第-章士木工程材料的基本性质 材料、高分子材料在阳光、空气和热的作用下,会逐渐老化而使材 料变脆或开裂 材料的耐久性指标是根据工程所处的环境条件来决定的。例 如处于冻融环境的工程,其所用材料的耐久性以抗冻性指标来表 示;处于暴露环境的有机材料,其耐久性以抗老化能力来表示。 典型题解析 例1-1材料的密度、表观密度堆积密度有何区别?如何测 定?材料含水后对三者有什么影响? 解者都是表示材料单位体积的质量但随其存在状态的 不同,计算时应取用不同的体积。具体情况如下 密度 V为材料的绝对密实体积 表观密度 V。为材料的表观体积 堆积密度 V为材料的雄积体积 对手含孔材料,三者的测试方法要点如下:测定密度时,需先 将材料磨细,之后采用排出液体或水的方法来测定体积测定表观 密度时,直接将材料放入水中,即直接采用排开水的方法来测体 积;测定堆积密度时,将材料装入已知体积的容量筒中,直接测试 其自然堆积状态下的体积。 含水与否对密度、表观密度无影响,因密度、表观密度均是对 于绝对干燥状态而言的。含水对堆积密度的影响则较为复杂,一般 来说使堆积密度增大。 【评注】本题目主要考查密度、表观密度、堆积密度的基本念。相同 点在于三者都是表示材料单位体积的质量,不同点在于三者计算时的体积概 念不同 V为材料的绝对密实体积:绝干状态,绝对密实,不含任何孔隙
土木工程矿唰典型题解忻及巴测试题 v。为材料的表观体积:自然状态,含闭印孔隙,不含开口孔隙。 为材料的堆积体积:绝于或含水状态,自然堆积状态,含颗粒间孔隙。 例1-2某工地所用卵石材料的密度为2.65g/cm,表观密 度为2.61g/cm2,堆积密度为1680kg/m2,计算此石子的孔隙率 与空隙率 解石子的孔隙率P为 P≈E 1-=1_2.61 2.65 =1.51% 石子的空隙率P为 2、61 35.63% 评注】材料的孔欧率是指材料内部孔隙的体积占材料总体积的百分 率空隙率是指散粒材料在其堆积体积中,颗粒之间的空隙体积所占的比 例,计算式中P为密度:m为材料的表观密度为材料的堆积密度 例1-3有一块烧结普通砖,在吸水饱和状态下重2900g, 其绝干质量为2550g砖的尺寸为240mm×115mm×53mm,经 干燥并磨成细粉后取50g,用排水法测得绝对密实体积为 18.62cm3试计算该砖的吸水率密度,孔隙率饱水系数。 解该砖的吸水率为 100% 2900-2550 ×100%=13.73% 该砖的密度为 50 表观密度为 2550 V。24×11.5×5.3
第·葦士木工程材料的星本性质 孔隙率为 P=1 1.74 2.69=35.3% 【评注】质量吸水率是指材料在吸水饱和时,所吸水量占材料在干燥 状态卜的质量百分比 例1-4某石材在气干、绝干、水饱和情况下测得的抗压强度 分别为174,178,165MPa,求该石材的软化系数,并判断该石材可 否用于水下飞程。 解该石材的软化系数为 K 0.93 f,178 由于该石材的软化系数为093,大于0.85,故该石材可用于水下 工程。 【评注】软化系数为材料吸水饱和状态下的抗压强度与材料在绝对干 燥状态下的抗压强度之比与材料在气干状态下的抗压强度无关 例1-5影响材料强度测试结果的试验条件有哪些? 解影响材料强度测试结果的因素很多,如小尺寸试件测试 的强度值高于大尺寸试件;加载速度快时测得的强度值高于加载 速度慢时的;立方体试件的测得值高于棱柱体试件;受压试件与加 压钢板间无润滑作用的(如未涂石蜡等润滑物时)测得的强度值 高于有润滑作用的;表面平整试件的测得值高于表面不平整的等。 【评注】材料的质量指标和试验结果是有条件的、相对的,是与取样、 测试和数据处理密切相关的。在进行建筑材料试验的整个过程中,材料的取 样、试验操作和数据处理,都应严格按照国家(或部颁)现行的有关标准和规 范执行,以保证试样的代表性、试验条件的稳定一致以及测试技术和计算结 果的正确性 例1-6选择题:选择正确的答案填在括号内。 当材料的润湿边角θ为()时,称为憎水性材料。 a.>90°b.≤9 0 解
