材料机械强度的测定

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1、武汉理工大学武汉理工大学材料机械强度的测定材料机械强度的测定无机非金属材料实验无机非金属材料实验力学性能实验力学性能实验 实验四十二实验四十二 材料机械强度的测定材料机械强度的测定. . 水泥机械强度的测定水泥机械强度的测定水泥机械强度的测定水泥机械强度的测定.混凝土机械强度的测定混凝土机械强度的测定混凝土机械强度的测定混凝土机械强度的测定 . . 玻璃机械强度的测定玻璃机械强度的测定玻璃机械强度的测定玻璃机械强度的测定 . . 陶瓷机械强度的测定陶瓷机械强度的测定陶瓷机械强度的测定陶瓷机械强度的测定 . . 水泥机械强度的测定水泥机械强度的测定 水泥的强度在使用中具有重要的意义。水泥强度是指

2、水泥试体在单位面积上所承受的外力，它是水泥的主要性能指标。水泥是混凝土的重要胶结材料，水泥强度是水泥胶结能力的体现，是混凝土强度的主要来源。检验水泥各龄期强度，可以确定其强度等级，根据水泥强度等级又可以设计水泥混凝土的标号。 一目的意义一目的意义 水泥强度检验主要是抗折与抗压强度检验。本实验的目的： 1. 学习水泥胶砂强度的测试方法，以确定水泥强度等级。 2. 分析影响水泥胶砂强度测试结果的各种因素。 二实验原理二实验原理二实验原理二实验原理 1.抗折 材料的抗折强度一般采用简支梁法进行测定。对于均质弹性体，将其试样放在两支点上，然后在两支点间的试样上施加集中载荷时，试样将变形或断裂(如图42

3、-1所示)。由材料力学简支梁的受力分析可得抗折强度的计算公式：( 42 - 1( 42 - 1）式中 Rf 抗折强度，Mpa ； M 在破坏荷重P处产生的最大弯矩 ； W 截面矩量，断面为矩形时W = b h2 / 6 ； P 作用于试体的破坏荷重，kN ； L 抗折夹具两支承圆柱的中心距离，m ； b 试样宽度，m ； h 试样高度，m 。 图图图图42-1 42-1 小梁试小梁试小梁试小梁试体抗折受体抗折受体抗折受体抗折受力分析力分析力分析力分析 在水泥胶砂试体抗折强度测试中，两支承圆柱的中心距离L = 0.1 m；试样宽度b = 0.04 m；试样高度h = 0.04m 。将这些值代入（

4、42 - 1）式得 水泥胶砂试体不是均质弹性体，而是“弹-粘-塑性体”，用（42 - 1）式计算出的强度不完全代表水泥胶砂试体的真实抗折强度值，但这种近似值已能满足工程测试的要求。 材料的抗折强度一般采用电动抗折试验机进行测定，其测力原理如图42-2所示。在这种情况下，力矩M与各量的关系为：M 1 = P L 1 M 2 = S L 2M 3 = S A M 4 = Q B平衡状态时，M 1 = M 2 即 P = SL 2 / L 1M 3 = M 4 即 S = BQ / A图图图图42-2 42-2 42-2 42-2 电动抗折试验机测力原理示意图电动抗折试验机测力原理示意图电动抗折试验

5、机测力原理示意图电动抗折试验机测力原理示意图 所以 L 2 Q P = B L 1 A 由于仪器设定为：力臂L 1 = 1 长度单位，A = 1长度单位，L 2 = 5长度单位，Q = 10公斤，所以 L 2 Q 510 P = B = B = 50 B L 1 A 11Rf = 2.34 P = 2.34 50 B =117 B （42 - 242 - 242 - 242 - 2） 2抗压 检验抗压强度一般都采用轴心受压的形式。按定义，其计算公式为： Rc = （42 - 3） 式中 Rc 抗压强度，Mpa ； F 受压面积，m2 ； P 作用于试体的破坏荷重，kN 。 在水泥胶砂试体抗压强

6、度测试中，用抗折试验后的两个断块立即进行抗压试验，因此试体的受压面积 F = 0.040.0625 m2 ；三实验器材三实验器材1.胶砂搅拌机2.振实台 振实台应安装在高度约为400 mm的混凝土基座上。需防外部振动影响振动效果时，可在整个混凝土基座上放一层厚约5 mm天然橡胶弹性衬垫。新标准规定，若无振实台，也可以用振动台代替。3.试模 试模由三个水平的模槽组成（如图426），可同时成型三条截面为4040160 mm的棱形试体。4播料器和金属刮平尺 为控制料层厚度和刮平胶砂，应备有二个播料器和一金属刮平直尺。5抗折强度试验机 抗折强度试验机，抗折夹具的加荷与支撑圆柱直径均为100.1 mm，

7、两个支撑圆柱中心距为1000.2 mm。6抗压强度试验机 抗压强度试验机。在较大的五分四量程范围内使用时记录的荷载应有1%精度，并具有按2400 N/S200 N/S速率的加荷能力。7抗压夹具 夹具受压面积为 40 mm40 mm。夹具要保持清洁，球座应能转动以使其上压板能从一开始就适应试体的形状并在试验中保持不变 。 台秤台秤台秤台秤胶砂搅拌机胶砂搅拌机胶砂搅拌机胶砂搅拌机 抗压强度试验机抗压强度试验机抗压强度试验机抗压强度试验机折强度试验机折强度试验机折强度试验机折强度试验机 振实台振实台振实台振实台四试验条件及对材料的要求四试验条件及对材料的要求 1. 验室温度为202，相对湿度大于50

