工程材料习题解说.doc

工程材料习题讲解5
1、 石膏为何不宜用于室外？
答: 因为石膏硬化后孔隙率高, 所以吸水率大, 抗渗性和抗冻性差。石膏是气硬性胶凝材料, 软化系数小, 不耐水。
2、 试述欠火石灰与过火石灰对石灰品质影响与危害？
答: （1）欠火石灰中含有未分解碳酸钙内核, 外部为正常煅烧石灰, 它只是降低了
石灰利用率, 不会带来危害。
（2）过火石灰结构致密, 孔隙率小, 体积密度大, 而且晶粒粗大,表面常被熔融
粘土杂质形成玻璃物质所包覆。所以过火石灰与水作用速度很慢, 这对
石灰使用极为不利。
（3）过石灰在使用以后, 因吸收空气中水蒸气而逐步熟化膨胀, 使已硬化砂浆
或制品产生隆起、 开裂等破坏现象。
3、 石油沥青组分关键有哪多个？各有何作用？
答: 石油沥青组分及作用:
油分——作用: 是决定沥青流动性组分。油分多, 流动性大, 而粘聚性小, 温度
感应性大。
树脂——作用: 是决定沥青塑性关键组分。树脂含量增加, 沥青塑性增大, 温度
感应性增大。
地沥青质——作用: 是决定沥青粘性组分。含量高, 沥青粘性大, 温度感应性小,
塑性降低, 脆性增加。

五、 计算题
1、 烧结一般砖尺寸为240mm×115mm×53mm, 已知其孔隙率为37%, 干燥质量为2487g, 浸水饱和后质量为2984g。试求该砖体积密度、 密度、 吸水率、 开口孔隙率及闭口孔隙率。
解: ρo=m1/Vo=2487/1462.8=1.7g/cm3
P=V孔/Vo×100%=37% V孔/1462.8×100%=37% 故V孔=541.236cm3,
V=Vo-V孔=1462.8-541.236=921.6cm3
ρ=m1/V=2487/921.6=2.7g/cm3
W=(m2-m1)/m1×100%=(2984-2487)/2487×100%=20%
PK=(m2-m1)/Vo×1/ρW×100%=(2984-2487)/1462.8×1×100%=34%
PB=P-PK=37%-34%=3%
2、 己确定混凝土初步配合比, 取15升进行试配。水泥为4.6Kg, 砂为9.9Kg, 石子为19Kg, 水为2.7Kg, 经测定和易性合格。此时实测混凝土体积密度为2450Kg/m3, 试计算该混凝土配合比（即基准配合比）。
解: 试拌用混凝土拌合物质量Qb=Cb+Wb+Sb+Gb=4.6+2.7+9.9+19=36.2kg
和易性调整合格后配合比（即基准配合比）为: （取1m3计算）
Cj=（Cb/Qb）×ρoh×1 m3=(4.6/36.2)×2450×1=311kg
Wj=(Wb/Qb)×ρoh×1 m3=(2.7/36.2)×2450×1=183kg
Sj=(Sb/Qb)×ρoh×1 m3=(9.9/36.2)×2450×1=670kg
Gj=(Gb/Qb)×ρoh×1 m3=(19/36.2)×2450×1=1286kg

3、 己知设计要求混凝土强度等级为C20, 水泥用量为280Kg/m3, 水用量为195Kg/m3, 水泥标号为425号, 强度富余系数为1.13; 石子为碎石, 材料系数A=0.46,B=0.52。试用水灰比公式计算校核, 按上述条件施工作业, 混凝土强度是否有确保？为何？（σ=5.0MPa）
解: 因Kc=1.13, fcb=42.5MPa, 故fc= Kc fcb=1.13×42.5=48.03MPa
又因A=0.46,B=0.52,C=280kg/m3×1m3=280kg,W=195kg/m3×1m3=195
故fcu(28天龄期抗压强度)=Afc(C/W-B)=0.46×48.03×(280/195-0.52)=20.24MPa
fcu=fcu,k+1.645σ=20+1.645×5.0=28.23MPa
fcu=20.24MPa小于fcu=28.23MPa
因混凝土强度伴随龄期增加而增加, 最初7-14d内较快, 以后增加逐步缓慢, 28天后强度增加更慢, 此题中28天抗压强度为20。24MPa,小于混凝土所需要配制强度28.23MPa,故混凝土强度没有确保。
1．沥青有哪些组分？石油沥青胶体结构有何特点？溶胶结构和凝胶结构有何区分？
参考答案: 沥青组分通常可分为三个关键组分: 油分、 地沥青、 树脂
