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1、建筑材料习题集习题集 2 2 建筑材料的基本性质建筑材料的基本性质例例2-1 2-1 某工地所用卵石材料的密度为某工地所用卵石材料的密度为2.65g/cm2.65g/cm3 3、表观表观密度为密度为2.61g/cm2.61g/cm3 3、堆积密度为堆积密度为1680 kg/m1680 kg/m3 3，计算此石子计算此石子的孔隙率与空隙率？的孔隙率与空隙率？解解石子的孔隙率石子的孔隙率P P为：为：石子的空隙率石子的空隙率P P，为：为： 评注评注 材料的孔隙率是指材料内部孔隙的体积占材料材料的孔隙率是指材料内部孔隙的体积占材料总体积的百分率。空隙率是指散粒材料在其堆集体积中总体积的百分率。空隙
2、率是指散粒材料在其堆集体积中, , 颗粒之间的空隙体积所占的比例。计算式中颗粒之间的空隙体积所占的比例。计算式中密度；密度；0 0材料的表观密度；材料的表观密度；，材料的堆积密度。材料的堆积密度。例例2-2 2-2 有有一一块块烧烧结结普普通通砖砖，在在吸吸水水饱饱和和状状态态下下重重2900g2900g，其其绝绝干干质质量量为为2550g2550g。砖砖的的尺尺寸寸为为24024011511553mm53mm，经经干干燥燥并并磨磨成成细细粉粉后后取取50g50g，用用排排水水法法测测得得绝绝对对密密实实体体积积为为18.62 18.62 cmcm3 3 。试试计计算算该该砖砖的的吸吸水水率率
3、、密密度、孔隙率、饱水系数。度、孔隙率、饱水系数。解解该砖的吸水率为该砖的吸水率为该砖的密度为该砖的密度为表观密度为表观密度为 孔隙率为孔隙率为 评评注注 质质量量吸吸水水率率是是指指材材料料在在吸吸水水饱饱和和时时，所所吸吸水水量占材料在干燥状态下的质量百分比。量占材料在干燥状态下的质量百分比。例例2-3 2-3 某某石石材材在在气气干干、绝绝干干、水水饱饱和和情情况况下下测测得得的的抗抗压压强强度度分分别别为为174174、178178、165MPa165MPa，求求该该石石材材的软化系数，并判断该石材可否用于水下工程。的软化系数，并判断该石材可否用于水下工程。解解该石材的软化系数为该石材
4、的软化系数为由由于于该该石石材材的的软软化化系系数数为为0.930.93，大大于于0.850.85，故故该该石材可用于水下工程。石材可用于水下工程。 评注评注 软化系数为材料吸水饱和状态下的抗压软化系数为材料吸水饱和状态下的抗压强度与材料在绝对干燥状态下的抗压强度之比。强度与材料在绝对干燥状态下的抗压强度之比。与材料在气干状态下的抗压强度无关。与材料在气干状态下的抗压强度无关。 例例2-4 2-4 影响材料强度测试结果的试验条件有那些？影响材料强度测试结果的试验条件有那些？解答解答: :影响材料强度测试结果的因素很多。如影响材料强度测试结果的因素很多。如小尺寸试件测试的强度值高于大尺寸试件；加
5、载速小尺寸试件测试的强度值高于大尺寸试件；加载速度快时测得的强度值高于加载速度慢的；立方体试度快时测得的强度值高于加载速度慢的；立方体试件的测得值高于棱柱体试件；受压试件与加压钢板件的测得值高于棱柱体试件；受压试件与加压钢板间无润滑作用的（如未涂石蜡等润滑物时），测得间无润滑作用的（如未涂石蜡等润滑物时），测得的强度值高于有润滑作用；表面平整试件的测得值的强度值高于有润滑作用；表面平整试件的测得值高于表面不平整的等。高于表面不平整的等。 例2-5 选择题：选择正确的答案填在括号内。当材料的润湿边角为（ ）时，称为憎水性材料。a. 90 b. .90c.0解答: b:90评注 材料的润湿边角90
6、为亲水性材料；材料的润湿边角90时为憎水性材料。 4 4 无机气硬性胶凝材料无机气硬性胶凝材料例4-1 根据石灰浆体的凝结硬化过程，试分析硬化石灰浆体有哪些特性？解石灰浆体在空气中凝结硬化过程，是由下面两个同时进行的过程来完成的：（）结晶作用：游离水分蒸发，氢氧化钙逐渐从饱和溶液中结晶。（）碳化作用：氢化氧钙与空气中的二氧化碳化合生成碳酸钙结晶，释出水分并被蒸发：由于氢氧化钙结晶速度慢且结晶量少，空气中二氧化碳稀薄，碳化速度慢。而且表面碳化后，形成紧密外壳，不利于二氧化碳的渗透和碳化作用的深入。因而硬化石灰浆体具有以下特性： （1）凝结硬化慢；（2）硬化后强度低； （3）硬化时体积收缩大；（4
