土木工程材料 习题课(三)必 张德思教授
土木工程材料 习题课(三） 张德思教授 主讲
●例4-25.何谓混凝土的徐变?产生徐变的 原因是什么?混凝土徐变在结构工程中有 何实际影响? 解 。混凝土在恒定荷载长期作用下,随时间增 长而沿受力方向增加的非弹性变形,称为 混凝土的徐变 混凝土产生徐变的原因是由于在外力作用 下,水泥石中凝胶的粘性流动及凝胶体内 吸附水的迁移,还与水泥石内部吸附水的 迁移等有关
例4-25．何谓混凝土的徐变？产生徐变的 原因是什么？混凝土徐变在结构工程中有 何实际影响？ 解 混凝土在恒定荷载长期作用下，随时间增 长而沿受力方向增加的非弹性变形，称为 混凝土的徐变。 混凝土产生徐变的原因是由于在外力作用 下，水泥石中凝胶的粘性流动及凝胶体内 吸附水的迁移，还与水泥石内部吸附水的 迁移等有关
混凝土的徐变会使构件的变形增加, 在钢筋混凝土截面中引起应力的重新 分布。对预应力钢筋混凝土结构,混 凝土的徐变将使钢筋的预应力受到损 失。但有时徐变也对工程有利,如徐 变可消除或减小钢筋混凝土内的应力 集中,使应力均匀地重新分布。对大 体积混凝土,徐变能消除一部分由温 度变形所产生的破坏应力
混凝土的徐变会使构件的变形增加， 在钢筋混凝土截面中引起应力的重新 分布。对预应力钢筋混凝土结构，混 凝土的徐变将使钢筋的预应力受到损 失。但有时徐变也对工程有利，如徐 变可消除或减小钢筋混凝土内的应力 集中，使应力均匀地重新分布。对大 体积混凝土，徐变能消除一部分由温 度变形所产生的破坏应力
[评注]影响混凝土徐变因素很多, 混凝土所受初应力越大,在混凝土制 成后龄期较短时加荷,水灰比越大 水泥用量越多,都会使混凝土的徐变 增大;另外混凝土弹性模量大,会减 小徐变,混凝土养护条件越好,水泥 水化越充分,徐变也越小
[评注] 影响混凝土徐变因素很多， 混凝土所受初应力越大，在混凝土制 成后龄期较短时加荷，水灰比越大， 水泥用量越多，都会使混凝土的徐变 增大；另外混凝土弹性模量大，会减 小徐变，混凝土养护条件越好，水泥 水化越充分，徐变也越小
例4-26.何谓混凝土的耐久性?提高混凝土耐 久性的措施有哪些? 解 ●混凝土抵抗环境介质作用并长期保持其良好的 使用性能的能力称为混凝土的耐久性。 ●提高混凝土耐久性的主要措施有: ●(1)根据工程所处环境和工程性质合理选择 水泥品种。 (2)适当控制混凝土的水灰比及水泥用量。 水灰比的大小是决定混凝土密实性的主要因素。 必须严格限制最大水灰比,保证足够的水泥用
例4-26．何谓混凝土的耐久性？提高混凝土耐 久性的措施有哪些？ 解 混凝土抵抗环境介质作用并长期保持其良好的 使用性能的能力称为混凝土的耐久性。 提高混凝土耐久性的主要措施有： （１）根据工程所处环境和工程性质合理选择 水泥品种。 （２）适当控制混凝土的水灰比及水泥用量。 水灰比的大小是决定混凝土密实性的主要因素。 必须严格限制最大水灰比，保证足够的水泥用 量
e(3)选用质量良好的砂石骨料。改善 粗细骨料级配,在允许的最大粒径范 围內尽量选用较大粒径的粗骨料。减 小骨料的空隙率和比表面积。 。(4)掺入引气剂或减水剂,提高抗 渗、抗冻能力。 (5)加强混凝土的施工质量控制。 [评注]提高混凝土耐久性,对于延长 结构寿命,减少修复工作量,提高经 济效益具有重要的意义
（3）选用质量良好的砂石骨料。改善 粗细骨料级配，在允许的最大粒径范 围内尽量选用较大粒径的粗骨料。减 小骨料的空隙率和比表面积。 （４）掺入引气剂或减水剂，提高抗 渗、抗冻能力。 （5）加强混凝土的施工质量控制。 [评注] 提高混凝土耐久性，对于延长 结构寿命，减少修复工作量，提高经 济效益具有重要的意义
●例4-27.何谓混凝土的碳化?碳化对混凝土的性 质有哪些影响? 解 混凝土的碳化是指空气中的二氧化碳与水泥石中 的氢氧化钙作用,生成碳酸钙和水的反应。 碳化作用降低了混凝土的碱度,减弱了对钢筋的 保护作用。由于水泥水化过程中生成大量氢氧化 钙,使混凝土孔隙中充满饱和的氢氧化钙溶液, 其PH值可达到12.6~13。这种强碱性环境能使 混凝土中的钢筋表面生成一层钝化薄膜,从而保 护钢筋免于锈蚀。碳化作用降低了混凝土的碱度 当PH值低于1o时,钢筋表面钝化膜破坏,导 致钢筋锈蚀
