建筑材料 第5版 習(xí)題答案 第四章思考題答案

4-1答：凡由膠凝材料、粗細(xì)集料(或稱集料)和水按適當(dāng)比例配合、拌和制成的混合物，經(jīng)一定時(shí)間硬化而成的人造石材，統(tǒng)稱為混凝土。普通混凝土在建筑工程中能得到廣泛的應(yīng)用，是因?yàn)榕c其他材料相比有許多優(yōu)點(diǎn)。但混凝土也存在自重大，比強(qiáng)度低;抗拉強(qiáng)度低，硬化速度慢，生產(chǎn)周期長(zhǎng);強(qiáng)度波動(dòng)因素多等缺點(diǎn)。4-2答：普通混凝土的基本組成材料是水泥、水、天然砂和石子，另外還常摻入適量的摻合料和外加劑。砂、石在混凝土中起骨架作用，故也稱為集料(或稱骨料)，它們還起到抵抗混凝土在凝結(jié)硬化過(guò)程中的收縮作用。水泥和水形成水泥漿，包裹在砂粒表面并填充砂粒之間的空隙而形成水石子泥砂漿，水泥砂漿又包裹石子并填充石子間的空隙而砂形成混凝土，在混凝土硬化前，水泥漿起潤(rùn)滑作用，賦予混凝土一定的流動(dòng)性，便于施工。氣孔水泥漿硬化后起膠結(jié)作用，把砂石集料膠結(jié)在一起，成為堅(jiān)硬的人造石材，并產(chǎn)生力學(xué)強(qiáng)度。4-3答：配制混凝土用的水泥品種，應(yīng)當(dāng)根據(jù)工程性質(zhì)與特點(diǎn)，工程所處環(huán)境及施工條件，依據(jù)各種水泥的特性，合理選擇。水泥強(qiáng)度等級(jí)的選擇應(yīng)與混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)相適應(yīng)。原則上是配制高強(qiáng)度等級(jí)的混凝土選用高強(qiáng)度等級(jí)的水泥，低強(qiáng)度等級(jí)的混凝土選用低強(qiáng)度等級(jí)的水泥。經(jīng)過(guò)大量的試驗(yàn)，現(xiàn)將配制混凝土所用的水泥強(qiáng)度等級(jí)推薦于表4-3中。4-4答：砂的粗細(xì)程度用細(xì)度模數(shù)評(píng)定，細(xì)度模數(shù)(M)越大，表示砂越粗，砂按細(xì)度模數(shù)分為粗、中、細(xì)三種規(guī)格，其細(xì)度模數(shù)分別為:粗砂為3.7~3.1，中砂為3.0~2.3，細(xì)砂為2.2~1.6。砂的顆粒級(jí)配，以級(jí)配區(qū)或篩分曲線判定砂級(jí)配的合格性。石集料也要求有良好的顆粒級(jí)配，粗集料的級(jí)配也是通過(guò)篩分試驗(yàn)來(lái)確定，其標(biāo)準(zhǔn)孔徑為2.36mm、4.75mm、9.50mm、6.0mm、19.0mm、26.5mm、31.5mm、37.5mm、53.0mm、63.0mm、75.0mm、90.0mm共2個(gè)篩。分計(jì)篩余百分率及累計(jì)篩余百分率的計(jì)算與砂相同。混凝土用碎石及卵石的顆粒級(jí)配范圍應(yīng)符合《建設(shè)用卵石、碎石》的規(guī)定。良好的級(jí)配以減少空隙率，增強(qiáng)密實(shí)性，從而可以節(jié)約水泥，保證混凝土的和易性及混凝土的強(qiáng)度。特別是配制高強(qiáng)度混凝土，粗集料級(jí)配特別重要。4-5答：和易性是指混凝土拌合物在一定的施工條件下(如設(shè)備、工藝、環(huán)境等)易于各工序(攪拌、運(yùn)輸、澆注、搗實(shí))施工操作，并能獲得質(zhì)量穩(wěn)定，整體均勻，成型密實(shí)的性能。和易性是一項(xiàng)綜合性的技術(shù)指標(biāo)，包括流動(dòng)性、黏聚性(或稱可塑性)、保水性(或稱穩(wěn)定性)等三方面性能，和易性也稱為工作性。影響和易性的因素主要有：（1）水泥漿的用量。