組織施工習題課2課件

1、土木工程材料習題課(二） 杜治光主講混凝土例4-1普通混凝土的主要組成材料有哪些？各組成材料在硬化前后的作用如何？解： 普通混凝土的主要組成材料有水泥、細骨料（砂）、粗骨料（石）和水。另外還常加入適量的摻合料和外加劑。在混凝土中，水泥與水形成水泥漿，水泥漿包裹在骨料表面并填充其空隙。在混凝土硬化前，水泥漿起潤滑作用，賦予拌合物一定的流動性、粘聚性，便于施工。在硬化后則起到了將砂、石膠結為一個整體的作用，使混凝土具有一定的強度、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、減小干縮、提高混凝土的強度和耐久性。 例4-2配制混凝土應考慮哪些基本要求？解配制混凝土應考慮以下四項基本要求

2、，即：滿足結構設計的強度等級要求；滿足混凝土施工所要求的和易性；滿足工程所處環(huán)境對混凝土耐久性的要求；符合經濟原則，即節(jié)約水泥以降低混凝土成本。評注 強度要求達到95%強度保證率；經濟原則是在滿足強度要求、和易性要求、耐久性要求的前提下，盡量降低高價材料（水泥）的用量，達到降低成本的目的。例4-3何謂骨料級配？骨料級配良好的標準是什么？解 骨料級配是指骨料中不同粒徑顆粒的組配情況。骨料級配良好的標準是骨料的空隙率和總表面積均較小。使用良好級配的骨料，不僅所需水泥漿量較少，經濟性好，而且還可提高混凝土的和易性、密實度和強度。例4-4為什么要限制砂、石中活性氧化硅的含量，它對混凝土的性質有什么不利

3、作用？解：混凝土用砂、石必須限制其中活性氧化硅的含量，因為砂、石中的活性氧化硅會與水泥或混凝土中的堿產生堿骨料反應。該反應的結果是在骨料表面生成一種復雜的堿一硅酸凝膠，在潮濕條件下由于凝膠吸水而產生很大的體積膨脹將硬化混凝土的水泥石與骨料界面脹裂，使混凝土的強度、耐久性等下降。堿骨料反應往往需幾年、甚至十幾年以上才表現出來。故需限制砂、石中的活性氧化硅的含量。例4-5. 為什么在拌制混凝土時，砂的用量應按質量計，而不能以體積計量？解砂子的體積和堆積密度與其含水狀態(tài)緊密相關。隨著含水率的增大，砂顆粒表面包裹著一層水膜，引起砂體積增大。當砂的含水率為時，其體積最大而堆積密度最小，砂的體積可增加20

4、30。若含水率繼續(xù)增大，砂表面水膜增厚，由于水的自重超過砂粒表面對水的吸附力而產生流動，并遷入砂粒間的空隙中，于是砂粒表面的水膜被擠破消失，砂體積減小。當含水率達左右時，濕砂體積與干砂相近；含水率繼續(xù)增大，則砂?；ハ鄶D緊，這時濕砂的體積可小于干砂。 根據細度模數，該砂屬粗砂。在級配區(qū)內畫出該砂的篩分曲線，見圖 4-1。該曲線落 在區(qū)（粗砂區(qū)）內，說明該砂為粗砂，級配合格。評注 x在3.73.1為粗砂，x在3.02.3為中砂，x在2.21.6為細砂，x在1.50.7為特細砂。 例4-7什么是石子的最大粒徑？工程上石子的最大粒徑是如何確定的？解：粗骨料公稱粒級的上限稱為該粒級的最大粒徑。 工程上對

5、混凝土中每立方米水泥用量小于170 kg的貧混凝土，采用較大粒徑的粗骨料對混凝土強度有利。特別在大體積混凝土中，采用大粒徑粗骨料，對于減少水泥用量、降低水泥水化熱有著重要的意義。不過對于結構常用的混凝土，尤其是高強混凝土，從強度觀點來看，當使用的粗骨料最大粒徑超過40mm后，并無多大好處，因為這時由于減少用水量獲得的強度提高，被大粒徑骨料造成的較少粘結面積和不均勻性的不利影響所抵消。因此，只有在可能的情況下，粗骨料最大粒徑應盡量選用大一些。 例4-7什么是石子的最大粒徑？工程上石子的最大粒徑是如何確定的？解 粗骨料公稱粒級的上限稱為該粒級的最大粒徑。 工程上對混凝土中每立方米水泥用量小于170

