水泥混凝土强度创新性试验任务书试验名称水泥混凝土强度创新性试验学院（部）人居环境与建筑工程学院专 业 土木工程 指导教师 侯月琴 本创新性实验为研究型实验，通过本次实验使学生掌握水泥混凝土配合比设 计的过程，包括：初步配合比的计算、基准配合比的确定、试件成型及强度测试 过程；得到不同的影响因素(水灰比、水泥浆用量、砂率、试件形状与尺寸、龄 期和加载速率)下混凝土立方体28d抗压强度及各因素与强度间的关系曲线；最 后通过灰色关联分析法分析水灰比、水泥浆用量、砂率、加载速率对水泥混凝土 立方体28d抗压强度性能影响的主次关系和影响程度本次实验的结论将得出诸 多影响因素中的关键因素，这对混凝土配合比设计具有现实意义通过本次创新性实验过程，使学生加深对基础理论的理解，把理论与实践有 机的结合起来，增强学生的动手能力、实践创新能力和分析能力一、试验方案设计本次试验主要是考虑水灰比、水泥浆用量、砂率、粉煤灰、试件形状与尺寸、 龄期与加载速率对混凝土立方体抗压强度的影响，具体试验方案如下一) 水泥混凝土基准配合比设计1. 设计要求混凝土设计强度等级C30，强度标准差为a=5MPa，混凝土拌合物塌落度为 35〜50mm，使用环境I—A，设计寿命为100年。
2. 所用原材料(1)普通硅酸盐水泥32.5级，实测28d抗压强度为37 .8MPa，实测水泥密 度为3100 kg/m3； (2)碎石，粒径为20〜40mm，级配合格，表观密度为2750kg/m3， 碎石最大粒径为31.5mm； (3)中砂，级配合格，表观密度为2650 kg/m3； (4) 水，自来水，密度为1000 kg/m3； (5)粉煤灰，密度为2250 kg/m33. 要求完成(1) 混凝土计算配合比2) 试配制混凝土，测试其强度、和易性，若满足相关要求，则无需调整； 若不满足要求，则计算配合比进行调整，推荐基准配合比，并写出配合比二) 强度的影响因素研究1.水灰比水灰比是影响混凝土强度最主要的因素，也是决定性因素本部分通过试验研究不同水灰比的混凝土强度1） 以基准配合比的水灰比％为中值，取％±0.03、％ ±0.06，共5组水灰C0 C0 C0比，成型试件并测试其28d立方体抗压强度fcu,282） 绘制水灰比与水泥混凝土强度关系曲线3） 建立强度与水灰比的关系模型假设混凝土的28d抗压强度fcu,28与水灰比满足式（1），根据试验结果，确 定出系数a、abf = a - f - （C / W - a ） （1）cu ,28 a ce b （ 1）（4） 分析水灰比对水泥混凝土强度影响的原因。
2. 水泥浆用量实际情况中，常常通过调整水灰比来确保混凝土的强度与和易性要求，但水 灰比过小会影响混凝土和易性、过大又会影响混凝土耐久性，此时固定水灰比不 变、而增大或减小水泥浆用量是为有效措施之一1） 固定水灰比且以基准配合比中的水泥浆用量mwo+mco（1方混凝土的用水 量，kg）中值，以±5%、±10%调整水泥浆用量，共5组水泥浆用量，成型试件 并测试其28d立方体抗压强度fcu,282） 绘制水泥浆用量与水泥混凝土强度关系曲线3） 建立强度与水泥浆用量的关系模型4） 分析水泥浆用量对水泥混凝土强度影响的原因3. 砂率砂率影响混凝土强度与工作性的重要因素1） 以基准配合比中的砂率P0为中值，0±2%、P0±4%调整砂率，共5组 砂率，成型试件并测试其28d立方体抗压强度fcu,282） 绘制砂率与水泥混凝土强度关系曲线3） 建立强度与砂率的关系模型4） 分析砂率对水泥混凝土强度影响的原因4. 粉煤灰（1）分别确定粉煤灰掺量为0、10%、15%和20%的计算配合比，确定43种配合比的1方混凝土中各材料用量2） 按照计算配合比拌制混凝土，成型立方体试件，并测试其28d立方体 抗压强度i（3） 分析粉煤灰掺量对强度的影响规律，并推荐粉煤灰最佳掺量。
