土木工程材料课后习题及答案

土木工程材料习题集与参考答案

第一章 土木工程材料的基本性质

1. 试述材料成分、结构和构造对材料性质的影响?

参考答案:

材料的成分对性质的影响:材料的组成及其相对含量的变化,不仅会影响材料的化学性质,还会影响材料的物理力学性质。材料的成分不同,其物理力学性质有明显的差异。值得注意的是,材料中某些成分的改变,可能会对某项性质引起较大的改变,而对其他性质的影响不明显。

材料的结构对性质的影响:材料的结构是决定材料物理性能的重要因素。可分为微观结构和细观结构。材料在微观结构上的差异影响到材料的强度、硬度、熔点、变形、导热性等性质,可以说材料的微观结构决定着材料的物理力学性能。

材料的构造对性质的影响:材料的构造主要是指材料的孔隙和相同或不同材料间的搭配。不同材料适当搭配形成的复合材料,其综合性能优于各个单一材料。材料的内部孔隙会影响材料的强度、导热性、水渗透性、抗冻性等。

总之,材料的组成、结构与构造决定了材料的性质。材料的组成、结构与构造的变化带来了材料

世界的千变万化。

2.试述材料密度、表观密度、孔隙率的定义、测定方法及相互关系。密度与视密度的区别何在? 参考答案:

密度ρ:是指材料在密实状态下单位体积的质量。测定方法:将材料磨细成粒径小于0.25mm 的粉末,再用排液法测得其密实体积。用此法得到的密度又称“真密度”。

表观密度0ρ:是指材料在自然状态下单位体积的质量。测定方法:对于外形规则的块体材料,测其外观尺寸就可得到自然体积。对于外观不规则的块体材料,将其加工成规则的块体再测其外观尺寸,或者采用蜡封排液法。

孔隙率P :材料中的孔隙体积与总体积的百分比。

相互关系:

%10010????

? ??-=ρρP

密度与视密度区别:某些散粒材料比较密实,其内部仅含少量微小、封闭的孔隙,从工程使用角度来说,不需磨细也可用排液法测其近似的密实体积,这样测得的密度称为“视密度”。

3.孔隙率及孔隙特征对材料的表观密度、强度、吸水性、抗渗性、抗冻性、导热性等性质有何影响? 参考答案:

对表观密度的影响:材料孔隙率大,在相同体积下,它的表观密度就小。而且材料的孔隙在自然状态下可能含水,随着含水量的不同,材料的质量和体积均会发生变化,则表观密度会发生变化。 对强度的影响:孔隙减小了材料承受荷载的有效面积,降低了材料的强度,且应力在孔隙处的分布会发生变化,如:孔隙处的应力集中。

对吸水性的影响:开口大孔,水容易进入但是难以充满;封闭分散的孔隙,水无法进入。当孔隙率大,且孔隙多为开口、细小、连通时,材料吸水多。

对抗渗性的影响:材料的孔隙率大且孔隙尺寸大,并连通开口时,材料具有较高的渗透性;如果孔隙率小,孔隙封闭不连通,则材料不易被水渗透。

对抗冻性的影响:连通的孔隙多,孔隙容易被水充满时,抗冻性差。

对导热性的影响:如果材料内微小、封闭、均匀分布的孔隙多,则导热系数就小,导热性差,保温隔热性能就好。如果材料内孔隙较大,其内空气会发生对流,则导热系数就大,导热性好。

4.材料的耐水性、吸水性、吸湿性、抗冻性、导热性、热容、抗渗性的含义是什么?

参考答案:

耐水性: 材料抵抗水破坏作用的能力称为耐水性,即材料经水浸泡后,不发生破坏,同时强度也不显著降低的性质。指标:软化系数

吸水性:材料与水接触时其毛细管会吸收水分的性质。指标:吸水率

吸湿性:材料在潮湿空气中吸收水分的性质。指标:平衡含水率

抗冻性:材料在吸水饱和状态下,能经受多次冻融循环作用而不被破坏,强度也不严重降低的性质。指标:抗冻等级,其划分取决于材料在一定条件下经受冻融而不被破坏的次数。

导热性:当材料两面存在温度差时,热量会从温度较高的一面传导到温度较低的一面的性质。指标:

导热系数

热容:某块材料在温度升降1K 时所放出或吸收的热量。

指标:C (热容)=c (比热容)?m(材料质量)

抗渗性:材料抵抗压力水或液体渗透的性质。指标:渗透系数

5.材料的导热系数、比热容和热容与建筑物的使用功能有什么关系?

参考答案:材料的导热系数小,建筑物的保温隔热性能就好。如果建筑物围护结构的热容越大,则在气温变化较大时,能较好地保持室内温度。

6.试述材料的弹性、朔性、脆性和弹性磨量的意义?

参考答案:

弹性:当撤去外力或外力恢复到原状态,材料能够完全恢复原来形状的性质。

塑性:当撤去外力或外力恢复到原状态,材料仍保持变形后的形状和尺寸,并不产生裂缝的性质。

脆性:是材料在外力作用下不产生明显变形而突然发生破坏的一种性能。

弹性模量:晶体材料如金属材料表现为线弹性,一些非晶体材料如玻璃等也表现为线弹性,其应力与

应变之比为常数,比值称为弹性模量,它是衡量材料抵抗外力使其变形能力的一个指标。

7.影响材料强度试验结果的因素有哪些?强度与强度等级是否不同,试举例说明。

参考答案:

试验条件对材料强度试验结果有较大的影响,其中主要有试件的形状和尺寸、试验机的加载速度、试验时的温度和湿度,以及材料本身的含水状态等。

强度与强度等级不一样。强度是一个具体值,而强度等级是一个等级范围。如:混凝土的强度等级为

C30,那么属于C30强度等级的混凝土的实际强度值有可能是30MPa 或与30MPa 接近的强度值。

8.某地红砂岩,已按规定将其磨细,过筛。烘干后称取50g ,用李氏瓶测得其体积为18.9cm3。另有卵石经过清洗烘干后称取1000g ,将其浸水饱和后用布擦干。又用广口瓶盛满水,连盖称得其质量为790g ,然后将卵石装入,再连盖称得其质量为1409g ,水温为25℃,求红砂岩及卵石的密度或视密度,并注明哪个是密度或视密度。

参考答案:

红砂岩的密度:

)/(646.29.1850

3

cm g ==ρ 卵石的视密度:

)(3811

1409

10007903cm V =-+= )/(625.23811000

3cm g ==ρ

9.某多孔材料的密度为2.59g/cm3。取一块称得其干燥时质量为873g ,同时量得体积为480cm3。浸水饱和后取出擦干表面水分称得质量为972g 。求其质量吸水率、闭口孔隙率及开口孔隙率。

参考答案:

质量吸水率:

%34.11%100873873972%1001=?-=?-=

m m m β

密实体积:)

(0.33759.2873

3cm V ==

孔隙体积:)(1433374803cm =- 开口孔隙体积:)(998739723cm =-

闭口孔隙体积:)

(44991433cm =- 开口孔隙率:%6.20%100480

99=? 闭口孔隙率:%17.9%10048044=?

第二章 无机胶凝材料

1、什么是气硬性胶凝材料?什么是水硬性胶凝材料?

参考答案:气硬性胶凝材料只能在空气中硬化,并且只能在空气中保持或发展其强度,如石膏、石灰等;水硬性胶凝材料则不仅能在空气中而且能更好地在水中硬化,保持并发展其强度,如水泥。

2、为什么说石膏是有发展前途的建材?

参考答案:石膏的主要优点是原料丰富、生产能耗低、不污染环境等,作为一种绿色建材已大量用于室内的空间分隔和装饰;建筑石膏硬化时体积略有膨胀,这一性能使得石膏制品表明光滑细腻线条清晰,具有很好的装饰艺术效果;建筑石膏还具有隔热、保温、不燃、不蛀、隔声、可锯、可钉、污染小等良好性能,所以石膏是很有发展前途的建材。

3、石膏制品有哪些?

参考答案:建筑石膏制品的种类较多,主要有:纸面石膏板、空心石膏条板、纤维石膏板、石膏砌块

和装饰石膏制品等。

4、过火石灰、欠火石灰对石灰性能有什么影响?如何消除?

参考答案:欠火石灰的产浆量较低,质量较差;欠火石灰的密度较大,表面常被黏土杂质溶化时所形成的玻璃釉状物包覆,因而消解很慢,在工程中过火石灰颗粒往往会在正常石灰硬化后继续吸湿消解而发生体积膨胀,降低石灰品质,影响工程质量。消除方法有:将石灰经陈伏处理后再使用于工程,控制煅烧温度在1000℃~1200℃之间,岩块尺寸不宜过大。

5、水玻璃的模数、浓度与性能有何关系?

