土木工程材料课程作业参考答案.doc

《土木工程材料》作业参考答案

第一章 土木工程材料的基本性质

1.
(1)密度:材料在绝对密实状态下单位体积的质量.
测试:将材料破碎,磨细,烘干,取一定质量粉末,以排液法测体积.计算密度.
表观密度:块体材料在自然状态下时,单位体积的质量.
测试:将材料加工成标准形状试件,量出各方向尺寸,计算自然体积.
孔隙率:块体材料中孔隙体积占总体积的百分数.
测试:直接法;
或测得密度和表观密度后计算孔隙率.
(2)相互关系:
(3)密度与视密度的区别:
密度为材料在绝对密实状态下单位体积的质量.计算体积为材料的物质体积,而不包括孔隙体积,因而反映的是材料的组成,微观结构上的特点.
视密度是用直接排液法测得.计算体积中包括材料的物质体积和闭口孔体积两部分.因此其大小除与材料的组成,微观结构有关外,还与材料中闭口孔的孔隙率有关.

2.
孔隙率增大时,材料的表观密度降低,强度降低,导热性降低,而吸水性,抗渗性和抗冻性的变化不定;
即,当孔为开口连通孔时,孔隙率增大,抗渗性降低;
孔为开口微孔时,抗冻性降低明显,且吸水性增大显著;
孔为封闭孔时,则不影响.

3.红砂岩:密度
卵石视密度

4.

5.

第二章 无机胶凝材料

1.答:
石膏制品的特点:
(1) 凝结硬化快;
(2) 硬化初期体积微膨胀;
(3) 孔隙率高:体积密度小,保温隔热性能好;
具有调节室内湿度的功能;
耐水性差,抗渗性和抗冻性差.
(4) 防火性能好;
(5) 加工性能好.

2.答:
消除过火石灰的危害.
3.答:
石灰质原料,粘土质原料和适量铁粉.
4.答:
参见:教材32页,表2-7.
5.答:
答:硅酸盐水泥的主要水化产物为:C-S-H凝胶;CFH凝胶;
水化铝酸三钙;
氢氧化钙;
钙矾石.
水泥石的结构: 水化产物
未水化水泥内核
毛细孔
6.答:
三种:f-CaO或f-MgO或石膏过量.
检验:f-CaO-----沸煮法(试饼法或雷氏法)
f-MgO-----压蒸法
石膏------长期常温水中
7.
答:(1)硅酸盐水泥或普通水泥;
(2)火山灰水泥;
(3)抗硫酸盐水泥;
(4)高铝水泥;
(5)硅酸盐水泥或普通水泥
(6)普通水泥或火山灰水泥;
(7)普通水泥或硅酸盐水泥
8.
答:
腐蚀的类型:
(1)软水腐蚀;(2)盐的腐蚀,包括硫酸盐腐蚀和镁盐腐蚀;(3)酸的腐蚀,包含一般酸和碳酸;(4)强碱的腐蚀;(5)其他腐蚀,如糖类,脂肪等.
腐蚀的主要原因:
(1) 水泥石中存在易被腐蚀的成分,如氢氧化钙和水化铝酸三钙;
(2) 水泥石不密实,有孔隙;
(3) 环境中存在腐蚀性介质.
防止腐蚀的措施:
(1) 进行水质分析,合理选择水泥品种;
(2) 提高水泥石的抗渗性,如提高水泥石的密实性或改变孔隙特征;
(3) 表面防护处理.