8、 %。 2. 养护箱温度为201，相对湿度大于90 %，养护水的温度为201。 3. ISO基准砂 砂的湿含量是在105110下用代表性砂样烘2h的质量损失来测定，以干基的质量百分数表示，应小于0.2 %。 4. 中国ISO标准砂完全符合表421颗粒分布和湿含量的规定。 5. 水泥 6. 水 表表表表42421 1 ISO ISO基准砂颗粒分布基准砂颗粒分布基准砂颗粒分布基准砂颗粒分布表表表表方孔边长（mm）累计筛余（%）2.01.61.00.50.160.08075335675875991五五. .试验步骤试验步骤 （一）试体成型（一）试体成型（一）试体成型（一）试体成型 1. 将试模擦净，

9、四周模板与底板接触面上应涂黄油，紧密装配，防止漏浆。内壁均匀刷一薄层机油。 2. 胶砂的质量配合比应为一份水泥，三份标准砂和半份水(水灰比为0.50)。一锅胶砂成三条试体，每锅材料需要量如表422。 3. 先使搅拌机处于待工作状态，然后再按以下的程序进行操作 表表表表422 422 每锅胶砂的材料质量每锅胶砂的材料质量每锅胶砂的材料质量每锅胶砂的材料质量(g)(g) 材料量水泥品种 水泥标准砂水硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥粉煤灰硅酸盐水泥复合硅酸盐水泥石灰石硅酸盐水泥4502135052251 把量好的水(精确1 ml )加入锅里，再加入称好的水泥(精确1 g )，把锅放在固定架上，

10、上升至固定位置。 然后立即开动搅拌机，低速搅拌30 S后，在第二个30 S开始的同时均匀地将砂子加入( 当各级砂是分装时，从最粗粒级开始，依次将所需的每级砂量加完 )。 把机器转至高速再拌30 S，停拌90 S，在第1个15 S内用一胶皮刮具将叶片和锅壁上的胶砂刮入锅中间，在高速下继续搅拌60 S。 各个搅拌阶段，时间误差应在1 S以内。 4. 胶砂制备后应立即进行成型。 预先将空试模和模套固定在振实台上，用一个适当勺子直接从搅拌锅里将胶砂分二层装入试模，装第一层时， 每个槽里约放300 g 胶砂， 用大播料器垂直架在模套顶部沿每个模槽来回一次将料层播平，再振实60次。再装入第二层胶砂，用小播

11、料器播平，再振实60次。 移走模套，从振实台上取下试模，用一金属直尺以近似90的角度架在试模模顶的一端，然后沿试模长度方向以横向锯割动作慢慢向另一端移动，一次将超过试模部分的胶砂刮去，并用一直尺以近乎水平的情况下将试体表面抹平。 最后在试模上标记。 5. 若使用代用设备振动台时，操作如下： 在搅拌胶砂的同时将试模和下料漏斗卡紧在振动台的中心。将搅拌好的全部胶砂均匀地装入下料漏斗中，开动振动台，胶砂通过漏斗流入试模。振动1205 S停车。振动完毕，取下试模，用刮平尺刮去其高出试模的胶砂并抹平（方法同上）。 最后在试模上标记。 （二）试体养护（二）试体养护（二）试体养护（二）试体养护 1. 1.

12、脱模前的养护脱模前的养护 将试模放入养护箱养护（温度将试模放入养护箱养护（温度202033，相对湿度大于，相对湿度大于90 %90 %）。一直）。一直养护到规定的脱模时间时取出脱模。脱模前，用防水墨汁或颜料笔对试养护到规定的脱模时间时取出脱模。脱模前，用防水墨汁或颜料笔对试体进行编号，对二个龄期以上的试体，在编号时应将同一试模中的三条体进行编号，对二个龄期以上的试体，在编号时应将同一试模中的三条试体分在二个以上龄期内。试体分在二个以上龄期内。 2 2脱模脱模 对于对于24 h24 h龄期的，应在破型试验前龄期的，应在破型试验前20 min20 min内脱模；对于内脱模；对于24 h24 h以上

13、龄期的，应在成型后以上龄期的，应在成型后2024 h2024 h之间脱模。脱模应小心，以免损伤之间脱模。脱模应小心，以免损伤试体。对于已确定作为试体。对于已确定作为24 h24 h龄期试验的已脱模试体，应用湿布覆盖至做龄期试验的已脱模试体，应用湿布覆盖至做试验时为止。试验时为止。 3. 3. 水中养护水中养护 将编号的试体立即水平放在将编号的试体立即水平放在202011水中养护，放置水中养护，放置时刮平面应朝上。试体之间间隔和试体上表面的水深不得小于时刮平面应朝上。试体之间间隔和试体上表面的水深不得小于5 mm5 mm。 注意：注意：注意：注意：试体放置的篦子不宜用木料制成；每个养护池只养护同

14、类型的试体放置的篦子不宜用木料制成；每个养护池只养护同类型的水泥试体；不允许在养护期间换水，水量不够时可加水至恒定水位。水泥试体；不允许在养护期间换水，水量不够时可加水至恒定水位。（三）强度试验（三）强度试验（三）强度试验（三）强度试验 1. 各龄期的试体必须按表423规定时间内进行强度试验。 2. 试体从水中取出后，在强度试验前应用湿布覆盖。 3. 抗折强度测定：将试体一个侧面放在抗折仪的支撑圆柱上，通过加荷圆柱以50 N/S10 N/S的速率均匀地将荷载垂直地加在棱柱体相对侧面上，直至折断。记录抗折强度值(记录至0.1 Mpa)。 4. 抗压强度测定：抗折试验后的二个断块应立即进行抗压试验

