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1、土木工程材料 习题课(三） 张德思教授 主讲,例4-25何谓混凝土的徐变？产生徐变的原因是什么？混凝土徐变在结构工程中有何实际影响？ 解 混凝土在恒定荷载长期作用下，随时间增长而沿受力方向增加的非弹性变形，称为混凝土的徐变。 混凝土产生徐变的原因是由于在外力作用下，水泥石中凝胶的粘性流动及凝胶体内吸附水的迁移，还与水泥石内部吸附水的迁移等有关。,混凝土的徐变会使构件的变形增加，在钢筋混凝土截面中引起应力的重新分布。对预应力钢筋混凝土结构，混凝土的徐变将使钢筋的预应力受到损失。但有时徐变也对工程有利，如徐变可消除或减小钢筋混凝土内的应力集中，使应力均匀地重新分布。对大体积混凝土，徐变能消除一部分
2、由温度变形所产生的破坏应力。,评注 影响混凝土徐变因素很多，混凝土所受初应力越大，在混凝土制成后龄期较短时加荷，水灰比越大，水泥用量越多，都会使混凝土的徐变增大；另外混凝土弹性模量大，会减小徐变，混凝土养护条件越好，水泥水化越充分，徐变也越小。,例4-26何谓混凝土的耐久性？提高混凝土耐久性的措施有哪些？ 解 混凝土抵抗环境介质作用并长期保持其良好的使用性能的能力称为混凝土的耐久性。 提高混凝土耐久性的主要措施有： （）根据工程所处环境和工程性质合理选择水泥品种。 （）适当控制混凝土的水灰比及水泥用量。水灰比的大小是决定混凝土密实性的主要因素。必须严格限制最大水灰比，保证足够的水泥用量。,（3
3、）选用质量良好的砂石骨料。改善粗细骨料级配，在允许的最大粒径范围内尽量选用较大粒径的粗骨料。减小骨料的空隙率和比表面积。 （）掺入引气剂或减水剂，提高抗渗、抗冻能力。 （5）加强混凝土的施工质量控制。 评注 提高混凝土耐久性，对于延长结构寿命，减少修复工作量，提高经济效益具有重要的意义。,例4-27何谓混凝土的碳化？碳化对混凝土的性质有哪些影响？ 解 混凝土的碳化是指空气中的二氧化碳与水泥石中的氢氧化钙作用，生成碳酸钙和水的反应。 碳化作用降低了混凝土的碱度，减弱了对钢筋的保护作用。由于水泥水化过程中生成大量氢氧化钙，使混凝土孔隙中充满饱和的氢氧化钙溶液，其值可达到12.613。这种强碱性环境
4、能使混凝土中的钢筋表面生成一层钝化薄膜，从而保护钢筋免于锈蚀。碳化作用降低了混凝土的碱度，当值低于时，钢筋表面钝化膜破坏，导致钢筋锈蚀。,其次，当碳化深度超过钢筋的保护层时，钢筋不但易发生锈蚀，还会因此引起体积膨胀，使混凝土保护层开裂或剥落，进而又加速混凝土进一步碳化。 碳化作用还会引起混凝土的收缩，使混凝土表面碳化层产生拉应力，可能产生微细裂缝，从而降低了混凝土的抗折强度。 评注影响混凝土碳化速度的主要因素有：水泥品种、水灰比、环境湿度和硬化条件等。空气中或蒸汽中养护的混凝土，比在潮湿环境或水中养护的混凝土碳化快。因为前者促使水泥石形成多孔结构或产生微裂缝，后者水化程度高，混凝土较密实。,例
5、4-28某框架结构工程现浇钢筋混凝土梁，混凝土设计强度等级为 30，施工要求混凝土坍落度为，根据施工单位历史资料统计，混凝土强度标准差5MPa。所用原材料情况如下： 水泥：42.5级普通硅酸盐水泥，水泥密度为=3.10/cm，水泥强度等级标准值的富余系数为1.08； 砂：中砂，级配合格， 砂子表观密度os=2.60cm； 石：530mm碎石，级配合格， 石子表观密度og=2.65/cm3； 试求： 混凝土计算配合比； 2若经试配混凝土的和易性和强度等均符合要求，无需作调整。又知现场砂子含水率为 ，石子含水率为1，试计算混凝土施工配合比。,（5）确定砂率（s） 查表47，对于采用最大粒径为40的