9.
答:
活性混合材:常温下,具有潜在活性的混合材.
或指常温下,在有激发剂时,可与水发生反应,并生成具有胶结能力的水化产物的矿质材料.
非活性混合材:常温下,不具有潜在活性的矿质材料.
即有激发剂时,也不发生水化反应,或反应极微弱的混合材.
掺入水泥中的作用: (1)减少熟料用量,调节水泥强度等级,降低水化热;
(2)增加水泥产量,降低成本;
(3)活性混合材依种类不同,可对水泥进行不同方面的改性.
10.
答:
与普通水泥相比,掺大量混合材的水泥具有的共性:
(1)密度较小.原因:混合材的密度小于水泥熟料的密度,普通水泥中熟料含量高,因此水泥密度大.
(2)凝结硬化慢,有二次水化.
(3)强度早期低,但后期增进率高.原因:熟料少,早期强度底;混合材的二次水化使后期强度不断增长,因此掺大量混合材水泥后期强度增进率答.
(4) 强度发展对温湿度敏感,适合于蒸汽养护.原因:混合材的水化在湿热条件下可被加速,且对后期强度影响不大.
(5) 水化热低.原因:熟料少.
(6) 耐软水及硫酸盐的侵蚀能力强.原因:水泥石中氢氧化钙和水化铝酸三钙含量少.
(7) 抗冻性,耐磨性较差.原因:熟料少,水化热低且强度发展慢,因此抗冻性差;同时,熟料的水化产物耐磨性好,因此,掺大量混合材水泥的耐磨性差.
矿渣水泥的个性:耐热性好,抗渗性差,保水性差,干缩较大.
火山灰水泥的个性:干缩大;在潮湿的环境中时抗渗性好.
粉煤灰水泥的个性:和易性好;干缩较小,抗裂性较好;强度发展更慢.
水泥的适用与禁用范围:参见教材47页,表2-14.

第三章 混凝土

1.答:
对普通混凝土的基本要求:和易性,强度,耐久性,经济性.

要获得质量优良的混凝土,必须:
(1) 合理选择原材料:原材料的品种合理,质量好.
如合理选择水泥的品种和强度等级;
砂石级配好,含泥及有害杂质少,尽可能用较粗的砂石;
合理选用外加剂和掺合料等.
(2) 配合比设计合理:选择合理砂率;
尽可能降低水灰比;
保证最小水泥用量.
(3) 施工养护:保证搅拌均匀,成型密实,加强养护.
如可采用机械搅拌,优化投料顺序,机械振捣或加压振捣等,保证混凝土的密实性,养护中注意温度适宜,湿度达要求,或可采用湿热养护等.

2.答:
水泥浆的作用:填充砂石空隙,包裹砂石颗粒表面,硬化前起润滑作用,硬化后起胶结作用.
砂石作用:骨架作用.
可降低水泥用量,降低水化热,降低成本,减少收缩,抑制裂纹扩展等.

3.答:
卵石拌制混凝土的优点:用水量和水灰比相同时,卵石混凝土的和易性好.
缺点:与水泥石的粘结力较低.
碎石混凝土的优点:用水量和水灰比相同时,与水泥石的粘结较牢;
缺点:水泥浆用量相同时,流动性较低.

4.答:
和易性:混凝土拌合物在一定施工条件下,易于搅拌,运输,成型,并能得到均匀密实的混凝土的性能.包含:流动性,粘聚性和保水性三个方面的含义.
影响和易性的因素:
(1) 水泥品种和细度;
(2) 单位用水量;
(3) 水泥浆量;
(4) 水灰比;
(5) 砂率;
(6) 骨料;
(7) 温度与时间;
(8) 外加剂和掺合料.
改善和易性的措施:
(1) 选择合理砂率;
(2) 砂石级配合理,含泥及有害杂质少;
(3) 尽可能用较粗的砂石;
(4) 合理选用外加剂和掺合料;
(5) 拌制混凝土时,如粘聚性,保水性不良,可适当提高砂率,或加引气剂或掺合料进行改善.
如粘聚性好,但流动性过大,则砂率不变,加砂石;
如粘聚性好,但流动性过小,则W/C不变,加水泥浆.