15、。半截棱柱体中心与压力机压板受压中心差应在0.5 mm内，整个加荷过程中应以2400 N/S200 N/S的速率均匀地加荷直至破坏。记录抗压强度值(记录至0.1 Mpa)。 表表表表423 423 各龄期强度测定时间规定各龄期强度测定时间规定各龄期强度测定时间规定各龄期强度测定时间规定龄 期时 间24 h48 h72 h7 d28 d24 h 15 min48 h 30 min72 h 45 min7 d 2 h28 d 8 h六六. .水泥强度的计算水泥强度的计算1. 抗折强度按（42-2）式计算，精确至0.1 MPa 。以一组三个棱柱体抗折结果的平均值作为试验结果。当三个强度值中有超出平均

16、值10 %时，应剔除后再取平均值作为抗折强度试验结果。2. 抗压强度按（42-3）式计算，精确至0.1 MPa 。以一组三个棱柱体上得到的六个抗压强度测定值的算术平均值为试验结果。如六个测定值中有一个超出六个平均值的10 %，就应剔除这个结果 ，而以剩下五个的平均数为结果。如果五个测定值中再有超过它们平均值10 %的，则此组结果作废，应重做这组试验。 .混凝土机械强度的测定混凝土机械强度的测定一目的意义一目的意义一目的意义一目的意义 混凝土的强度在使用中具有重要意义。混凝土强度包括抗压、抗拉、抗剪、抗弯以及握裹强度等。其中以抗压强度最大，抗拉强度最小。工程上混凝土主要承受压力，因此，本实验做混

17、凝土的抗压强度，检验混凝土强度等级、确定、校该配合比，并为控制施工质量提供依据。 本实验的目的：1. 学习混凝土强度的测试方法；以确定混凝土的等级。2. 分析影响混凝土强度测试结果的各种因素。 二实验原理二实验原理二实验原理二实验原理 混凝土受力破坏的过程，实际上是混凝土裂缝的发生及发展的过程。也就是混凝土内部结构从连续到不连续的演变过程。 混凝土是由水泥石及粗细骨料所组成的复合材料，它的力学性质取决于水泥石的性能、粗细骨料的性能、水泥石与骨料界面的粘结力以及水泥与骨料在混凝土内的相对体积含量。 凝土在浇注时，由于泌水作用，形成泌水通道和水囊，在混凝土干硬后会形成界面裂纹及空隙。 混凝土浇注且

18、硬化之后，由于水泥水化造成的化学收缩及物理收缩，引起水泥石体积变化，使骨料与水泥石界面产生分布不均匀的拉应力，当拉应力超过界面上的抗拉强度，在骨料与水泥石之间就会出现许多细微的裂纹。因此，硬化后的混凝土在未受外力作用之前，内部就存在初始应力和微细裂纹。 当混凝土承受单向应力荷载时，在粗骨料的上下端产生压应力，侧面产生拉应力。此外，水泥石的抗拉强度远低于抗压强度，所以在较低的压应力作用下，当其受拉区的应力超过界面抗拉强度时，就使界面裂缝逐渐扩展，最后导致试件破坏。 对相同质量的混凝土立方体试件来说，试件的尺寸越小，测得的强度越高，反之亦然。这是由于混凝土立方试块在压力机上受压时，沿荷载方向产生纵

19、向变形的同时，将发生横向变形。随着荷载逐渐加大，在试块上下表面与压力机压板的接触面上产生制止横向扩展的摩擦力（图42-11(a)的上图）。由于这种力的存在，对试块横向变形起到约束作用，从而提高试体的抗压强度值。 越接近试块的顶面，这种约束作用越大，在距离大约3/2a (a为试样的宽度) 的范围以外约束作用消失。试块破坏之后，其破坏特征如图-42-11(b)的上图所示，上下部分各有一个较为完整的锥体。这是由于约束作用的结果。通常称这种作用为“环箍效应”。对于大的试样，环箍效应作用较小。所以测得试样的抗压强度值较低。因此，我国国家标准规定采用150 mm150 mm150 mm 的立方体试件作为标

20、准试件。 试验时，在试块承压面和试验机压板间涂润滑剂（如石蜡），则其间的摩擦力减小，横向力消失，环箍效应将大大减小，使试块的强度值减低，试块将产生横向裂缝而破坏，如图-42-11(b)的下图所示。 (a) 立方体试体 (b) 试块破坏后的状态图图图图42-11 42-11 42-11 42-11 混凝土试件的破坏状态混凝土试件的破坏状态混凝土试件的破坏状态混凝土试件的破坏状态三实验器材三实验器材1试验机 混凝土立方体抗压强度试验所采用试验机的精确至少应为2 %，其量程应为能使试件的预期破坏荷载值不小于全量程的20 %，也不大于全量程的80 %。试验机上、下压板及试件之间可各垫以钢垫板，钢垫板的

21、两面承压面均应机械加工。与试件接触的压板或垫板的尺寸应大于试件的承压面，其不平度应为每100 mm不超过0.02 mm 。2试模：由铸铁或钢制成，应具有足够的刚度，并且拆装方便。3振动台、捣棒等。成型模具成型模具成型模具成型模具材料试验机材料试验机材料试验机材料试验机磅秤磅秤磅秤磅秤 四试件制作四试件制作 1.1.1.1.一般规定一般规定一般规定一般规定 (1):混凝土试件的尺寸应根据混凝土中集料的最大粒径按表424选定。 (2):混凝土力学性能试验应以三个试件为一组。 (3):每组试件所用拌合物取样、用以检验现浇混凝土工程或预制构件质量的试件取样，以及成型试件时，其材料的称量精确均与混凝土拌

