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土木工程材料课程作业参考答案.doc

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《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.
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