水泥漿過(guò)多，將會(huì)出現(xiàn)流漿現(xiàn)象，使拌合物的黏聚性變差，且水泥用量也大。水泥漿過(guò)少，不能填滿集料間隙或不能很好地包裹集料表面時(shí)，拌合物就會(huì)產(chǎn)生崩塌現(xiàn)象。（2）水泥漿的稠度(水膠比)。水泥漿越稠，混凝土拌合物的流動(dòng)性就越小。當(dāng)水膠比過(guò)小時(shí)，水泥漿干稠，混凝土拌合物的流動(dòng)性過(guò)低，會(huì)使施工困難，不能保證混凝土的密實(shí)性。增大水膠比會(huì)使流動(dòng)性加大，但如果水膠比過(guò)大，又會(huì)造成混凝土拌合物的黏聚性和保水性不良，而產(chǎn)生流漿、離析現(xiàn)象，并嚴(yán)重影響混凝土的強(qiáng)度，使泵送混凝土失去連續(xù)性，不能泵送。（3）砂率。砂率過(guò)大時(shí)，集料的總表面積及空隙率都會(huì)增大，在水泥漿含量不變的情況下，相對(duì)地水泥漿顯得少了，減了水泥漿的潤(rùn)滑作用，導(dǎo)致混凝土拌合物流動(dòng)性降低。如果砂率過(guò)小，又不能保證粗集料之間有足夠的砂漿層，也會(huì)降低混凝土拌合物的流動(dòng)性，并嚴(yán)重影響其黏聚性和保水性，容易造成離析、流漿。（4）組成材料性質(zhì)。需水量大的水泥品種，達(dá)到相同的坍落度，需要較多的用水量。級(jí)配良好的集料，空隙率小，在水泥漿量相同的情況下，包裹集料表面的水泥漿較厚，和易性好。碎石比卵石表面粗糙，所配制的混凝土拌合物流動(dòng)性較卵石配制的差。（5）外加劑。加入少量的外加劑能使混凝土拌合物在不增加水泥用量的條件下，獲得良好的和易性，不僅流動(dòng)性顯著增加，還能有效地改善混凝土拌合物的黏聚性和保水性。而且在不改變混凝土配合比的情況下，能提高強(qiáng)度和耐久性(詳見(jiàn)本章第九節(jié)混凝土的外加劑)，是高強(qiáng)、高性能混凝土的必需組分。（6）時(shí)間和溫度。攪拌后的混凝土拌合物，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸變得干稠，坍落度降低，流動(dòng)性下降這種現(xiàn)象稱為坍落度損失，從而使和易性變差。在實(shí)際施工中，可采用如下措施調(diào)整混凝土拌合物的和易性:（1）通過(guò)試驗(yàn)，采用合理砂率，并盡可能采用較低的砂率。（2）改善砂、石(特別是石子)的級(jí)配。（3）在可能條件下，盡量采用較粗的砂、石。（4）當(dāng)混凝土拌合物坍落度太小時(shí)，保持水膠比不變，增加適量的水泥:當(dāng)坍落度太大時(shí)，保持砂率不變，增加適量的砂石。（5）有條件時(shí)盡量摻用外加劑(減水劑、引氣劑等)。4-6答：當(dāng)采用合理砂率時(shí)，在用水量及水泥用量一定的情況下，能使混凝土拌合物獲得最大的流動(dòng)性，保持良好的黏聚性和保水性?；蛘撸?dāng)采用合理砂率時(shí)，能使混凝土拌合物獲得所要求的流動(dòng)性及良好的黏聚性與保水性，而水泥用量為最少。砂率對(duì)泵送混凝土的可泵性非常重要，適當(dāng)提高砂率是改善混凝土可泵性的有效方法。4-7答：混凝土立方體試件抗壓強(qiáng)度：(制作50mmx150mmx150mm的標(biāo)準(zhǔn)立方體試件，在標(biāo)準(zhǔn)條件(溫度20℃±2℃，相對(duì)濕度95%以上的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中，或在溫度為20+2℃的不流動(dòng)的Ca(0H)2飽和溶液中)下，養(yǎng)護(hù)到28d齡期，所測(cè)得的抗壓強(qiáng)度值?