石油沥青关键组分之间相互亲和程度公布同, 地沥青规油分显示出憎液性, 互不相容, 但对树脂却显示出亲液性, 能够被浸润, 而树脂在油分中则显示亲液性, 二者能够互溶, 这就使得地沥青微细颗粒经过树脂质亲和及桥梁作用, 形成一个以地沥青质为关键, 周围吸附有部分树脂和油分胶团, 这种胶团高度分散在油分中, 溶胶结构油分较多, 胶团之间相对运动较自由; 凝胶结构油分和树脂较少, 地沥青质含量较多
11、 试述硅酸盐水要矿物成份及其对水泥性能泥主影响？
参考答案: 硅酸盐水泥熟料中, C3A水化和凝结硬化速度最快, 但水化铝酸钙强度不高; C3S和C4AF水化速度较快, 凝结硬化速率也较快, C3S水化产物强度高, C4AF水化产物强度不高; C2S水化反应速度最慢, 凝结硬化速率也慢, 强度早期低, 后期高。
14、 造成硅酸盐水泥体积安定性不良原因有哪多个？怎样检验？
参考答案: 造成水泥体积安定性不良, 通常是由熟料中所含游离氧化钙游离氧化镁过多或掺入石膏过多等原因所造成。国家标准要求, 由游离氧化钙过多引发水泥体积安定性不良可用雷氏法或试饼法检验。试饼法是用标准稠度水泥净浆做成试饼, 经恒沸3小时后用肉眼观察未发觉裂纹, 用直尺检验没有弯曲; 雷氏法是用雷氏夹中水泥浆经沸煮三小时后膨胀值。
18硅酸盐水泥石腐蚀类型有哪多个？产生腐蚀原因是什么？预防腐蚀方法有哪些？
参考答案: 腐蚀类型有: 软水侵蚀（溶出性侵蚀）: 软水能使水化产物中Ca(OH)2溶解, 并促进水泥石中其它水化产物发生分解; 盐类腐蚀: 硫酸盐先与水泥石结构中Ca(OH)2起置换反应生产硫酸钙, 硫酸钙再与水化铝酸钙反应生成钙钒石, 发生体积膨胀; 镁盐与水泥石中Ca(OH)2反应生成松软无胶凝能力Mg(OH)2; 酸类腐蚀: CO2与水泥石中Ca(OH)2反应生成CaCO3, 再与含碳酸水反应生成易溶于水碳酸氢钙, 硫酸或盐酸能与水泥石中Ca(OH)2反应; 强碱腐蚀: 铝酸盐含量较高硅酸盐水泥碰到强碱也会产生破坏。腐蚀预防方法: ①依据工程所处环境, 选择适宜水泥品种; ②提升水泥石密实程度; ③表明防护处理。
22、 与一般水泥相比较, 矿渣水泥、 火山灰水泥、 粉煤灰水泥在性能上有哪些不一样, 并分析这四种水泥适用和禁用范围。
参考答案: 矿渣水泥保水性差、 泌水性大。在施工中因为泌水而形成毛细管通道及水囊, 水分蒸发又易引发干缩, 影响混凝土抗渗性、 抗冻性及耐磨性。适适用于高温和耐软水、 海水、 硫酸盐腐蚀环境中; 火山灰质水泥特点是易吸水, 易反应。在潮湿条件下养护能够形成较多水化产物, 水泥石结构比较致密, 从而含有较高抗渗性和耐久性。如在干燥环境中, 所吸收水分会蒸发, 体积收缩, 产生裂缝, 所以不宜用于长久处于干燥环境和水位改变区混凝土工程中, 但适宜于大致积和抗渗要求混凝土及耐海水、 硫酸盐腐蚀混凝土中; 粉煤灰水泥需水量比较低, 干缩性较小, 抗裂性很好。尤其适适用于大致积水工混凝土及地下和海港工程中, 但不宜抗碳化要求混凝土中。
16．何谓混凝土塑性收缩、 干缩、 自收缩和徐变？其影响原因有哪些？收缩与徐变对混凝土抗裂性有何影响？
参考答案: 塑性收缩: 混凝土尚处于塑性状态时产生体积收缩。影响原因: 与环境湿度相关。
干缩: 当外界湿度减小时, 因为水分蒸发, 引发凝胶体失水, 失去水膜胶粒因为分子引力作用, 使胶粒间距离变小, 产生收缩; 毛细水降低时, 会引发毛细管压力增大, 使管壁受到压力, 其压力伴随湿度减小而增大, 表现为体积“干缩”。影响原因: 与水泥品种、 水泥用量和单位用水量以及砂石相关。
自收缩: 处于与外界无水分交换条件下, 混凝土内部未水化胶凝材料吸收毛细管中水分而水化, 使毛细管失水, 因为毛细管压力使水泥浆产生收缩。影响原因: 水灰比。
徐变: 在连续荷载作用下, 混凝土产生随时间而增加变形称为徐变。影响原因: 环境; 水灰比; 温度; 骨料; 水泥; 加载时间及荷载。
收缩和徐变对混凝土抗裂性影响: 收缩和徐变都有可能造成混凝土开裂。
10、 什么是冷加工强化和时效？各对钢材性能有何影响？
参考答案: 冷加工是在再结晶温度以下（通常是常温）进行机械加工, 包含冷拉、 冷拔、 冷轧、 冷扭、 冷冲和冷压等多种方法。在一定范围内冷加工变形程度越大, 加工硬化现象也越显著, 即屈服强度提升得越多, 而塑性和韧性也降低得越多; 经冷加工后, 伴随时间延长, 钢屈服强度和强度极限逐步提升, 塑性和韧性逐步降低现象, 称为时效。