例4-27．何谓混凝土的碳化？碳化对混凝土的性 质有哪些影响？ 解 混凝土的碳化是指空气中的二氧化碳与水泥石中 的氢氧化钙作用，生成碳酸钙和水的反应。 碳化作用降低了混凝土的碱度，减弱了对钢筋的 保护作用。由于水泥水化过程中生成大量氢氧化 钙，使混凝土孔隙中充满饱和的氢氧化钙溶液， 其ＰＨ值可达到12.6～13。这种强碱性环境能使 混凝土中的钢筋表面生成一层钝化薄膜，从而保 护钢筋免于锈蚀。碳化作用降低了混凝土的碱度， 当ＰＨ值低于１０时，钢筋表面钝化膜破坏，导 致钢筋锈蚀
其次,当碳化深度超过钢筋的保护层时, 钢筋不但易发生锈蚀,还会因此引起体积 膨胀,使混凝土保护层开裂或剥落,进而 又加速混凝土进一步碳化。 碳化作用还会引起混凝土的收缩,使混凝 土表面碳化层产生拉应力,可能产生微细 裂缝,从而降低了混凝土的抗折强度。 ●[评注]影响混凝土碳化速度的主要因素有 水泥品种、水灰比、环境湿度和硬化条件 等。空气中或蒸汽中养护的混凝土,比在 潮湿环境或水中养护的混凝土碳化快。因 为前者促使水泥石形成多孔结构或产生微 裂缝,后者水化程度高,混凝土较密实
其次，当碳化深度超过钢筋的保护层时， 钢筋不但易发生锈蚀，还会因此引起体积 膨胀，使混凝土保护层开裂或剥落，进而 又加速混凝土进一步碳化。 碳化作用还会引起混凝土的收缩，使混凝 土表面碳化层产生拉应力，可能产生微细 裂缝，从而降低了混凝土的抗折强度。 [评注]影响混凝土碳化速度的主要因素有： 水泥品种、水灰比、环境湿度和硬化条件 等。空气中或蒸汽中养护的混凝土，比在 潮湿环境或水中养护的混凝土碳化快。因 为前者促使水泥石形成多孔结构或产生微 裂缝，后者水化程度高，混凝土较密实
例4-28.某框架结构工程现浇钢筋混凝土梁,混凝士设 计强度等级为C30,施工要求混凝土坍落度为30~ 5Om,根据施工单位历史资料统计,混凝土强度标准 差σ=5MPa。所用原材料情况如下: 水泥:42.5级普通硅酸盐水泥,水泥密度为p 3.10g/cm3,水泥强度等级标准值的富余系数为1.08 砂:中砂,级配合格, 砂子表观密度p=2.60g/cm3; 石:5~30mm碎石,级配合格 石子表观密度p=2.65g/ Cl 试求 1.混凝土计算配合比; 2.若经试配混凝土的和易性和强度等均符合要求 无需作调整。又知现场砂子含水率为3%,石子含水 率为1%,试计算混凝土施工配合比
例4-28．某框架结构工程现浇钢筋混凝土梁，混凝土设 计强度等级为 Ｃ30，施工要求混凝土坍落度为３０～ ５０㎜，根据施工单位历史资料统计，混凝土强度标准 差σ＝5MPa。所用原材料情况如下： 水泥：42.5级普通硅酸盐水泥 ，水泥密度为 ρｃ =3.10ｇ/cm３ ，水泥强度等级标准值的富余系数为1.08； 砂：中砂，级配合格， 砂子表观密度ρos =2.60ｇ／cm３； 石：5～30mm碎石，级配合格， 石子表观密度ρog =2.65ｇ/cm3； 试求： １．混凝土计算配合比； 2．若经试配混凝土的和易性和强度等均符合要求， 无需作调整。又知现场砂子含水率为 ３％，石子含水 率为1％，试计算混凝土施工配合比
解 求混凝土计算配合比 (1)确定混凝土配制强度(fa) f0=fak+1.645σ=30+1.645×5=38.2MPa (2)确定水灰比(W/C) f°=Y。×f。k=1.08x42.5=45.9MPa W/C aa×f 0.46×45.9 0.53 C,0 +aa×Cb×f382+0.46×0.07×45.9 由于框架结构混凝土梁处于干燥环境,由表4-8, 干燥环境容许最大水灰比为0.65,故可确定水灰 比为0.53
解 １．求混凝土计算配合比 (1)确定混凝土配制强度（fcu,0） fcu,0= fcu,k + 1.645σ= 30 + 1.645×5 =38.2 MPa (2)确定水灰比（W/C） fce = γc × fce,k = 1.08 × 42.5=45.9MPa 0.53 38.2 0.46 0.07 45.9 0.46 45.9 / 0 = + = + = cu a b ce a ce f f f W C ， 由于框架结构混凝土梁处于干燥环境，由表 4-8, 干燥环境容许最大水灰比为 0.65，故可确定水灰 比为 0.53