7、）耐水性差，因为硬化石灰浆体的主要成分是氢氧化钙，而氢氧化钙可微溶解于水。评注 石灰浆体在空气中凝结硬化过程主要是依赖于浆体中Ca(OH)2的结晶析出和Ca(OH)2与空气中的二氧化碳的碳化作用。 例4-2某单位宿舍楼的内墙使用石灰砂浆抹面。数月后，墙面上出现了许多不规则的网状裂纹。同时在个别部位还发现了部分凸出的放射状裂纹。试分析上述现象产生的原因。解: 石灰砂浆抹面的墙面上出现不规则的网状裂纹，引发的原因很多，但最主要的原因在于石灰在硬化过程中，蒸发大量的游离水而引起体积收缩的结果。墙面上个别部位出现凸出的呈放射状的裂纹，是由于配制石灰砂浆时所用的石灰中混入了过火石灰。这部分过火石灰在消解
8、、陈伏阶段中未完全熟化，以致于在砂浆硬化后，过火石灰吸收空气中的水蒸汽继续熟化，造成体积膨胀。从而出现上述现象。评注 透过现象看本质，过火石灰表面常被粘土杂质融化形成的玻璃釉状物包覆，熟化很慢。如未经过充分的陈伏，当石灰已经硬化后，过火石灰才开始熟化，并产生体积膨涨，容易引起鼓包隆起和开裂。例4-3 既然石灰不耐水，为什么由它配制的灰土或三合土却可以用于基础的垫层、道路的基层等潮湿部位？解 石灰土或三合土是由消石灰粉和粘土等按比例配制而成的。加适量的水充分拌合后，经碾压或夯实，在潮湿环境中石灰与粘土表面的活性氧化硅或氧化铝反应，生成具有水硬性的水化硅酸钙或水化铝酸钙，所以灰土或三合土的强度和耐
9、水性会随使用时间的延长而逐渐提高，适于在潮湿环境中使用。再者，由于石灰的可塑性好，与粘土等拌合后经压实或夯实，使灰土或三合土的密实度大大提高，降低了孔隙率，使水的侵入大为减少。因此灰土或三合土可以用于基础的垫层、道路的基层等潮湿部位。评注 粘土表面存在少量的的活性氧化硅和氧化铝，可与消石灰Ca（OH）2反应，生成水硬性物质。例4-4.建筑石膏的成分是什么？其凝结硬化机理是什么？解 建筑石膏的成分为aSO4H2O，也称熟石膏或半水石膏。建筑石膏的凝结硬化机理是，当建筑石膏与适量水拌合后，先成为可塑性良好的浆体，随着石膏与水的反应，浆体的可塑性很快消失而发生凝结，此后进一步产生和发展强度而硬化。建
10、筑石膏与水之间产生化学反应的反应式为：由于二水石膏在水中的溶解度比半水石膏小得多（仅为半水石膏的五分之一），所以二水石膏以胶体微粒不断自水中析出, 浆体的稠度逐渐增大，表现为石膏的凝结，其后半水石膏继续溶解和水化, 浆体逐渐凝聚，失去可塑性，并逐渐转变为晶体，晶体颗粒不断长大和连生，形成相互交错, 彼此紧密联结, 硬化成块体并产生强度，直至完全干燥，强度才停止发展。这就是石膏的硬化过程。评注 建筑石膏的凝结硬化机理实际为半水石膏吸收一个半结晶水还原为二水石膏的过程。例4-5 建筑石膏及其制品为什么适用于室内，而不适用于室外使用？解建筑石膏及其制品适用于室内装修，主要是由于建筑石膏及其制品在凝结
11、硬化后具有以下的优良性质：（1） 石膏表面光滑饱满，颜色洁白，质地细腻，具有良好的装饰性。加入颜料后，可具有各种色彩。建筑石膏在凝结硬化时产生微膨胀，故其制品的表面较为光滑饱满，棱角清晰完整，形状、尺寸准确、细致，装饰性好；（2） 硬化后的建筑石膏中存在大量的微孔，故其保温性、吸声性好。（3） 硬化后石膏的主要成分是二水石膏，当受到高温作用时或遇火后会脱出21%左右的结晶水，并能在表面蒸发形成水蒸气幕，可有效地阻止火势的蔓延，具有一定的防火性。（4） 建筑石膏制品还具有较高的热容量和一定的吸湿性，故可调节室内的温度和湿度，改变室内的小气候。在室外使用建筑石膏制品时，必然要受到雨水冰冻等的作用，
12、而建筑石膏制品的耐水性差，且其吸水率高，抗渗性差、 抗冻性差, 所以不适用于室外使用.评注本题主要是考查对建筑石膏及其制品技术性能的了解. 例4-6 常用菱苦土制品有哪些？组成材料的质量要求是什么？解 常用菱苦土制品有菱苦土木屑浆和菱苦土木屑砂浆两种，前者由菱苦土、木屑（锯屑、刨花、木丝），粉料和氯化镁溶液，或掺加适量颜料组成，常胶结制成板材作门窗、家具、隔墙等用，后者掺加砂子作地坪耐磨面层。 菱苦土是由菱镁矿（MgCO3 ）经煅烧磨细而制成的。其化学反应可表示如下：菱苦土的主要成分为氧化镁（MgO）、呈白色或浅黄色，密度为3.2左右，表观密度800900kg/m3，氧化镁含量要求不低于75。
13、氯化镁是用拌和菱苦土的，可以是工业用的氯化镁或用卤块溶解于水而得，但溶液中所含氯化镁应不少于。木屑多用针叶类木材产品，其粒度不应大于mm，用于面层时不应大于15mm。腐朽的不能使用。砂采用一般洁净砂。矿物颜料可用耐碱的矿物颜料，要求成分均匀干燥，无结块和杂质，掺量为菱苦土和填充料总体积的 。评注 菱苦土的主要成分氧化镁（MgO）可与氯化镁水溶液发生水化反应，形成强度较高（4060Pa）的水化产物。 例4-7 试述水玻璃的凝结硬化机理是什么？ 解 液体水玻璃的凝结硬化主要是靠在空气中吸收二氧化碳，形成无定形硅酸凝胶，并逐渐干燥而硬化。其反应式为：由于空气中CO2浓度较低，这个过程进行的很慢，会长
