6

2.7

2.8

2.9

0.9938

0.9953

0.9965

0.9974

0.9981

0.9940

0.9955

0.9966

0.9975

0.9982

0.9941

0.9956

0.9967

0.9976

0.9982

0.9943

0.9957

0.9968

0.9977

0.9983

0.9945

0.9959

0.9969

0.9977

0.9984

0.9946

0.9960

0.9970

0.9978

0.9984

0.9948

0.9961

0.9971

0.9979

0.9985

0.9949

0.9962

0.9972

0.9979

0.9985

0.9951

0.9963

0.9973

0.9980

0.9986

0.9952

0.9964

0.9974

0.9981

0.9986

标准正态分布表 表1-3

t Φ (t) t Φ (t) t Φ (t)

3.00~3.01 0.9987 3.15~3.17 0.9992 3.40~3.48 0.9997

3.02~3.05 0.9988 3.18~3.21 0.9993 3.49~3.61 0.9998

3.06~3.08 0.9989 3.22~3.26 0.9994 3.62~3.89 0.9999

3.09~3.11 0.9990 3.27~3.32 0.9995 3.89~ ∞ 1.0000

3.12~3.14 0.9991 3.33~3.39 0.9996

【例1-4】如果一批混凝土试件的强度数据分布为正态分布,试件的平均强度为

41.9MPa,其标准差为3.56MPa,求强度分别比30MPa、40MPa、50MPa低的概率。

【解】 P(X ≤30)=F(30)=Φ

30-41.9 3.56 =Φ(-3.34)

=1-Φ(3.34)=1-0.9996

=0.0004

P(X ≤40)=F(40)=Φ

40-41.9 3.56 =Φ(-0.53)

9

=1-Φ(0.53)=1-0.7019

=0.2981

P(X ≤50)=F(50)=Φ

50-41.9 3.56 =Φ(2.28)

=0.9887

7.可疑数据的取舍

在一组条件完全相同的重复实验中,当发现有某个过大或过小的可疑数据时,应按数

理统计方法给以鉴别并决定取舍,常用的方法有三倍标准差法和格拉布斯法。

1)三倍标准差法

三倍标准差法是美国混凝土标准 (ACT214-65)所采用的方法,它的准则是:

xi -X >3σ (1-16)

式中 xi ———任意实验数据值;

X ———实验数据算术平均值;

σ———标准差。

另外规定,当 xi -X >2σ时,数据保留,但需存疑;如发现实验过程中有可疑的

变异时,该数据值应予舍弃。

2)格拉布斯法

三倍标准差法虽然比较简单,但须在已知标准差的条件下才能使用。格拉布斯方法则

是在不知道标准差情况下对可疑数字的取舍方法,格拉布斯方法使用步骤如下:

(1)把实验所得数据从小到大依次排列:x1、x2……xn 。

(2)选定显著性水平α(一般α=0.05),并根据n及α,从表1-4中求得T 值。

(3)计算统计量T 值:

T =

X -x1

σ

(当x1 可疑时) (1-17)

T =

xn -X

σ

(当最大值xn 可疑时) (1-18)

式中 X ———数据算术平均值;

x ———测量值;

n———试件个数;

σ———标准差。

(4)查表1-4,得相应于n与α的T(n,α)值。当计算的统计量T ≥T(n,α)时,

则假设的可疑数据是对的,应予以舍弃;当T <T(n,α)时,则不能舍弃。

n、α和T 值的关系表 表1-4

α

当n为下列数值时的T 值

3 4 5 6 7 8 9 10

5.0% 1.15 1.46 1.67 1.82 1.94 2.03 2.11 2.18

2.5% 1.15 1.48 1.71 1.89 2.02 2.13 2.21 2.29

1.0% 1.15 1.49 1.75 1.94 2.10 2.22 2.32 2.41

10

在以上两种方法中,三倍标准差法相对简单,几乎绝大部分数据可不舍弃;格拉布斯

方法适用于不掌握标准差的情况,适用面较宽,但使用较复杂。

8.有效数字与数字修约

对实验测得的数据不但要详实记录,而且还要进行各种运算,哪些数字是有效数字,

需要记录哪些数据,对运算后的数字如何取舍,都应当遵循一定的规则。

一般来讲,仪器设备显示的数字均为有效数字,均应读出并记录,包括最后一位

的估计读数。对分度式仪表,读数一般要读到最小分度的十分之一。例如,使用一

把最小分度为毫米的直尺,测得某一试件的长度为76.2mm,其中 “7”和 “6”是

准确读出来的,最后一位 “2”是估读的,由于尺子本身将在这一位出现误差,所以

数字 “2”存在一定的可疑成分,也就是说实际上这一位可能不是 “2”。虽然 “2”

不是十分准确,但是此时的 “2”还是能够近似地反映出这一位大小的信息,应算为

有效数字。

当仪器设备上显示的最后一位数是 “0”时,此 “0”也是有效数字,也要读出并记

录。例如,使用一把分度为毫米的尺子测得某一试件的长度为5.60cm,它表示试件的末

端恰好与尺子的分度线 “6”对齐,下一位是 “0”,如果记录时写成5.6cm,则不能肯定

这一实际情况,所以此 “0”是有效数字,必须记录。另外,在记录数据时,由于选择的

单位不同,也会出现 “0”。例如,5.60cm也可记为0.0560m或56000μm,这些由于单位

变换而出现的 “0”,没有反映出被测量大小的信息,不能认为是有效数字。

对于运算后的有效数字,应以误差理论作为决定有效数字的基本依据。加减运算后小

数点后有效数字的位数,可估计为同参加加减运算各数中小数点后最少的相同;乘除运算

后有效数字位数,可估计为同参加运算各数中有效数字最少的相同。关于数字修约问题,

《标准化工作导则》有具体规定:

1)在拟舍弃的数字中,保留数后边 (右边)第一个数小于5 (不包括5)时,则舍

去,保留数的末位数字不变。例如将14.2432修约后为14.2。

2)在拟舍弃的数字中,保留数后边 (右边)第一个数字大于5 (不包括5)时,则进

1,保留数的末位数字加1。例如将26.4843修约到保留一位小数,修约后为26.5。

3)在拟舍弃的数字中保留数后边 (右边)第一个数字等于5,且5后边的数字并非

全部为零时,则进1,即保留数末位数字加1。例如将1.0501修约到保留小数一位,修约

后为1.1。

4)在拟舍弃的数字中,保留数后边 (右边)第一个数字等于5,且5后边的数字全

部为零时,保留数的末位数字为奇数时则进1;若保留数的末位数字为偶数 (包括0)时,

则不进。例如将下列数字修约到保留一位小数。修约前为0.3500,修约后为0.4;修约前

为0.4500,修约后为0.4;修约前为1.0500,修约后为1.0。

5)拟舍弃的数字,若为两位以上的数字,不得连续进行多次 (包括二次)修约,应

根据保留数后边 (右边)第一个数字的大小,按上述规定一次修约出结果。例如将

15.4546修约成整数,正确的修约是修约前为15.4546,修约后为15;不正确的修约是修

约前、一次修约、二次修约、三次修约、四次修约分别为 15.4546、15.455、15.46、

15.5、16。

11

复 习 思 考 题

1-1 为什么把算术平均值近似作为测量的真值?

1-2 根据误差产生的原因,误差可分为哪几类?

1-3 精密度、准确度和精确度各有何含义?

1-4 算术平均值误差、标准差和变异系数分别反映测量数据的何种情况?

1-5 可疑数据的取舍有几种方法?

1-6 掌握有效数字对实验结果分析和整理有何意义?

12

第2章 钢 筋 实 验

2.1 概 述

建筑钢材分为用于混凝土结构的钢筋 (钢丝)和用于钢结构的型钢两大类。建筑钢材

与其他建筑材料相比,具有强度大、自重小、抗变形能力强、易于装配等优点,因此建筑

钢材广泛应用于土木工程的各个领域。随着大跨、高层建筑的发展和建筑结构体系的不断

革新,建筑钢材将具有更加重要的工程地位。

建筑钢材的技术性能主要取决于所用的钢种及其制造、加工方法。建筑工程中常用

的钢筋、钢丝和型钢,一般都是碳素结构钢和低合金高强度结构钢钢种,制造加工方

法常采用热轧、冷加工强化和热处理等工艺。碳素结构钢有 Q195、Q215、Q235、

Q255和 Q275五个牌号,每个牌号又根据磷、硫等有害杂质的多少分成 A、B、C、D

四个等级,碳素结构钢含碳量较低,一般在0.06%~0.38%之间。低合金高强结构钢

有 Q295、Q345、Q390、Q420和 Q460五个牌号,每个牌号也同样根据磷、硫等有害

杂质的多少分成 A、B、C、D、E五个等级,合金总含量一般不超过5%,掺加的合金

元素主要有锰、硅、钒、钛、铌、铬、镍等。建筑钢材的性能指标主要有抗拉、冷弯、

冲击韧性、硬度和耐疲劳性,本章主要介绍土木工程中用量最大的钢筋材料的质量标

准及其力学性能实验方法。

2.1.1 钢筋性能指标与要求

1.低碳钢热轧圆盘条

建筑用的热轧圆盘条由低碳结构钢 Q195、Q215、Q235、Q275热轧而成,主要力学

性能应符合表2-1的规定。低碳钢热轧圆盘条的强度较低,但塑性、可焊性较好,伸长率

较大,易于弯折成形,主要用于中小型钢筋混凝土结构的受力筋或箍筋。盘条的检验项目

和检验方法等见表2-2。

低碳钢热轧圆盘条的力学性能和工艺性能 (GB/T701—2008) 表2-1

牌号

力 学 性 能

抗拉强度Rm (MPa)不大于 断后伸长率A11.3 (%)不小于

冷弯实验180°

d-弯心直径

a-试样直径

Q195 410 30 d=0

Q215 435 28 d=0

Q235 500 23 d=0.5a

Q275 540 21 d=1.5a

13

低碳钢热轧圆盘条的检验项目、取样与实验方法 表2-2

序号 检验项目 取样数量 取样方法 实验方法

1 化学成分 (熔炼分析) 1个/炉 GB/T20066

GB/T223

GB/T4336、GB/T20123

2 拉伸 1个/批 GB/T2975 GB/T228

3 弯曲 2个/批 不同根盘条、GB/T2975 GB/T232

4 尺寸

5 表面

逐盘

千分尺、游标卡尺

目视

注:对化学成分结果有争议时,仲裁实验按GB/T223进行。

2. 热轧光圆钢筋

钢筋的屈服强度ReL、抗拉强度Rm、断后伸长率A、最大力总伸长率Agt 等力学性

能特征值应符合表2-3的规定。表2-3所列各力学性能特征值,可作为交货检验的最小保

证值。根据供需双方协议,伸长率类型可从A 或Agt 中选定。如伸长率类型未经协议确

定,则伸长率采用A,仲裁检验时采用Agt。按表2-3规定的弯芯直径弯曲180°后,钢筋

受弯曲部位表面不得产生裂纹。钢筋应无有害表面缺陷,按盘卷交货的钢筋应将头尾有害

缺陷部分切除。热轧光圆钢筋的检验项目和检验方法见表2-4。

热轧光圆钢筋力学性能 (GB/T1499.1—2017) 表2-3

牌号

ReL

(MPa)