22、合物坍落度相同。 表表表表424 424 混凝土立方试件尺寸选用表混凝土立方试件尺寸选用表混凝土立方试件尺寸选用表混凝土立方试件尺寸选用表试件尺寸(mm)集料最大粒径(mm)100100100301501501504020020020060 (4) 所有试件应在取样后立即制作，确定混凝土设计特征值、强度等级或进行材料性能研究时，试件成型方法应根据混凝土稠度而定。坍落度不大于70 mm的混凝土，宜用振动台振实；大于70 mm的宜用捣棒人工捣实。检验现浇混凝土工程和预制构件质量的混凝土，试件成型方法应与实际施工采用的方法相同。2.2.2.2.试件制作步骤试件制作步骤试件制作步骤试件制作步骤 (1)

23、 制作试件前应将试模擦净并在内壁涂上一层机油或其它脱模剂。 (2) 试件成型 a . 采用振动台成型：当采用振动台成型时，应先将混凝土拌合物一次装入试模，装料时应用抹刀沿试模内壁略加插捣并使混凝土拌合物高出试模上口。振动时应防止试模在振动台上自由跳动。振动应持续到混凝土表面出浆为止，刮除多余的混凝土，并用抹刀抹平。 b . 采用人工插捣成型：当采用人工插捣时，混凝土拌合物应分二层装入试模，每层装料厚度大致相等。插捣应按螺旋方向从边缘向中心均匀进行，插捣底层时，捣棒应达到试模表面，插捣上层时，捣棒应穿入下层深度为2030 mm，插捣时捣棒应保持垂直，不得倾斜。同时，还应用抹刀沿试模内壁插入数次。

24、每层的插捣次数应根据试件的截面而定，一般每100 cm2截面积不应少于12次，插捣完后，刮除多余的混凝土，并用抹刀抹平。 3.3.3.3.试件养护试件养护试件养护试件养护(1) 养护方法 根据试验目的不同，试件可用标准养护或与构件同条件养护。 a. 确定混凝土特征值、强度等级或进行材料性能研究时应采用标准养护；检验现浇混凝土工程或预制构件中混凝土强度时，试件应采用同条件养护。 b. 试件一般养护龄期为28天（由成型时算起）进行试验。但也可以按要求（如需确定拆模、起吊、施加预应力或承受施工荷载等时的力学性能）养护到所需的龄期。 (2)养护条件 a. 标准养护的试件：采用标准养护的试件成型后应覆盖

25、表面，以防止水分蒸发，并应在温度为205情况下静置一昼夜，然后编号拆模。拆模后的试件应立即放在温度为203，湿度为90 %以上的标准养护室中养护。在标准养护室内试件放在架上，彼此间隔为1020 mm，并应避免用水直接冲淋试件（ 当无标准养护室时，混凝土试件可在温度为203的不流动水中养护。水的pH值不应小于7 ）。 b. 同条件养护的试体：采用同条件养护的试体成型后应覆盖表面。试件的拆模时间可与实际构件的拆模时间相同，拆模后，试件仍需保持同条件养护。 试件从养护地点取出后，应尽快进行试验，以免试件内部的温湿度发生显著变化。试验步骤如下： 1 先将试件擦拭干净，测量尺寸，并检查其外观。试件尺寸测

26、量精确至1 mm，并据此计算试件的承压面积。 2 将试件安放在试验机的下压板上，试件的承压面与成型时的顶面垂直。试件的中心应与试验机下压板中心对准。开动试验机，当上压板与试件接近时，调整球座，使接触均衡。当试件接近破坏而开始迅速变形时，停止调整试验机油门，直至试件破坏，然后记录破坏荷载。 五试验步骤五试验步骤五试验步骤五试验步骤 混凝土立方体试件的轴心抗压强度按（42-3）式计算，精确至0.1 Mpa. 式中： R 混凝土立方体试件抗压强度（Mpa）; F 破坏荷载（KN）; A 试件承压面积（m2）。 以三个试件测值的算术平均值作为该组试件的抗压强度值。三个测值中的最大值或最小值中如有一个与

27、中间值的差值超过中间值的15 %时，则把最大及最小值一并舍除，取中间值作为该组试件的抗压强度值。如有两个测值与中间值的差均超过中间值的15 %，则该组试件的试验结果无效。 取150 mm150 mm150 mm试件的抗压强度为标准值，用其它尺寸试件测得的强度值均应乘以尺寸换算系数.六结果处理与评定六结果处理与评定六结果处理与评定六结果处理与评定. . 玻璃机械强度的测定玻璃机械强度的测定一目的意义一目的意义一目的意义一目的意义 玻璃是一种脆性材料，测定其能承受多大的外力而不破裂，可以预测玻璃的某种性能，分析玻璃内部存在缺陷的程度，为改进、提高玻璃制品的质量，开发玻璃新品种提供依据。在实际使用玻

28、璃材料时，在应用设计时应考虑外部作用力远小于机械强度的测定值，以确保人的安全或财物的安全。 测定玻璃强度的负荷形式，一般用弯曲、拉伸或压缩。本实验的目的： 1. 学习玻璃强度的弯曲、压缩测试方法； 2. 分析影响玻璃强度测试结果的各种因素。 : : : : 玻璃抗弯强度的测定玻璃抗弯强度的测定玻璃抗弯强度的测定玻璃抗弯强度的测定 . . 玻璃机械强度的测定玻璃机械强度的测定: : : : 玻璃抗压强度的测定玻璃抗压强度的测定玻璃抗压强度的测定玻璃抗压强度的测定 : : : : 玻璃抗弯强度的测定玻璃抗弯强度的测定玻璃抗弯强度的测定玻璃抗弯强度的测定 实验原理实验原理实验原理实验原理 在测定玻璃