14、达数月之久。 为了加速硬化和提高硬化后的防水性，常加人氟硅酸钠Na2SiF6作为促硬剂，促使硅酸凝胶加速生成和析出，其反应式为：硅酸凝胶再脱水而生成SiO2，从而具有强度。评注 水玻璃可吸收空气中的二氧化碳，形成硅酸凝胶。水玻璃在硬化后，具有良好的粘结力和强度，很高耐热性和耐酸性。 例4-8 水玻璃的化学组成是什么？水玻璃的模数、密度（浓度）对水玻璃的性能有什么影响？解通常使用的水玻璃都是Na2OnSiO2的水溶液，即液体水玻璃。 一般而言，水玻璃的模数n越大时，水玻璃的粘度越大。硬化速度越快、干缩越大，硬化后的粘结强度、抗压强度等越高、耐水性越好、抗渗性及耐酸性越好。其主要原因是硬化时析出的
15、硅酸凝胶SiO2mH2O较多。 同一模数的水玻璃，密度越大，则其有效成分Na2OnSiO2的含量越多，硬化时析出的硅酸凝胶也多，粘结力愈强。 然而如果水玻璃的模数或密度太大，往往由于粘度过大而影响到施工质量和硬化后水玻璃的性质，故不宜过大。 5 5 水泥水泥例5-1 现有甲、乙两厂生产的硅酸盐水泥熟料，其矿物成分如下表，试估计和比较这两厂所生产的硅酸盐水泥的性能有何差异？解 由甲厂硅酸盐水泥熟料配制的硅酸盐水泥的强度发展速度、水化热、d时的强度均高于由乙厂硅酸盐水泥熟料配制的硅酸盐水泥但耐腐蚀性则低于由乙厂硅酸盐水泥熟料配制的硅酸盐水泥。评注 甲厂硅酸盐水泥熟料中的硅酸三钙3S 、铝酸三钙C3
16、 的含量均高于乙厂硅酸盐水泥熟料，而乙厂硅酸盐水泥熟料中硅酸二钙C2S含量高于甲厂硅酸盐水泥熟料。熟料矿物成分含量的不同是造成上述差异的主要原因。例5-2.试说明生产硅酸盐水泥时为什么必须掺入适量石膏？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，必须掺入适量石膏。评注在有石膏存在的条件下，水泥水化时，石膏能很快与铝酸三钙作用生成水化硫铝酸钙（钙矾石），钙矾石很难溶解于水，它沉淀在水泥颗粒表面上形成保护膜，从而阻碍了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。 例5-3 为什么水泥必须具有一定的细度？解 在矿物组成相同
17、的条件下，水泥磨得愈细，水泥颗粒平均粒径愈小，比表面积越大，水泥水化时与水的接触面越大，水化速度越快，水化反应越彻底。相应地水泥凝结硬化速度就越快，早期强度和后期强度就越高。但其28d水化热也越大，硬化后的干燥收缩值也越大。另外要把水泥磨得更细，也需要消耗更多的能量，造成成本提高。因此水泥应具有一定的细度。评注 国家标准GB175-1999规定，水泥的细度可用比表面积或0.08 mm方孔筛的筛余量（未通过部分占试样总量的百分率）来表示。如普通水泥的细度为0.08 mm方孔筛的筛余量不得超过10%。例5-4.何谓水泥的体积安定性？水泥的体积安定性不良的原因是什么？安定性不良的水泥应如何处理？解水
18、泥浆体硬化后体积变化的均匀性称为水泥的体积安定性。即水泥硬化浆体能保持一定形状，不开裂，不变形，不溃散的性质。导致水泥安定性不良的主要原因是：（1） 由于熟料中含有的的游离氧化钙、游离氧化镁过多；（2） 掺入石膏过多；其中游离氧化钙是一种最为常见，影响也是最严重的因素。熟料中所含游离氧化钙或氧化镁都是过烧的，结构致密，水化很慢。加之被熟料中其它成分所包裹，使得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，这时体积膨胀以上，从而导致不均匀体积膨胀，使水泥石开裂。 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
19、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，应判为废品，不得在工程中使用。评注 水泥的体积安定性用雷氏法或试饼法检验。沸煮后的试饼如目测未发现裂缝，用直尺检查也没有弯曲，表明安定性合格。反之为不合格。雷式夹两试件指针尖之间距离增加值的平均值不大于5.0时，认为水泥安定性合格。沸煮法仅能检验游离氧化钙的危害。游离氧化镁和过量石膏往往不进行检验，而由生产厂控制二者的含量，并低于标准规定的数量。例5-5.某些体积安定性不合格的水泥，在存放一段时间后变为合格，为什么？解某些体积安定性轻度不合格水泥，在空气中放置4周以上，水泥中的部分游离氧化钙可吸收空
