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1、试验检测基础知识试验检测基础知识1 1、基本概念、基本概念2 2、概率论与数理统计、概率论与数理统计3 3、回归分析、回归分析4 4、数据处理和测量误差、数据处理和测量误差5 5、测量不确定度评定、测量不确定度评定6 6、正交设计、正交设计7 7、法定计量单位、法定计量单位8 8、能力验证、能力验证第一章第一章 基本概念基本概念1.11.1 工程材料的分类工程材料的分类常用工程材料有以下几种分类方法：一、按化学成分和矿物组成分类 凝土、玻璃钢等、纤维混凝土、沥青混复合材料：钢筋混凝土其它料等、合成橡胶、高分子涂合成高分子材料：塑料煤沥青等沥青材料：石油沥青、等植物材料：木材、竹材有机材料材、路
2、基填料等璃、陶瓷、混凝土、石非金属材料：水泥、玻、黄铜等有色金属材料：铝、铜等黑色金属材料：铁、钢金属材料无机材料二、按材料来源分类根据材料来源，可以分为天然材料和人造材料。天然材料，如天然砂、石、木材、填料等；人造材料，如水泥、钢筋、混凝土、涂料等。三、按使用功能要求分类根据使用功能要求，可分为结构材料、防水材料、装饰材料等。1.21.2 工程材料的基本性质工程材料的基本性质1.2.11.2.1 物理性质物理性质一、密度密度（）是指材料在规定条件下单位体积的质量，可用下式表达：（1.1）vm式中：-材料的密度，g/cm3，或 kg/m3；-材料在干燥状态下的质量，g，或 kg；m-材料的体积
3、，cm3，或 m3。v排除材料内所有孔隙所测得的体积为“绝对密实体积”， “绝对密实体积”下所求得的密度称为真密度。通常把材料磨成细粉，干燥后用比重瓶来测试其密实状态下的体积，磨得越细，测试的体积就越接近“绝对密实体积”，所得密度就越接近真密度。但由于条件所限，绝大多数材料的测试体积中，都含有少量孔隙，此时所得材料密度为其真密度的近似值。散粒材料，如混凝土用砂、石等，其“体积”是指不包括颗粒之间的空隙但包括颗粒内部孔隙的体积，测试时不必磨成细粉，而用排水法求得其密实体积的近似值，所得密度称为表观密度；在土的颗粒密度测试中，又称为毛体积密度。散粒材料在自然堆积状态下包括了孔隙和空隙在内的体积，称
4、为“自然状态体积”，所得密度称为堆积密度。常用建筑材料的表观密度、堆积密度见表 1.1。表 1.1 常用建筑材料的表观密度、堆积密度材料名称表观密度（g/cm3）堆积密度（kg/m3）普通黏土砖2.518001900素混凝土2.722002400泡沫混凝土3.0600800水泥3.112501450生石灰块1100生石灰粉1200花岗岩3.02800砂子2.614001700松木1.55400700钢材7.857850水（4）1.01000二、密实度密实度（D）是指材料体积内固体物质所占的比例，即材料的密实体积与总体积之比：(1.2)VVD式中：-材料的密实度，%；D-材料的密实体积，m3；V
5、-材料的总体积，m3。V例：普通黏土砖的=1800 kg/m3，=2.5 g/cm3，其密实度为：=0.72，即 72%。25001800D凡含有孔隙的材料其密实度均小于 1，材料的与愈接近，材料就愈密实。材料的很多性质，如强度、吸水性、耐久性、导热性等均与其密度有关。三、孔隙率孔隙率（P）是指材料体积内孔隙所占的比例。可按下式计算：(1.3)DVV VVVP111式中：-材料的孔隙率，%。P如上例求其孔隙率：0.28250018001P或 =1-0.72=0.28，即 28%DP1对于散粒材料，如砂、石等的堆积致密程度一般用“空隙率”表示。空隙率是指散粒材料颗粒之间的空隙所占的百分比，其计算