参考答案:水玻璃中氧化硅和氧化钠的分子数比称为水玻璃的模数,模数愈大,水玻璃的黏度和粘结

力愈大,也愈难溶解于水;同一模数水玻璃溶液浓度越高,则粘结力也越大。

6、水玻璃的硬化有何特点?

参考答案:水玻璃能与空气中的二氧化碳反应生产无定形的硅酸凝胶,随着水分的挥发干燥,无定形硅酸脱水转变成二氧化硅而硬化。由于空气中二氧化碳较少,反应进行很慢,因此水玻璃在实际使用时常加入促硬剂以加速硬化。

7、为什么菱苦土在使用时不能单独用水拌和?

参考答案:菱苦土是以天然菱镁矿(主要成分为碳酸镁)为主要原料,经煅烧后磨细而得到的以氧化镁为主要成分的白色或浅黄色粉末,当其单独与水拌和时会生产不溶于水的氢氧化镁,而且氧化镁也不溶于水,一般常用氯化镁(MgCl2·6H2O)水溶液作为调和剂,掺量为菱苦土的50%~60%,生成一种易溶于水的氧氯化镁复盐(xMgO·y MgCl2·8H2O)和氢氧化镁。

8、判断石膏、石灰、水玻璃与镁氧水泥是气硬性胶凝材料的理由是什么?

参考答案:石膏、石灰、水玻璃与镁氧水泥的硬化过程只能在空气中完成,并且也只能在空气中保持或发展其强度。

9、生产硅酸盐水泥的主要原料有哪些?

参考答案:主要原料有:石灰质原料(如石灰石)、黏土质原料(如黏土、页岩)、少量铁粉、适量石膏。

10、生产硅酸盐水泥为什么要掺入适量石膏?

参考答案:水泥熟料中的硅酸三钙与水反应十分迅速,使得水泥熟料加水后迅速凝结,导致来不及施工。所以为调节水泥的凝结时间,通常在水泥中加入适量石膏,这样,水泥加水后石膏迅速溶解与水化铝酸钙发生反应,生产针状的晶体(3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O,又称为钙钒石)沉积在水泥颗粒表面形成保护膜,延缓了水泥凝结时间。

11、试述硅酸盐水泥的主要矿物成分及其对水泥性能的影响?

参考答案:硅酸盐水泥熟料中,C3A的水化和凝结硬化速度最快,但水化铝酸钙的强度不高;C3S和C4AF的水化速度较快,凝结硬化速率也较快,C3S的水化产物强度高,C4AF的水化产物强度不高;C2S 水化反应速度最慢,凝结硬化速率也慢,强度早期低,后期高。

12、硅酸盐水泥的主要水化产物有哪几种?水泥石的结构如何?

参考答案:主要水化产物是:水化硅酸钙和水化铁酸钙凝胶、氢氧化钙、水化铝酸钙和水化硫铝酸钙晶体。水泥石主要由固体(水泥水化产物及未水化的残存水泥内核)和孔隙组成。凝胶是由尺寸很小的凝胶微粒与位于胶粒之间的凝胶孔组成,胶粒的比表面积大,可强烈地吸附一部分水分,此水分与填充胶孔的水分称为凝胶水;毛细孔中的水分称为毛细水,毛细水的结合力较弱,脱水温度较低,脱水后形成毛细孔。

13、试述水泥细度对水泥性质的影响?怎样检验?

参考答案:水泥细度直接影响到水泥的水化和凝结硬化。水泥颗粒越细,比表面积越大,则使水泥熟料的化学活性发挥得越快,表现为水泥的水化反应速度快,凝结硬化也快,但过细的水泥不宜久存,硬化时收缩比较大。细度的检验方法通常用筛分法或比表面积法来测定,筛分法以80um方孔筛的筛余量表示,比表面积法以1kg质量材料所具有的总表面积(m2/kg)来表示。

14、造成硅酸盐水泥体积安定性不良的原因有哪几种?怎样检验?

参考答案:造成水泥体积安定性不良,一般是由熟料中所含游离氧化钙游离氧化镁过多或掺入石膏过多等原因所造成。国家标准规定,由游离的氧化钙过多引起的水泥体积安定性不良可用雷氏法或试饼法检验。试饼法是用标准稠度的水泥净浆做成试饼,经恒沸3小时后用肉眼观察未发现裂纹,用直尺检验没有弯曲;雷氏法是用雷氏夹中的水泥浆经沸煮三小时后的膨胀值。

15、试述硅酸盐水泥的强度发展规律及影响因素?

参考答案:强度发展规律为:水泥的水化和凝结硬化从颗粒表面深入到内部是有一个时间过程的,水化速度开始比较快,强度发展也比较快,以后逐渐减慢。不同水泥的强度发展不完全相同,掺较多活性混合材料的硅酸盐水泥早期强度比较低,后期增进率高。

16、在下列工程中选择适宜的水泥品种:

(1)现浇混凝土梁、板、柱冬季施工:硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥;

(2)高层建筑基础底板(具有大体积混凝土和抗渗要求):矿渣水泥和粉煤灰水泥;

(3)南方受海水侵蚀的钢筋混凝土工程:矿渣水泥和火山灰水泥;

(4)高炉炼铁炉基础:铝酸盐水泥;

(5)高强度预应力混凝土梁:硅酸盐水泥和普通水泥;

(6)地下铁道:普通水泥、火山灰水泥和粉煤灰水泥;

(7)东北某大桥的沉井基础及桥梁墩台:矿渣水泥、火山灰水泥和粉煤灰水泥。

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土木工程材料课后习题及答案

参考答案:水泥的强度等级为42.5。

18硅酸盐水泥石腐蚀的类型有哪几种?产生腐蚀的原因是什么?防止腐蚀的措施有哪些?

参考答案:

腐蚀的类型有:软水侵蚀(溶出性侵蚀):软水能使水化产物中的Ca(OH)2溶解,并促使水泥石中其它水化产物发生分解;盐类腐蚀:硫酸盐先与水泥石结构中的Ca(OH)2起置换反应生产硫酸钙,硫酸钙再与水化铝酸钙反应生成钙钒石,发生体积膨胀;镁盐与水泥石中的Ca(OH)2反应生成松软无胶凝能力的Mg(OH)2;酸类腐蚀:CO2与水泥石中的Ca(OH)2反应生成CaCO3,再与含碳酸的水反应生成易溶于水的碳酸氢钙,硫酸或盐酸能与水泥石中的Ca(OH)2反应;强碱腐蚀:铝酸盐含量较高的硅酸盐水泥遇到强碱也会产生破坏。腐蚀的防止措施:①根据工程所处的环境,选择合适的水泥品种;②提高水泥石的密实程度;③表明防护处理。

19、硅酸盐水泥检验中,哪些性能不符合要求时,则该水泥属于不合格品?哪些性能不符合要求时则该水泥属于废品?怎样处理不合格品和废品?

参考答案:国家标准规定:硅酸盐水泥性能中,凡氧化镁、三氧化硫、初凝时间、安定性中任一项不符合标准规定时均为废品。废品应严禁出厂、使用。凡细度、终凝时间、不溶物和烧失量中的任何一项不符合规定或混合材掺量超过最大限度和强度低于商品强度等级(标号)规定的指标时称为不合格品。水泥包装标志中水泥品种、强度等级、工厂名称和出厂编号不全也属于不合格品。不合格品可根据实际情况而决定使用与否。

20、什么是活性混合材料和非活性混合材料?掺入硅酸盐水泥中各能起到什么作用?

参考答案:活性混合材料中有一定的活性组分,常温下能与水泥熟料水化时析出Ca(OH)2的或在硫酸钙的作用下生成具有胶凝性质的稳定化合物。非活性混合材料与水泥矿物成分不起化学反应或化学反应很弱,在水泥石中主要起填充作用,掺入硅酸盐水泥中主要调节水泥强度等级,增加产量,降低水化热等。

21、为什么掺较多活性混合材料的硅酸盐水泥早期强度较低,后期强度发展比较明显,长期强度甚至超过同标号的硅酸盐水泥?

参考答案:掺较多活性混合材的硅酸盐水泥中水泥熟料含量比较少,加水拌和后,熟料先水化,水化后析出的Ca(OH)2作为碱性激化剂激化活性混合材料水化,生成水化硅酸钙和水化硫铝酸钙等水化产物。水化过程分两步进行,早起强度较低而后期强度发展较快。

22、与普通水泥相比较,矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥在性能上有哪些不同,并分析这四种水泥的适用和禁用范围。

参考答案:矿渣水泥保水性差、泌水性大。在施工中由于泌水而形成毛细管通道及水囊,水分的蒸发又易引起干缩,影响混凝土的抗渗性、抗冻性及耐磨性。适用于高温和耐软水、海水、硫酸盐腐蚀的环境中;火山灰质水泥特点是易吸水,易反应。在潮湿条件下养护可以形成较多的水化产物,水泥石结构比较致密,从而具有较高的抗渗性和耐久性。如在干燥环境中,所吸收的水分会蒸发,体积收缩,产生裂缝,因而不宜用于长期处于干燥环境和水位变化区的混凝土工程中,但适宜于大体积和抗渗要求的混凝土及耐海水、硫酸盐腐蚀的混凝土中;粉煤灰水泥需水量比较低,干缩性较小,抗裂性较好。尤其适用于大体积水工混凝土及地下和海港工程中,但不适宜抗碳化要求的混凝土中。

23、试述道路硅酸盐水泥的特点?