20、气中的水蒸汽而水化（或消解），即在空气中存放一段时间后由于游离氧化钙的膨胀作用被减小或消除，因而水泥的体积安定性可能由轻度不合格变为合格。评注 必须注意的是，这样的水泥在重新检验并确认体积安定性合格后方可使用。若在放置上段时间后体积安定性仍不合格则仍然不得使用。安定性合格的水泥也必须重新标定水泥的标号，按标定的标号值使用。 例5-6.影响硅酸盐水泥水化热的因素有那些？水化热的大小对水泥的应用有何影响？解:影响硅酸盐水泥水化热的因素主要有硅酸三钙3S、铝酸三钙C3的含量及水泥的细度。硅酸三钙3S、铝酸三钙C3的含量越高，水泥的水化热越高；水泥的细度越细，水化放热速度越快。水化热大的水泥不得在大体
21、积混凝土工程中使用。在大体积混凝土工程中由于水化热积聚在内部不易散发而使混凝土的内部温度急剧升高，混凝土内外温差过大，以致造成明显的温度应力，使混凝土产生裂缝。严重降低混凝土的强度和其它性能。但水化热对冬季施工的混凝土工程较为有利，能加快早期强度增长，使抵御初期受冻的能力提高。评注 水泥矿物在水化反应中放出的热量称为水化热。水泥水化热的大小及放热的快慢，主要取决于熟料的矿物组成和水泥细度。铝酸三钙C3的水化热最大，硅酸三钙3S的水化热也很大。通常水泥等级越高，水化热度越大。凡对水泥起促凝作用的因素均可提高早期水化热。反之，凡能延缓水化作用的因素均可降低水化热。例5-7.为什么流动的软水对水泥石
22、有腐蚀作用？解:水泥石中存在有水泥水化生成的氢氧化钙。氢氧化钙Ca（OH）2可以微溶于水。水泥石长期接触软水时，会使水泥石中的氢氧化钙不断被溶出并流失，从而引起水泥石孔隙率增加。当水泥石中游离的氢氧化钙Ca（OH）2浓度减少到一定程度时，水泥石中的其它含钙矿物也可能分解和溶出，从而导致水泥石结构的强度降低，所以流动的软水或具有压力的软水对水泥石有腐蚀作用。 评注 造成水泥石腐蚀的基本原因有：（1）水泥石中含有较多易受腐蚀的成分，主要有氢氧化钙Ca（OH）2、水化铝酸三钙C3AH6等。（2）水泥石本身不密实，内部含有大量毛细孔，腐蚀性介质易于渗入和溶出，造成水泥石内部也受到腐蚀。工程环境中存在有
23、腐蚀性介质且其来源充足。 例5-8 既然硫酸盐对水泥石具有腐蚀作用，那么为什么在生产水泥时掺入的适量石膏对水泥石不产生腐蚀作用？解硫酸盐对水泥石的腐蚀作用，是指水或环境中的硫酸盐与水泥石中水泥水化生成的氢氧化钙Ca（OH）2、水化铝酸钙C3AH6反应，生成水化硫铝酸钙（钙矾石C3AS3H31），产生1.5倍的体积膨胀。由于这一反应是在变形能力很小的水泥石内产生的，因而造成水泥石破坏，对水泥石具有腐蚀作用。 生产水泥时掺入的适量石膏也会和水化产物水化铝酸钙C3AH6反应生成膨胀性产物水化硫铝酸钙C3AS3H31，但该水化物主要在水泥浆体凝结前产生，凝结后产生的较少。由于此时水泥浆还未凝结，尚具有
24、流动性及可塑性，因而对水泥浆体的结构无破坏作用。并且硬化初期的水泥石中毛细孔含量较高，可以容纳少量膨胀的钙矾石，而不会使水泥石开裂，因而生产水泥时掺入的适量石膏对水泥石不产生腐蚀作用，只起到了缓凝的作用。 评注 硫酸盐与水泥石中水泥水化生成的氢氧化钙Ca（OH）2、水化铝酸钙C3AH6反应，生成水化硫铝酸钙（钙矾石C3AS3H31），产生1.5倍的体积膨胀。 钙矾石为微观针状晶体，人们常称其为水泥杆菌。例5-9 何谓水泥的活性混合材料和非活性混合材料？二者在水泥中的作用是什么？解活性混合材料的主要化学成分为活性氧化硅SiO2和活性氧化铝Al2O3。这些活性材料本身不会发生水化反应，不产生胶凝性
25、，但在常温下可与氢氧化钙Ca（OH）2发生水化反应，形成水化硅酸钙和水化铝酸钙而凝结硬化，最终产生强度。这些混合材料称为活性混合材料。常温下不能氢氧化钙Ca（OH）2发生水化反应，也不能产生凝结硬化和强度的混合材料称为非活性混合材料。 活性混合材料在水泥中可以起到调节标号、降低水化热、增加水泥产量，同时还可改善水泥的耐腐蚀性和增进水泥的后期强度等作用。而非活性混合材料在水泥中主要起填充作用，可调节水泥强度，降低水化热和增加水泥产量、降低成本等作用。评注常用活性混合材料主要有粒化高炉矿渣，火山灰质混合材料（常用的有火山灰、硅藻土等）和粉煤灰等。非活性混合材料有磨细石英砂、石灰石、粘土、缓冷矿渣等
