柯国军主编《土木工程材料》部分作业参考答案
第一章 土木工程材料的基本性质P24:
题1、2 －不变、↑上升、↓下降、？不定 孔隙率 ↑ 密度 － 表观密度 ↓ 强度 ↓ 吸水率 ？ 抗冻性 ？ 导热性 ↓ 评注 一般来说,孔隙率增大,材料的体积密度降低、保温性能提高、抗渗性降低、抗冻性降低、耐腐蚀性降低、耐久性降低、吸水性提高。 若就是开口孔隙与连通孔隙增加,会使材料的吸水性、吸湿性与吸声性显著增强,而使材料的抗渗性、抗冻性、耐腐蚀性等耐久性能显著下降。若就是封闭的细小气孔增加,则对材料的吸水、吸湿、吸声无明显的影响;但对抗渗性、抗冻性则有影响。在一定的范围内,增加细小封闭气孔.特别就是球形气孔,会使材料的抗渗性、抗冻性提高。在孔隙率一定的情况下,含大孔、开口孔隙及连通孔隙多的材料,其保温性较含细小、封闭气孔的材料稍差。 题1、7、 答:
材料的耐久性就是泛指材料在使用条件下,受各种内在或外来自然因素及有害介质的作用.能长久地保持其使用性能的性质。
材料在建筑物中.除要受到各种外力的作用外。还经常要受到环境中许多自然因素的破坏作用.这些破坏作用包括物理、化学、机械及生物的作用。 物理作用有:干湿变化、温度变化及冻融变化等.这些作用将使材料发生体积的胀缩或导致内部裂缝的扩展.时间长久之后即会使材料逐渐破坏。在寒冷地区,冻融变化对材料起着显著的破坏作用。在高温环境下.经常处于高温状态的建筑物或构筑物.所选用的建筑材料要具有耐热性能。在民用与公共建筑中.考虑到安全防火要求,须选用具有抗火性能的难燃或不燃的材料。
化学作用包括大气、环境水以及使用条件下酸、碱、盐等液体或有害气体对材料的侵蚀作用;机械作用包括使用荷载的持续作用以及交变荷载引起的材料疲劳、冲击、磨损、磨耗等;生物作用包括菌类、昆虫等的作用而使材料腐朽、蛀蚀而破坏。 砖、石料、混凝土等矿物材料,多就是由于物理作用而破坏,也可能同时会受到化学作用的破坏。金属材料则主要就是由于化学作用而引起的腐蚀。木材等有机质材料常因生物作用而遇到破坏。沥青材料、高分子材料在阳光、空气与热的作用下,会逐渐老化而使材料变脆或开裂。
材料的耐久性指标就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。 题1、8、
答:砂的空隙率P砂＝1－1450/2650＝45、28％
石的空隙率P石＝1－1500/2700＝44、44％
50吨砂堆放需要的面积S砂＝1－(50/1450×1、2)＝28.74m2 100吨石堆放需要的面积S石＝1－(100/1500×1、2)＝28.74m2
题1、10、
答:砖的饱水抗压强度fb=185*1000/114*119=13、64MPa,
砖的干燥抗压强度fb=206*1000/114*119=15、19MPa,
软化系数KR＝13、64/15、19=0、898, 砖的软化系数大于0、85,故可用于常与水接触
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的工程结构。 题1、12
答:(1)209、5;(2)① 题1、13
答:(1)×;(2)×;(3)×
第二章 天然石材 P36
题2、2
答:表2－2中石材强度等级换算系数的取值随边长平方的增加一倍,换算系数增加0、14。原因就是边长的平方即为材料的受压面积,受压面积越大,环箍作用越小另外,石材内部不均匀,存在孔隙与微裂缝等缺陷,受压面积越大,出现缺陷的概率越大,,测得的实验抗压强度越小,需要乘以较大的换算系数给与修正。
第三章 气硬性胶凝材料 P48
题3、1
【解】这就是因为半水石膏硬化就是结晶水水分的蒸发,自由水减少,浆体变稠,失去可塑性的过程,该过程不能在水中进行;而且水化产物二水石膏在水中就是可以溶解的。
石灰的结晶过程也就是石灰浆中的水分蒸发,使Ca(OH)2达到饱与而从溶液中结晶析出。下燥环境使水分蒸发快,结晶作用加快。石灰的碳化作用就是氢氧化钙与空气中的C02化台生成碳酸钙晶体,释放出水分并被蒸发过程,如果材料中含水过多,孔隙中几乎充满水.CO2气体渗透量少,碳化作用也仅在表层进行。而且水化产物氢氧化钙在水中就是可以溶解的。
因而石膏与石灰都就是属于气硬性胶凝材料。 题3、7
答:(1)④显著缩小;(2)④消除过火石灰的危害
第四章 水泥 P76
题4、2
【解】硅酸盐水泥的主要矿物成分有硅酸三钙C3S、硅酸二钙C2S、铝酸三钙C3A与铁铝酸四钙C4AF。这些矿物成分对水泥性质影响与水化产物见表4－2: 题4、3