参考答案:特点是混凝土的抗折强度较高,耐磨性和耐久性较好,同时道路水泥还具有早强的性能

24、白色硅酸盐水泥对原料和工艺有什么要求?

参考答案:白色硅酸盐水泥严格控制氧化铁的含量,此外有色金属氧化物如氧化锰、氧化钛、氧化铬的含量也加以限制。由于原料中氧化铁含量少,煅烧的温度要提高到1550℃左右。为了保证白度,煅烧时应采用天然气、煤气或重油做燃料,粉磨时不能直接用铸钢板和钢球,而应采用白色花岗岩或高强陶瓷衬板,用烧结瓷球等作研磨体。

25、膨胀水泥的膨胀过程与水泥体积安定性不良所形成的体积膨胀有何不同?

参考答案:水泥体积安定性不良引起的膨胀是指水泥石中的某些化学反应不能在硬化前完成,而在硬化后进行,并伴随有体积不均匀的变化,在以硬化的水泥石中产生内应力,轻则引起膨胀变形,重则使水泥石开裂。膨胀水泥的膨胀在硬化过程中完成,并且其体积是均匀地发生膨胀。

26、铝酸盐水泥有何特点?

参考答案:铝酸盐水泥快硬早强,早期强度增长快,但后期强度可能会下降;水化热大,而且集中在早期放出;具有较好的抗硫酸盐侵蚀能力;铝酸盐水泥不耐碱但耐高温性能好。

27、简述铝酸盐水泥的水化过程及后期强度下降的原因。

参考答案:铝酸盐水泥的水化产物CAH10和C2AH8为针状或板状结晶体,能相互交织成坚固的结晶合生体,析出的Al(OH)3难溶于水,填充于晶体骨架的空隙中,形成比较致密的结构,使水泥石获得很高的早期强度,但是CAH10和C2AH8是压稳定相,随时间增长,会逐渐转化为比较稳定的C3AH6,转化结果使水泥石内析出游离水,增大了空隙体积,同时由于C3AH6晶体本身缺陷较多,强度较低,因而使得水泥石后期强度有所下降。

28、不同品种且同一强度等级以及同品种但不同强度等级的水泥能否掺混使用?对这二种情况分别解

释为什么?

参考答案:这两种情况均不能掺混使用。不同品种的水泥或不同强度等级的水泥掺混使用会影响水泥的使用性能和耐久性。

29、硅酸盐水泥的强度等级检验为什么要用标准砂和规定的水灰比?试件为何要在标准条件下养护?

参考答案:水泥胶砂试件的强度受各种因素的制约,如:砂的质量和细度、水灰比、养护条件、试验方法等,所以为了精确测试硅酸盐水泥的强度等级,国家标准规定,水泥的强度用ISO法检验,将水泥和标准砂按1:3混合,用0.5的水灰比,用规定的方法拌制成标准胶砂试件,在标准条件下养护至规定龄期。

第三章混凝土

1.对普通混凝土有哪些基本要求?怎样才能获得质量优良的混凝土?

参考答案:

对普通混凝土的基本要求:满足混凝土结构设计的强度要求;满足施工所要求的和易性;具有与工程环境相适应的耐久性。

获得质量优良的混凝土:首先要设计合理的配合比,使混凝土满足上述基本要求以及实际工程中的某些特殊要求;要选用质量合格的原材料,按照相应的规范施工

2.试述混凝土中的四种基本组成材料在混凝土中所起的作用。

参考答案:水泥和水:水泥和水形成水泥浆,填充砂子空隙并包裹砂粒,形成砂浆,砂浆又填充石子空隙并包裹石子颗粒。水泥浆在砂石颗粒之间起着润滑作用,使混凝土拌和物具有一定的流动性。但是它更主要的是起胶结作用。水泥浆通过水泥的硬化,把砂石骨料牢固的胶结成一整体。

砂石:一般不与水泥浆起化学反应,起骨架作用,可以大大的节省水泥;可以降低水化热,大大减少混凝土由于水泥浆硬化而产生的收缩,抑制裂缝的扩展。

3.对混凝土用骨料在技术上有哪些基本要求?为什么?

参考答案:①具有良好的颗粒级配,以尽量减小空隙率;

②要求表面干净,以保证与水泥浆更好的粘结;

③含有害杂质少,以保证混凝土的强度和耐久性;

④要求具有足够的强度和坚固性,以保证起到充分的骨架和传力作用。

4.试说明骨料级配的含义,怎样评定级配是否合格?骨料级配良好有何技术经济意义?

参考答案:骨料级配:是指大小不同的骨料之间相互搭配的比例情况。细骨料的累计筛余率必须处于书中表3-2的任何一个级配区的范围内才认为是合格的。粗骨料应该符合书中表3-5的规定才认为是合格的。骨料级配好,能减小空隙率,节约水泥,制成的混凝土拌和物的和易性好。

5.某工地打算大量拌制C40混凝土,当地所产砂(甲砂)的取样筛分结果如图所示,判定其颗粒级配布合格。外地产砂(乙砂),根据筛分结果,其颗粒级配也不合格。因此打算将两种砂掺配使用,请问能否行?如果行,试确定其最合理的掺合比例。

土木工程材料课后习题及答案

要确定其最合理的掺和比例,就要使掺和后的砂的级配落入2区。根据2区的边界可以算出砂的比例范围。

对于4.75mm的筛孔:因为甲乙的筛余都是0,所以任意比例都可以。

对于2.36mm的筛孔:2区的累计筛余为25~0,则设甲砂的比例为X:X*0+(1-X)*40=0~25→X=

100%~37.5%

同理可以得出以下结果:

对于1.18mm的筛孔:91%~34%

对于0.6mm的筛孔:100%~50%

对于0.3mm的筛孔:100%~12%

对于0.15mm的筛孔:任意比例

所以甲砂的比例范围为:91%~50%

6.现有两种砂子,若细度模数相同,其级配是否相同?若两者的级配相同,其细度模数是否相同?

参考答案:若细度模数相同,其级配不同;若两者的级配相同,其细度模数相同。

7.试比较碎石和卵石拌制混凝土的有缺点。

参考答案:在水泥浆用量相同的条件下,卵石混凝土的流动性较大,与水泥浆的粘结较差。碎石混凝土流动性较小,与水泥浆的粘结较强。碎石混凝土强度高于卵石混凝土的强度。

8.什么是混凝土拌合物的和易性?影响和易性的主要因素有哪些?如何改善混凝土拌和物的和易性?

参考答案:和易性是指在一定的施工条件下,便于各种施工操作并能获得均匀、密实的混凝土的一种综合性能。包括:流动性、粘聚性和保水性。

主要影响因素:水泥品种及细度;用水量;水泥浆用量;水灰比;含砂率;外加剂;搅拌。

应根据和易性的主要影响因素综合考虑来提高和易性,如:选用和易性最好的粉煤灰硅酸盐水泥,将水泥磨细,增加水泥浆的用量,选择合理的水灰比和砂率,加入减水剂,加强搅拌等都能提高混凝土的和易性。

9.试述泌水对混凝土质量的影响。

参考答案:泌水是材料离析的一种形式。如果混凝土拌和物的保水性比较差,其泌水的倾向性就较大,这样就易于形成泌水通道,硬化后成为混凝土的毛细管渗水通道。由于水分上浮,在混凝土表面还会形成一个疏松层,如果在其上继续浇灌混凝土,将会形成一个薄弱的夹层,此外,在粗骨料颗粒和水平钢筋下面也容易形成水囊或水膜,致使骨料和钢筋与水泥石的粘结力降低。

10.和易性与流动性之间有何区别?混凝土试拌调整时,发现坍落度太小,如果单纯加用水量去调整,混

凝土的拌和物会有什么变化,

参考答案:流动性是指混凝土拌和物在本身自重或施工机械搅拌振捣作用下能够流动的性能。而和易性是混凝土的综合工作性能,包括流动性,还有粘聚性和保水性。

如果单纯增加用水量去调整坍落度,则水泥浆会变稀,从而降低了水泥浆的粘聚性,减小颗粒间的内

摩擦力,混凝土拌和物的流动性会增大。但是,水泥浆的粘聚性降低过多的话,会导致混凝土拌和物的保水能力不足,会出现泌水现象,而且其粘聚性也不好,这样会影响混凝土的质量,降低硬化后混凝土的强度。