26、。 例5-10 掺混合材的水泥与硅酸盐水泥相比，在性能上有何特点？为什么？解 与硅酸盐水泥相比，掺混合材的水泥在性质上具有以下不同点：（1）早期强度低，后期强度发展快。这是因为掺混合材料的硅酸盐水泥熟料含量少，活性混合材料的水化速度慢于熟料，故早期强度低。后期因熟料水化生成的Ca（OH）2不断增多并和活性混合材料中的活性氧化硅SiO2和活性氧化铝Al2O3不断水化，从而生成众多水化产物，故后期强度发展快，甚至可以超过同标号硅酸盐水泥。 （2）掺混合材的水泥水化热低，放热速度慢。因掺混合材的水泥熟料含量少，故水化热低。虽然活性材料水化时也放热，但放热量很少，远远低于熟料的水化热。（3）适于高温养
27、护，具有较好的耐热性能。采用高温养护掺活性混合材料较多的硅酸盐水泥，可大大提高早期强度，并可提高后期强度。这是因为在高温下活性混合材料的水化反应大大加快。同时早期生成的水化产物对后期活性混合材料和熟料的水化设有多少阻碍作用，后期仍可正常水化，故高温养护后，水泥的后期强度也高于常温下养护的强度。而对于未掺活性混合材料的硅酸盐水泥，在高温养护下，熟料的水化速度加快，由于熟料占绝大多数，故在短期内就生成大量的水化产物，沉淀在水泥颗粒附近。这些水化产物膜层阻碍了熟料的后期水化，因而高温养护虽提高了早期强度，但对硅酸盐水泥的后期强度发展不利。（4）具有较强的抗侵蚀、抗腐蚀能力。因掺混合材料较多的硅酸盐水
28、泥中熟料少，故熟料水化后易受腐蚀的成分Ca（OH）2、C3AH6较少，且活性混合材料的水化进一步降低了Ca（OH）2的数量，故耐腐蚀性较好。评注 掺混合材的水泥主要有组成中掺有多量粒化高炉矿渣的矿渣硅酸盐水泥；掺有多量火山灰质混合材料的火山灰质硅酸盐水泥；掺有多量粉煤灰的粉煤灰硅酸盐水泥。虽然混合材的品种不同，但其主要化学成分均为活性氧化硅SiO2和活性氧化铝Al2O3。而硅酸盐水泥的组成中不含或含有很少的混合材料。此外二者均含有硅酸盐水泥熟料和适量石膏。 例5-11. 建筑材料试验室对一普通硅酸盐水泥试样进行了检测，试验结果如下表，试确定其强度等级。 评注 计算水泥试样的抗折强度时， 以个试
29、件的强度平均值作为测定结果（精确至0.1MPa）。当3个试件的强度值中有超过平均值时，应删除后再取平均值作为抗折强度的测定结果。计算水泥试样的抗压强度时，以个半截试件的平均值作为测定结果（精确至0.1MPa）。如个测定值中有个超出平均值的10，应删除，以其余个测定值的平均值作为测定结果。如果个测定值中仍有再超过它们平均值的数据，则该试验结果作废。 6 6 混凝土及砂浆混凝土及砂浆例6-1普通混凝土的主要组成材料有哪些？各组成材料在硬化前后的作用如何？解： 普通混凝土的主要组成材料有水泥、细骨料（砂）、粗骨料（石）和水。另外还常加入适量的掺合料和外加剂。在混凝土中，水泥与水形成水泥浆，水泥浆包裹
30、在骨料表面并填充其空隙。在混凝土硬化前，水泥浆起润滑作用，赋予拌合物一定的流动性、粘聚性，便于施工。在硬化后则起到了将砂、石胶结为一个整体的作用，使混凝土具有一定的强度、耐久性等性能。砂、石在混凝土中起骨架作用，可以降低水泥用量、减小干缩、提高混凝土的强度和耐久性。 例6-2配制混凝土应考虑哪些基本要求？解配制混凝土应考虑以下四项基本要求，即：满足结构设计的强度等级要求；满足混凝土施工所要求的和易性；满足工程所处环境对混凝土耐久性的要求；符合经济原则，即节约水泥以降低混凝土成本。评注 强度要求达到95%强度保证率；经济原则是在满足强度要求、和易性要求、耐久性要求的前提下，尽量降低高价材料（水泥
31、）的用量，达到降低成本的目的。例6-3何谓骨料级配？骨料级配良好的标准是什么？解 骨料级配是指骨料中不同粒径颗粒的组配情况。骨料级配良好的标准是骨料的空隙率和总表面积均较小。使用良好级配的骨料，不仅所需水泥浆量较少，经济性好，而且还可提高混凝土的和易性、密实度和强度。评注 石子的空隙是由砂浆所填充的；砂子的空隙是由水泥浆所填充的。砂子的空隙率愈小，则填充的水泥浆量越少，达到同样和易性的混凝土混合料所需水泥量较少，因此可以节约水泥。 砂粒的表面是由水泥浆所包裹的。在空隙率相同的条件下，砂粒的比表面积愈小，则所需包裹的水泥浆也就愈少，达到同样和易性的混凝土混合料，其水泥用量较少。 由此可见，骨料级
32、配良好的标准应当是空隙率小，同时比表面积也较小。例6-4为什么要限制砂、石中活性氧化硅的含量，它对混凝土的性质有什么不利作用？解：混凝土用砂、石必须限制其中活性氧化硅的含量，因为砂、石中的活性氧化硅会与水泥或混凝土中的碱产生碱骨料反应。该反应的结果是在骨料表面生成一种复杂的碱一硅酸凝胶，在潮湿条件下由于凝胶吸水而产生很大的体积膨胀将硬化混凝土的水泥石与骨料界面胀裂，使混凝土的强度、耐久性等下降。碱骨料反应往往需几年、甚至十几年以上才表现出来。故需限制砂、石中的活性氧化硅的含量。例6-5. 为什么在拌制混凝土时，砂的用量应按质量计，而不能以体积计量？解砂子的体积和堆积密度与其含水状态紧密相关。随