；炷亮⒎襟w抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，是指按標(biāo)準(zhǔn)方法制作和養(yǎng)護(hù)的邊長(zhǎng)為150mm的立方體試件，在28d齡期，用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測(cè)得的抗強(qiáng)度總體分布中的一個(gè)值，強(qiáng)度低于該值的概率不應(yīng)大于5%(即具有強(qiáng)度保證率為95%的立方體抗壓強(qiáng)度)?；炷翉?qiáng)度等級(jí)采用符號(hào)C與立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值(以Nmm或MPa計(jì))表示。軸心抗壓強(qiáng)度采用150mmx150mmx300mm的棱柱體作為標(biāo)準(zhǔn)試件，在標(biāo)準(zhǔn)條件(溫度20℃±2℃，相對(duì)濕度95%以上的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中，或在溫度為20+2℃的不流動(dòng)的Ca(0H)2飽和溶液中，養(yǎng)護(hù)到28d齡期，所測(cè)得的抗壓強(qiáng)度值。4-8答：（1）水泥強(qiáng)度：混凝土的強(qiáng)度主要來(lái)自水泥石以及與骨料之間的粘結(jié)強(qiáng)度。水泥強(qiáng)度越高，則水泥石自身強(qiáng)度及與骨料的粘結(jié)強(qiáng)度就越高，混凝土強(qiáng)度也越高，試驗(yàn)證明，混凝土與水泥強(qiáng)度成正比關(guān)系。（2）水灰比。水泥完全水化的理論需水量約為水泥重的23%左右，但實(shí)際拌制混凝土?xí)r，為獲得良好的和易性，水灰比大約在0.40～0.65之間，多余水分蒸發(fā)后，在混凝土內(nèi)部留下孔隙，且水灰比越大，留下的孔隙越大，使有效承壓面積減少，混凝土強(qiáng)度也就越小。（3）骨料的品質(zhì)：骨料中的有害物質(zhì)含量高，則混凝土強(qiáng)度低，骨料自身強(qiáng)度不足，也可能降低混凝土強(qiáng)度。（4）施工條件：施工條件主要指攪拌和振搗成型。一般來(lái)說(shuō)機(jī)械攪拌比人工攪拌均勻，因此強(qiáng)度也相對(duì)較高；攪拌時(shí)間越長(zhǎng)，混凝土強(qiáng)度越高。（5）養(yǎng)護(hù)條件：混凝土澆筑成型后的養(yǎng)護(hù)溫度、濕度是決定強(qiáng)度發(fā)展的主要外部因素。養(yǎng)護(hù)環(huán)境溫度高，水泥水化速度加快，混凝土強(qiáng)度發(fā)展也快，早期強(qiáng)度高。提高混凝土強(qiáng)度的措施：（1）采用高標(biāo)號(hào)水泥。（2）盡可能降低水灰比，或采用干硬性混凝土。（3）采用優(yōu)質(zhì)砂石骨料，選擇合理砂率。（4）采用機(jī)械攪拌和機(jī)械振搗，確保攪拌均勻性和振搗密實(shí)性，加強(qiáng)施工管理。（5）改善養(yǎng)護(hù)條件，保證一定的溫度和濕度條件，必要時(shí)可采用濕熱處理，提高早期強(qiáng)度。（6）摻入減水劑或早強(qiáng)劑，提高混凝土的強(qiáng)度或早期強(qiáng)度。（7）摻硅灰或超細(xì)礦渣粉也是提高混凝土強(qiáng)度的有效措施。（1）采用高強(qiáng)度等級(jí)水泥或早強(qiáng)型水泥。（2）采用低水膠比的干硬性混凝土。（3）采用濕熱處理養(yǎng)護(hù)混凝土。（4）采用機(jī)械攪拌和振搗。（5）5.摻入混凝土外加劑、摻合料。4-9答：混凝土的變形分為非荷載作用下的變形和荷載作用下的變形。