11.影响混凝土强度的内在因素有哪些?试结合强度公式加以说明。

参考答案:混凝土的强度主要决定于水泥石的强度和水泥石与骨料之间的粘结强度。而水泥石的强度主要取决于其矿物成分及孔隙率。而孔隙率又决定于水灰比与水化程度。所以,对于给定的龄期,水泥石的强度主要决定于水泥强度与水灰比。水泥强度越大,水灰比越小,水泥石强度越高。水泥石与骨料的粘结力也同样与水泥强度和水灰比有关,水泥强度越高,水灰比越小,则水泥浆硬化后与骨料的粘结力越强。水泥石与骨料的粘结力还与骨料的品质有关,碎石混凝土强度高于卵石混凝土的强度。综上所述,混凝土的强度与水灰比成反比,与水泥强度成正比,还与骨料品质有关。用公式表示为:

b ce a cu W C f f αα-??? ??=。

其中:C -1m3混凝土中水泥用量,Kg ;

W -1m3混凝土中的用水量,Kg ;

W C

-灰水比

cu f -混凝土28天抗压强度

ce f -水泥的实测强度

a α

,b α-经验系数。

12.某工地施工人员采取下述几个方案提高混凝土拌和物的流动性,试问下面那些方案可行?那个方案不行?并说明理由。

(1)多加水(2)保持W/C 不变,增加水泥浆用量;3)加入CaCl2(4)加入减水剂;(5)加强振捣。 参考答案:

(1)不行。多加水会改变混凝土的水灰比,降低强度。而且多加水,可能会导致混凝土粘聚性降低过多,保水能力不足,出现泌水现象。

(2)可行。增加水泥浆用量,可以增加骨料表面包裹层的厚度,增大了润滑作用,因而提高了混凝土拌和物的流动性。

(3)不行。CaCl2有一定的塑化作用,会降低混凝土的流动性。而且氯离子对混凝土有侵蚀作用。

(4)可行。可以将水泥絮凝结构中的游离水释放出来,增大了流动性。

(5)可行。加强振捣可以使混凝土拌和物的均匀性提高。

13. 试简单分析下述不同的试验条件测得的强度有何不同和为何不同?

(1)试件形状不同;(2)试件尺寸不同;(3)加荷速率不同;(4)试件与压板之间的摩擦力大小不同。 参考答案:

(1)立方体试件测得的强度高。因为有环箍效应。

(2)尺寸小的试件测得的强度高。一是因为环箍效应,二是因为试件的尺寸增大时,存在缺陷的几率也会增大。

(3)加载速度越大,测得的强度值越大。因为,加载速度大,混凝土的缺陷还来不及表现出来。

(4)不涂油测得的值大。不涂油,摩擦大,环箍效应强。

14.混凝土的弹性模量有几种表示方法?常用的是哪一种?怎样测定?

参考答案:混凝土弹性模量有3种表示方法:1、原点切线弹性模量。2、割线弹性模量。3、切线弹性

模量。常用的是割线弹性模量。我国是将指定应力

cp f 31=σ(cp f 为轴心抗压强度)与它对应的应变ε的

比值定义为混凝土的弹性模量Eh =εσ。

15.试结合混凝土的应力-应变曲线说明混凝土的受力破坏过程。

参考答案:以混凝土单轴受压为例,混凝土的破坏(即内部裂缝发展)可以分为4个阶段。

压应力小于极限应力的30%(称为比例极限)为第一阶段,这一阶段未受荷载前就存在的界面裂

缝无明显变化,宏观上显示出应力-应变成直线关系,为弹性变化阶段;

随着荷载进一步增加,超过比例极限而又低于50%极限应力时为第二阶段,界面裂缝的长度、宽

度和数量也随之增加,界面借助于摩阻力的作用承担荷载,而水泥砂浆的开裂小的可以忽略不计,此时变形增加的速率大于应力增加的速率,应力-应变曲线偏离直线开始弯向水平方向。

相当于50%~75%极限应力时为第三阶段,在界面裂缝继续发展的同时,开始出现贯穿砂浆的裂

缝,应力-应变曲线明显趋向水平方向。

相当于75%~100%极限应力为第四阶段,随着荷载增加界面裂缝进一步增加,贯穿裂缝逐渐增

生并将邻近的界面裂缝连接起来成为连续裂缝而破损。

混凝土的受力破坏过程,实际上是内部裂缝的发生、扩展以至连通的过程,也是混凝土内部结构

从连续到不连续的发展过程。

16.何谓混凝土的塑性收缩、干缩、自收缩和徐变?其影响因素有哪些?收缩与徐变对混凝土的抗裂性有何影响?

参考答案:

塑性收缩:混凝土尚处于塑性状态时产生的体积收缩。影响因素:与环境湿度有关。

干缩:当外界湿度减小时,由于水分的蒸发,引起凝胶体失水,失去水膜的胶粒由于分子引力作用,使胶粒间的距离变小,产生收缩;毛细水减少时,会引起毛细管压力增大,使管壁受到压力,其压力随着湿度的减小而增大,表现为体积的“干缩”。影响因素:与水泥品种、水泥用量和单位用水量以及砂石有关。

自收缩:处于与外界无水分交换条件下,混凝土内部未水化的胶凝材料吸收毛细管中的水分而水化,使毛细管失水,由于毛细管压力使水泥浆产生的收缩。影响因素:水灰比。

徐变:在持续荷载作用下,混凝土产生随时间而增加的变形称为徐变。影响因素:环境;水灰比;温度;骨料;水泥;加载时间及荷载。

收缩和徐变对混凝土抗裂性的影响:收缩和徐变都有可能导致混凝土的开裂。

17.试从混凝土的组成材料、配合比、施工、养护等几个方面综合考虑提出高混凝土强度的措施。 参考答案:选用高标号的水泥、降低水灰比、机械搅拌,标准养护

18.何谓减水剂?试述减水剂的作用机理。在混凝土中加减水剂有何技术经济意义?我国目前常用的有哪几种?

参考答案:减水剂:在混凝土坍落度基本相同的条件下,能减少拌合用水量的外加剂。

减水剂的作用原理:加入适量的减水剂后,其憎水基团定向吸附于水泥颗粒表面并使之带有相同电荷,在电性斥力作用下水泥颗粒彼此相互排斥,絮凝结构解体,关闭于其中的游离水被释放出来,从而在不增加拌和用水量的情况下,有效的增大了混凝土的流动性。另一方面减水剂分子的亲水基团朝向水溶液作定向排列,其极性很强易于与水分子以氢键形式结合,在水泥颗粒表面形成一层稳定的溶剂化水膜,有利于水泥颗粒的滑动,也更强化了水对水泥颗粒的润湿作用。

使用减水剂的技术经济意义:

1) 在保持用水量不变的情况下,可使混凝土拌合物的坍落度增大100~200mm 。

2) 在保持坍落度不变的情况下,可使混凝土的用水量减少10%~15%,高效减水剂可减水20%以上,抗压强度可提高15%~40%。

3) 在保持坍落度和混凝土抗压强度不变的情况下,可节约水泥10%~15%。

4) 由于混凝土的用水量减少,泌水和骨料离析现象得到改善,可大大提高混凝土的抗渗性,一般混

凝土的渗水性可降低40%~80%。

5) 可减慢水泥水化初期的水化放热速度,有利于减小大体积混凝土的温度应力,减少开裂现象。 我国常用的减水剂种类:

普通减水剂:以木质磺酸盐类为主,有木质素磺酸钙、木质素磺酸钠、木质素磺酸镁及丹宁等。

高效减水剂:多环芳香族磺酸盐类:主要有萘和萘的同系磺化物与甲醛缩合的盐类、胺基磺酸盐等。

水溶性树脂磺酸盐类:主要成分为磺化三聚氰胺树脂、磺化古玛隆树脂等。

脂肪族类:主要有聚羧酸盐类、聚丙烯酸盐类、脂肪族羟甲基璜酸盐高缩聚物等。

其他:改性木质素磺酸钙、改性丹宁等。

19.何谓引气剂?在混凝土中掺入引气剂有何技术经济意义?

参考答案:引起剂是指在搅拌混凝土工程中能引入大量均匀分布、稳定而封闭的微小气泡(孔径为20~

200m μ)的外加剂。

技术经济意义:

1、可大大改善拌合物的保水性和粘聚性,使其泌水现象减轻。气泡介于颗粒之间,能起一定的润滑作

用,使颗粒间摩擦力减小,从而提高混凝土拌合物的流动性。

2、在硬化混凝土中,由于气泡隔断了毛细孔渗水通道,故能提高了抗渗性,同时因气泡有较大的弹性

变形能力,对冰冻等破坏力能起缓冲作用,故因此也能提高抗冻性。

20.混凝土的强度为什么会有波动?波动的大小如何评定?