5. 试件形状及尺寸（1） 按照基准配合比，分别成型立方体（100x100x100mm）（150x150x150mm） （200x200x200mm）、圆柱体（@150300 mm）、棱柱体（150x150x300mm）试件，并测试其28d立方体抗压强度f心 测试强度时，圆柱体试件按轴向加载、棱柱 体试件按长向加载2） 建立立方体抗压强度与试件尺寸间的关系模型，并推荐换算系数3） 建立起立方体抗压强度与圆柱体抗压强度、立方体抗压强度与棱柱体 抗压强度的线性关系模型，并推荐换算系数6. 龄期及加载速率（1） 确定粉煤灰掺量为10%的计算配合比，确定1方混凝土中各材料用量2） 按照基准配合比，分别成型立方体（150x150x150mm）试件，分别以 0.3MPa/s、0.5MPa/s、0.7MPa/s的加载速率测试28d立方体抗压强度fcu283） 按照计算配合比拌制混凝土，成型试件，并测试其3d、7d、28d强度，结果换算为3d、7d、28d立方体抗压强度fcu,3、 fcu,7、fcu,284） 分析加载速率、龄期对强度的影响规律，并分析原因5） 建立立方体抗压强度与加载速率的关系模型，探讨水泥混凝土的力学 特性是否存在粘弹性。
二、 任务要求1、 在基础配合比的基础上，变化水灰比、砂率、粉煤灰掺量、试件形状与 尺寸、加载速率和龄期七种因素，计算材料用量（配合比）；2、 按照所计算的配合比，成型试件，每组试件数量不少于3个；3、 将试件编号，放到养生室养生28d；4、 测试抗压强度，建立相关模型并分析混凝土强度因素及其规律’ ▲ - f tl=t ■ ■ # '三、 成果要求分6组进行试验，每组5~6名学生；每组提交试验报告（配图片X试验原始数据，并制作ppt进行课堂展示试验报告与试验原始数据合并装订一）试验报告正文，A4打印，中文宋体、小四，英文、数字Times New Roman字体，1.5 倍数行距；图、表名采用五号字体加粗；表内文字采用五号字体报告设计封面 与目录报告结构如下：1. 试验目的与方案2. 原材料及初步配合比2.1所用原材料性质2.2初步配合比的计算2.3混凝土配合比的试配及基础配合比确定3. 强度测试结果与分析3.1水灰比3.1.1不同水灰比的强度测试结果3.1.2强度与水灰比的系模型的建立3.3.3水灰比对强度影响规律的原因分析3.2水泥浆3.3砂率3.4粉煤灰3.5试件形状及尺寸3.6龄期及加载速率4. 灰关联分析4.1实验数据的无量纲化处理4.2灰关联系数4.3灰关联度5. 总结与体会6. 参考资料（二） PPT课堂展示将试验结果及分析结果制作成PPT，每组推荐1人汇报，时间为5〜8min。
三） 原始数据记录表按照各组的试验方案、试验过程和计算过程，设计原始数据记录表，用以记5录试验过程数据及结果处理数据此外，数据记录表还应包括试验人员、试验设 备等信息可参考附件1设计制作数据记录表，A4打印后带到实验室用于记录数据记录相关要求如下：1、 在实验过程中应该操作准确，观察细心，正确地记录有关实验数据，并 把实验过程中的异常现象及时记录下来2、 实验数据的可靠性是分析与阐明实验结果并作出必要结论的关键所在， 所以在整个实验过程中都应注意将实验误差限制在尽可能小的范围内，因此，对 每一实验的操作、读数、记录都应认真对待，一丝不苟四、 考核方式按小组打分，满分为100分，总分ZF由试验过程SY、试验报告BG、课题 展示 KT 三部分构成，ZF=0.2xSY+0.6xBG+0.2xKT.