6、碎石制的混凝土，当水灰比为0.53时，其砂率值可选取32%37%，采用插入法选定，现取s= 。,评注 耐久性问题是混凝土的一个重要性能指标，所有混凝土均应予以考虑。因此，国家规范规定所有混凝土在配合比设计时都应当按该混凝土使用时所处的环境条件，考虑其满足耐久性要求所必要的水灰比及水泥用量值。,例4-29某混凝土拌合物经试拌调整满足和易性要求后，各组成材料用量为水泥3.15，水1.89，砂6.24, 卵石12.48，实测混凝土拌合物表观密度为2450；试计算每m3 混凝土的各种材料用量。 解 该混凝土拌合物各组成材料用量的比例为： C:S:G:W=3.15:6.24:12.48:1.89 =1:
7、1.98:3.96:0.60,由实测混凝土拌合物表观密度为2450 C+S+G+W=2450 C+1.98C+3.96C+0.60C=7.54C=2450 则每m3 混凝土的各种材料用量为： 水泥： C=325 砂： S=1.98C=644 卵石： G=3.96C=1287 kg 水： W=0.6C=195 kg 评注 混凝土拌合物各组成材料的单位用量之和即为其表观密度。,例4-30试述减水剂的作用机理？ 解 减水剂属于表面活性物质。减水剂能提高混凝土拌合物和易性及混凝土强度的原因，在于其表面活性物质间的吸附一分散作用，及其润滑、湿润作用所致。 水泥加水拌和后，由于水泥颗粒间分子引力的作用，产
8、生许多絮状物而形成絮凝结构，使部分拌合水（游离水）被包裹在其中，从而降低了混凝土拌合物的流动性。,当加入适量减水剂后，减水剂分子定向吸附于水泥颗粒表面，使水泥颗粒表面带上电性相同的电荷，产生静电斥力，致使水泥颗粒相互分散，导致絮凝结构解体，释放出游离水，从而有效地增大了混凝土拌合物的流动性，使水泥更好地被水湿润而充分水化，因而混凝土强度得到提高。,评注 大量试验表明，减水剂品种不同，其作用机理不完全相同。如木钙减水剂可明显降低表面张力，而萘系减水剂则几乎不降低表面张力，但静电斥力提高较大。所以萘系减水剂的分散力强于木钙减水剂，而润湿作用可能不及木钙减水剂。当然分散作用强的本身也有利于提高润湿和
9、润滑作用。,例4-31简述什么是粉煤灰效应？ 解 粉煤灰由于其本身的化学成分、结构和颗粒形状等特征，在混凝土中可产生下列三种效应，总称为“粉煤灰效应”。 活性效应。粉煤灰中所含的SiO2和Al2O3具有化学活性，它们能与水泥水化产生的Ca（OH）2反应，生成类似水泥水化产物中的水化硅酸钙和水化铝酸钙，可作为胶凝材料一部分而起增强作用。,颗粒形态效应。煤粉在高温燃烧过程中形成的粉煤灰颗粒，绝大多数为玻璃微珠，掺入混凝土中可减小内摩阻力，从而可减少混凝土的用水量，起减水作用。 微骨料效应。粉煤灰中的微细颗粒均匀分布在水泥浆内，填充孔隙和毛细孔，改善了混凝土的孔结构，增大了密实度。,评注 由于粉煤灰
10、效应的结果，粉煤灰可以改善混凝土拌合物的流动性、保水性、可泵性等性能，并能降低混凝土的水化热，以及提高混凝土的抗化学侵蚀、抗渗、抑制碱一骨料反应等耐久性能。 混凝土中掺入粉煤灰取代部分水泥后，混凝土的早期强度将随掺入量增多而有所降低，但28以后长期强度可以赶上甚至超过不掺粉煤灰的混凝土。,砂浆 例5-1新拌砂浆的和易性包括哪两方面含义？如何测定？ 解 砂浆的和易性包括流动性和保水性两方面的含义。 砂浆流动性是指砂浆在自重或外力作用下产生流动的性质，也称稠度。流动性用砂浆稠度测定仪测定，以沉入量（）表示。 砂浆的保水性是指新拌砂浆保持其内部水分不泌出流失的能力。砂浆的保水性用砂浆分层度仪测定，以
11、分层度（）表示。,评注 影响砂浆稠度、分层度的因素很多，如胶凝材料种类及用量、用水量，砂子粗细和粒形、级配、搅拌时间等。为提高水泥砂浆的保水性，往往掺入适量的石灰膏。,例5-2 影响砂浆抗压强度的主要因素有哪些？ 解 砂浆的强度除受砂浆本身的组成材料及配比影响外，还与基层的吸水性能有关。对于不吸水基层（如致密石材），这时影响砂浆强度的主要因素与混凝土基本相同，即主要决定于水泥强度和水灰比。对于吸水基层（如粘土砖及其他多孔材料），这时由于基层能吸水，当其吸水后，砂浆中保留水分的多少取决于其本身的保水性，而与水灰比关系不大。因而，此时砂浆强度主要决定于水泥强度及水泥用量。,评注 对于不吸水基层和吸