参考答案:引起混凝土强度波动的基本因素如书中表3-20所示,可以分为两类:一是原材料与施工方面的因素;二是试验条件方面的因素。详见表3-20。

波动的大小用“强度波动图”来评定。

21.当前土木工程用混凝土在耐久性方面主要存在那些问题?如何提高混凝土的耐久性?

参考答案:当前土木工程混凝土的耐久性主要包括:抗渗性、抗冻性、耐蚀性(耐化学腐蚀性)、抗碳

化能力、碱骨料反应、耐火性、耐磨性、耐冲刷性等。对每个具体的工程而言,由于所处的环境

不同,耐久性的含义不同。例如:对于处于海洋环境中的混凝土,它在耐久性方面存在的问题就

是海洋环境中的硫酸盐和氯离子等会对混凝土有严重的侵蚀作用,所以海洋环境中的混凝土必须

要抗硫酸盐和氯离子侵蚀。

提高混凝土耐久性的措施如下:

1)合理选择水泥品种。

2) 适当控制混凝土的水灰比和水泥用量。

3) 掺入引气剂或减水剂。

4) 掺入矿物掺合料。

5) 改善施工方法,提高施工质量。

22.根据以往资料,甲、乙、丙三个施工队施工水平各不相同。若按混凝土的强度变异系数CV 来衡量则甲队CV =10%,乙队CV =15%,丙队CV =20%。今有某工程要求混凝土强度等级为C30,混凝土的强度保证率为95%(保证率系数t =1.645),问这三家施工单位在保证质量的条件下,各家的混凝土配制强度各为多少?指出哪家最节约水泥,并说明理由。

参考答案:σ645.1,0,+=k cu cu f f ()V V k cu cu C C f f 645.1130645.11,0,-=-= cu v f C σ=(cu f 可等于0,cu f )

甲队:

0,cu f =35.9(MPa ) 乙队:

0,cu f =39.8(MPa )

丙队:0,cu f =44.7(MPa ) 水泥用量

c w m m wo

co =

,0,cu f 小,w/c 就大,co m 就小,所以甲队最节约水泥。

23、混凝土的W/C 和相应28d 强度数据列于下表,所用水泥为42.5级普通水泥,试求出强度经验公式

土木工程材料课后习题及答案

参考答案:强度公式

ce b a ce a o cu f W C f f ??-=ααα, 令y f o cu =,, x W

C =, b f ce a =α, a f ce b a =-αα

则上式可写为:y=bx+a n=8,为求线性回归方程,所需计算列表如下:

x y x2 y2 xy

1 0.4 36.3 0.16 1317.69 14.52

2 0.45 35.

3 0.2025 1246.09 15.885

3 0.5 28.2 0.25 795.2

4 14.1

4 0.5

5 24 0.3025 57

6 13.2

5 0.

6 23 0.36 529 13.8

6 0.65 20.6 0.4225 424.36 13.39

7 0.70 18.4 0.49 338.56 12.88

8 0.75 15 0.5625 225 11.25 ∑

4.6 200.8 2.75 5451.94 109.025 Sxx=2.75-1/8(4.6)2=0.105 Sxy=109.025—1/8×4.6×200.8=—6.435

Syy=5451.94—1/8(200.8)2=411.86

b=Sxy/Sxx=—6.435/0.105=—61.29

a=1/8×200.8+(1/8×4.6)×61.29=60.34

取 ce f =1.13×42.5=48.025

则:29.61-=ce a f α 28

.1-=a α

34.60=-ce b a f αα 98.0=b α 即经一元线性回归的强度经验公式为:ce ce o cu f W C f f ??+??-=98.028.128.1,

24.已知实验室配合比为1:2.5:4,W/C =0.60,混凝土混合物的表观密度ρ0=2400kg/cm3,工地采用800L 搅拌机,当日实际测得卵石含水率为2.5%,砂含水率为4%。为每次投料量应为多少? 参考答案:总材料用量为:0.8*2400=1920Kg

水泥用量为:Kg

23719206.045.211

=?+++

河砂用量为:237*2.5(1+4%)=616.2Kg

卵石用量为:237*4(1+2.5%)=971.7Kg

用水量:237*0.6-237*2.5*4%-237*4*2.5%=94.8Kg

25. 某实验室按初步配合比称取15L 混凝土的原材料进行试拌,水泥5.2kg ,砂8.9kg ,石子18.1kg ,W/C=0.6。试拌结果坍落度小,于是保持W/C 不变,增加10%的水泥浆后,坍落度合格,测得混凝土

拌和物表观密度为2380 kg/m3,试计算调整后的基准配合比。

参考答案:增加后水泥量为5.2+5.2*10%=5.72Kg ,水为:5.2*0.6(1+10%)=3.432Kg

调整后材料总用量为:5.72+3.432+8.9+18.1=36.152Kg

则每立方米混凝土实际所需的各项材料用量为: 水泥:Kg 6.3762380152

.3672

.5=? 水:Kg 2266.06.376=? 砂:Kg 9.5852380152.369.8=? 石:Kg 6.11912380152.361

.18=?

配合比为:水泥:砂:石:水=1:1.56:3.16:0.6

26.在标准条件下养护一定时间的混凝土试件,能否真正代表同龄期的相应结构物中的混凝土强度?

在现场条件下养护的混凝土又如何呢?

参考答案:前者:不可以代表。因为养护条件不一样。后者:可以代表。因为他们所处的环境相同,

基本上是同条件下的。

27.为什么要在混凝土施工中进行质量控制,通常要进行那些检验工作?

参考答案:因为混凝土的质量不是完全均匀的,它是波动的,所以我们应该在施工中进行严格控制,

以使混凝土质量波动控制到最小,或稳定在容许范围内。

应进行如下的质量控制:

1、组成材料的质量检验与控制和混凝土配合比的合理确定。

2、组成材料的计量与拌和

3、运输

4、浇铸与振捣

5、养护与拆模

28.有下列混凝土工程及制品,一般选用哪一种外加剂较为合适?并说明理由。

(1)大体积混凝土;

(2)高强度混凝土;

(3)C35混凝土;

(4)混凝土预制构件;

(5)抢修及喷锚支护的混凝土;

(6)有抗冻要求的混凝土。

参考答案:①缓凝剂、缓凝型减水剂。可降低早期水化热,从而降低温度应力。

②非引气、坍落度损失小的高效减水剂。在满足施工和易性的同时,可降低水灰比,提高混凝土强度。

③泵送剂或减水剂。可增大混凝土的流动性和可泵送性。

④早强剂、促凝剂。预制构件是工厂化施工,要求混凝土快凝,早强。

⑤速凝剂,早强剂。能使混凝土在几分钟内凝结,早期强度高。

⑥引气剂、防冻剂。气泡有较大的弹性变形能力,对冰冻等破坏力能起缓冲作用。

29.某工程配置的C30混凝土,施工中连续抽取34组试件,检测28天强度,结果如下表。试求

cu f ,σ,CV,

强度保证率。 参考答案:cu f =36.2MPa, 4343423412,=-=∑

=cu i i cu f f σ, %112.364===cu V f C σ

σt f f k cu cu +=,0,(cu f 可等于0,cu f )

4302.36?+=t →t=1.55查表,再根据插入法,得保证率P =93.7%。

30.普通混凝土为何强度愈高愈易开裂,试提出提高期抗裂性的措施。

参考答案:因为普通混凝土的强度越高,则水灰比越小,水泥浆越多。而混凝土的收缩主要是由于水

泥的收缩引起的,所以水泥浆增多,混凝土的收缩越大,混凝土就越易开裂。

措施:养护好;可以掺入矿物掺合料、减水剂或聚合物等。

31.与普通混凝土相比,轻骨料混凝土在物理力学和变形性质上有何特点?