Rm

(MPa)

A

(%)

Agt

(%)

不小于

冷弯实验180°

d-弯芯直径

a-钢筋公称直径

HPB300 300 420 25.0 10.0 d=a

热轧光圆钢筋的检验项目、取样与实验方法 表2-4

序号 检验项目 取样数量 取样方法 实验方法

1

化学成分

(熔炼分析)

1 GB/T20066

GB/T4336、GB/T20123、

GB/T20125

2 拉伸 2 不同根 (盘)钢筋切取 GB/T28900、GB/T1944.1—2017

3 弯曲 2 不同根 (盘)钢筋切取 GB/T28900、GB/T1944.1—2017

4 尺寸

5 表面

逐支 (盘)

— 钢筋直径的测量应精确到0.1mm

— 目视

6 重量偏差

试样应从不同根钢筋上截取,数量不少于5

支,每支试样长度不小于500mm,精确到1mm

GB/T1944.1—2017

注:对化学分析和拉伸实验结果有争议时,仲裁实验分别按GB/T223、GB/T228进行。

3.热轧带肋钢筋

热轧带肋钢筋由低合金钢热轧而成,横截面为圆形,主要力学性能应符合表2-5的规

定。热轧带肋钢筋强度较高,塑性、可焊性也较好,钢筋表面带有纵肋和横肋,与混凝土

界面之间具有较强的握裹力。因此,热轧带肋钢筋主要用于钢筋混凝土结构构件的受力

筋。热轧带肋钢筋的检验项目和检验方法等见表2-6。

14

热轧带肋钢筋的力学性能和工艺性能 (GB/T1499.2—2018) 表2-5

牌号

屈服强度ReL (MPa) 抗拉强度Rm (MPa) 断后伸长率A (%) 总伸长率Agt (%)

不小于

HRB400

HRBF400

HRB500

HRBF500

400 540 16

500 630 15

7.5

热轧带肋钢筋的检验项目、取样与实验方法 表2-6

序号 检验项目 取样数量 取样方法 实验方法

1 化学成分 (熔炼分析) 1 GB/T20066 GB/T223、GB/T4336

2 拉伸 2 任选两根钢筋切取 GB/T28900、GB1499.2

3 弯曲 2 任选两根钢筋切取 GB/T28900、GB1499.2

4 反向弯曲 1 — GB/T28900、GB1499.2

5 疲劳实验 供需双方协议

6 尺寸

7 表面

逐支

GB/T1499.2

目视

8 重量偏差

试样 数 量 不 少 于 5 支,每 支 试 样 长 度 不 小 于

500mm。长度应逐支测量,应精确到1mm。测量试

样总重量时,应精确到不大于总重量的1%

GB/T1499.2

9 晶粒度 2 任选两根钢筋切取 GB/T6394

注:对化学分析和拉伸实验结果有争议时,仲裁实验分别按GB/T223、GB/T228进行。

4.冷轧带肋钢筋

冷轧带肋钢筋由热轧圆盘条经冷轧而成,表面带有沿长度方向均匀分布的月牙肋,力

学性能和工艺性能应符合表2-7的规定。反复弯曲实验的弯曲半径应符合表2-8的规定。

由于冷轧带肋钢筋是经过冷加工强化的产品,因此其强度提高、塑性降低、强屈比变小。

冷轧带肋钢筋主要用于中小型预应力混凝土结构构件和普通混凝土结构构件。冷轧带肋钢

筋的检验项目、取样与实验方法应符合表2-9的规定。

冷轧带肋钢筋的力学性能和工艺性能 (GB/T13788—2017) 表2-7

分类 级别代号

Rp0.2

(MPa)

不小于

Rm

(MPa)

不小于

Rm/Rp0.2

不小于

伸长率

不小于

(%)

最大力

总延伸

率

(%)

不小于

A A100 Agt

弯曲

实验a

180°

反复弯

曲次数

应力松弛率

初始应力应相当于

公称抗拉强度的70%

1000h松弛率 (%)

不大于

普通

混凝土

钢筋用

CRB550 500 550 1.05 11.0 — 2.5 D=3d — —

CRB550H 540 600 1.05 14.0 — 5.0 D=3d — —

CRB680Hb 600 68 1.05 14.0 — 5.0 D=3d 4 5

15

续表

分类 级别代号

Rp0.2

(MPa)

不小于

Rm

(MPa)

不小于

Rm/Rp0.2

不小于

伸长率

不小于

(%)

最大力

总延伸

率

(%)

不小于

A A100 Agt

弯曲

实验a

180°

反复弯

曲次数

应力松弛率

初始应力应相当于

公称抗拉强度的70%

1000h松弛率 (%)

不大于

预应力

混凝土

用

CRB650 585 650 1.05 — 4.0 2.5 — 3 8

CRB800 720 800 1.05 — 4.0 2.5 — 3 8

CRB800H 720 800 1.05 — 7.0 4.0 — 4 5

注:a.表中D 为弯心直径,d 为钢筋公称直径;