33、着含水率的增大，砂颗粒表面包裹着一层水膜，引起砂体积增大。当砂的含水率为时，其体积最大而堆积密度最小，砂的体积可增加2030。若含水率继续增大，砂表面水膜增厚，由于水的自重超过砂粒表面对水的吸附力而产生流动，并迁入砂粒间的空隙中，于是砂粒表面的水膜被挤破消失，砂体积减小。当含水率达左右时，湿砂体积与干砂相近；含水率继续增大，则砂粒互相挤紧，这时湿砂的体积可小于干砂。 由此可知，在拌制混凝土时，砂的用量应按质量计，而不能以体积计量，以免引起混凝土拌合物砂量不足，出现离析和蜂窝现象。评注 气干状态的砂随着其含水率的增大，砂颗粒表面形成一层吸附水膜，推挤砂粒分开而引起砂体积增大，这种现象称为砂的湿胀
34、，其中细砂的湿胀要比粗砂大得多。根据细度模数，该砂属粗砂。根据细度模数，该砂属粗砂。在在级级配配区区内内画画出出该该砂砂的的筛筛分分曲曲线线，见见图图 4-14-1。该该曲曲线线落落 在区（粗砂区）内，说明该砂为粗砂，级配合格。在区（粗砂区）内，说明该砂为粗砂，级配合格。 评注评注 x x在在3.73.73.13.1为粗砂，为粗砂，x x在在3.03.02.32.3为中砂，为中砂，x x在在2.22.21.61.6为细砂，为细砂，x x在在1.51.50.70.7为特细砂。为特细砂。 例6-7什么是石子的最大粒径？工程上石子的最大粒径是如何确定的？解 粗骨料公称粒级的上限称为该粒级的最大粒径。
35、 工程上对混凝土中每立方米水泥用量小于170 kg的贫混凝土，采用较大粒径的粗骨料对混凝土强度有利。特别在大体积混凝土中，采用大粒径粗骨料，对于减少水泥用量、降低水泥水化热有着重要的意义。不过对于结构常用的混凝土，尤其是高强混凝土，从强度观点来看，当使用的粗骨料最大粒径超过40mm后，并无多大好处，因为这时由于减少用水量获得的强度提高，被大粒径骨料造成的较少粘结面积和不均匀性的不利影响所抵消。因此，只有在可能的情况下，粗骨料最大粒径应尽量选用大一些。 但最大粒径的确定，还要受到混凝土结构截面尺寸及配筋间距的限制。按混凝土结构工程施工及验收规范规定，混凝土用粗骨料的最大粒径不得大于结构截面最小尺
36、寸的14，且不得大于钢筋间最小净距的34。对于混凝土实心板，骨料的最大粒径不宜超过板厚的12，且不得超过50mm。评注粗骨料最大粒径增大时，骨料总表面积减小，因此包裹其表面所需的水泥浆量减少，可节约水泥，并且在一定和易性及水泥用量条件下，能减少用水量而提高混凝土强度。因此，在可能的情况下，粗骨料最大粒径应尽量选用大一些。最大粒径的选用，除了受结构上诸因素的限制外，还受搅拌机以及输送管道等条件的限制。例6-8砂、石中的粘土、淤泥、细屑等粉状杂质及泥块对混凝土的性质有哪些影响？解 砂、石中的粘土、淤泥、细屑等粉状杂质含量增多，为保证拌合料的流动性，将使混凝土的拌合用水量（）增大，即增大，粘土等粉状
37、物还降低水泥石与砂、石间的界面粘结强度，从而导致混凝土的强度和耐久性降低，变形增大；若保持强度不降低，必须增加水泥用量，但这将使混凝土的变形增大。泥块对混凝土性能的影响与上述粉状物的影响基本相同，但对强度和耐久性的影响程度更大。评注 粘土、淤泥、细屑等粉状杂质本身强度极低，且总表面积很大，因此包裹其表面所需的水泥浆量增加，造成混凝土的流动性降低且大大降低了水泥石与砂、石间的界面粘结强度。例6-9简述石子的连续级配及间断级配的特点？解 石子的连续级配是将石子按其尺寸大小分级，其分级尺寸是连续的。连续级配的混凝土一般和易性良好，不易发生离析现象，是常用的级配方法。 石子的间断级配是有意剔除中间尺寸
38、的颗粒，使大颗粒与小颗粒间有较大的“空档”。按理论计算，当分级增大时，骨料空隙率降低的速率较连续级配大，可较好地发挥骨料的骨架作用而减少水泥用量。但容易产生离析现象，和易性较差。 评注 颗粒级配对于混凝土的强度、质量、和易性、节约水泥等都具有重要意义。石子的连续级配及间断级配一般由各种单粒级组合为所要求的级配。单粒级也可与连续级配混合使用，以改善级配或配成较大粒度的连续级配。 例6-10. 普通混凝土中使用卵石或碎石，对混凝土性能的影响有何差异？解 碎石表面粗糙且多棱角，而卵石多为椭球形，表面光滑。碎石的内摩擦力大。在水泥用量和用水量相同的情况下，碎石拌制的混凝土由于自身的内摩擦力大，拌合物的