12、水基层影响砂浆抗压强度的主要因素原则上是一致的。虽然对于吸水基层表面上与水灰比无关，但实际上有关。这是因为，砌筑吸水性强的材料的砂浆具有良好的保水性，因此无论初始拌合用水量为多少，经被砌材料吸水后，保留在砂浆内的水量基本上为一恒定值，即水灰比基本不变，所以水泥用量提高，就意味着砂浆最终的真实水灰比（该水灰比不再会发生变化）降低。,例5-3 某工程用砌砖砂浆设计强度等级为 10、要求稠度为80100的水泥石灰砂浆，现有砌筑水泥的强度为32.5MPa，细集料为堆积密度1450kgm3的中砂，含水率为2%，已有石灰膏的稠度为100mm；施工水平一般。计算此砂浆的配合比。 解 根据已知条件，施工水平一
13、般的M10砂浆的标准差=2.5 MPa（表5-3），则此砂浆的试配强度为 fm，0=f2 + 0.645=10+0.6452.5=11.6 MPa,查表5-4得稠度为100 mm 石灰膏换算为 120时需乘以0.97，则应掺加石灰膏量为 59 0.97 = 57 kg/m3 砂用量为Qs= 10干= 1450 （0.02） = 1479 kg/m3 选择用水量为 300 kg/m3 则砂浆的设计配比为： 水泥：石灰膏：砂：水=271：57：1479：300 评注 该砂浆的设计配比亦可表示为： 水泥：石灰膏：砂= 1：0.21：5.46，用水量为 300 kg/m3,例5-4 普通抹面砂浆的主要
14、性能要求是什么？不同部位应采用何种抹面砂浆？ 解 抹面砂浆的使用主要是大面积薄层涂抹（喷涂）在墙体表面，起填充、找平、装饰等作用，对砂浆的主要技术性能要求不是砂浆的强度，而是和易性和与基层的粘结力。,普通抹面一般分两层或三层进行施工，底层起粘结作用，中层起找平作用，面层起装饰作用。有的简易抹面只有底层和面层。由于各层抹灰的要求不同，各部位所选用的砂浆也不尽同。砖墙的底层较粗糙，底层找平多用石灰砂浆或石灰炉渣灰砂浆。中层抹灰多用粘结性较强的混合砂浆或石灰砂浆。面层抹灰多用抗收缩、抗裂性较强的混合砂浆、麻刀灰砂浆或纸筋石灰砂浆。,评注 板条墙或板条顶棚的底层抹灰，为提高抗裂性，多用麻刀石灰砂浆。混
15、凝土墙、梁、柱、顶板等底层抹灰，因表面较光滑，为提高粘结力，多用混合砂浆。在容易碰撞或潮湿的部位，应采用强度较高或抗水性好的水泥砂浆。,例5-5 何谓防水砂浆？如何配制防水砂浆？ 解 防水砂浆是指通过调整砂浆配比，采用特定的施工工艺使砂浆硬化后具有良好的防水、抗渗性能的水泥砂浆。在普通水泥砂浆中掺入一定量的防水剂而制得的防水砂浆，是应用最广泛的防水砂浆品种。,配制防水砂浆的配合比：其水泥与砂之比约为1：2.5，水灰比应为0.500.60，稠度不应大于80。水泥宜选用32.5级以上的普通硅酸盐水泥，砂子应选用洁净的中砂。防水剂掺量按生产厂推荐的最佳掺量掺入，最后需经试配确定。 评注 常加入的防水
16、剂有硅酸钠类、金属皂类、氯化物金属盐及有机硅类等外加剂，使用防水剂前应进行试验确定合理掺量和配制工艺。,例5-6 简述什么是保温砂浆？ 解 保温砂浆是以水泥、石灰膏、石膏等胶凝材料与膨胀珍珠岩砂、膨胀蛭石、火山渣或浮石砂、陶砂等轻质多孔骨料按一定比例配制成的砂浆。具有轻质，保温等特性。 常用的保温砂浆有水泥膨胀珍珠岩砂浆、水泥膨胀蛭石砂浆、水泥石灰膨胀蛭石砂浆等。,评注 水泥膨胀珍珠岩砂浆用42.5级普通水泥配制时，其体积比为水泥：膨胀珍珠岩砂=1：1215，水灰比为1.52.0，导热系数为 0.0670.074 W（mK）。水泥石灰膨胀蛭石砂浆是以体积比为水泥：石灰膏：膨胀蛭石=1：1：58配制而成。其导热系数为0.