6、 kg的貧混凝土，采用較大粒徑的粗骨料對混凝土強度有利。特別在大體積混凝土中，采用大粒徑粗骨料，對于減少水泥用量、降低水泥水化熱有著重要的意義。不過對于結構常用的混凝土，尤其是高強混凝土，從強度觀點來看，當使用的粗骨料最大粒徑超過40mm后，并無多大好處，因為這時由于減少用水量獲得的強度提高，被大粒徑骨料造成的較少粘結面積和不均勻性的不利影響所抵消。因此，只有在可能的情況下，粗骨料最大粒徑應盡量選用大一些。 但最大粒徑的確定，還要受到混凝土結構截面尺寸及配筋間距的限制。按混凝土結構工程施工及驗收規(guī)范規(guī)定，混凝土用粗骨料的最大粒徑不得大于結構截面最小尺寸的14，且不得大于鋼筋間最小凈距的34。對

7、于混凝土實心板，骨料的最大粒徑不宜超過板厚的12，且不得超過50mm。評注粗骨料最大粒徑增大時，骨料總表面積減小，因此包裹其表面所需的水泥漿量減少，可節(jié)約水泥，并且在一定和易性及水泥用量條件下，能減少用水量而提高混凝土強度。因此，在可能的情況下，粗骨料最大粒徑應盡量選用大一些。最大粒徑的選用，除了受結構上諸因素的限制外，還受攪拌機以及輸送管道等條件的限制。泥塊對混凝土性能的影響與上述粉狀物的影響基本相同，但對強度和耐久性的影響程度更大。評注 粘土、淤泥、細屑等粉狀雜質本身強度極低，且總表面積很大，因此包裹其表面所需的水泥漿量增加，造成混凝土的流動性降低且大大降低了水泥石與砂、石間的界面粘結強度

8、。例4-9簡述石子的連續(xù)級配及間斷級配的特點？解 石子的連續(xù)級配是將石子按其尺寸大小分級，其分級尺寸是連續(xù)的。連續(xù)級配的混凝土一般和易性良好，不易發(fā)生離析現象，是常用的級配方法。 石子的間斷級配是有意剔除中間尺寸的顆粒，使大顆粒與小顆粒間有較大的“空檔”。按理論計算，當分級增大時，骨料空隙率降低的速率較連續(xù)級配大，可較好地發(fā)揮骨料的骨架作用而減少水泥用量。但容易產生離析現象，和易性較差。 例4-10. 普通混凝土中使用卵石或碎石，對混凝土性能的影響有何差異？解 碎石表面粗糙且多棱角，而卵石多為橢球形，表面光滑。碎石的內摩擦力大。在水泥用量和用水量相同的情況下，碎石拌制的混凝土由于自身的內摩擦力

9、大，拌合物的流動性降低，但碎石與水泥石的粘結較好，因而混凝土的強度較高。在流動性和強度相同的情況下，采用碎石配制的混凝土水泥用量較大。而采用卵石拌制的混凝土的流動性較好，但強度較低。當水灰比大于0.65時，二者配制的混凝土的強度基本上沒有什么差異，然而當水灰比較小時強度相差較大。 評注 碎石與水泥石的粘結性好，這對配制高強混凝土特別有利。越小，碎石同卵石的界面粘結程度的差異越大，對混凝土強度的影響也越大。此外一般情況下，碎石的強度高于卵石的強度，這對提高混凝土的強度也是有利的。 例4-11為什么不宜用高強度等級水泥配制低強度等級的混凝土？為什么不宜用低強度等級水泥配制高強度等級的混凝土？解 采