39、流动性降低，但碎石与水泥石的粘结较好，因而混凝土的强度较高。在流动性和强度相同的情况下，采用碎石配制的混凝土水泥用量较大。而采用卵石拌制的混凝土的流动性较好，但强度较低。当水灰比大于0.65时，二者配制的混凝土的强度基本上没有什么差异，然而当水灰比较小时强度相差较大。 评注 碎石与水泥石的粘结性好，这对配制高强混凝土特别有利。越小，碎石同卵石的界面粘结程度的差异越大，对混凝土强度的影响也越大。此外一般情况下，碎石的强度高于卵石的强度，这对提高混凝土的强度也是有利的。 例6-11为什么不宜用高强度等级水泥配制低强度等级的混凝土？为什么不宜用低强度等级水泥配制高强度等级的混凝土？解 采用高强度等级
40、水泥配制低强度等级混凝土时，只需少量的水泥或较大的水灰比就可满足强度要求，但却满足不了施工要求的良好的和易性，使施工困难，并且硬化后的耐久性较差。因而不宜用高强度等级水泥配制低强度等级的混凝土。用低强度等级水泥配制高强度等级的混凝土时，一是很难达到要求的强度，二是需采用很小的水灰比或者说水泥用量很大，因而硬化后混凝土的干缩变形和徐变变形大，对混凝土结构不利，易于干裂。同时由于水泥用量大，水化放热量也大，对大体积或较大体积的工程也极为不利。此外经济上也不合理。所以不宜用低强度等级水泥配制高强度等级的混凝土。 评注 若用低强度水泥来配制高强度混凝土，为满足强度要求必然使水泥用量过多。这不仅不经济，
41、而且使混凝土收缩和水化热增大还将因必须采用很小的水灰比而造成混凝土太干，施工困难，不易捣实，使混凝土质量不能保证。如果用高强度水泥来配制低强度混凝土，单从强度考虑只须用少量水泥就可满足要求，但为了又要满足混凝土拌合物和易性及混凝土耐久性要求，就必须再增加一些水泥用量。这样往往产生超强现象，也不经济。当在实际工程中因受供应条件限制而发生这种情况时，可在高强度水泥中掺入一定量的掺合料（如粉煤灰）即能使问题得到较好解决。 例6-12. 为什么不宜用海水拌制混凝土？解用海水拌制混凝土时，由于海水中含有较多硫酸盐（SO42 约2400g），混凝土的凝结速度加快，早期强度提高，但天及后期强度下降（28强度
42、约降低10），同时抗渗性和抗冻性也下降。当硫酸盐的含量较高时，还可能对水泥石造成腐蚀。同时，海水中含有大量氯盐（C 约15000gL），对混凝土中钢筋有加速锈蚀作用，因此对于钢筋混凝土和预应力混凝土结构，不得采用海水拌制混凝土。评注对有饰面要求的混凝土，也不得采用海水拌制，因为海水中含有大量的氯盐、镁盐和硫酸盐，混凝土表面会产生盐析而影响装饰效果。例6-13什么是混凝土的和易性？它包括有几方面涵义？ 解 和易性是指混凝土拌合物能保持其组成成分均匀，不发生分层离析、泌水等现象，适于运输、浇筑、捣实成型等施工作业，并能获得质量均匀、密实的混凝土的性能。和易性包括流动性、粘聚性和保水性三方面的涵义。
43、 流动性是指混凝土拌合物在自重或机械振捣力的作用下，能产生流动并均匀密实地充满模型的性能。 粘聚性是指混凝土拌合物内部组分间具有一定的粘聚力，在运输和浇筑过程中不致发生离析分层现象，而使混凝土能保持整体均匀的性能。 保水性是指混凝土拌合物具有一定的保持内部水分的能力，在施工过程中不致产生严重的泌水现象的性能。 评注 混凝土拌合物的流动性、粘聚性及保水性，三者是互相关联又互相矛盾的，当流动性很大时，则往往粘聚性和保水性差，反之亦然。因此，所谓拌合物和易性良好，就是要使这三方面的性质在某种具体条件下，达到均为良好，亦即使矛盾得到统一。 例6-14混凝土的流动性如何表示？工程上如何选择流动性的大小？
44、解混凝土拌合物的流动性以坍落度或维勃调度作为指标。坍落度适用于流动性较大的混凝土拌合物，维勃稠度适用于干硬的混凝土拌合物。工程中选择混凝土拌合物的坍落度，主要依据构件截面尺寸大小、配筋疏密和施工捣实方法等来确定。当截面尺寸较小或钢筋较密，或采用人工插捣时，坍落度可选择大些。反之，如构件截面尺寸较大，钢筋较疏，或采用振动器振捣时，坍落度可选择小些。 评注 正确选择混凝土拌合物的坍落度，对于保证混凝土的施工质量及节约水泥，有重要意义。在选择坍落度时，原则上应在不妨碍施工操作并能保证振捣密实的条件下，尽可能采用较小的坍落度，以节约水泥并获得质量较高的混凝土。 例6-15影响混凝土拌合料和易性的因素有