参考答案:轻骨料混凝土在物理力学和变形性质上的特点有4个方面:

1、 表观密度:轻骨料混凝土按表观密度分为800~1900Kg/m3共12个等级。

2、 强度:轻骨料混凝土的强度随水泥石的强度和水泥用量的增加而提高,其最高强度可以超过轻骨料

本身强度的好几倍。轻骨料混凝土的强度也随轻骨料本身的强度增高而提高。轻骨料混凝土的拉压比,与普通混凝土比较相近。轴心抗压强度与立方体抗压强度比值比普通混凝土高。

3、 应变性能:弹性模量一般比同等级普通混凝土低30%~50%。弹性模量随抗压强度的提高而增大。

与普通混凝土相比,收缩和徐变较大,热膨胀系数比普通混凝土低20%左右。

4、 热工性能:轻骨料混凝土具有良好的保温隔热性能。

轻骨料混凝土还具有较好的抗冻性和抗渗性,同时抗震、耐热、耐火等性能也比普通混凝土好。

32、今欲配置一结构用轻骨料混凝土,混凝土的强度等级为CL25,坍落度要求30~50mm 。原材料如下:32.5级矿渣水泥;粘土陶粒,堆积密度为760 Kg/m3,颗粒表观密度为1429 Kg/m3,1h 吸水率为8.1%;普通中砂,堆积密度为1470 Kg/m3,视密度为2.50 Kg/m3,试设计该轻骨料混凝土的配合比。

参考答案:注:设计过程要参照旧版的建筑材料书

)

(225.335645.125645.1,MPa f f k cu cu =?+=+='σ

根据试配强度,查表确定水泥用量:390~490Kg/m3 ,取490 Kg/m3。

净用水量根据坍落度查表:165~200 Kg/m3,取200 Kg/m3。

设附加用水量为X ,则%1.8200=+X X ,X =17.6 Kg/m3。

砂率根据骨料品种查表:35~45%,取40%

根据绝对体积法确定骨料用量,设骨料总用量为y Kg/m3,则陶粒用量为0.6y ,砂用量为0.4y 。矿渣水泥的密度取为2.8 g/cm3。

1

25004.014296.0106.17200108.2490

33=++++?y y ,y =1047 Kg/m3

则陶粒用量:1047*0.6=628.2 Kg/m3,砂用量:418.8 Kg/m3。

33.防水混凝土的配制原则是什么?

参考答案:防水混凝土是通过各种方法提高混凝土自身抗渗性能,以达到防水的目的。普通混凝土渗

水的主要原因是其内部存在许多贯通毛细孔隙,为此,可以采用改善骨料级配,降低水灰比,适

当增加砂率和水泥用量,掺用外加剂以及采用特种水泥等方法来提高混凝土内部的密实性或堵塞

混凝土内部的毛细管通道,使混凝土具有较高的抗渗性能。

34.与普通混凝土相比,纤维混凝土和聚合物混凝土有何特点?

参考答案:纤维混凝土:与普通混凝土相比,纤维混凝土中的短纤维提高了混凝土抗拉强度、抗弯强

度、冲击韧性等力学性能,从而降低了其脆性。 聚合物混凝土:聚合物胶结混凝土硬化后强度高,特别是早强效果显著。抗渗性高,几乎不透水,耐

磨性、抗冲击性及耐蚀性高。硬化初期收缩大,徐变较大,易燃,在高温下热稳定

性差,成本高。

聚合物浸渍混凝土具有高强、耐蚀、抗渗、耐磨等优良物理力学性能。

聚合物水泥混凝土抗拉、抗折强度及延伸能力高,抗冻性、耐蚀性和耐磨性高。

35.试比较水下混凝土与泵送混凝土的相同和不同之处。

参考答案:水下混凝土:一般不采用振捣,而是依靠自重(或压力)和自然流动摊平,要采用特殊的

施工方法,而且要求混凝土拌和物具有良好的和易性,即流动性要大,粘聚性要好,泌水性要小。坍落度以150~180mm 为宜,且具有良好的保持流动性的能力。

泵送混凝土:必须有可泵送性,即在泵压作用下,能在输送管道中连续稳定的通过而不产生离析。泵

送混凝土必须具有足够的稠度,在泵送过程中不泌水不离析。坍落度以100~180mm 为最

佳。

36.配制耐热混凝土、耐酸混凝土的原理是什么?他们在选用材料上有何区别?

参考答案:配制耐热混凝土和耐酸混凝土的原理是选用耐热或耐酸的原材料配制。 耐热混凝土的材料: 水泥耐热混凝土可选用普通硅酸盐水泥(或矿渣水泥、铝酸盐水泥)、磨细掺合料、耐热粗细骨料配制。

水玻璃耐热混凝土是以水玻璃为胶凝材料,氟硅酸钠为硬化剂,掺入磨细掺合料及耐热

粗细骨料配制而成的。

耐酸混凝土的材料:以水玻璃为胶凝材料,氟硅酸钠为促硬剂,掺入磨细的耐酸掺合(如石英粉或辉

绿岩粉)以及耐酸的粗细骨料(按石英石、石英砂)按一定比例配制而成。

第三章 建筑砂浆

1.对新拌砂浆的技术要求与混凝土拌和物的技术要求有何异同?

参考答案:砂浆和混凝土相比,最大的区别在于:砂浆没有粗骨料;砂浆一般为一薄层,多抹铺在多

孔吸水的基底上。所以砂浆的技术要求与混凝土有所不同。新拌砂浆和混凝土拌和物一样,都必

须具备良好的和易性。但是混凝土的和易性是要求混凝土拌和物在运输和施工过程中不易分层离

析,浇铸时容易捣实,成型后表面容易修整,以期硬化后能够得到均匀密实的混凝土。而砂浆的

和易性要求砂浆在运输和施工过程中不分层、析水,且能够在粗糙的砖石表面铺抹成均匀的薄层,与底层粘结性良好。

2.砌筑多孔砌块和密实砌块用砂浆的强度公式有何不同,为什么?

参考答案:砌筑多孔砌块用砂浆的强度公式:因为多孔砌块为吸水材料,它的吸水性较强,即使砂浆

用水量不同,但因砂浆具有一定的饱水能力,经过底面吸水后,保留在砂浆中的水分几乎相同。因此,砂浆的强度主要取决于水泥强度和水泥用量,而与砂浆拌合时的水灰比无关,即

B Q Af f c ce m +?=10000,

砌筑密实砌块用砂浆的强度公式:因为密实砌块几乎不吸水,它不会吸收砂浆中的水分,所以此时

砂浆的强度主要取决于水泥强度与水灰比,即

?

??? ??-=B m m Af f w c ce m 0, 其中:0,m f -砂浆的试配强度;ce f -水泥实测强度;c Q -每立方米砂浆的水泥用量;

c m -砂浆中的水泥用量;w m -拌和砂浆的用水量;A,B -经验系数。

3.配置1m3砂浆的用砂量是:(1)含水率2%的中砂1m3;(2)含水率1.5%的中砂1m3;(3)干燥粗砂0.95m3;(4)干燥粗砂1m3。

参考答案:(4)。

4、今拟配制砌筑在干燥环境下的基础用水泥石灰混合砂浆,设计要求强度为5MPa 。所用材料为:(1)水泥。32.5级矿渣水泥,堆积密度为1300kg/m3(2)石灰膏。二级石灰制成,稠度为120mm ,表观密度为1350 kg/m3。(3)砂子。中砂,含水率2%时,堆积密度为1500 kg/m3。求调制1 m3砂浆需要各种材料的数量及其配合比。

参考答案:按照基底为吸水材料的水泥砂浆设计,施工水平为优良。

)(645.51645.05645.020,MPa f f m =?+=+=σ

)/(56.2105.3203.3)09.15645.5(1000)(100030,m Kg Af B f Q ce m c =?+=-=

)/(44.13956.2103503m Kg Q Q Q c A D =-=-=

)/(150********

0,m Kg Q s c =?=?=ρ 砂浆的质量配合比为:水泥:石灰膏:砂=210.56:139.44:1500=1:0.66:7.12

5.如何配制防水砂浆,在技术性能方面有哪些要求?

参考答案:配制防水砂浆的途径如下:

①选择适当的材料和用量:提高水泥用量,灰砂比约为1:2~1:3,水灰比一般为0.5~0.55,

水泥选用32.5级的普通水泥,砂子最好使用中砂。

②掺入防水剂:常用的防水剂有氯化物金属盐类、金属皂类或水玻璃防水剂等。

③采用喷射法施工

防水砂浆的施工对操作技术要求很高,配制防水砂浆是先把水泥和砂干拌均匀后,再把称量好的

防水剂溶于拌和水中,与水泥、砂搅拌均匀后即可使用。涂抹时,每层厚度约为5mm ,共涂抹4~5层。每层在初凝前用木抹子压实一遍,最后一层要进行压光,抹完后要加强养护。总之,刚性防水层必须保证砂浆的密实性,否则难以获得理想的防水效果。

第五章 钢材与铝合金

1、冶炼方法与脱氧程度对钢材性能有何影响?