试验过程主要考察操作是否规范、计量是否准确、记录是否真实、团队协作 和数据记录表等五方面考察试验报告主要从格式、内容、计算、推理和创新性等方面考察课堂展示主要从论述、答辩等方面考察五、 试验操作基本要求（一） 混凝土拌合步骤1、 清点实验仪器设备2、 称量：根据计算书按试拌用量称取各材料3、 将拌板、拌铲、坍落度筒、捣棒等用湿布湿润，将砂倒在拌板上，然后 加入水泥，用铲自板一端翻拌至另一端，来回重复，直至充分混合，颜色均匀， 再加上石子，翻拌至混和均匀为止。
4、 将干混物堆成堆，在中间形成一凹槽，将与称量好的水倒约一半在凹槽 中（勿使水流出），然后仔细翻拌，铲切，并徐徐加入剩余的水，继续翻拌，铲 切，每翻拌一次，用铲在拌合物上铲切一次，直到拌合物均匀为止拌和时间从 加水时算起，搅拌时间为4-5分钟二） 坍落度实验步骤1、 准备好试验器具：坍落筒、捣棒、小铲、木尺、小钢尺、镘刀和钢平板 等2、 试验钱将坍落筒内外洗干净，放在经水湿润过的平板上（平板吸水应垫以塑料布），踏实踏板3、 将拌好的水泥混凝土样品分三层装入筒内，每层装入高度稍大于筒高的 13,用捣棒每一层的横截面上均与插捣25次，插捣在全部面积上进行，沿螺旋 线边缘至中心，插捣底层时插至底部，插捣其他两层时，应插透本层并插入下层 20〜30 mm，插捣须垂直插下（边缘除外）不得冲击插顶层时装入的混凝土应 高出坍落筒，随插捣过程随时添加拌合物，插捣完毕，将捣棒用锯和滚清除多余 的混凝土，用镘刀抹平筒口，刮净筒底周围的拌合物而后立即垂直提起坍落筒， 提筒在5〜10秒内完成，并使混凝土不受横向及担力作用，从开始装桶到提桶要 在150s内完成4、 将坍落筒放在椎体混凝土试件一旁，筒顶平放木尺，用小钢尺量出木尺 底面至试件顶面最高点距离，即为该混凝土拌合物坍落度，精确值1哑。
5、 黏聚性判定：用捣棒在已坍落的混凝土锥体一侧轻打，如锥体在轻打后 渐渐下沉，表示黏聚性良好；如锥体突然倒坍，、部分崩裂或发生石子离析现象， 表小黏聚性不好6、 保水性判定指水分从拌合物中析出情况，有较多析出为“多量”，有少量水从底部析出为“少量”，无水析出为“无”粘聚性良好不好保水性 // //析出水量多量少量无坍落度 // 范围（R）R<30 哑流动性较小3050 哑流动性过大7、不良情况解决方案① 若坍落度过大，流动性就过大，可在砂率不变条件下，适当增加砂石的 用量；② 若坍落度过小，在保持水灰比不变的情况下，适当增加水和水泥；③ 若黏聚性和保水性不良时，实质上是混凝土拌合物中砂浆不足或砂浆过 多，可适当增加砂率或降低砂率，各种材料在用量上调整应根据实际控制在（1%—5% ）之间的增减量；8、经调整和易性满足要求的配合比，即为可供混凝土强度试验用的基准配 合比三） 试件制作1. 主要仪器设备① 压力试验机或万能试验机其测量精度为±1%,试验时由试件最大荷载选 择压力机量程，使试验破坏时额荷载位于全程的20%〜80%② 钢垫板 平面尺寸不小于试件的承压面积，厚度应不小于25 mm,承压面 的平面度公差为0.04 mm,表面硬度不小于55HRC,硬化层厚度为5 mm。
③ 试模由铸铁和钢制成的立方体，试件尺寸根据混凝土骨料最大粒径选用， 本试验采用150x150x150mm④ 标准养护室 温度（20±2）°C、相对湿度大于95%⑤ 振动台频率（50±3） Hz，空载振幅（0.5±0.1） mm⑥ 捣棒、小铁铲、抹刀、金属直尺等2. 试件制备① 取三个同一规格的试模，将试模拧紧螺栓、清刷干净，内壁涂一薄层矿物 油。