10、用高強度等級水泥配制低強度等級混凝土時，只需少量的水泥或較大的水灰比就可滿足強度要求，但卻滿足不了施工要求的良好的和易性，使施工困難，并且硬化后的耐久性較差。因而不宜用高強度等級水泥配制低強度等級的混凝土。用低強度等級水泥配制高強度等級的混凝土時，一是很難達到要求的強度，二是需采用很小的水灰比或者說水泥用量很大，因而硬化后混凝土的干縮變形和徐變變形大，對混凝土結構不利，易于干裂。同時由于水泥用量大，水化放熱量也大，對大體積或較大體積的工程也極為不利。此外經濟上也不合理。所以不宜用低強度等級水泥配制高強度等級的混凝土。 評注 若用低強度水泥來配制高強度混凝土，為滿足強度要求必然使水泥用量過多。這

11、不僅不經濟，而且使混凝土收縮和水化熱增大還將因必須采用很小的水灰比而造成混凝土太干，施工困難，不易搗實，使混凝土質量不能保證。如果用高強度水泥來配制低強度混凝土，單從強度考慮只須用少量水泥就可滿足要求，但為了又要滿足混凝土拌合物和易性及混凝土耐久性要求，就必須再增加一些水泥用量。這樣往往產生超強現象，也不經濟。當在實際工程中因受供應條件限制而發(fā)生這種情況時，可在高強度水泥中摻入一定量的摻合料（如粉煤灰）即能使問題得到較好解決。 例4-12. 為什么不宜用海水拌制混凝土？解用海水拌制混凝土時，由于海水中含有較多硫酸鹽（SO42 約2400g），混凝土的凝結速度加快，早期強度提高，但天及后期強度下

12、降（28強度約降低10），同時抗?jié)B性和抗凍性也下降。當硫酸鹽的含量較高時，還可能對水泥石造成腐蝕。同時，海水中含有大量氯鹽（C 約15000gL），對混凝土中鋼筋有加速銹蝕作用，因此對于鋼筋混凝土和預應力混凝土結構，不得采用海水拌制混凝土。評注對有飾面要求的混凝土，也不得采用海水拌制，因為海水中含有大量的氯鹽、鎂鹽和硫酸鹽，混凝土表面會產生鹽析而影響裝飾效果。 流動性是指混凝土拌合物在自重或機械振搗力的作用下，能產生流動并均勻密實地充滿模型的性能。 粘聚性是指混凝土拌合物內部組分間具有一定的粘聚力，在運輸和澆筑過程中不致發(fā)生離析分層現象，而使混凝土能保持整體均勻的性能。 保水性是指混凝土拌合物

13、具有一定的保持內部水分的能力，在施工過程中不致產生嚴重的泌水現象的性能。 評注 混凝土拌合物的流動性、粘聚性及保水性，三者是互相關聯又互相矛盾的，當流動性很大時，則往往粘聚性和保水性差，反之亦然。因此，所謂拌合物和易性良好，就是要使這三方面的性質在某種具體條件下，達到均為良好，亦即使矛盾得到統(tǒng)一。 評注 正確選擇混凝土拌合物的坍落度，對于保證混凝土的施工質量及節(jié)約水泥，有重要意義。在選擇坍落度時，原則上應在不妨礙施工操作并能保證振搗密實的條件下，盡可能采用較小的坍落度，以節(jié)約水泥并獲得質量較高的混凝土。 例4-15影響混凝土拌合料和易性的因素有哪些？解影響混凝土拌合料和易性的因素主要有以下幾個

14、方面：（）水泥漿的數量。水泥漿越多則流動性越大，但水泥漿過多時，拌合料易產生分層、離析，即粘聚性明顯變差。水泥漿太少則流動性和粘聚性均較差。（）水泥漿的稠度。稠度大則流動性差，但粘聚性和保水性則一般較好。稠度小則流動性大，但粘聚性和保水性較差。（3）砂率。砂率大則骨料的比表面積大，使流動性降低或需增加用水量，但粘聚性和保水性好。砂率小則流動性提高，但粘聚性和保水性降低。砂率過小時則流動性也降低。合理砂率（最佳砂率），有最大的流動性。（）其他影響因素水泥品種，骨料種類，粒形和級配以及外加劑等，都對混凝土拌合物的和易性有一定影響。 評注 在工程實踐中要改善混凝土和易性，一般可采取如下四條措施：（）