b.当该牌号钢筋作为普通钢筋混凝土用钢筋使用时,对反复弯曲和应力松弛不做要求;当该牌号钢筋作为预

应力混凝土用钢筋使用时应进行反复弯曲实验代替180°弯曲实验,并检测松弛率。

反复弯曲实验的弯曲半径 表2-8

钢筋公称直径 (mm) 4 5 6

弯曲半径 (mm) 10 15 15

冷轧带肋钢筋的检验项目、取样与实验方法 表2-9

序号 检验项目 取样数量 取样方法 实验方法

1 拉伸 每盘1个

2 弯曲 每批2个

3 反复弯曲实验 每批2个

4 应力松弛实验 定期1个

在每 (任)盘中随机切取

GB/T28900、GB/T21839

GB/T28900

GB/T21839

GB/T21839、GB/T13788

5 尺寸

6 表面

逐盘

GB/T13788

目视

7 重量偏差

每盘1个,试样长度应不小于500mm,长度精确

到1mm。测量试样重量时,应精确到1g

GB/T13788

注:表中实验数量栏中的 “盘”指生产钢筋的 “原料盘”。

2.1.2 实验取样

钢筋力学性能实验应在尺寸、表面状况等外观检验项目检查验收合格基础上进行取

样。验收时,钢筋应有出厂证明或实验报告单,并抽样做机械性能实验,在使用中若有脆

断、焊接性能不良或机械性能显著不正常时,还应进行化学成分分析实验。

钢筋应按批进行检查和验收,每批由同一牌号、同一炉罐号、同一规格的钢筋组成。

每批重量通常不大于60t。超过60t的部分,每增加40t (或不足40t的余数),增加一个

拉伸实验试样和一个弯曲实验试样。

对热轧带肋钢筋、热轧光圆钢筋、低碳钢热轧圆盘条、热处理钢筋取样时,当每批取

样不大于60t时,每批取一组试样。对热轧带肋钢筋、热轧光圆钢筋、热处理钢筋取样

时,在该批中任选两根钢筋,在每根上截取两段,一个拉试件、一个弯试件,即两个拉试

16

件和两个弯试件为一组,捆好并附上该钢筋规格的标牌,试件不允许进行车削加工。对低

碳钢热轧圆盘条取样时,任选两盘,去掉端头500mm,截取一个拉试件和两个弯试件为

一组 (两个弯试件要分别在两盘上截取),捆好并附上该钢筋规格的标牌。

对冷轧带肋钢筋应按批进行检查验收,每批由同钢号、同规格和同级别的钢筋组成,

重量不大于60t。

对冷拉钢筋应分批验收,每批由不大于20t的同级别、同直径的冷拉钢筋组成。进行

力学性能实验时,从每批中抽取两根钢筋,每根取一拉一弯两个试样,四个试样为一组分

别进行拉伸和冷弯实验;当有一项检验指标不符合要求时,应取双倍数量的试样重做各项

实验;如仍有一个试样不合格,则该批冷拉钢筋为不合格品。

对冷拔低碳钢丝应逐盘进行检验,相同材料盘条冷拔成同直径的钢丝,以5t为一批。

进行力学性能实验时,甲级钢丝从每盘中任一端先去掉500mm,然后取一拉一弯两个试

样,分别做拉力和反复弯曲实验,按其抗拉强度确定该盘钢丝的组别。乙级钢丝分批取

样,同一直径的钢丝5t为一批,任选3盘,每盘截取两个试样,分别做拉力和反复弯曲

实验。如有一个不合格,应在未取过试样的盘中另取双倍数量试样,再做各项实验。如仍

有一个实验不合格,应对该批钢丝逐盘取样进行实验,合格者方可使用。

对钢筋进行拉伸和冷弯实验时,任选两根钢筋切取,且在钢筋的任意一端截去

500mm后各取一套试样。拉伸和冷弯实验试样不允许进行车削加工,拉伸实验钢筋的长

度L=5a+200mm (a为钢筋直径,mm)或10a+200mm。拉力试样长度与实验机上下

夹头之间的最小距离及夹头的长度有关,冷弯实验钢筋试样长度L≥5a+150mm,也可

根据钢筋直径和实验条件来确定试样长度。在拉伸实验的试件中,若有一根试件的屈服

点、抗拉强度和伸长率三个指标中有一个达不到标准中的规定值,或冷弯实验中有一根试

件不符合标准要求,则在同一批钢筋中再抽取双倍数量的试件进行该不合格项目的复验,

复验结果中只要有一个指标不合格,则该实验结果判定为不合格。

图2-1 液压万能实验机

2.2 钢 筋 拉 伸 实 验

在常温下对钢筋进行拉伸实验,测量钢筋的屈服点、抗拉强度和伸长率等主要力学性

能指标,据此可以对钢筋的质量进行评价和判定。

2.2.1 主要仪器设备

1.液压万能实验机(图2-1):常用的液压万能实

验机有指针式和数显式两类,控制方式有手动和全

自动两种。实验时无论使用何种实验机,其示值误

差都应小于1%。实验过程中为了保证实验机的安全

和测量数据的准确性,根据试件的最大破坏荷载值,

须选择合适的量程,当荷载达到最大时,实验机的

量程指针最好落在第三象限内,或者数显破坏荷载

在量程的50%~75%之间。

2.游标卡尺和螺旋千分尺 (图2-2):根据试样

尺寸测量精度要求,选用相应精度的任一种量具;

