土木工程材料 习题课(二)必 张德思教授
土木工程材料 习题课(二） 张德思教授 主讲
●混凝土 ●例4-1.普通混凝土的主要组成材料有哪些?各 组成材料在硬化前后的作用如何? ●解:普通混凝土的主要组成材料有水泥、细骨 料(砂)、粗骨料(石)和水。另外还常加入适 量的掺合料和外加剂。 在混凝土中,水泥与水形成水泥浆,水泥浆包裹 在骨料表面并填充其空隙。在混凝土硬化前,水 泥浆起润滑作用,赋予拌合物一定的流动性、粘 聚性,便于施工。在硬化后则起到了将砂、石胶 结为一个整体的作用,使混凝土具有一定的强度 耐久性等性能。砂、石在混凝土中起骨架作用, 可以降低水泥用量、减小干缩、提高混凝土的强 度和耐久性
混凝土 例4-1．普通混凝土的主要组成材料有哪些？各 组成材料在硬化前后的作用如何？ 解： 普通混凝土的主要组成材料有水泥、细骨 料（砂）、粗骨料（石）和水。另外还常加入适 量的掺合料和外加剂。 在混凝土中，水泥与水形成水泥浆，水泥浆包裹 在骨料表面并填充其空隙。在混凝土硬化前，水 泥浆起润滑作用，赋予拌合物一定的流动性、粘 聚性，便于施工。在硬化后则起到了将砂、石胶 结为一个整体的作用，使混凝土具有一定的强度、 耐久性等性能。砂、石在混凝土中起骨架作用， 可以降低水泥用量、减小干缩、提高混凝土的强 度和耐久性
●例4-2.配制混凝土应考虑哪些基本要求? ●解 配制混凝土应考虑以下四项基本要求,即 1.满足结构设计的强度等级要求; 2.满足混凝土施工所要求的和易性; 3.满足工程所处环境对混凝土耐久性的要求; 4.符合经济原则,即节约水泥以降低混凝土成 本。 鲁[评注]强度要求达到95%强度保证率;经济原则 是在满足强度要求、和易性要求、耐久性要求的 前提下,尽量降低高价材料(水泥)的用量,达 到降低成本的目的
例4-2．配制混凝土应考虑哪些基本要求？ 解 配制混凝土应考虑以下四项基本要求，即： １．满足结构设计的强度等级要求； ２．满足混凝土施工所要求的和易性； ３．满足工程所处环境对混凝土耐久性的要求； ４．符合经济原则，即节约水泥以降低混凝土成 本。 [评注] 强度要求达到95%强度保证率；经济原则 是在满足强度要求、和易性要求、耐久性要求的 前提下，尽量降低高价材料（水泥）的用量，达 到降低成本的目的
e例4-3.何谓骨料级配?骨料级配良好 的标准是什么? 解 ●骨料级配是指骨料中不同粒径颗粒的 组配情况。 e骨料级配良好的标准是骨料的空隙率和 总表面积均较小。使用良好级配的骨料, 不仅所需水泥浆量较少,经济性好,而 且还可提高混凝土的和易性、密实度和 强度
例4-3．何谓骨料级配？骨料级配良好 的标准是什么？ 解 骨料级配是指骨料中不同粒径颗粒的 组配情况。 骨料级配良好的标准是骨料的空隙率和 总表面积均较小。使用良好级配的骨料， 不仅所需水泥浆量较少，经济性好，而 且还可提高混凝土的和易性、密实度和 强度
●[评注]石子的空隙是由砂浆所填充的 砂子的空隙是由水泥浆所填充的。砂子 的空隙率愈小,则填充的水泥浆量越少, 达到同样和易性的混凝土混合料所需水 泥量较少,因此可以节约水泥。 砂粒的表面是由水泥浆所包裹的。在 空隙率相同的条件下,砂粒的比表面积 愈小,则所需包裹的水泥浆也就愈少 达到同样和易性的混凝土混合料,其水 泥用量较少。 由此可见,骨料级配良好的标准应当 是空隙率小,同时比表面积也较小
[评注] 石子的空隙是由砂浆所填充的； 砂子的空隙是由水泥浆所填充的。砂子 的空隙率愈小，则填充的水泥浆量越少， 达到同样和易性的混凝土混合料所需水 泥量较少，因此可以节约水泥。 砂粒的表面是由水泥浆所包裹的。在 空隙率相同的条件下，砂粒的比表面积 愈小，则所需包裹的水泥浆也就愈少， 达到同样和易性的混凝土混合料，其水 泥用量较少。 由此可见，骨料级配良好的标准应当 是空隙率小，同时比表面积也较小
例4-4.为什么要限制砂、石中活性氧化硅 的含量,它对混凝土的性质有什么不利作 用 ●解:混凝土用砂、石必须限制其中活性氧 化硅的含量,因为砂、石中的活性氧化硅 会与水泥或混凝土中的碱产生碱骨料反应 该反应的结果是在骨料表面生成一种复杂 的碱一硅酸凝胶,在潮湿条件下由于凝胶 吸水而产生很大的体积膨胀将硬化混凝土 的水泥石与骨料界面胀裂,使混凝土的强 度、耐久性等下降。碱骨料反应往往需几 年、甚至十几年以上才表现出来。故需限 制砂、石中的活性氧化硅的含量