15、盡可能降低砂率，采用合理砂率，有利于提高混凝土質量和節(jié)約水泥。（）改善砂、石級配，采用良好級配。（）盡可能采用粒徑較大的砂、石為好。（）保持水灰比不變的情況下，增加水泥漿用量或加入外加劑（一般指的是減水劑）。 例4-16何謂砂率？何謂合理砂率？影響合理砂率的主要因素是什么？解砂率是混凝土中砂的質量與砂和石總質量之比。合理砂率是指用水量、水泥用量一定的情況下，能使拌合料具有最大流動性，且能保證拌合料具有良好的粘聚性和保水性的的砂率?；蚴窃谔涠纫欢〞r，使拌合料具有最小水泥用量的砂率。影響合理砂率的主要因素有砂、石的粗細，砂、石的品種與級配，水灰比以及外加劑等。石子越大，砂子越細、級配越好、水灰比

16、越小，則合理砂率越小。采用卵石和減水劑、引氣劑時，合理砂率較小。評注 砂率表示混凝土中砂子與石子二者的組合關系，砂率的變動，會使骨料的總表面積和空隙率發(fā)生很大的變化，因此對混凝土拌合物的和易性有顯著的影響。 當砂率過大時，骨料的總表面積和空隙率均增大，當混凝土中水泥漿量一定的情況下，拌合物就顯得干稠，流動性就變小，如要保持流動性不變，則需增加水泥漿，就要多耗用水泥。反之，若砂率過小，則拌合物中顯得石子過多而砂子過少，形成砂漿量不足以包裹石子表面，并不能填滿石子間空隙。使混凝土產生粗骨料離析、水泥漿流失，甚至出現潰散等現象。 例4-17現場澆灌混凝土時，嚴禁施工人員隨意向混凝土拌合物中加水，試從

17、理論上分析加水對混凝土質量的危害。解現場澆灌混凝土時，施工人員向混凝土拌合物中加水，雖然增加了用水量，提高了流動性，但是將使混凝土拌合料的粘聚性和保水性降低。特別是因水灰比的增大，增加了混凝土內部的毛細孔隙的含量，因而會降低混凝土的強度和耐久性，并增大混凝土的變形，造成質量事故。故現場澆灌混凝土時，必須嚴禁施工人員隨意向混凝土拌合物中加水。評注 不能采用僅增加用水量的方式來提高混凝土的流動性。施工現場萬一必須提高混凝土的流動性時，必須在保證水灰比不變的情況下，既增加用水量，又增加水泥用量。例4-18影響混凝土強度的主要因素有哪些？怎樣影響？解影響混凝土抗壓強度的主要因素有：（1）水泥強度等級和

18、水灰比。水泥強度等級越高，混凝土強度越高；在能保證密實成型的前提下，水灰比越小強度越高。 （2）骨料品種、粒徑、級配、雜質等。采用粒徑較大、級配較好且干凈的碎石和砂時，可降低水灰比，提高界面粘結強度，因而混凝土的強度高。 （3）養(yǎng)護溫度、濕度。溫度、濕度對混凝土強度的影響是通過影響水泥的水化凝結硬化來實現的。溫度適宜、濕度較高時，強度發(fā)展快，反之，不利于混凝土強度的增長。（4）齡期。養(yǎng)護時間越長，水化越徹底，孔隙率越小，混凝土強度越高。（5）施工方法。主要指攪拌、振搗成型工藝。機械攪拌和振搗密實作用強烈時混凝土強度較高。 評注 水灰比（WC）是影響混凝土抗壓強度的最主要的因素。這種影響從實質上

19、是水灰比影響了混凝土的孔隙率，即混凝土內水泥石的孔隙率。水灰比越大，則混凝土中水泥石的毛細孔隙率越大，因而強度越低。同時當水灰比較大時，水易在粗骨料的下表面聚集，形成具有一定厚度的水層，即界面裂紋（或界面孔隙），降低了界面粘結強度，從而使混凝土的強度下降。例4-19提高混凝土強度的主要措施有哪些？解提高混凝土強度主要有以下措施：（） 采用高強度等級水泥；（） 盡量降低水灰比（）；（）采用級配良好且干凈的砂和碎石。高強混凝土宜采用最大粒徑較小的石子。（4）摻加高效減水劑和摻合料。若要提高早期強度也可以摻加早強劑。（5）加強養(yǎng)護，保證有適宜的溫度和較高的濕度。也可采用濕熱處理（蒸汽養(yǎng)護）來提高早期