17

如游标卡尺、螺旋千分尺或精度更高的测微仪,精度0.1mm。

图2-2 游标卡尺和螺旋千分尺

图2-3 钢筋打点机

3.钢筋打点机 (图2-3)。

2.2.2 实验条件与试件制备

1.实验机拉伸速度和实验温度

实验时,实验机的拉伸速度选择是否

合适对实验结果有明显影响,同一个试件

用不同的拉伸速度进行测试,会得到不同

的实验结果。拉伸速度可根据实验机的技

术特点、试样的材质、尺寸及实验目的来

确定,以保证所测钢筋抗拉强度性能的准确性。除有关技术条件或有特殊要求外,屈服前

应力增加速度为10MPa/s,生产检验允许采用10~30MPa/s的应力增加速度;屈服后实

验机活动夹头在负荷下的移动速度应不大于0.5L/min。当不需要测定屈服指标时,按规

定的速度且平稳而无冲击性地施荷即可。

材料在不同的温度条件下,一般都表现出不同的性能特点或性能差异,钢筋也是如

此。钢筋拉伸实验应在10~35℃的温度条件下进行,如果实验温度超出这一范围,应在

实验记录和报告中予以注明。

2.试样制备

钢筋拉伸实验所用的试件不得进行车削加工,可用两个或一系列等分小冲点或细划线

标出试件的原始标距,并测量标距长度,精确至0.1mm,见图2-4。试件两端应留有一定

的富余长度,以便实验机钳口能够牢固地夹持试样,同时试件标距端点与实验机的夹持点

之间还要留有0.5~1倍钢筋直径的距离,避免试件标距部分处在实验机的钳口内。

图2-4 钢筋拉伸试件

a—试样原始直径;L0 —标距长度;Lc —试样平行长度;

h—夹头长度;h1 — (0.5~1)a

2.2.3 实验步骤

1.根据被测钢筋的品种和直径,确定钢筋试样的原标距L0,L0 =5a、10a或100a(

18

a为钢筋直径)。

2.用钢筋打点机在被测钢筋的表面打刻标点。打刻标点时,能使标点准确清晰即可,

不要用力过大和破坏试件的原况;否则,会影响钢筋试件的测试结果。

3.接通实验机电源,启动实验机油泵,使实验机油缸升起,度盘指针调零。根据钢

筋直径的大小选定实验机的合适量程,控制好回油阀。

4.夹紧被测钢筋,使上下夹持点在同一直线上,保证试样轴向受力。不得将试件标

距部位夹入实验机的钳口中,试样被夹持部分不小于钳口的三分之二。

5.启动油泵,按要求控制实验机的拉伸速度,测力度盘的指针停止转动时的恒定负

荷或不计初始瞬时效应时最小负荷,即为钢筋的屈服点荷载,记录屈服点荷载。

6.屈服点荷载测出并记录后,继续对试样施荷直至拉断,从测力度盘读出最大荷载,

记录最大破坏荷载。

7.卸去试样,关闭实验机油泵和电源。

8.测量试件断后标距。将试样拉断后的两段在拉断处紧密对接起来,尽量使其轴线

位于一条线上,拉断处若形成缝隙时,此缝隙应计入试样拉断后的标距部分长度内。

1)当拉断处到邻近标距端点的距离大于L0/3时,可用游标卡尺直接量出断后标

距L1。

2)当拉断处到邻近标距端点的距离小于或等于L0/3时,可按移位法确定断后标距

L1,即在长段上,从拉断处O 点取等于短段格数,得B 点,再取等于长段所余格数 (偶

数,见图2-5a)的一半,得C 点;或者取所余格数 (奇数,见图2-5b)减1与加1的一

半,得C 与C1 点。移位后的L1 =AB+2BC 或L1 =AB+BC+BC1。当直接测量所求

得的伸长率能够达到技术条件要求的规定值时,则可不必采用移位法。

图2-5 移位法测量钢筋断后标距示意图

(a)长段所余格数为偶数;(b)长段所余格数为奇数

2.2.4 计算与结果评定

1.钢筋的屈服点σs 和抗拉强度σb 分别按下式计算:

σs=

Fs

A

,σb=

Fb

A

(2-1)

式中 σs 、σb ———钢筋屈服点和抗拉强度 (MPa);

Fs 、Fb ———钢筋屈服荷载和最大荷载 (N);

A ———钢筋试件横截面积 (mm2)。

由于直径与横截面积之间有对应关系,当钢筋试件的公称直径已知时,为计算快捷和

方便,试件的横截面积可按表2-10查用。

19

钢筋公称直径与横截面积的对应关系 表2-10

公称直径a(mm) 横截面积A (mm2) 公称直径a(mm) 横截面积A (mm2)

8 50.27 22 380.1

10 78.54 25 490.9

12 113.1 28 615.8

14 153.9 32 804.2

16 201.1 36 1018

18 254.5 40 1257

20 314.2 50 1964

钢筋的屈服点和抗拉强度计算精度按下述要求确定。当σs 、σb 均大于1000MPa时,

精确至10MPa;当σs 、σb 在200~1000MPa时,精确至5MPa;当σs 、σb 小于200MPa

时,精确至1MPa。

2.钢筋短、长试样的伸长率分别以δ5、δ10 表示,定标距试样的伸长率应附该标距长

度数值的角注。钢筋伸长率δ5 (或δ10)按下式计算,精确至1%:

δ5(或δ10)=

L1 -L0

L0

×100% (2-2)

式中 δ5、δ10———分别为L0 =5a、L0 =10a时钢筋的伸长率 (%);

L0 ———钢筋原标距长度 (mm);