6、方法见砂、石材料试验部分。材料的孔隙率与密实度是从两个不同方面反映材料的同一性质。材料许多与密实度有关的性质，也与孔隙率有关。除此之外，材料性质还与其孔隙结构特征有关。孔隙结构特征主要指孔隙的形状、大小、分布等。孔隙形状指连通孔与封闭孔；孔隙分布指孔隙在材料中分布的均匀程度。从对材料性质的影响来说，均匀分布的封闭小孔比不均匀分布的开口或连通大孔好。四、吸水性材料的能吸收水分的性质称为吸水性。吸水性的大小可用“吸水率”表示。吸水率分质量吸水率和体积吸水率。（1）质量吸水率材料所吸收水分的质量占材料干燥质量的百分比，按下式计算：（1.4）100干干湿 质mmmW式中：-材料的质量吸水率，%；质W-
7、材料吸水饱和后的质量，g；湿m-材料烘干至恒重时的质量，g。干m（2）体积吸水率材料所吸收水分的体积占材料干燥质量的百分比，按下式计算：（1.5）100VmmW干湿 体式中：-材料的体积吸水率，%；质W-干燥材料在自然状态下的体积，3。V水的密度为 1g/3，所以材料吸收水分的质量在数值上等于其体积。材料的吸水率大小与材料的孔隙率和孔隙结构特征有关。如果材料的孔隙是细微而连通的，则孔隙率越大吸水率就越大。但在材料孔隙中，不是所有的孔隙都能被水充满，若是封闭孔隙，水分就不易渗入，而粗大的孔隙水分不易存留，所以具有封闭或粗大孔隙的材料的吸水率常小于孔隙率，这类材料常用质量吸水率表示其吸水性。各种材
8、料的吸水率相差很大，如花岗岩等致密坚硬的岩石，吸水率仅 0.5%0.7%，普通混凝土为2%3%。某些轻质材料如木材等，由于具有许多细小的开口孔隙，质量吸水率往往超过 100%，即湿质量为干质量的几倍，此时，最好用体积吸水率表示其吸水性。五、吸湿性材料在潮湿空气中吸收水分的性质称为吸湿性。吸湿性的大小用“含水率”表示，即材料所含水的质量占材料干燥状态下质量的百分比，用下式计算：（1.6）100干干含 含mmmW式中：-材料的含水率，%；含W-材料含水时的质量，g；含m-材料烘干至恒重时的质量，g。干m材料的含水率大小除与材料本身的成分、结构有关外，还与环境相对湿度有关。相对湿度愈大，材料的含水率
9、也愈大。相对湿度是在同温度下，空气中实际所含水蒸气的质量与饱和水蒸气质量之比，以百分率表示。绝对干燥空气的相对湿度为 0，被水蒸气饱和的空气，其相对湿度为 100%。六、耐水性材料长期在水饱和状态下不被破坏、强度也不显著降低的性质称为耐水性。材料耐水性用“软化系数”表示，按下式计算：（1.7）干饱 软RRK式中：-材料的软化系数；软K-材料在水饱和状态下的抗压强度，MPa；饱R-材料在干燥状态下的抗压强度，MPa。干R材料的软化系数范围在 01 之间。一般材料随着含水率的增加，水分会渗入材料微粒之间的缝隙中，降低微粒之间的结合力，使材料的强度降低。所以，用于严重受水侵蚀或潮湿环境中的材料，其软
10、化系数应在 0.850.9 之间；用于受水侵蚀较轻或次要结构物的材料，则不宜小于 0.70.85。通常软化系数大于 0.85 的材料称为耐水材料。经常处于干燥环境中的材料可不考虑软化系数。七、抗冻性材料在水饱和状态下，抵抗多次冻融作用而不破坏，同时也不严重降低强度的性质，称为抗冻性。为试验材料的抗冻性，通常在-15的温度（水在微小毛细管中低于-15才会冻结）冻结后，再在 20的水中融化，这样一个过程成为一次冻融循环。经多次冻融交替作用后，由表及里，材料将出现剥落、裂纹，产生质量损失，强度也会随之下降。冻融循环次数愈多，对材料的破坏也愈大。材料的抗冻性用“抗冻等级”表示，如 M15，M50等，分
11、别表示该材料在规定条件下、经过规定的冻融次数（15 次、50 次、）的质量损失和抗压强度不低于规定值。八、抗渗性材料在水、油等液体压力作用下抵抗渗透的性质称为抗渗性（不透水性）。材料的抗渗性通常用“抗渗等级”或“渗透系数”表示。我国混凝土的抗渗性用“抗渗等级”表示，如P6、P8、P10、P12、等，它是以 28 天龄期的标准试件，在标准试验条件下，以不透水时所能承受的最大水压力（MPa）来确定。材料抗渗性的好坏主要与材料的孔隙率和孔隙结构特征有关。材料愈密实、孔隙率愈低、或具有不连通的孔，则其抗渗性愈高。材料抗渗性的好坏对地下建筑物、构筑物的使用功能影响较大，混凝土的抗渗性还对其抵抗环境腐蚀的