土木工程材料典型题解柝及自测试题 【评注】材料的润湿边角0≤90°为亲水性材料;材料的润湿边角0> 90°时为惜水性材料。 习题 (一)是非判断题(对的划√,不对的划X) 含水率为4%的湿砂重100g,其中水的重量为4g 2.热容量大的材料导热性大,受外界气温影响室内温度变化比较快。 3.材料的孔隙率相同时,连通粗孔者比封闭微孔者的导热系数大。() 4.从室外取重为Gn的砖一块,浸水饱和后重为G2,烘干后重为G3,则 砖的质量吸水率为tn 5.同一种材料、其表观密度越大则其孔隙率越大 燥条件下的密度为最小。 )):)) 6.将某种含水的材料,置于不同的环境中,分别测得其密度,其中以干 吸水率小的材料其孔隙率最小 8材料的抗冻性与材料的孔隙率有关,与孔隙中的水饱和程度无关 9.在进行材料抗压强度试验时,大试件较小试件的试验结果值偏小 10.材料在进行强度试验时加荷速度快者较加荷速度慢者的试验结果 值偏小。 (二)填空题 1,材料的吸水性用表示吸湿性用表示 2.材料耐水性的强弱可以用 表示。材料耐水性愈好,该值愈 3.称取松散密度为1400kg/m3的干砂200g装入广口瓶中.再把瓶中 注满水,这时称重为500g已知空瓶加满水时的重量为377g则该砂的表观
章士木工程材料的基本性质 密度为 空隙率为 4.同种材料的孔隙率愈 材料的强度愈高;当材料的孔隙率 定时 孔隙愈多,材料的绝热性愈好 5.当材料的孔隙率增大时,则其密度 松散密度 度 吸水 抗滲性 抗冻性 6.材料作抗压强度试验时,大试件测得的强度值偏低,而小试件相反, 其原因是和 (三)单项选择 1.普通混凝士标准试件经28d标准养护后测得抗压强度为226MPa 同时又测得同批混凝土水饱和后的抗压强度为21.5MPa,干燥状态测得抗 压强度为24.5Ma,该混凝土的软化系数为 ④0.88 2.材料的抗滲性指材料抵抗 渗透的性质。 ①水 ②潮气 ③压力水④饱和水 有一块砖重2625g其含水率为5%,该湿砖所含水量为 ①131.25g②129.76g③130.34 ④125g 4.材料的耐水性指材料 而不破坏,其强度也不显著降低的 性质。 ①在水作用下 ②在压力水作用下 ③长期在饱和水作用下 ④长期在湿气作用下 5.颗粒材料的密度为p表观密度为A,松散密度a,则存在下列关系 ①p>p> ②A>p>p 30>0>e 6.材料吸水后将使材料的 提高 ①耐久性 ②强度及导热系数 3密度 ①表观密度和导热系数 7.通常材料的钦化系数为 时,可以认为是耐水的材料 ①>0.95 ②>9.85 8.含水率为5%的砂220kg,将其于燥后的重量是 k ①209 ②209.52 ③210
20 土工科材料典型题解桁及自测试题 9.材质相同的AB两种材料,已知表观密度p>·则A材料的保温 效果比B材料 ①好 ②差 ③差不多 10.当某一建筑材料的孔獸率增大时其吸水率 ①增大 ②减小 ③不变化 ④不…定增大,也不一定减小 (四)问答题 1.试述密度表观密度、松散密度的实质区别 2.何为材料的孔隙率?它与密实度有何关系二者各如何计算? 3.何谓材料的强度?彰响材料强度的因素有哪些? 4.如何区别亲水性材料和恺水性材料? 5.材料的耐久性都包括那些内容?材料的耐水性、抗渗性、抗冻性的含 义是什么?各用什么指标来表示? (五)计算题 已知碎石的表观密度为2.65g/cm2,堆积密度为1.50g/cm3,求2.5 松散状态的碎石需要多少松散体积的砂子填充碎石的空隙?若己知砂子的 堆积密度为1.55g/cm3,求砂子的重量为多少?