29、强度的方法中，最容易进行分析的是两种方法，即将试样的张力负荷或压力负荷不断增加至试样断裂。将断裂时的负荷除以试样的横截面积就可得出抗张强度或抗压强度。但是，在做张力试验时，试样的两端不易夹紧，所以常常用抗弯（抗折）强度测定来代替。 普通无机玻璃具有由共价键构成的三维网状结构，所以玻璃在常温下是比较稳定的，具有较高硬度的材料。 然而，玻璃中还有一部分离子键，离子键与共价键的结合使玻璃呈现脆性。此外，在玻璃制造过程中，难免与固体接触而在表面产生微裂纹。在外部张应力的作用下，应力会在这些微裂纹的前端集中，使微裂纹成长、扩展而使玻璃断裂。所以，在大的张应力作用下，玻璃几乎不出现塑性变形，而是呈现脆性的

30、特征。因此，玻璃的抗张强度较低。玻璃的面积或直径越大，微裂纹存在的几率就越大，玻璃的强度就越低。 玻璃断裂之后，在玻璃的断面可以看到一个光滑面（镜面），这是玻璃断裂的起点。当断裂面以较大的速度扩大时，表面就变得粗糙了，研究玻璃的断裂面，可以解释玻璃的断裂机理、推断玻璃的断裂状况。 图图图图424213 13 平板玻璃断面上光滑面、平板玻璃断面上光滑面、平板玻璃断面上光滑面、平板玻璃断面上光滑面、 细纹、粗纹及断裂交叉面区细纹、粗纹及断裂交叉面区细纹、粗纹及断裂交叉面区细纹、粗纹及断裂交叉面区 玻璃的抗弯强度可采用简支梁法进行测定。按照定义，材料的抗弯强度应指纯弯曲下的强度。但是，如果使用“三点

31、式”对厚度较小的平板玻璃试样进行测量（如图42- 14（a）所示），就会存在剪应力而影响试验结果。为了解决这个问题，可采用“四点式”（如图42-14（b）所示）进行测量。用这种方法测定时，试样受力的中间部分为纯弯曲，无剪力的影响。 采用“四点式”时，将平板试样放在两支点上，以“二点载荷”方式在两支点间的试样上施加集中载荷，使试样变形直至破裂。在这种情况下，玻璃的抗弯强度按如下公式计算：Sp = L P / b h Sp = L P / b h Sp = L P / b h Sp = L P / b h 2 2 2 2 （424242424 4 4 4）式中 Sp 平板玻璃试样的弯曲强度，Mpa

32、； L 力矩臂或相邻支点和负荷边缘之间的距离，mm； P 作用于试体的破坏荷重，N ； b 试样宽度，mm； h 试样厚度(高度)，mm； 试样夹具试样夹具试样夹具试样夹具 试样夹具是一个辅助压具。对于矩形断面的试样，活动半径约3 mm的圆柱形的支承边用来承载试样和施加负载，如图42-15A所示。它由钢材制造，并淬火到足以防止负荷过量时变形。 对于圆形或椭圆形的试验，其支承边示意于图42-15B之中。 图图图图42- 14 42- 14 抗弯强度实验受力分析抗弯强度实验受力分析抗弯强度实验受力分析抗弯强度实验受力分析(a)2等分点（1点荷重） (b)3等分点（2点荷重）图图图图42-15 42

33、-15 试样夹具试样夹具试样夹具试样夹具 试样的制备试样的制备试样的制备试样的制备 1.1.1.1.平板玻璃试样的制备平板玻璃试样的制备平板玻璃试样的制备平板玻璃试样的制备（1 1） 试样尺寸试样尺寸 试样长约试样长约250 mm250 mm，宽，宽38.138.13.2 mm3.2 mm，其宽度或厚度的尺寸变化不应，其宽度或厚度的尺寸变化不应超过本身的超过本身的25 % 25 % 。（2 2） 试样数量试样数量 一次测试需要一次测试需要3030块以上的玻璃试样。块以上的玻璃试样。（3 3）试样切裁）试样切裁 用玻璃切割工具，先按板材的纵向，将两条原边切去，弃之不用。用玻璃切割工具，先按板材的

34、纵向，将两条原边切去，弃之不用。然后，以试样长度为宽，按板材的纵向切取两长条，再按试样宽度的要然后，以试样长度为宽，按板材的纵向切取两长条，再按试样宽度的要求，从长条上切取玻璃试块。在切取两长条后余下待的试验板材上，以求，从长条上切取玻璃试块。在切取两长条后余下待的试验板材上，以与上述试样垂直的方向切取试样，其数量与上相同。与上述试样垂直的方向切取试样，其数量与上相同。 （4 4） 试样质量的检查试样质量的检查 检查试样，把有缺陷的试样丢弃。此外，至少要对检查试样，把有缺陷的试样丢弃。此外，至少要对30 %30 %的试样进行的试样进行退火后残余应力的检查。其中心拉应力不得大于退火后残余应力的检

35、查。其中心拉应力不得大于1.381.38 Mpa Mpa，表面压应力，表面压应力不得大于不得大于2.762.76 Mpa Mpa；若试样中有不合符要求的，余下的试样也要进行检；若试样中有不合符要求的，余下的试样也要进行检查，把不合符规定的试样去掉不用。查，把不合符规定的试样去掉不用。2.2.2.2.棒形玻璃试样的制备棒形玻璃试样的制备棒形玻璃试样的制备棒形玻璃试样的制备 棒状试样可用拉制、取芯钻孔或无心研磨等方法制成。试样的长度要比支距至少长出12.7 mm，直径可以任意，但最小为4.8 mm。长与直径之比应大于10 ：1。 一次测试需要30根以上的玻璃试样。 检查棒状试样，把有缺陷的试样丢弃