非荷載作用下的變形，分為混凝土的化學(xué)收縮、干濕變形及溫度變形;荷載作用下的變形，分為短期荷載作用下的變形及長(zhǎng)期荷載作用的變形--徐變。減小混凝土的變形的措施：（1）摻入一定量的鋼纖維。（2）限制水泥用量.（3）保持一定骨料用量。（4）選擇合適的水泥品種。（5）減小水灰比。（6）充分搗實(shí)。（7）加強(qiáng)早期養(yǎng)護(hù)。對(duì)大體積混凝土工程，應(yīng)選擇低熱水泥。（8）對(duì)一般縱向較長(zhǎng)的混凝土工程應(yīng)采取設(shè)置伸縮縫，并在施工中采取特殊措施。4-10答：混凝土的耐久性是指混凝土在所處環(huán)境及使用條件下經(jīng)久耐用的性能?；炷恋哪途眯允且粋€(gè)綜合性概念，它包含的內(nèi)容很多，如抗?jié)B性、抗凍性、抗侵蝕性、抗碳化反應(yīng)、抗堿一集料反應(yīng)等。這些性能都決定著混凝土經(jīng)久耐用的程度，故統(tǒng)稱為耐久性。提高混凝土耐久性的主要措施有：（1）合理選擇水泥品種，根據(jù)混凝土工程的特點(diǎn)和所處的環(huán)境條件，參照本書有關(guān)表選用。（2）選用質(zhì)量良好、技術(shù)條件合格的砂石集料。（3）控制水膠比及保證足夠的水泥用量，是保證混凝土密實(shí)度并提高混凝土耐久性的關(guān)鍵。（4）采用摻入減水劑或引氣劑，適量混合材料，適當(dāng)降低水膠比等措施。改善混凝土的孔結(jié)構(gòu)，對(duì)提高混凝土的抗?jié)B性和抗凍性有良好作用。（5）改善施工操作，保證施工質(zhì)量(如保證攪拌均勻，振搗密實(shí)，加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)等)。也可采取適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)措施。4-11答：（1）滿足混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度等級(jí)。（2）滿足混凝土施工所要求的和易性。（3）滿足工程所處環(huán)境要求的混凝土耐久性。（4）在上述三滿足的前提下，考慮經(jīng)濟(jì)原則，節(jié)約水泥，降低成本，4-12答：混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)的三個(gè)基本參數(shù)：水膠比、砂率、單位用水量。確定這三個(gè)參數(shù)的基本原則是：在滿足混凝土強(qiáng)度和耐久性的基礎(chǔ)上，確定混凝土的水膠比;在滿足混凝土施工要求的和易性基礎(chǔ)上，根據(jù)粗集料的種類和規(guī)格，確定混凝土的單位用水量:砂的數(shù)量應(yīng)以填充石子空隙后略有富余的原則來(lái)確定砂率。4-13答：當(dāng)試拌出的拌合物坍落度或維勃稠度不能滿足要求，或黏聚性和保水性不良時(shí)，應(yīng)在保持水膠比不變的條件下，相應(yīng)調(diào)整用水量或砂率，一般調(diào)整幅度為1%~2%，直到符合要求為止。4-14答：減水劑是指在保持混凝土稠度不變的條件下，能減少拌和用水的外加劑。在混凝土中摻入減水劑一般可以取到以下效果：（1）增加流動(dòng)性。（2）提高混凝土強(qiáng)度。（3）節(jié)約水泥。（4）改善混凝土的耐久性。4-15答：常用的早強(qiáng)劑主要有無(wú)機(jī)鹽類(氯鹽類、乙醇胺、甲酸鹽等)、復(fù)合物三大類。早強(qiáng)劑作用機(jī)理：早強(qiáng)劑能與水泥中C3A反應(yīng)生成不溶的復(fù)鹽C3A·CaCl2·10H20，還與水化析出的氫氧化鈣作用，生成不溶性氧氯化鈣CaCl2，2Ca(OH)2·12H20]。以上兩種復(fù)鹽不溶于水，且本身具有一定的強(qiáng)度。