5.答:
流动性是混凝土拌合物在自重或外力作用下易于流动的性能,属于和易性的一个方面.
单纯增大用水量,会使拌合物的流动性增大,但保水性和粘聚性大大降低,同时凝结时间延长;
对硬化后混凝土而言,则会降低混凝土的强度,降低混凝土的抗冻性和抗渗性,增大混凝土的干缩和徐变,降低混凝土的弹性模量.

6.答:
影响混凝土强度的内在因素:水泥强度,水灰比,骨料性质.

7.答:
(1) 不行.原因参见5题.
(2) 可以.水泥浆量增大,混凝土流动性增大,但W/C不变,因此粘聚性和保水性不变.
(3) 不可以.氯化钙为早强剂,虽有些塑化作用,但对混凝土其他性能影响更大.
(4) 可以.
(5) 可以,但有限.

8.答:
提高混凝土强度的措施:
(1) 组成材料:选用高标号水泥;
砂石级配好,杂质少,控制石子的最大粒径;
选用强度高,坚固性好的碎石,严格控制针片状颗粒含量;
掺用高效减水剂;
掺入优质掺合料,提高混凝土的密实性;
选用磁化水;
掺加增强材料,如钢纤维.
(2) 配合比:选用合理砂率;
尽可能降低水灰比;
适当增大水泥用量,但总量应控制在一定范围内.
(3) 施工:机械搅拌,机械成型,保证混凝土的密实性.
(4) 养护:加强养护,如保证适宜的温度,注意保湿;
或可采用蒸压养护等湿热处理方法.

9.答:
减水剂:掺入混凝土后,在不改变配合比的条件下,可显著增大混凝土流动性的外加剂;或在保持混凝土拌合物流动性不变条件下,可显著降低用水量的外加剂.

混凝土中掺减水剂的技术经济意义:
(1) 保持混凝土流动性和水泥用量不变,可降低用水量,增加混凝土的强度;
(2) 保持流动性和强度不变,可降低用水量,减少水泥用量,降低成本;
(3) 保持流动性不变,可减少单位用水量,降低混凝土的离析和泌水,提高混凝土的密实性,提高混凝土的抗渗性和抗冻性;
(4) 可减缓水泥的水化放热速率,利于大体积混凝土中温度应力的降低,从而减少开裂的可能性.

常用减水剂品种:
普通型的---木钙(M剂)
高效型----萘系:FDN,NNO,MF等;
水溶性树脂类:SM剂.
缓凝型---糖蜜类.

10.解:配制强度

11.解:

12.解:
调整后:

13.答:
(1) 大体积混凝土;
选用缓凝剂,可减缓水泥水化放热,利于降低混凝土的内外温差和温度应力.

(2) 高强度混凝土;
选用高效减水剂,在保持流动性和水泥用量不变条件下,可显著降低用水量,降低水灰比,提高强度效果显著.

(3) C35泵送混凝土;
选用泵送剂或M剂.可在提高混凝土流动性的同时,改善混凝土的粘聚性和保水性,并有缓凝效果,可减小混凝土的坍落度损失.

(4) 混凝土预制构件;
选用早强剂.可提高早期强度,提高生产效率.

(5) 抢修及喷锚支护的混凝土;
选用速凝剂.可使混凝土在几分钟内快速凝结,1小时即可达到一定强度.

(6) 有抗冻要求的混凝土;
选用引气剂.可在混凝土内引入大量独立均匀分布的微小气泡,阻断毛细孔渗水通道,降低混凝土的吸水率,显著提高混凝土的抗冻性.

第四章 砂浆
1.答:新拌砂浆的技术要求为流动性和保水性;
新拌混凝土的技术要求包括流动性,粘聚性和保水性三个方面.
因为砂浆中无粗骨料,因此,不存在分层离析现象,即粘聚性要求.