36、。至少对30 %的试样进行退火后残余应力的检查。其中心轴的表观拉应力不得大于0.92 Mpa，表面压应力，轴向观察不得大于2.76 Mpa。 试验程序试验程序试验程序试验程序 1将试样夹具放在压机的下压缩表面。支承边的间隔为200 mm，与负载边的中心位置相隔100 mm。 2抽出一批试样中的6个，将玻璃试体仔细地放到试样夹具中。先估算一个断裂强度，试样的初负荷产生的最大应力不得大于断裂强度的25 %。并以估算断裂强度其值的1.10.2 Mpa /s算出加荷速度。为防止碎片飞溅，可用塑料或其他低弹性模量的胶布覆盖在试样的加压面上。然后开动压机，以此为恒速度对试样加荷载直至试样断裂。取其平均结果

37、用来校正估计值。 3以求出的平均断裂强度及加荷速度，对每块试样进行测定。将试验结果记入下列表格中，以便计算。 试样号试样尺寸力矩臂 a(mm)断裂负荷 L(Mpa)载荷时间t(s)负荷的增加速度L/t（Mpa /s） 备 注 宽度 b(mm)厚度 d(mm)123实验记录表实验记录表实验记录表实验记录表 结果计算结果计算结果计算结果计算1矩形断面试样的计算 矩形断面试样的弯曲强度按（424）式进行计算。每个试样的测量结果算出之后，求出平均值及标准偏差。2.圆形断面试样的计算 圆形断面试样的弯曲强度由下式进行计算：Sy Sy Sy Sy = 5.09 L a / b d = 5.09 L a /

38、 b d = 5.09 L a / b d = 5.09 L a / b d 2 2 2 2 （42 42 42 42 5 5 5 5）式中 S y 圆形断面的弯曲强度，Mpa； L 力矩臂或相邻支点和负荷边缘之间的距离，mm； a 作用于试体的破坏荷重，N ； b 试样宽度，mm； d 试样的直径，mm； 每个试样的测量结果算出之后，求出平均值及标准偏差。 测试报告测试报告测试报告测试报告 在试验报告中要说明试样制备方法、试样形状与尺寸、是否经特殊处理、检验方法、检验环境、试样最大应力增加速度、一组试样的弯曲强度平均值及标准差等。 玻璃抗压强度的测定玻璃抗压强度的测定玻璃抗压强度的测定玻璃抗

39、压强度的测定 实验原理实验原理实验原理实验原理 玻璃的抗压强度一般都采用轴心受压的形式。普通无机玻璃在玻璃制造过程中难免与固体接触而在表面产生的微裂纹。在外部压应力的作用下，应力会使这些微裂纹收缩（闭合）。所以，玻璃的抗压强度比抗张强度高得多。 辅助压具辅助压具辅助压具辅助压具 抗压试验用的辅助压具抗压试验用的辅助压具抗压试验用的辅助压具抗压试验用的辅助压具如图如图如图如图42-1642-1642-1642-16所示，它是一个球所示，它是一个球所示，它是一个球所示，它是一个球形的托柱形的托柱形的托柱形的托柱1 1 1 1。使用它可使玻璃。使用它可使玻璃。使用它可使玻璃。使用它可使玻璃试样试样试

40、样试样2 2 2 2对准压机的压缩表面，对准压机的压缩表面，对准压机的压缩表面，对准压机的压缩表面，以保证压机的压力均匀、垂直以保证压机的压力均匀、垂直以保证压机的压力均匀、垂直以保证压机的压力均匀、垂直地作用与玻璃试样的表面。地作用与玻璃试样的表面。地作用与玻璃试样的表面。地作用与玻璃试样的表面。 图图图图42-16 42-16 辅助压辅助压辅助压辅助压具具具具 试样的制备试样的制备试样的制备试样的制备 1 1 1 1挑选无缺陷的玻璃为待测试样，将其切成挑选无缺陷的玻璃为待测试样，将其切成挑选无缺陷的玻璃为待测试样，将其切成挑选无缺陷的玻璃为待测试样，将其切成4 4 4 45 mm5 mm5

41、 mm5 mm的立方体。有时也采用高与直径为的立方体。有时也采用高与直径为的立方体。有时也采用高与直径为的立方体。有时也采用高与直径为5 mm 5 mm 5 mm 5 mm 的圆柱的圆柱的圆柱的圆柱体；或厚体；或厚体；或厚体；或厚2 2 2 23 mm3 mm3 mm3 mm，每边长为，每边长为，每边长为，每边长为4 mm4 mm4 mm4 mm的正方形薄片做试的正方形薄片做试的正方形薄片做试的正方形薄片做试体。体。体。体。 2 2 2 2试样要很好的退火，并精细磨光，使之具有试样要很好的退火，并精细磨光，使之具有试样要很好的退火，并精细磨光，使之具有试样要很好的退火，并精细磨光，使之具有严格

42、平行的表面。严格平行的表面。严格平行的表面。严格平行的表面。 3 3 3 3同类试样不应少于同类试样不应少于同类试样不应少于同类试样不应少于10101010个。个。个。个。 试验程序试验程序 将辅助压具放在压机的下压缩表面，将玻璃试体放在辅助压具上，将辅助压具放在压机的下压缩表面，将玻璃试体放在辅助压具上，仔细调整水平，使玻璃试样的上表面与压机的上压缩表面良好接触。仔细调整水平，使玻璃试样的上表面与压机的上压缩表面良好接触。 开动压机，对玻璃试样匀速加荷，应力速度在开动压机，对玻璃试样匀速加荷，应力速度在0.980.982.94 2.94 MpaMpa的的范围内。范围内。 结果计算结果计算 抗