12、能力及耐久性有很大影响。九、导热性热量由材料的一面传到另一面的性质称为导热性。材料的导热性用导热系数（）表示。实验证明，材料的导热能力与传热面积、传热时间及两面温差成正比，与材料厚度成反比。可用下式表示：attZFQ)(12由上式可得：（1.8）)(12ttZFQ 式中：-导热系数，kJ/mh；-传热面积，；F-传热时材料两面的温差，；12tt -传热厚度，m；a-传导热量，kJ。Q导热系数：是在规定传热条件下，材料两面温度差为 1时，在一小时里通过垂直于传热方向的面积为 1、厚度为 1m 所传递的热量。导热系数表征了材料传递热量的能力，导热系数愈小，则材料的热传递能力愈差，即保温性能愈好。一
13、般建筑材料的的导热系数在 0.1012.54kJ/m.h.之间。导热系数低于 0.84 kJ/m.h.的材料，称为保温隔热材料。空气的导热系数只有 0.084 kJ/m.h.，因此多孔材料的导热系数较小，保温性能较好。水的导热系数约为 2.09 kJ/m.h.，冰的导热系数约为 8.36 kJ/m.h.，因此，受潮或受冻的材料，其导热系数较大，保温性能较差。十、热膨胀系数随着温度的升高或降低，材料的体积会膨胀或收缩，其比率如果以面上两点之间的距离计算时，称为线膨胀系数；如果以材料的体积计算时，则称为体膨胀系数，其单位为 1/（275.4/K）。线膨胀系数：材料由于温度上升或下降 1所引起的线度
14、增长或缩短与其在 0时的线度之比值。如钢筋的线膨胀系数为（1012）10-6/，混凝土的线膨胀系数为（5.812.6）10-6/。线膨胀系数是计算材料在温度变化时所引起的变形以及计算温度应力等时常用的参数。1.2.21.2.2 力学性质力学性质一、强度材料在外力（荷载）作用下抵抗破坏的能力称为强度。当材料承受外力作用时，内部就产生应力，随着外力的增大，应力值也相应地增大，直至材料破坏，此时的应力值为材料的极限应力，单位受力面积上的极限应力即为材料的极限强度。根据外力作用的方式不同，材料强度分为抗压强度、抗拉强度、抗弯强度、抗剪强度等，如下图所示：图 2.1 材料承受各种外力示意图（a）抗压 （
15、b）抗拉 （c）抗弯 （d）抗剪材料抗压、抗拉、抗剪强度可按下式计算：(1.9)APR 式中：-材料的抗压、抗拉、抗剪强度，MPa；R-材料受压、受拉、受剪破坏时的荷载，N；P-材料的受力面积，2。A材料的抗弯强度（也称抗折强度）与材料受力情况有关。对于矩形截面的条形试件，两支点中间作用一集中荷载时，其抗弯强度可按下式计算：（1.10）223 bhPLR弯式中：-抗弯强度，MPa；弯R-受弯破坏荷载，N；P-两支点间的距离，；L-试件截面宽度，；b-试件截面高度，。h强度是材料很重要的一项指标，可按规定的标准试验方法通过试验确定。大部分材料根据其极限强度划分为若干等级，如水泥根据规定龄期的抗压、抗折强度划分为32.5、42.5、52.5、等，混凝土有 C20、C30、C60 等。钢筋则根据极限抗拉强度划分等级。将建筑材料划分为若干等级，对掌握材料性质，合理选用材料，正确进行设计和控制工程质量都是很重要的。二、弹性与塑性材料在外力作用下会产生变形，当外力除去后，仍能恢复原来的的形状，这种性质称为材料的弹性，这种可以完全恢复的变形称为弹性变形（瞬时变形）；反之，当外力除去后，不能完全恢复原来的形状，并不产生裂缝的性质称为材料的塑性，这种不能恢复的变形称为塑性变形（永久变形）。三、冲击韧性与脆性材料在冲击荷载或震动作用下，能承受较大变形而不致于破坏的性能，称