例4-4．为什么要限制砂、石中活性氧化硅 的含量，它对混凝土的性质有什么不利作 用？ 解：混凝土用砂、石必须限制其中活性氧 化硅的含量，因为砂、石中的活性氧化硅 会与水泥或混凝土中的碱产生碱骨料反应。 该反应的结果是在骨料表面生成一种复杂 的碱一硅酸凝胶，在潮湿条件下由于凝胶 吸水而产生很大的体积膨胀将硬化混凝土 的水泥石与骨料界面胀裂，使混凝土的强 度、耐久性等下降。碱骨料反应往往需几 年、甚至十几年以上才表现出来。故需限 制砂、石中的活性氧化硅的含量
例4-5.为什么在拌制混凝土时,砂的用量应按 质量计,而不能以体积计量? 解 砂子的体积和堆积密度与其含水状态紧密相关。 随着含水率的增大,砂颗粒表面包裹着一层水 膜,引起砂体积增大。当砂的含水率为5% 8%时,其体积最大而堆积密度最小,砂的体 积可增加20‰~30%。若含水率继续增大,砂 表面水膜增厚,由于水的自重超过砂粒表面对 水的吸附力而产生流动,并迁入砂粒间的空隙 中,于是砂粒表面的水膜被挤破消失,砂体积 减小。当含水率达20%左右时,湿砂体积与 干砂相近;含水率继续增大,则砂粒互相挤紧, 这时湿砂的体积可小于干砂
例4-5. 为什么在拌制混凝土时，砂的用量应按 质量计，而不能以体积计量？ 解 砂子的体积和堆积密度与其含水状态紧密相关。 随着含水率的增大，砂颗粒表面包裹着一层水 膜，引起砂体积增大。当砂的含水率为５％～ ８％时，其体积最大而堆积密度最小，砂的体 积可增加20％～30％。若含水率继续增大，砂 表面水膜增厚，由于水的自重超过砂粒表面对 水的吸附力而产生流动，并迁入砂粒间的空隙 中，于是砂粒表面的水膜被挤破消失，砂体积 减小。当含水率达２０％左右时，湿砂体积与 干砂相近；含水率继续增大，则砂粒互相挤紧， 这时湿砂的体积可小于干砂
由此可知,在拌制混凝土时,砂的用量应 按质量计,而不能以体积计量,以免引起 混凝土拌合物砂量不足,出现离析和蜂窝 现象 ●[评注]气干状态的砂随着其含水率的增 大,砂颗粒表面形成一层吸附水膜,推挤 砂粒分开而引起砂体积增大,这种现象称 为砂的湿胀,其中细砂的湿胀要比粗砂大 得多
由此可知，在拌制混凝土时，砂的用量应 按质量计，而不能以体积计量，以免引起 混凝土拌合物砂量不足，出现离析和蜂窝 现象。 [评注] 气干状态的砂随着其含水率的增 大，砂颗粒表面形成一层吸附水膜，推挤 砂粒分开而引起砂体积增大，这种现象称 为砂的湿胀，其中细砂的湿胀要比粗砂大 得多
例4-6.某干砂500g的筛分结果如下表所列。 试计算该砂的细度模数并评定其级配。 筛孔尺寸(mm)5.0 2.5 1250.630.3150.16 筛余量(g) 5 100 150 145 20 解: 计算各筛的分计筛余百分数和累计筛余百分 数如下表:
例 4-６．某干砂 500g 的筛分结果如下表所列。 试计算该砂的细度模数并评定其级配。 筛孔尺寸（mm） 5.0 2.5 1.25 0.63 0.315 0.16 筛余量(ｇ) 5 100 150 145 80 20 解： 计算各筛的分计筛余百分数和累计筛余百分 数如下表：
筛孔分计筛余量 尺寸 分计筛余(%) 累计筛余(%) g 5.0 5 a1=5/500=1 A1=a1=1 100 a2=100/500=20 A2=A1+a2=21 125 150 3=150/500=30 A3=A2+a3=51 0.63 145 a4=145/500=29 A:=A3+a4=80 0.315 80 as=80/500=16 As=A4+a5=96 0.16 20 a6=20/500=4 A6=As+a6=100
筛孔 尺寸 分计筛余量 （g） 分计筛余（％） 累计筛余（％） 5.0 5 a1=5/500=1 A1=a1=1 2.5 100 a2=100/500=20 A2=A1+ a2=21 1.25 150 a3=150/500=30 A3=A2+ a3=51 0.63 145 a4=145/500=29 A4=A3+ a4=80 0.315 80 a5=80/500=16 A5=A4+ a5=96 0.16 20 a6=20/500=4 A6=A5+ a6=100