43、压强度的计算公式如下：抗压强度的计算公式如下：P = 9.8 P = 9.8 P = 9.8 P = 9.8 10 10 10 10 2 2 2 2 F / S F / S F / S F / S （424242426 6 6 6）式中 P 抗压强度，Mpa； F 破坏荷载，N； S 试体的横截断面积，cm2 ； 抗压强度的测定结果误差较大，如在抗压强度的测定结果误差较大，如在15 % 15 % 的范围之内，则可认为的范围之内，则可认为结果是合格的结果是合格的。 测试报告测试报告 在试验报告中要说明： 试样制备方法 试样形状与尺寸 试体的横截面积、 断裂负荷、 一组试样的抗压强度、相对误差等。

44、 . . 陶瓷机械强度的测定陶瓷机械强度的测定 一：目的意义一：目的意义一：目的意义一：目的意义 陶瓷是一种脆性材料，在检选、加工、搬运和使陶瓷是一种脆性材料，在检选、加工、搬运和使陶瓷是一种脆性材料，在检选、加工、搬运和使陶瓷是一种脆性材料，在检选、加工、搬运和使用的过程中容易破损。因此，测定陶瓷的机械强度对陶用的过程中容易破损。因此，测定陶瓷的机械强度对陶用的过程中容易破损。因此，测定陶瓷的机械强度对陶用的过程中容易破损。因此，测定陶瓷的机械强度对陶瓷材料的科学研究、生产质量控制及使用都有重要的意瓷材料的科学研究、生产质量控制及使用都有重要的意瓷材料的科学研究、生产质量控制及使用都有重要的

45、意瓷材料的科学研究、生产质量控制及使用都有重要的意义。测定陶瓷强度的负荷形式，一般用弯曲、拉伸或压义。测定陶瓷强度的负荷形式，一般用弯曲、拉伸或压义。测定陶瓷强度的负荷形式，一般用弯曲、拉伸或压义。测定陶瓷强度的负荷形式，一般用弯曲、拉伸或压缩。本实验的目的：缩。本实验的目的：缩。本实验的目的：缩。本实验的目的： 1. 1. 1. 1. 了解影响陶瓷材料机械强度的各种因素。了解影响陶瓷材料机械强度的各种因素。了解影响陶瓷材料机械强度的各种因素。了解影响陶瓷材料机械强度的各种因素。 2. 2. 2. 2. 掌握陶瓷强度的测试原理与测试方法；掌握陶瓷强度的测试原理与测试方法；掌握陶瓷强度的测试原理

46、与测试方法；掌握陶瓷强度的测试原理与测试方法； ：陶瓷抗张强度的测定陶瓷抗张强度的测定陶瓷抗张强度的测定陶瓷抗张强度的测定 ：陶瓷抗压强度的测定陶瓷抗压强度的测定陶瓷抗压强度的测定陶瓷抗压强度的测定 . . . . 陶瓷机械强度的测定陶瓷机械强度的测定陶瓷机械强度的测定陶瓷机械强度的测定二实验器材二实验器材1. 材料试验机，要求荷载50100 KN吨，本试验采用WE-100型液压式万能试验机，最大试验力100 KN。如“实验六”中的图6-7所示。2. 磨片机3. 游标卡尺。 陶瓷抗张强度的测定陶瓷抗张强度的测定 实验原理实验原理 陶瓷材料中含有结晶颗粒、玻璃相及气孔，这使陶瓷结构中存在许多缺陷

47、。特别是组成陶瓷材料的主要晶体和玻璃相多是脆性的的，因此，陶瓷在室温下呈现脆性，在外力的作用下会突然断裂。 测定陶瓷材料抗张强度有弯曲法、直接法和径向压缩法等多种方法。 弯曲法利用杆件试样做弯曲实验，可以求得抗张强度值，但这种方法有缺陷，常因施加的应力分布不均匀，使测定值偏高；直接法将试验制成“8”字形或“哑铃”形，对试样直接施加拉伸负荷。但是，陶瓷是脆性材料，应变小，只要试样的负荷中心线有偏差，就会受到剪应力和弯应力的影响，使测定结果偏低。径向压缩法则是比较先进和科学的方法。 t = 2 P /D L t = 2 P /D L t = 2 P /D L t = 2 P /D L （42424

48、242 7 7 7 7） 根据弹性理论，如在陶瓷圆柱体试样的径向平面沿着试样长度L施加两个方向相反，均匀分布的集中载荷P，在承受载荷的径向平面上，将产生与该平面相垂直的左右分离的均匀拉伸应力。当这种应力逐渐增加到一定程度时，试样就沿径向平面劈裂破坏。这是径向压缩引起拉伸的基本原理。用这种方法测定时，试样的抗张强度按下式计算：式中 t 试样的抗张强度，N / m2 或Kgf/cm2 ； P 试样破坏时的压力值，N 或K g f ； D 圆柱体试样的直径，m 或cm ； L 圆柱体试样的长度，m 或cm 。（a a） 试样受力分析试样受力分析试样受力分析试样受力分析 ( (b) b) 沿中心线各点

49、的应力状态沿中心线各点的应力状态沿中心线各点的应力状态沿中心线各点的应力状态图图图图42-17 42-17 径向压缩试验法原理径向压缩试验法原理径向压缩试验法原理径向压缩试验法原理 试样夹具试样夹具 试样夹具是一个辅助压具。是两个相互平行的板，它由钢材制造，并淬火到足以防止负荷过量时变形。 试样的制备试样的制备试样的制备试样的制备 1按生产工艺条件制备直径（D）为202 mm，长度（L）为202 mm的规整圆柱体试样1015件。试样不允许有轴向变形。 2将试样清洗干净，剔除有明显缺陷和有圆度误差的试样，干燥后待用。 测试步骤测试步骤测试步骤测试步骤 1按试验机的操作规程，选择量程，调校仪器。将