参考答案:常用的冶炼方法有:氧气转炉法、平炉法和电炉法。氧气转炉法能有效地除去磷和硫,钢

中所含气体很低,非金属夹杂物亦较少,故质量较好;平炉法冶炼时间长,有足够的时间调整、控

制其成分,去除杂质和气体亦较净,故质量较好,也较稳定;电炉法能自由调节温度,成分能够精

确控制,故炼出的钢杂质含量少,钢的质量最好,但成本最高。按脱氧程度可以分为沸腾钢、镇静

钢、半镇静钢和特殊镇静钢。沸腾钢和镇静钢相比较,沸腾钢中碳和有害杂质磷、硫等的偏析较严

重,钢的致密程度较差。故沸腾钢的冲击韧性和可焊性较差,特别是低温冲击韧性的降低更显著。

2、什么是沸腾钢?有何优缺点?哪些条件下不宜选用沸腾钢?

参考答案:沸腾钢仅加入锰铁进行脱氧,脱氧不完全,这种钢铸锭时,有大量的一氧化碳气体逸出,

钢液呈沸腾状,故称为沸腾钢。钢的致密程度较差。故沸腾钢的冲击韧性和可焊性较差,但从经

济上比较,沸腾钢只消耗少量的脱氧剂,钢的收缩孔减少,成本率较高。

3、常温下钢材有哪几种晶体组织,各有何特性?简述钢中含碳量、晶体组织与性能三者之间的关系。 参考答案:钢材的晶体组织:奥氏体,一般在高温下存在,其塑性和韧性很好,可以进行各种形式的

压力加工而不发生脆断;铁素体,原子间的空隙较小,溶碳能力较低,其性质极其柔软,塑性和韧

性很好,但强度和硬度较低;渗碳体,是碳和铁形成的化合物Fe3C ,晶体结构复杂,外力作用下

不易变形,故性质非常硬脆,抗拉强度很低,塑性及韧性几乎等于零;珠光体,是铁素体和渗碳体

组成的机械混合物,故其性质介于铁素体和渗碳体之间,既有一定的强度和硬度,也有一定的塑性

和韧性。晶格类型不同的金属,其性能也不同,面心立方晶格与体心晶格的金属比密排六方晶格的

金属有较好的塑性,而体心立方晶格的金属则强度较高,同时金属晶粒愈细,不仅强度和硬度愈高

而且塑性和韧性也愈好。含碳量在0.02%~0.77%范围内,随着含碳量的增加,钢的强度和硬度逐

渐提高,而塑性和韧性则逐渐降低;含碳量在0.77%~2.11%范围时,随着含碳量的增加,钢的

强度和硬度逐渐增高,塑性和韧性逐渐降低,当含碳量超过1.0%以后,强度极限开始下降。

4、什么是屈强比,对选用钢材有何意义?

参考答案:屈服强度与强度极限之比称为屈强比。当这个比值较小时,表示结构的安全度较大,即结

构由于局部超载而发生破坏的强度储备较大,但比值过小时,则表示钢材强度的利用率偏低,不

够经济。相反若屈强比较大,则表示钢材利用率较大,但比值过大,表示强度储备过小,脆断倾

向增加,不够安全。因此这个值最好保持在0.60~0.75之间,既安全又经济。

5、解释下列符号代表的意义:s σ、

2.0p σ、b σ、5δ、gt δ、k a ,并说明该指标表示钢材的什么性能? 参考答案:s σ代表钢筋的屈服强度,当应力到达该值时,在应力不增加的情况下塑性变形不断增加;b σ代表钢筋的极限强度,在拉伸条件下,材料断裂前所能承受的最大应力;k a 代表钢筋的冲击韧性值,在冲击荷载作用下,钢筋破坏缺口处单位面积上所吸收的冲击功,k a 值越大,钢的冲击韧性越好。

6、何谓冷脆性和脆性转变温度?它们对选用钢材有何意义?

参考答案:钢筋由韧性断裂转变为脆性断裂,使冲击值显著降低的现象称为冷脆性,与之相对应的温

度称为脆性转变温度。对于直接承受动载,而且可能在负温下工作的重要结构,必须检验钢筋的冷脆性和脆性转变温度,防止钢材在使用中发生脆性断裂,以确保结构安全。

7、硫、磷、氮、氧元素对钢材性能各有何影响?

参考答案:硫多数以FeS 的形式存在于钢中,它是一种强度较低和性质较脆的夹杂物,受力时容易引

起应力集中,降低钢的强度和疲劳强度,同时硫对热加工和焊接很不利,且偏析严重;磷多数溶于铁素体中形成固溶体,磷虽能提高钢的强度和耐腐蚀性能,但显著提高了脆性转变温度,增大了钢的冷脆性,并降低可焊性,且偏析严重;氮也溶入铁素体中形成固溶体,能提高钢的强度和硬度,但显著降低了钢的塑性和韧性,增大钢的敏感性和冷脆性;氧多数以FeO 形式存在于非金属夹杂物中,它是一种硬脆的物质,会使钢的塑性、韧性和疲劳强度显著降低,并增大时效敏感性。

8、什么叫调质热处理?它对钢材性能有何影响?

参考答案:淬火和高温回火的联合处理称为调质。调质的目的主要是为了获得良好的综合技术性质,

既有较高的强度,又有良好的塑性和韧性,是目前用来强化钢材的有效措施。

9、什么是可焊性,哪些因素对可焊性有影响?

参考答案:钢的可焊性就是指钢材在焊接后,体现其焊头联结的牢固程度和硬脆倾向大小的一种性能。

钢的化学成分、冶金质量及冷加工等对可焊性影响很大。

10、什么是冷加工强化和时效?各对钢材性能有何影响?

参考答案:冷加工是在再结晶温度以下(一般是常温)进行的机械加工,包括冷拉、冷拔、冷轧、冷

扭、冷冲和冷压等各种方式。在一定范围内冷加工变形程度越大,加工硬化现象也越明显,即屈服强度提高得越多,而塑性和韧性也降低得越多;经冷加工后,随着时间的延长,钢的屈服强度和强度极限逐渐提高,塑性和韧性逐渐降低的现象,称为时效。

11、什么是低合金结构钢,与碳素钢结构相比有何特点?

参考答案:在碳素结构钢的基础上,加入总量小于5%的合金元素而形成的钢种,称为低合金结构钢。

与碳素结构钢相比,采用低合金钢可以减轻结构自重,加大结构跨度,节约钢材,经久耐用,特别适合于高层建筑或大跨度结构,是今后结构钢的发展方向。

12、根据哪些原则选用钢结构用钢?

参考答案:在选用钢材牌号和材性时,为保证承重结构的承载能力和防止在一定条件下出现脆性破坏,

应根据结构的重要性、荷载特征、结构形式、应力状态、连结方法、钢材厚度和工作环境等因素进行综合考虑。

13解释钢号Q235AF 、Q235D 代表的意义,并比较二者在成分、性能和应用上的异同?

参考答案:Q235AF 表示屈服强度为235MPa ,由氧气转炉或平炉冶炼的A 级沸腾碳素结构钢。Q235D 表

示屈服强度为235MPa 的D 级钢。A 级钢的S 和P 含量高于D 级钢,但Mn 含量低于D 级钢,A 级钢一般用于承受静载作用的钢结构,D 级钢则可用于低温条件下承受动载焊接的重要结构。

14、热轧钢筋分为几个等级?各级钢筋有什么特性和用途?

参考答案:热轧钢筋分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ级钢筋,Ⅰ级钢筋的强度不高,但塑性及可焊性良好,主要用作非预应力混凝土的受力钢筋或构造筋;Ⅱ、Ⅲ级钢筋由于强度较高,塑性和可焊性也好,可用于大中型钢筋混凝土结构的受力筋;Ⅳ级钢筋虽然强度高,但塑性及可焊性较差,可用作预应力钢筋。

15、什么是热处理钢筋、冷轧带肋钢筋、预应力混凝土用钢丝和钢绞线?它们各有哪些特性和用途?参考答案:热处理钢筋由热轧带肋钢筋经过淬火和高温回火调质处理而成,这种钢筋不能冷拉和焊接,且对应力腐蚀及缺陷敏感性较强,主要用于预应力混凝土梁、预应力混凝土轨枕或其他各种预应力混凝土结构;冷轧带肋钢筋是以普通低碳钢和低合金钢热轧圆盘条为母材,经多道冷轧(拔)减径和一道压痕而成的三面有肋的钢筋,这种钢筋具有较高的强度和较大的伸长率,且粘结锚固性好,可用于没有振动荷载和重复荷载的工业民用建筑和一般构筑物的钢筋混凝土结构;预应力混凝土用钢丝和钢绞线是用优质碳素钢盘条,经酸洗、冷拉或冷拔再回火等工艺制成,这种钢筋具有强度高、柔性好、无接头等优点,且质量稳定,安全可靠,施工时不需冷拉及焊接,主要用作大跨度桥梁、屋架、吊车梁等预应力钢筋。

16、桥梁结构钢应具有哪些技术要求?