13解释钢号Q235AF、 Q235D代表意义, 并比较二者在成份、 性能和应用上异同？
参考答案: Q235AF表示屈服强度为235MPa, 由氧气转炉或平炉冶炼A级沸腾碳素结构钢。Q235D表示屈服强度为235MPaD级钢。A级钢S和P含量高于D级钢, 但Mn含量低于D级钢, A级钢通常见于承受静载作用钢结构, D级钢则可用于低温条件下承受动载焊接关键结构。
11、 试述硅酸盐水泥关键矿物成份及其对水泥性能影响？
参考答案: 硅酸盐水泥熟料中, C3A水化和凝结硬化速度最快, 但水化铝酸钙强度不高; C3S和C4AF水化速度较快, 凝结硬化速率也较快, C3S水化产物强度高, C4AF水化产物强度不高; C2S水化反应速度最慢, 凝结硬化速率也慢, 强度早期低, 后期高。
2． 石灰熟化成石灰浆使用时, 通常应在储灰坑“陈伏”两个星期以上, 为何？
答: 为了消除熟石灰中过火石灰颗粒危害, 陈伏期间, 石灰浆表面保持一层水分, 使之与空气隔绝, 预防或缓减石灰膏与二氧化碳发生碳化反应。
3.试述欠火石灰与过火石灰对石灰品质影响与危害？
答: （1）欠火石灰中含有未分解碳酸钙内核, 外部为正常煅烧石灰, 它只是降低了
石灰利用率, 不会带来危害。
（2）过火石灰结构致密, 孔隙率小, 体积密度大, 而且晶粒粗大,表面常被熔融
粘土杂质形成玻璃物质所包覆。所以过火石灰与水作用速度很慢, 这对
石灰使用极为不利。
（3）过石灰在使用以后, 因吸收空气中水蒸气而逐步熟化膨胀, 使已硬化砂浆
或制品产生隆起、 开裂等破坏现象。
1、 表观密度: 材料在自然状态下, 单位体积内质量。
2、 一般硅酸盐水泥: 由硅酸盐水泥熟料、 6%—15%混材料和适量石膏磨细制成水硬性胶凝材料, 称一般硅酸盐水泥。
3、 碱骨料反应: 水泥混凝土中水泥碱与一些碱活性骨抖发生化学反应, 可引发混凝土产生膨胀、 开裂甚至破坏, 这种化学反应称为碱一骨料反应。
4、 钢冷弯性能: 冷弯性能是钢材在常温条件下承受弯曲变形能力。
5、 沥青温度敏感性: 沥青粘性和塑性随温度升降而改变性能。
四、 问答题（每小题5分, 共25分）
1、 由上表可知甲厂硅酸盐水泥熟料配制硅酸盐水泥强度发展速度、 水化热、 28d 时强度均高于由乙厂硅酸盐水泥, 但耐腐蚀性则低于由乙厂硅酸盐水泥。
2、 和易性: 混凝土易于施工操作（搅拌、 运输、 浇筑、 捣实）, 并获是质量均匀, 成型密实混凝土性能。和易性包含三方面内容: 流动性、 粘聚性、 保水性。影响和易性原因: （1）水泥浆数量和水灰比  （2）砂率  （3）温度和时间性 （4）组成材料
3、 （1）、 改善混凝土拌合物工作性; （2）、 提升混凝土抗渗性、 抗冻性。（3）、 降低了混凝土强度。
4、 Q235Aｂ表示屈服点等级为235Mpa, 质量等级为A级半镇静钢。45Ｍｎ表示含碳量为0.45%较高含锰量钢。
5、 针入度、 延度, 软化点。粘性、 塑性、 温度敏感性
五、 计算题（其中1题9分, 2题10分, 累计19分）
1、 解:  
(1）依据1、 ρ0=m/v=2500/240×115×53=1.7 g/cm3
(2)、 P=1-ρ0/ρ=1-1.7/2.7=37%
(3)、 Wv= Wmρ0=(2900-2500)/2500•1.7=27%
2、 解: （1） fcu,t=fcu,k+1.645σ  fcu,t=40+1.645×6= 49.87Mpa 
   (2)  W/C=Afce/fcu,t+ABfce    W/C=0.46×58.5/49.87+0.46×0.07×58.5=0.52
   (3)  因为0.52<0.60, 所以C0=W0/W/C=195/0.52=375kg, 因为375>280, 所以C0=375kg
(4) 依据体积法求砂、 石用量
C0/ρC+W0/ρW+S0/ρos+G0/ρoG+0.01α=1
S0/ S0+G0=SP    所以
375/3100+195/1000+ S0/3100+G0/2780+0.01 =1
S0/ S0+G0=0.32
所以S0=616    G0=1310 
所以该混凝土初步配合比: 水泥: 375kg   砂子: 616kg  石子: 1310kg  水: 195kg