50、两压板效验平行。如加压板出现不平整时，应加工使之平整。 2将试样横放在加压板正中，两中心线与加压板之间垫衬厚为1 mm 的马粪纸。 3以4102 N/sec（即40 kgf/sec）的速度均匀加载，准确读取并记录试验破坏时的压力值。 结果记录与计算结果记录与计算结果记录与计算结果记录与计算1 1测定记录测定记录将有关的测试数据记入下表中。2结果计算试样的抗张强度按（42 7）进行计算。在计算中，各种数据按修约规则处理。舍弃异常数据。以5个试样的平均值为抗张强度的最终结果。 试样名称测定人测定日期试样处理试样编号DL( cm cm m m )最大压力测值( N 或K g f )( N / m2

51、或K g f / cm2 )舍弃情况最终测定结果123陶瓷材料抗张强度测定记录表陶瓷材料抗张强度测定记录表陶瓷材料抗张强度测定记录表陶瓷材料抗张强度测定记录表 陶瓷抗压强度的测定陶瓷抗压强度的测定 本实验为日用陶瓷材料烧结试样在常温下抗压强度的测定。 实验原理实验原理实验原理实验原理 陶瓷抗压强度的测定一般采用轴心受压的形式。陶瓷材料的破裂往往从表面开始，因此试样大小和形状对测量结果有较大的影响。试样的尺寸增大，存在缺陷的几率也增大，测得的抗压强度值偏低。因此，试样的尺寸应当小一点，以降低缺陷的几率，减少“环箍效应”对测试结果的影响。 试验证明，圆柱体试样的抗压强度略高于立方体的试样的抗压强度

52、。这是因为，在制取试样时，圆柱体试样的一致性优于立方体。圆柱体的内部应力较立方体均匀。在对试样施加压力时，圆柱体受压方向确定；而立方体受压方向难于统一确定，不同方向的抗压强度有差异。 此外，试样的高度与抗压强度有关，抗压强度随试样高度的降低而提高。因此，采用径高比为1：1的圆柱体试样比较合适。 试样夹具试样夹具试样夹具试样夹具 试样夹具是一个辅助压具。是两个相互平行的板，它由钢材制造，并淬火到足以防止负荷过量时变形。 试样的制备试样的制备试样的制备试样的制备 1按生产工艺条件制备直径（D）为202 mm，高度（H）为202 mm的规整样10件。试样上下两面在磨片机上用100号金刚砂磨料磨平整，

53、试样上下两面的不平行度小于0.010 mm/cm.，试样中心线与底面的不垂直读小于0.020 mm/cm； 2将试样清洗干净，剔除有可见缺陷的试样，干燥后待用。 测试步骤测试步骤测试步骤测试步骤 1按试验机的操作规程，选择量程，调校仪器。将两压板效验平行。如加压板出现不平整时，应加工使之平整。 2将试样放在加压板正中，上下两面垫衬厚为1 mm 的马粪纸。以2102 N/sec（即20 kgf/sec）的速度均匀加载，准确读取试样一次性破坏（即压力计指针均匀连续移动，不因试样出现中间破裂而停顿）时的压力值，否则不予记录。 结果记录与计算结果记录与计算结果记录与计算结果记录与计算1测定记录 将有关

54、的测试数据记入下表中。2结果计算t = P / A t = P / A t = P / A t = P / A （42-842-842-842-8） 式中 t t 试样的抗压张强度，试样的抗压张强度，N/mN/m2 2 或或KgfKgf/cm/cm2 2 ； P P 试样破坏时的压力值，试样破坏时的压力值，N N 或或K g f K g f ； A A 试样受压面积，试样受压面积，m m2 2 或或cmcm2 2 ； 在计算中，各种数据按修约规则处理。舍弃异常数据。以5个试样的平均值为抗压张强度的最终结果。 六：思考题六：思考题六：思考题六：思考题1.影响水泥胶砂强度的因素有哪些？如何提高水泥

55、的胶砂强度 ？2.在水泥胶砂强度试验过程中，下列情况对测试结果有何影响 ？试体尺寸偏大 试体尺寸偏小 加荷速率偏大 加荷速率偏小 试模涂油不均 在试体成型过程中，搅拌叶片和锅没有用湿布擦湿。 标准砂粒度偏大。3.影响混凝土强度的主要因素有哪些？可采取哪些措施提高混凝土的强度 ？4. 测定陶瓷抗折强度有何实际意义 ？5. 影响陶瓷抗张折强度测定结果的因素（从结构和工艺方面分析）是什么 ？6. 为什么陶瓷的张力直接测定结果总是偏低 ？7. 影响陶瓷抗压强度测定的因素是什么 ？8. 从陶瓷抗压强度极限的测定中，我们得到什么启示 ？ 9. 玻璃的抗张强度比金属材料、高分子材料小，为什么 ？10.玻璃受

56、力破裂时，为什么会形成镜面 ？ 1.李业兰编，建筑材料，中国建筑工业出版社，1995年11月（第1版）。2.高琼英主编，建筑材料，武汉工业大学出版社，1992年10月（第2版）。3.GB/T 176711999 水泥胶砂强度检验方法（ISO法）。4.JC/T 6811997 行星式水泥胶砂搅拌机。主要参考文献主要参考文献5. JC/T 6821997 水泥胶砂试体成型振实台。6. 姜玉英，水泥工艺实验，武汉工业大学出版社，1992 年8月第1版。7. GBJ 81-85 普通混凝土力学性能试验方法。8. GBJ 107-87 混凝土强度检验评定标准。9. 南京玻璃纤维研究设计院，玻璃测试技术，中国建筑 工业出版社，1987年6月（第一版），170185。10. ASTM C158