【解】在生产水泥时,为改善水泥的性能、调节水泥强度等级、增加水泥品种、提高产量、节约水泥熟料与降低成本,同时可充分利用工业废料及地方材料,而加到水泥中去的人工与天然的矿物材料.称为水泥混合材料。
它们可使硅酸盐水泥的性质发生如下一些变化:早期强度降低;抗冻性降低;水化热降低:抗碳化性降低;耐磨性降低;耐腐蚀性提高;耐热性提高。
这些变化在建筑上有重要意义:
(1)早期强度低,后期强度发展快,甚至可以超过同标号硅酸盐水泥。适合早期强度要求不高的混凝土。
(2)水化热低,放热速度慢。适合用于大体积混凝土工程。 (3)具有较好的耐热性能,适于高温养护。
(4)具有较强的抗侵蚀、抗腐蚀能力。适用于与流动软水、具有压力的软水与含硫酸盐等腐蚀介质较多的水接触的混凝土工程。 题4、4
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【解】水泥熟料中的铝酸三钙遇水后,水化反应的速度最快,会使水泥发生瞬凝或急凝。为了延长凝结时间,方便施工,必须掺人适量石膏。石膏能很快与铝酸三钙作用生成水化硫铝酸钙(钙矾石),它很难溶解于水,会沉淀在水泥颗粒表面上形成保护膜,从而阻止铝酸三钙的水化反应,控制了水泥的水化反应速度、延缓了凝结时间。
膨胀水泥加入石膏,石膏与铝酸三钙作用生成大量水化硫铝酸钙(钙矾石),改产物具有膨胀性,得到膨胀水泥。 题4、6 【解】水泥的体积安定就是指水泥浆体硬化后体积变化的均匀性。即水泥硬化浆体能保持一定的形状,具有不开裂、不变形、不溃散的性质。
水泥体积安定性主要采用用雷氏法检验。试件沸煮前后雷式夹两针尖之间距离增加值的平均值不大于5、omm时,评定水泥安定性合格。沸煮法仅能检验游离氧化钙的危害,对游离氧化镁与过量石膏往往不进行检验,而由生产厂控制含量,并低于标准规定的数量。导致水泥安定不良的主要原因就是:1、熟料中含有过多的游离氧化钙与游离氧化镁。这就是一种最为常见,影响也最严重的因素。熟料中所含游离氧化钙或氧化镁都经过过烧,结构致密,水化很慢。加之被熟料中其她成分所包裹,使其在水泥已经硬化后才进行熟化,生成六方板状的ca(oh)2晶体,使体积膨胀97%以上,从而导致不均匀体积膨胀,使水泥石开裂。2、掺入石膏过多。当石膏掺量过多时,在水泥硬化后,残余石膏与水化铝酸钙继续反应生成钙矾石,体积增大约1、5倍,也导致水泥石开裂。
体积安定性不良的水泥,会发生膨胀性裂纹使水泥制品或混凝土开裂,造成结构破坏。因此体积安定性不良的水泥,不得在工程中使用。 题4、7
【解】表4－16中3d与28d抗折荷载波动未超过10％,
3d抗折强度,根据P343公式15－7计算得3d抗折强度Rf3=1、5*100*(1750+1800+1760)/3*40*40*40=4、15MPa; 28d抗折强度 Rf28=1、5*100*(3100+3300+3200)/3*40*40*40=10、3MPa,
表4－16中3d抗压荷载中,70超过了平均值的10％,应剔除,剩下5各数值取平均,为
(61＋62＋59＋60＋58)/5＝60(KN),28d抗压荷载平均值为127、33 KN按P343公式15－8计算,但因为该题目就是按老水泥标准测得的抗压荷载值,面积A为2500mm2, 3d抗压强度RC3为24MPa, 28d抗压强度RC28为50、9MPa。将3d与28d抗折强度及3d与28d抗压强度与GB175或P62表4－3对比,可以判断该水泥就是符合42、5R等级的硅酸盐水泥。 题4、10
【解】水泥水化热可采取如下措施: 1） 减少水泥中熟料的含量;
2） 减少熟料中放热大的矿物比例,如减低C3A、C3S的量 3)降低放热速率
①掺入水泥混合材料如矿渣微粉、火山灰、粉煤灰等;减少水泥掺量; ②采用缓凝剂来降低早期反应速率; 低热水泥用于大体积混凝土较多。
题4、12 下列混凝土工程中宜选用那种水泥,不宜使用那种水泥,为什么？
(③采用湿热养护的混凝土制品;⑤厚大体积基础工程;;⑦高温设备或窑炉的基础;(11)海港工程。 【解】
③选用矿渣硅酸盐水泥或火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥。因这四种水泥均适合高温养护,即采用高温养护可使混凝土的早期与后期强度均提高。
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