L1 ———试件拉断后直接量出或按移位法确定的标距长度 (mm)。

在结果评定时,如发现试件在标距端点上或标距外断裂,则实验结果无效,应重做实

验。对钢筋拉伸实验的两根试样,当其屈服点、抗拉强度和伸长率三个指标均符合前述对

钢筋性能指标的规定要求时,即判定为合格。如果其中一根试样在三个指标中有一个指标

不符合规定,则判定为不合格,应取双倍数量的试样重新测定三个指标。在第二次拉伸实

验中,如仍有一个指标不符合规定,不论这个指标在第一次实验中是否合格,拉伸实验结

果即作为不合格。

2.2.5 注意事项

1.在钢筋拉伸实验过程中,当拉力未达到钢筋规定的屈服点 (即处于弹性阶段)而

出现停机等故障时,应卸下荷载并取下试样,待恢复正常后可再做拉伸实验。

2.当拉力已达钢筋所规定的屈服点至屈服阶段时,不论停机时间多长,该试样按报

废处理。

3.当拉力达到屈服阶段,但尚未达到极限时,如排除故障后立即恢复实验,测试结

果有效;如故障长时间不能排除,应卸下荷载取下试样,该试样作报废处理。

4.当拉力达到极限 (度盘已退针),试件已出现颈缩,若此时伸长率符合要求,则判

定为合格;若此时伸长率不符合要求,应重新取样进行实验。

2.3 钢 筋 冷 弯 实 验

钢筋冷弯实验也是钢筋力学性能实验的必做实验项目,通过对钢筋进行冷弯实验,可

20

对钢筋塑性进行定性检验,同时可间接判定钢筋内部的缺陷及可焊性。

2.3.1 主要仪器设备

1.液压万能实验机:同拉伸实验要求,单功能的压力机也可进行钢筋冷弯实验。

2.钢筋弯曲机:带有一定弯心直径的冷弯冲头。

3.钢筋反复弯曲机等。

2.3.2 实验步骤

1.钢筋冷弯试件不得进行车削加工,根据钢筋的型号和直径,确定弯心直径,钢筋

混凝土用热轧带肋钢筋的弯心直径按表2-11确定。将弯心头套入实验机,按图2-6 (a)

调整实验机平台上的支辊距离L1:

L1 =(d+3a)±0.5a (2-3)

式中 d ———弯曲压头或弯心直径 (mm);

a———试件厚度或直径或多边形截面内切圆直径 (mm)。

钢筋混凝土用热轧带肋钢筋弯心直径 (mm) 表2-11

牌号 公称直径d 弯心直径

HRB400

RRBF400

HRB400E

RRBF400E

6~25 4d

28~40 5d

>40~50 6d

HRB500

RRBF500

HRB500E

RRBF500E

6~25 6d

28~40 7d

>40~50 8d

HRB600

6~25 6d

28~40 7d

>40~50 8d

2.放入钢筋试样,将钢筋面贴紧弯心棒,旋紧挡板,使挡板面贴紧钢筋面或调整两

支辊距离到规定要求。

3.调整所需要弯曲的角度 (180°或90°)。

图2-6 钢筋冷弯实验装置图

(a)冷弯试件安装;(b)试件弯曲180°;(c)试件弯曲90°

4.盖好防护罩,启动实验机,平稳加荷,使钢筋弯曲到所需要的角度。当被测钢筋

弯曲至规定角度 (180°或90°)后,见图2-6 (b)、(c),停止冷弯。

5.揭开防护罩,拉开挡板,取出钢筋试样。

21

6.检查、记录试样弯曲处外表面的变形情况。

2.3.3 结果判定

钢筋弯曲后,按有关规定检查试样弯曲外表面,钢筋受弯曲部位表面不得产生裂纹现

象。当有关标准未作具体规定时,检查试样弯曲外表面,若无裂纹、裂缝或裂断等现象,

则判定试样合格。检查结果的界定见表2-12。在微裂纹、裂纹、裂缝中规定的长度和宽

度,只要有一项达到其规定范围,即应按该级评定。

钢筋弯曲实验结果判定 表2-12

结 果 判 定 依 据

完 好 试样弯曲处的外表面金属基体上,无肉眼可见因弯曲变形产生的缺陷

微裂纹 试样弯曲外表面金属基体上出现的细小裂纹,其长度小于等于2mm,宽度小于等于0.2mm

裂 纹

试样弯曲外表面金属基体上出现开裂,其长度大于2mm 且不大于5mm,宽度大于0.2mm 且不大

于0.5mm

裂 缝 试样弯曲外表面金属基体上出现明显开裂,其长度大于5mm,宽度大于0.5mm

裂 断 试样弯曲外表面出现沿宽度贯裂的开裂,其深度超过试样厚度的三分之一

2.3.4 钢筋反向弯曲实验要点

1.反向弯曲实验的弯心直径比弯曲实验相应增加一个钢筋直径。反向弯曲实验先正

向弯曲90°,后反向弯曲20°。经反向弯曲实验后,钢筋受弯曲部位表面不得产生裂纹。

2.反向弯曲实验时,经正向弯曲后的试件,应在100℃温度下保温不少于30min,经

自然冷却后再反向弯曲。当能保证钢筋人工时效后的反向弯曲性能时,正向弯曲后的试样

亦可在室温下直接进行反向弯曲。

2.3.5 金属线材反复弯曲实验

当需要进行金属线材反复弯曲实验时,试样的选择应从外观检查合格线材的任意部位

截取;试样应尽可能是直的,试件长度为150~250mm,实验时在其弯曲平面内允许有轻

微的弯曲。必要时可对试样进行矫直,当用手不能矫直时,可将试样置于木材或塑料平面

上,用由这些材料制成的锤轻轻锤直。矫直时试样表面不得有损伤,也不允许有任何扭

曲。一般按下述步骤进行:

1.使弯曲臂处于垂直位置,将试样由拨杆孔插入并夹紧其下端,使试样垂直于弯曲

圆柱轴线所在的平面。

2.操作应平稳而无冲击,弯曲速度每秒不超过一次,要防止温度升高而影响实验结果。

3.将试样从起始位置向右 (左)弯曲90°返回至原始位置,作为第一次弯曲;再由起

始位置向左 (右)弯曲90°返回至起始位置,作为第二次弯曲。依次连续反复弯曲,连续

进行到有关标准中所规定的弯曲次数或试样折断为止;如有特殊要求,可弯曲到不用放大

工具即可见裂纹为止。试样折断时的最后一次弯曲不计。

2.3.6 注意事项

1.在钢筋弯曲实验过程中,应采取适当防护措施 (如加防护罩等),防止钢筋断裂时

飞出伤及人员和损坏临近设备。弯曲碰到断裂钢筋时,应立即切断电源,查明情况。

2.当钢材冷弯过程中发生意外故障时,应卸下荷载,取下试样,待恢复后再做冷弯

实验。

22

2.4 钢筋冲击韧性实验

衡量材料抗冲击能力的指标用冲击韧性来表示,冲击韧性通过冲击实验来测定。冲击

实验是在一次冲击载荷作用下,显示试件缺口处的韧性或脆性的力学特性的实验过程。虽

然实验中测定的冲击吸收功或冲击韧性不能直接用于工程计算,但它可以作为判断材料脆

化趋势的一个定性指标,并且可作为检验材质热处理工艺的一个重要手段;这是因为它对

材料的品质、宏观缺陷、显微组织十分敏感,而这点恰是静载实验所无法揭示的。

图2-7 冲击实验原理图

测定冲击韧性的实验方法有多种,简支梁式

冲击弯曲实验是最常用的方法,另外还有低温夏

比冲击实验法和高温夏比冲击实验法。由于冲击

实验受到多种内在和外界因素的影响,要想正确

反映材料的冲击韧性,必须使用标准的冲击实验

方法和标准化、规范化的仪器设备。

2.4.1 实验原理

冲击实验是基于能量守恒原理,即冲击试样

消耗的能量是摆锤实验前后的势能差。实验时,

把试样放在图2-7的B 处,将摆锤举至高度为

H 的A 处自由落下,冲断试样即可。

摆锤在A 处具有的势能:

E=mgH =mgL(1-cosα) (2-4)

冲断试样后,摆锤在C 处具有的势能:

E1 =mgh=mgL(1-cosβ) (2-5)

势能差E-E1 即为冲断试样所消耗的冲击功AK:

AK =E-E1 =mgL(cosβ-cosα) (2-6)

式中 mg ———摆锤重力;

L ———摆长 (摆轴到摆锤重心的距离);

α———冲断试样前摆锤扬起的最大角度;

β———冲断试样后摆锤扬起的最大角度。

2.4.2 主要仪器设备

冲击实验机 (图2-8)和游标卡尺等。

2.4.3 试件制备

本实验采用 U形缺口冲击试样,见图2-9,试样缺口底部应光滑,没有与缺口轴线平

行的明显划痕。加工缺口试样时,应严格控制其形状﹑尺寸精度以及表面粗糙度。如果冲

击试样的类型和尺寸不同,得出的实验结果则不能直接比较和换算。

2.4.4 实验步骤

1.测量试样的几何尺寸和缺口处的横截面尺寸。

2.根据估计的材料冲击韧性大小,选择实验机的摆锤和表盘。

23

图2-8 冲击实验机结构图与实物图

图2-9 冲击试样示意图

3.安装试样,如图2-10所示。

4.将摆锤举起到高度为H 处并锁住,然后释放摆锤。冲断试样后,待摆锤扬起到最

大高度再次回落时,立即刹车,使摆锤停住。

5.记录表盘上所示的冲击功AKU 值,取下试样,观察断口。

图2-10 冲击实验示意图

2.4.5 计算与结果判定

冲击韧性值是反映材料抵抗冲击载荷的综合性能指标,它随着试样的绝对尺寸﹑缺口

形状﹑实验温度等变化而不同。冲击韧性值αKU 按下式计算:

24

αKU =

AKU

S0

(2-7)

式中 αKU ———冲击韧性值 (J/cm2);

AKU ———U形缺口试样的冲击吸收功 (J);

S0 ———试样缺口处断面面积 (cm2)。

比较分析两种材料抵抗冲击时的吸收功,观察破坏断口的形貌特征。

2.5 钢筋焊接接头实验

在实际工程中,经常出现钢筋连接的情况,而焊接是钢筋最常用的连接方式,接头的

焊接质量,将直接影响钢筋的整体性能及其质量。实验时,首先要对钢筋焊接接头的外观

质量进行检查,当接头外观质量检查合格时,才可进行钢筋焊接接头的力学性能实验。由

于钢筋焊接接头力学性能的实验原理、方法和操作过程与钢筋的力学性能实验基本相同,

所以本节只对钢筋焊接接头实验作一般性介绍。

2.5.1 钢筋焊接接头外观检查与质量要求

钢筋焊接接头种类与质量要求见表2-13。

钢筋焊接接头种类与质量要求 表2-13

接头种类 质 量 要 求

闪光对焊接头

电渣压力焊接头

(1)闪光对焊接头处不得有横向裂纹,消除受压面的金属毛刺和镦粗部分,且与母材表面

齐平;

(2)与电极接触处的钢筋表面不得有明显烧伤;

(3)接头处的弯折角应不大于3°,接头处的轴线偏移不大于0.1倍钢筋直径且不大于2mm

电弧焊接头

(1)焊缝表面应平整,不得有凹陷或焊瘤;

(2)焊接接头区域不得有裂纹

气压焊头

(1)两钢筋轴线弯折角应不大于3°;

(2)压焊面偏移应不大于0.15倍钢筋直径且不大于4mm

2.5.2 钢筋焊接接头力学性能实验

1.实验方法

对外观检查合格的钢筋接头可进行力学性能实验,实验项目有抗拉强度及冷弯性能,

具体实验方法同前所述的钢筋力学性能实验方法。

2.结果判定

1)拉伸实验

钢筋闪光对焊接头、电弧焊接头、电渣压力焊接头、气压焊接头、箍筋闪光对焊接

头、预埋件钢筋T形接头的拉伸实验,应从每一检验批接头中随机切取3个接头进行实

验并应按下列规定对实验结果进行评定:

(1)符合下列条件之一,应评定该检验批接头拉伸实验合格:①3个试件均断于钢筋

母材,呈延性断裂,其抗拉强度大于或等于钢筋母材抗拉强度标准值;②2个试件断于钢

筋母材,呈延性断裂,其抗拉强度大于或等于钢筋母材抗拉强度标准值;③另一试件断于

25

焊缝,呈脆性断裂,其抗拉强度大于或等于钢筋母材抗拉强度标准值。

注:试件断于热影响区,呈延性断裂,应视作与断于钢筋母材等同;试件断于热影响区,呈脆性断

裂,应视作与断于焊缝等同。

(2)符合下列条件之一,应进行复验:①2个试件断于钢筋母材,呈延性断裂,其

抗拉强度大于或等于钢筋母材抗拉强度标准值;另一试件断于焊缝,或热影响区,呈脆性

断裂,其抗拉强度小于钢筋母材抗拉强度标准值。②1个试件断于钢筋母材,呈脆性断

裂,其抗拉强度大于或等于钢筋母材抗拉强度标准值;另2个试件断于焊缝或热影响区,

呈脆性断裂。③3个试件均断于焊缝,呈脆性断裂,其抗拉强度均大于或等于钢筋母材

抗拉强度标准值。

(3)当3个试件中有1个试件抗拉强度小于钢筋母材抗拉强度标准值,应评定该检验

批接头拉伸实验不合格。

(4)复验时,应切取6个试件进行实验。实验结果:若有4个或4个以上试件断于钢

筋母材,呈延性断裂,其抗拉强度大于或等于钢筋母材抗拉强度标准值;另2个或2个以

下试件断于焊缝,呈脆性断裂,其抗拉强度大于或等于钢筋母材抗拉强度标准值,应评定

该检验批接头拉伸实验复验合格。

(5)可焊接余热处理钢RRB400W 焊接接头拉伸实验,其抗拉强度应符合同级别热轧

带肋钢筋抗拉强度标准值540MPa的规定。

(6)预埋件钢筋T形接头拉伸实验,3个试件的抗拉强度均大于或等于表2-14的规

定值时,应评定该检验批接头拉伸实验合格。若有一个接头试件抗拉强度小于表2-14的

规定值时,应进行复验。复验时,应切取6个试件进行实验。其抗拉强度均大于或等于表

2-14的规定值时,应评定该检验批接头拉伸实验复验合格。

预埋件钢筋T形接头抗拉强度规定值 表2-14

钢筋牌号 抗拉强度规定值 (MPa)

HPB300 400

HRB335、HRBF335 435

HRB400、HRBF400 520

HRB500、HRBF500 610

RRB400W 520

2)弯曲实验

钢筋闪光对焊接头、气压焊接头进行弯曲实验时,应从每一个检验批接头中随机切取

3个接头,焊缝应处于弯曲中心点,弯心直径和弯曲角度应符合表2-15的规定。

接头弯曲实验指标 表2-15

钢筋牌号 弯心直径 弯曲角度 (°)

HPB300 2d

HRB335、HRBF335 4d

HRB400、HRBF400、RRB400W 5d

HRB500、HRBF500 7d

90

注:1.d 为钢筋直径 (mm);

2.直径大于25mm的钢筋焊接接头,弯心直径应增加1倍钢筋直径。

26

弯曲实验结果应按下列规定进行评定:

(1)当试件弯曲至90°,有2个或3个试件外侧 (含焊缝和热影响区)未发生宽度达

到0.5mm的裂纹,应评定该检验批接头弯曲实验合格。

(2)当有2个试件发生宽度达到0.5mm的裂纹,应进行复验。

(3)当有3个试件发生宽度达到0.5mm 的裂纹,应评定该检验批接头弯曲实验不

合格。

(4)复验时,应切取6个试件进行实验,当不超过2个试件发生宽度达到0.5mm的

裂纹时,应评定该检验批接头弯曲实验复验合格。

复 习 思 考 题

2-1 钢筋拉伸和冷弯试件分别是怎样制作的? 拉伸速度对实验结果有何影响?

2-2 怎样处理断口出现在标距外时的实验结果?

2-3 同一品种钢筋的屈服点和抗拉强度有何关系? 工程设计时为何要以屈服点作为设计依据?

2-4 如何确定没有屈服现象或屈服现象不明显钢筋的屈服点?

2-5 冲击韧性值为什么只能用于相对比较,而不能用于定量换算? 冲击试样为什么要开缺口?

27

钢 筋 实 验 报 告

组别 同组实验者

日期 指导教师

1.实验目的

2.实验记录与计算

1)拉伸实验

试件

编号

公称

直径

(mm)

原截面

面积

(mm2)

标距

长度

(mm)

屈服

荷载

(N)

最大

荷载

(N)

断后标距

内长度

(mm)

屈服

强度

(MPa)

抗拉

强度

(MPa)

断口

位置

注:钢筋种类 ,实验室温度 ,拉伸速度 。

2)冷弯性能检查

试件

编号

试件直径

(mm)

试件长度

(mm)

弯曲状况

(弯心直径及角度)

弯曲处

侧面和外面情况

冷弯结果评定

3)冲击韧性实验

试件尺寸

(cm)

试件缺口

形状

缺口处横截

面面积

(cm2)

冲击吸收功

(J)

冲击韧性值

(J/cm2)

断口形貌特征

根据 标准,该组钢筋符合 级钢筋性能要求。

4)钢筋焊接接头实验

接头

种类

试件

编号

外观检查情况

抗拉强度 (MPa) 冷弯性能

焊接前 焊接后 焊接前 焊接后

结果判定

3.分析与讨论

28