第五章 钢材与铝合金

1.常温下钢材有哪几种晶体组织,各有何特性?
答:
常温下,钢的晶体组织:
(1) 铁素体:塑性和韧性好,但强度和硬度低;
(2) 珠光体:既有一定的塑性和韧性,又有一定的硬度,且强度较高;
(3) 渗碳体:硬度高,但塑性和韧性极差,强度较低.

2.简述钢中含碳量,晶体组织与性能三者之间的内在联系.
答:
钢中含碳量在0.02-0.77%范围内增大时,钢中铁素体含量降低,珠光体含量增加,
同时,钢的强度和硬度增大,但塑性和韧性降低;
含碳量为0.77%时,钢中晶体组织全部为珠光体.
含碳量在超过1%后增大时,钢中珠光体含量降低,渗碳体含量增加,且钢的强度,塑性和韧性降低,硬度增大.

3.什么是屈强比?对选用钢材有何意义?
答:
屈强比是指钢材的屈服强度与抗拉强度的比值.
屈强比过大,钢的利用率高,但安全系数低;
屈强比过小,钢的安全系数高,但利用率低,不经济.
因此,一般,钢的屈强比取值为:0.60-0.75,兼顾了安全性和经济性.

4.什么叫冷加工强化和应变时效?各对钢材性能有何影响?
答:
冷加工强化:常温下对钢进行的拉或拔等机械加工,使钢产生一定的塑性变形,从而提高钢的屈服强度,但钢的塑性和韧性降低的现象.
应变时效:冷加工后的钢材,随时间的延长,其屈服强度和抗拉强度提高,而塑性和韧性降低的现象,称为应变时效,简称时效.
冷加工对钢材性能的影响:屈服强度提高,塑性和韧性降低,可焊性降低,弹性模量降低.
时效对钢性能的影响:屈服强度继续提高,抗拉强度略有提高,
塑性和韧性进一步降低,弹性模量略有恢复.

5. Q235AF和Q235D两种牌号的钢,在性能和应用上有何区别?
答:
Q235AF:质量等级为A级,脱氧程度为沸腾钢.
Q235D:质量等级为D级,脱氧程度为特殊镇静钢.
性能:Q235AF的硫磷含量高,成分偏析严重,塑性和韧性差,可焊性差;
Q235D的质量好,塑性和韧性,尤其是低温下的韧性好,可焊性好.
应用: Q235AF只能用于一般静载钢构.
Q235D则可用于低温下承受动载的重要焊接钢结构.

第六章 木材

1.答:
木材平衡含水率:木材中与环境达到平衡时的含水率.
纤维饱和点含水率:木材中吸附水达饱和,而自由水为零时的含水率;
或木材的细胞壁吸附的水达到饱和,而细胞间隙和细胞腔中的自由水为零时的含水率.
意义:平衡含水率是木材干燥时的指标.
纤维饱和点含水率是木材物理力学性能变化的转折点.

2.答:
影响木材强度的因素:
(1) 含水率:含水率低于纤维饱和点时,随含水率增大,强度降低;超过纤维饱和点含水率后,含水率变化,强度不变.
(2) 温度:温度升高,强度降低.
(3) 荷载作用时间:时间延长,强度降低,并趋近于一稳定值.
(4) 疵病.除木节可提高抗压强度外,疵病对强度都有不同的不利影响.
(5) 夏材率.夏材率高,强度高.

第八章 沥青及沥青基材料

1.石油沥青的三大组分与性质间的关系.
答:沥青中油分含量高,沥青的黏性低,塑性好,温度感应性大,大气稳定性好;
树脂质含量高,沥青的塑性好,粘结力大;
地沥青质含量高,沥青的黏性大,塑性差,温度感应性低,大气稳定性差.

2.石油沥青的牌号划分及选用.
答:石油沥青的牌号是根据针入度大小划分的,每一牌号还要达到相应的延度,软化点及溶解度等要求.
选用:主要考虑工程性质,使用部位,环境条件等.
在满足性能要求的条件下,尽可能选用较大牌号的沥青.