参考答案:桥梁除了承受静载外,还要直接承受动载,其中某些部位还承受交变应力的作用,而且在受力状态下还要经受气候变化和腐蚀介质的严峻考验。桥梁结构钢除必须具有较高的强度外,还要求有良好的塑性、韧性、可焊性及较高的疲劳强度,在严寒低温地区还要求具有较小的冷脆性和时效敏感性,此外还要求具有良好的抗大气腐蚀性。

17、对钢轨用钢,在性能和材质上有何要求?

参考答案:铁路钢轨经常处在车轮压力、冲击和磨损的作用下,要求钢轨不仅具有较高的强度以承受较高的压力和抗剥离的能力,而且还应具有较高的耐磨性、冲击韧性和疲劳强度。无缝线路的钢轨还应具有良好的可焊性,处于多雨潮湿地区、盐碱地带和隧道中的钢轨还应具有良好的耐腐蚀性能。在选材上一般应选用含碳量较高的平炉或氧气转炉镇静钢进行轧制,对轨端部分需进行淬火处理。对钢轨质量,除严格保证一定的化学成分外,还要求质地均匀纯净,内部不含白点、残余缩孔、非金属夹杂物,表面不应有分层、翻皮等缺陷。

18、钢材是怎么锈蚀的?如何防止钢筋锈蚀?

参考答案:钢材的锈蚀可分为化学锈蚀和电化学锈蚀两类。化学锈蚀是由非电解质或各种干燥气体所引起的一种纯化学性的腐蚀,无电流产生。电化学腐蚀是钢材与电解质溶液接触后,由于产生电化学作用而引起的腐蚀。防止钢材锈蚀主要有三种方法:①制成合金钢;②表面覆盖;③设置阳极或阴极保护。

19、铝合金建筑型材分为哪几种?并说明具有何要求及应用范围?

参考答案:常用的铝合金型材有铝合金门窗、铝合金装饰板及铝合金小五金等。铝合金门窗要求具有一定的抗风压强度,有良好的气密性与水密性,还应有良好的隔热、隔音与开闭性;铝合金装饰板主要用于屋面、墙面、楼梯踏面等。

第六章木材

1、木材为什么是各向异性材料?

参考答案:木材在构造上具有不匀质性,其细胞壁又细纤维组成,纵向连结较横向牢固。由于木材在

构造上的不均匀,使得其各方向的湿胀干缩不一样,同时其力学性能也具有明显的方向性。

2、何谓木材平衡含水率、纤维饱和点含水率?并说明区别这些概念意义何在?

参考答案:当木材长时间处于一定温度和湿度的空气中,则会达到相对稳定的含水率,亦即水分的蒸发和吸收趋于平衡,这时木材的含水率称为平衡含水率。当木材细胞腔和细胞间隙中的自由水完全脱去为零,而细胞壁吸附水尚为饱和,此时木材的含水率称为纤维饱和点含水率。当木材的含水率在纤维饱和点以上变化时,只会引起木材质量的变化,而对强度和胀缩没有影响。

3、试述木材含水率的变化对其强度、变形、导热、表观密度和耐久性等性能的影响?

参考答案:木材的强度随其含水率的变化而异,含水率在纤维饱和点以上变化时,木材强度不变,在纤维饱和点以下时,随含水率降低;木材还具有明显的湿胀和干缩变形性能;木材的表观密度随木材孔隙率和含水率变化而不同;当木材的含水率在30~60%之间时,真菌和昆虫很容易生长和繁殖。

4、为什么木材多用来做承受顺纹抗压和抗弯的构件,而不宜做受拉构件?

参考答案:木材的顺纹抗压强度较高,仅次于顺纹抗拉和抗拉强度,且木材的疵病对其影响较小。木材的抗弯强度很高,为顺纹抗压强度的1.5~2倍,因此在土建工程中应用很广。木材的顺纹抗拉强度虽然是木材各种力学强度中最高的,但其强度值波动范围大,木材的疵病如木节、斜纹、裂缝等都会使顺纹抗拉强度显著降低,同时木材受拉杆件连结处应力复杂,这是顺纹抗拉强度难以被充分利用的原因。

5、影响木材强度的因素有哪些?

参考答案:影响木材强度的因素有:①含水率的影响;②负荷时间的影响;③温度的影响;④疵病的影响。

6、试述木材腐蚀的原因及防腐措施?

参考答案:木材是天然有机材料,易受真菌、昆虫侵害而腐朽变质。无论是真菌还是昆虫,其生存繁殖都需要适宜的条件,如水分、空气、温度、养料等。因此将木材置于通风、干燥处或浸没在水中或深埋于地下或表面涂油漆等方法,都可作为木材的防腐措施。此外还可采用化学有毒药剂喷涂或注入木材,从而抑制或杀死菌类、虫类,达到防腐目的。

7、我国民间对于使用木材有一句谚语:“干千年,湿千年,干干湿湿两三年。”试用科学理论加以解

释。

参考答案:木材干燥或受潮时,由于各向的胀缩不同,因而有可能产生变形、翘曲和开裂等现象,如果连续的干湿循环对木材的实际应用是非常不利的。同样,时干时湿区域,例如桩木靠近地面或与水面接触的部分,腐朽菌类最适宜生存和繁殖,因此木材最容易腐朽。

第七章建筑高分子材料

1.解释下列名词:

(1)单体、链节、链段和聚合度;

(2)官能团与官能度;

(3)加聚反应;

(4)均聚物与缩聚反应;

(5)线形、支链形和体形大分子链结构;

(6)玻璃化温度和粘流温度。

参考答案:单体:用来合成聚合物的简单低分子化合物

链节:组成大分子链的基本结构单元

聚合度:表示大分子链中链节的重复次数

官能团:在聚合反应中,参加反应的单体分子中具有反应能力的基团,参加反应的官能团数或它在聚合反应中能具有的能链上新分子的位置数目称为官能度

加聚反应:大量一种或一种以上含有双官能度或多官能度的单体分子加成在一起,生成聚合物而没有任何小分子释放的合成反应

缩聚反应:由一种或多种含有双官能度或多官能度的单体,经由官能团相互缩合而连接成聚合物同时析出某种小分子化合物的聚合反应

均聚物:由同一种单体经加聚反应合成的聚合物

共聚物:由两种以上的不同单体经加聚反应合成的聚合物

缩聚物:经缩聚反应得到的聚合物

线形大分子链的结构是整个大分子链呈细长条状,通常卷成不规则的线团,但受拉时可以伸展成直线形

支链形大分子链的结构时在大分子链上由一些长线形的小支链,整个大分子呈树枝状

体形大分子链的结构时大分子链之间通过支链或化学连接成一体的所谓交联结构,在空间呈网状链段,由若干链节相连组成的段

玻璃化温度:在Tg温度以下,曲线基本上是水平的,变形量不大,表明此时聚合物的弹性模量较高,变形量小,较刚硬,处于所谓的玻璃态,Tg被称为玻璃转变温度或玻璃化温度。当温度高于Tf后,变形量随着温度升高进一步迅速增加,聚合物开始产生粘流运动,处于所谓的粘流态,此时的变形已经成为不可逆,Tf为高弹态与粘流态的转变温度,叫粘流温度

2.高分子材料的结构特点有哪些?

参考答案:1、大分子和大分子间的相互作用

大分子链中原子间及链节间均为共价键结合,不同的化学组成,链长和键能不同。这种结合力为聚合物的主价力,对聚合物的熔点、强度有重要影响。

大分子链间的结合力为范德华键和氢键,这类结合力为次价力,但由于分子链特别长,而且次价力具有加和性,所以有事次价力会超过主价力,次价力对聚合物的力学性能有很大影响。

2、大分子的近程结构

(1)化学组成

化学组成是聚合物的基础,主要是指链节的化学组成,主链有无侧基或支链,侧基或支链的化学组成。它们对聚合物的性能均有较大影响

(2)链接方式

链节方式是指链节在主链上的连接方式和顺序,这取决于单体和聚合反应的性质。

(3)空间结构

大分子链中链节由共价键缩构成的空间排布成为分子链的构型。

3.试述高分子材料的结构与性能的关系。

参考答案:大分子链的远程结构

(1)大分子链的几何形状

大分子链的几何形状有三种:线形、支链形、体形

(2)大分子链的构象

组成大分子链的每个单链,都有一定的键长和键角,并且能在保持键长和键角不变的情况下旋转。每个单键围绕相邻单键按一定角度进行的旋转运动成为单键的内旋。原子围绕单键内旋的结果导致了原子排布的多样化。

(3)大分子链的柔顺性

大分子链由于构象的变化,获得不同卷曲程度的特性成为大分子链的柔顺性。柔顺性与大分子链中单键内旋的难易程度有关。其难易程度一方面与主链上的原子种类有关;另一方面,各单键的内旋彼此之间也会受到牵制。

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