工人,行材共三芯析放向汽 液通过金属管交膂向地层压入,两种溶液发生化学反应,可析出吸 水膨胀的硅酸胶体,包裹土壤颗粒并填充其空隙.阻止水分滲透并 使上壤固结。用这种力法加的砂土,抗压强度可达3~6MPa (4)配制水玻璃砂浆:将水玻璃、矿渣粉、砂和氟硅酸钠按 定比例配合成砂浆,可用于修补墙体裂缝 (5)觀制酎酸砂浆、耐酸混凝土、酎热混凝土:用水玻璃作为 胶凝村料,选择耐酸骨料,可配制淌是酸[程要求的耐酸砂浆、 耐酸混凝土。选择不同的耐热骨料,叮配制不同耐热度的水玻璃 埘热混凝土 二、典型题解析 例2-1根据石灰浆体的凝结硬化过程,试分析硬化石灰浆 体有哪些特性? 解石灰浆体在空气中的凝结硬化过程,是由下面两个同时 进行的过程来完成的: (1)结晶作用:游离水分旅发,氢氧化钙逐渐从饱和溶液中 结晶。 (2)碳化作用:气氧化钙与空气中的二氧化碳化合生成碳酸 钙结晶,释出水分并被蒸发 CH(Ol)2-C(),·n2)=Ca(O,+(n+i)H() 由于氧化钙结晶速度慢且结品量少,空气中二氧化碳稀薄, 碳化速度慢。而且表面碳化后,形成紧密外壳,不利于二氧化碳的 渗透利碳化作用的深入。因而硬化石灰浆体具们以下特性: 1)凝结硬化慢 2)硬化后强度低; 3)硬化时体积收缩大 4)耐水性差,因为硬化石灰浆体的主要成分是氢氧化钙,而 氢氧化钙可徽溶解于水
第,蝤气诿性无δ胶羅材C 【评注】石灰浆体在空气中凝结硬化过程主要是依赖于浆体中 (:nf()H)的结晶析出和(a(OH与空气中的氧化碳的碳化作用 例2-2某单位宿舍楼的内墙使用石灰砂浆抹面,数月后, 墙面上出现了许多不规则的网状裂纹,同时在个别部位还发现了 部分出的放射状裂纹,试分析上述现象产生的原因 解石灰砂浆述面的墙囿上出现不规则的网状裂纹,引发的 原因很多,但最主要的原因在于石灰在硬化过程中,蒸发大量的游 离水而引起体积收的结果 墙面上个别部位出现凸出的呈放射状的裂纹,是由于配制石 灰砂浆时所用的石灰中混入了过火石灰。这部分过火石灰在消 解、陈伏阶段中未完全熟化,以致于在砂浆硬化后,过火石灰吸收 空气中的水蒸气继续熟化,造成体积膨胀,从而出现上述现象。 评注】透过现象看本质,过火石灰表面常被黏土杂质融化形成的玻璃 釉状物包磁,熟化很慢。如未经过充分的陈休,当扫灰已经硬化后,过火石灰 才开始熟化并产生体积膨胀,容易引起鼓包隆起和开裂。 例2-3既然石灰不耐水,为什么击它制的灰土或三合士 却可以用于基础的垫层、道路的基层等潮湿部位? 解石灰土或三合土是由消石灰粉和黏土等按比例配制而 成的,加适量的水充分拌合后,经碾压或夯实,在潮湿环境中石灰 与黏土表面的活性氧化硅或氧化铝反应,生成具有水硬性的水化 砫酸钙或水化铝酸钙,所以灰土或二合土的强度和耐水性会随使 用时间的延长而逐渐提高,适于在潮湿环境中使用。 再者,由于石灰的可塑性好,与黏士等拌合后经压实或分实 使灰土或三合上的密实度大大提高.降低了孔隙率,使水的侵入大 为减少。因此灰土或三合士可以于基础的垫层、道路的基层等 潮湿部位。 【评注】:表面存在少量的的活性氧化硅和氧化铝,可与消石灰 a(H)2反应·生成水硬性物质 例24建筑石膏的成分是什么?其凝结硬化机理是什么?
工木工程材料典型题解析及目测试题 解建筑石膏的成分为CaSO4·2H2O,也称熟石膏或半水 石膏。建筑石膏的凝结硬化机理是,当建筑石膏与适量水拌合后 先成为可塑性良好的浆体,随着石膏与水的反应,浆体的可塑性很 消失而发生凝结,此后进…步产生和发展强度而硬化。建筑石 膏与水之间产生化学反应的反应式为 Cason H,O.t1H2O=CaSO,2H,Oy 出于二水石膏在水中的溶解度比半水石膏小得多(仅为半水 石膏的1/5),所以二水作膏以胶体微粒不断自水中析出,浆体的 稠度逐渐增大·表现为石膏的凝结,其后半水石膏继续溶解和水 化浆体渐凝聚,失太可塑性,并遂渐转变为晶体,晶体颗粒不 断长大和连生,形成相互交错,彼此紧密联结,硬化成块体并产 生强度,直至完仝干燥,强度才停止发展,这就是石膏的硬化过程 评注】建筑石膏的凝结硬化机理实际为华水石膏吸收一个半结晶水 还原为二水石舟的过程, 例2-5建筑石音及其制品为什么适用于室内,而不适用于 室外? 解建筑膏及其制品适用于室内装修,卡要是由于建筑石 膏及其制品在凝结硬化后具有以下的优良性质 (1)石表画光滑饱满颜色洁白,质地细其有良好的装饰 性。加入颜料后,可具育各种色彩。建筑石膏在凝结硬化时产生 微膨胀,故其制品的表面较为光滑饱满,棱角清晰完癃,形状、民· 准确,细致,装饰性好 (2)硬化后的建筑石膏中存在大量的微孔,故其保温性、吸声 性好 (3)使化后行肯的主要成分是水石膏,当受到高温作用时或 遇火后会脱出21%左右的结晶水,并能在表面蒸发形成水蒸气 幕,叮有效地阻止火势的蔓延,县有一-定的防火性。 ()建筑石膏制品还具有较高的热容量和一定的吸湿性,故可