這些復(fù)鹽的形成，增加了水泥漿中固相的比例，形成強(qiáng)度骨架，有助于水泥石結(jié)構(gòu)的形成。同時(shí)，由于氯化鈣與氫氧化鈣的迅速反應(yīng)，降低了液相中的堿度，使礦物成分水化反應(yīng)加快，早期水化物增多，有利于提高水泥石早期強(qiáng)度。常用的引氣劑有松香熱聚物、松香皂、烷基苯磺酸鹽等。作用機(jī)理為：引氣劑為憎水性表面活性劑，主要發(fā)生在液一固界面，（而引氣劑的界面活性作用主要在氣一液界面）。由于能顯著降低水的表面張力和界面能，使水溶液在攪拌過(guò)程中極易產(chǎn)生許多微小的封閉氣泡，氣泡直徑多在50~250um。引氣劑定向吸附在氣泡表面，形成較為牢固的液膜，使氣泡穩(wěn)定而不破裂。4-16答：用輕質(zhì)集料可顯著降低混凝土的自重，提高比強(qiáng)度;入纖維或聚合物，可提高抗拉強(qiáng)度，大大降低混凝土的脆性;摻入減水劑、早強(qiáng)劑等外加劑，可顯著縮短硬化周期，改善力學(xué)性能。4-17解：計(jì)算總質(zhì)量M=a1+a2+...+a6=30+60+70+140+120+70=490g。分計(jì)篩余百分率ai和累計(jì)篩余百分率Ai如下表篩孔尺寸篩余量/g分計(jì)篩余累計(jì)篩余符號(hào)百分率%符號(hào)百分率%4.7530a16.1A16.12.3660a212.2A2=A1+a218.31.1870a314.3A3=A2+a332.60.6140a428.6A4=A3+a461.20.3120a524.5A5=A4+a585.70.1570a614.3A6=A5+a6100細(xì)度模數(shù)Mx=（18.3+32.6+61.2+85.7+100-5×6.1）/（100-6.1）=2.85該砂屬于中砂。查找顆粒級(jí)配表，處于天然砂2區(qū)，級(jí)配良好。4-18解：最大值190、最小值185與中間值均未超過(guò)15%。推算，則水泥混凝土強(qiáng)度等級(jí)約為C30，混凝土采用的礦渣水泥的強(qiáng)度等級(jí)最優(yōu)可能為32.5和42.5。4-19①求初步配合比。解：設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)C25<C60則適配強(qiáng)度確定相應(yīng)的水膠比（W/B）計(jì)算用水量確定坍落度設(shè)計(jì)值為180mm。滿足坍落度90mm的塑性混凝土單位用水量為210kg/m3。參加減水劑時(shí)，減水劑減水率20%，則混凝土用水量為：膠凝材料用量為：混凝土的A型減水劑摻量為1.0%，根據(jù)《規(guī)程》中公式計(jì)算外加劑用量為：由于未參加粉煤灰則水泥用量等于膠凝材料用量，即初步選取坍落度55mm時(shí)砂率值為31%（插值）。隨后按坍落度每增大20mm、砂率增大1%的幅度予以調(diào)整，得到坍落度180mm混凝土的砂率βs=（180-55）/20+31%=37%。擬定C25混凝土容重為2400kg/m3求解得，故配合比為水泥：砂：石子：水=316:709:1206:169②若調(diào)整試配時(shí)加入10%水泥漿后滿足和易性要求，并測(cè)得拌合物的表觀密度為2380kg/m3，求其基準(zhǔn)配合比。解：10%水泥漿后，水泥用量為10%水泥漿后，水的用量為則求解得，故基準(zhǔn)配合比為水泥：砂：石子：水=348:682:1161:186③基準(zhǔn)配合比經(jīng)強(qiáng)度檢驗(yàn)符合要求?，F(xiàn)測(cè)得工地用砂的含水率4%，石子含水率1%，求施工配合比。解：水泥：砂：石子：水：故施工配合比為水泥：砂：石子：水=316:634:1149:1474-20解：材料總用量為3.1+1.86+6.24+12.84=24.04kg則1m3混凝土的