20、強度（對摻活性混合材料多的水泥還可提高后期強度）。（6）加強攪拌和振搗成型。評注 以 硅灰等量取代混凝土中的水泥，并同時摻入高效減水劑，可配制出 100MPa的高強度混凝土。硅灰又稱凝聚硅灰或硅粉。硅灰成分中，SiO2含量高達以上，主要是非晶態(tài)的無定形SiO2, 火山灰活性極高。硅灰中的SiO2在早期即可與Ca(OH)2發(fā)生反應，生成水化硅酸鈣，大大提高混凝土強度。 例4-20現場質量檢測取樣一組邊長為的混凝土立方體試件，將它們在標準養(yǎng)護條件下養(yǎng)護至天，測得混凝土試件的破壞荷載分別為 306、 286、 270。試確定該組混凝土的標準立方體抗壓強度、立方體抗壓強度標準值，并確定其強度等級（假定

21、抗壓強度的標準差為3.0a）。解100mm混凝土立方體試件的平均強度為： 評注邊長為100mm混凝土立方體試件的強度換算系數為0.95；混凝土立方體抗壓強度標準值為具有95%強度保證率的混凝土抗壓強度值。95%強度保證率的概率度t為1.645。 例4-21配制混凝土時，制作10cm10cm10cm立方體試件 塊，在標準條件下養(yǎng)護7d后，測得破壞荷載分別為140kN、135kN、 140kN, 試估算該混凝土28d的標準立方體抗壓強度。解 7齡期時： 混凝土立方體的平均強度為： 評注 實踐證明，由中等強度等級的普通水泥配制的混凝土，在標準養(yǎng)護條件下，其強度發(fā)展大致與其齡期的常用對數成正比關系，其

22、經驗估算公式如下： 例4-22. 混凝土產生干縮濕脹的原因是什么？影響混凝土干縮變形的因素有哪些？解混凝土在干燥空氣中存放時，混凝土內部吸附水分蒸發(fā)而引起凝膠體失水產生緊縮，以及毛細管內游離水分蒸發(fā)，毛細管內負壓增大，也使混凝土產生收縮，稱為干縮；混凝土在水中硬化時，體積不變，甚至有輕微膨脹，稱為濕脹。這是由于凝膠體中膠體粒子的吸附水膜增厚，膠體粒子間距離增大所致。 影響混凝土干縮的因素有：水泥品種和細度、水灰比、水泥用量和用水量等?；鹕交屹|硅酸鹽水泥比普通硅酸鹽水泥干縮大；水泥越細，收縮也越大；水泥用量多，水灰比大，收縮也大；混凝土中砂石用量多，收縮??；砂石越干凈，搗固越好，收縮也越小。評注

23、 毛細孔隙和凝膠的存在造成混凝土在干燥時產生收縮，而毛細孔隙和凝膠的多少都直接與水灰比和水泥用量有關。故影響干縮的主要因素為水灰比和水泥用量。例4-23試述混凝土的受壓變形破壞特征及其破壞機理。解混凝土在外力作用下的變形和破壞過程，也就是內部裂縫的發(fā)生和發(fā)展過程?；炷恋氖軌鹤冃纹茐奶卣魅缦拢弘A段：荷載到達“比例極限”（約為極限荷載的）以前、界面裂縫無明顯變化，荷載與變形比較接近直線關系。II階段：荷載超過 “比例極限”以后，界面裂縫的數量、長度和寬度都不斷增大，界面借摩阻力繼續(xù)承擔荷載，但尚無明顯的砂漿裂縫。此時，變形增大的速度超過荷載增大的速度，荷載與變形之間不再為線性關系。III階段：荷載超過“臨界荷載”（約為極限荷載的）以后，界面裂縫繼續(xù)發(fā)展，開始出現砂漿裂縫，并將鄰近的界面裂縫連接起來成為連續(xù)裂縫。此時，變形增大的速度進一