45、哪些？解影响混凝土拌合料和易性的因素主要有以下几个方面：（）水泥浆的数量。水泥浆越多则流动性越大，但水泥浆过多时，拌合料易产生分层、离析，即粘聚性明显变差。水泥浆太少则流动性和粘聚性均较差。（）水泥浆的稠度。稠度大则流动性差，但粘聚性和保水性则一般较好。稠度小则流动性大，但粘聚性和保水性较差。（3）砂率。砂率大则骨料的比表面积大，使流动性降低或需增加用水量，但粘聚性和保水性好。砂率小则流动性提高，但粘聚性和保水性降低。砂率过小时则流动性也降低。合理砂率（最佳砂率），有最大的流动性。（）其他影响因素水泥品种，骨料种类，粒形和级配以及外加剂等，都对混凝土拌合物的和易性有一定影响。 评注 在工程实践
46、中要改善混凝土和易性，一般可采取如下四条措施：（）尽可能降低砂率，采用合理砂率，有利于提高混凝土质量和节约水泥。（）改善砂、石级配，采用良好级配。（）尽可能采用粒径较大的砂、石为好。（）保持水灰比不变的情况下，增加水泥浆用量或加入外加剂（一般指的是减水剂）。 例6-16何谓砂率？何谓合理砂率？影响合理砂率的主要因素是什么？解砂率是混凝土中砂的质量与砂和石总质量之比。合理砂率是指用水量、水泥用量一定的情况下，能使拌合料具有最大流动性，且能保证拌合料具有良好的粘聚性和保水性的的砂率。或是在坍落度一定时，使拌合料具有最小水泥用量的砂率。影响合理砂率的主要因素有砂、石的粗细，砂、石的品种与级配，水灰比
47、以及外加剂等。石子越大，砂子越细、级配越好、水灰比越小，则合理砂率越小。采用卵石和减水剂、引气剂时，合理砂率较小。评注 砂率表示混凝土中砂子与石子二者的组合关系，砂率的变动，会使骨料的总表面积和空隙率发生很大的变化，因此对混凝土拌合物的和易性有显著的影响。 当砂率过大时，骨料的总表面积和空隙率均增大，当混凝土中水泥浆量一定的情况下，拌合物就显得干稠，流动性就变小，如要保持流动性不变，则需增加水泥浆，就要多耗用水泥。反之，若砂率过小，则拌合物中显得石子过多而砂子过少，形成砂浆量不足以包裹石子表面，并不能填满石子间空隙。使混凝土产生粗骨料离析、水泥浆流失，甚至出现溃散等现象。 例6-17现场浇灌混
48、凝土时，严禁施工人员随意向混凝土拌合物中加水，试从理论上分析加水对混凝土质量的危害。解现场浇灌混凝土时，施工人员向混凝土拌合物中加水，虽然增加了用水量，提高了流动性，但是将使混凝土拌合料的粘聚性和保水性降低。特别是因水灰比的增大，增加了混凝土内部的毛细孔隙的含量，因而会降低混凝土的强度和耐久性，并增大混凝土的变形，造成质量事故。故现场浇灌混凝土时，必须严禁施工人员随意向混凝土拌合物中加水。评注 不能采用仅增加用水量的方式来提高混凝土的流动性。施工现场万一必须提高混凝土的流动性时，必须在保证水灰比不变的情况下，既增加用水量，又增加水泥用量。例6-18影响混凝土强度的主要因素有哪些？怎样影响？解影
49、响混凝土抗压强度的主要因素有：（1）水泥强度等级和水灰比。水泥强度等级越高，混凝土强度越高；在能保证密实成型的前提下，水灰比越小强度越高。 （2）骨料品种、粒径、级配、杂质等。采用粒径较大、级配较好且干净的碎石和砂时，可降低水灰比，提高界面粘结强度，因而混凝土的强度高。 （3）养护温度、湿度。温度、湿度对混凝土强度的影响是通过影响水泥的水化凝结硬化来实现的。温度适宜、湿度较高时，强度发展快，反之，不利于混凝土强度的增长。（4）龄期。养护时间越长，水化越彻底，孔隙率越小，混凝土强度越高。（5）施工方法。主要指搅拌、振捣成型工艺。机械搅拌和振捣密实作用强烈时混凝土强度较高。 评注 水灰比（WC）是
50、影响混凝土抗压强度的最主要的因素。这种影响从实质上是水灰比影响了混凝土的孔隙率，即混凝土内水泥石的孔隙率。水灰比越大，则混凝土中水泥石的毛细孔隙率越大，因而强度越低。同时当水灰比较大时，水易在粗骨料的下表面聚集，形成具有一定厚度的水层，即界面裂纹（或界面孔隙），降低了界面粘结强度，从而使混凝土的强度下降。例6-19提高混凝土强度的主要措施有哪些？解提高混凝土强度主要有以下措施：（） 采用高强度等级水泥；（） 尽量降低水灰比（）；（）采用级配良好且干净的砂和碎石。高强混凝土宜采用最大粒径较小的石子。（4）掺加高效减水剂和掺合料。若要提高早期强度也可以掺加早强剂。（5）加强养护，保证有适宜的温度和
51、较高的湿度。也可采用湿热处理（蒸汽养护）来提高早期强度（对掺活性混合材料多的水泥还可提高后期强度）。（6）加强搅拌和振捣成型。评注 以 硅灰等量取代混凝土中的水泥，并同时掺入高效减水剂，可配制出 100MPa的高强度混凝土。硅灰又称凝聚硅灰或硅粉。硅灰成分中，SiO2含量高达以上，主要是非晶态的无定形SiO2, 火山灰活性极高。硅灰中的SiO2在早期即可与Ca(OH)2发生反应，生成水化硅酸钙，大大提高混凝土强度。 例6-20现场质量检测取样一组边长为的混凝土立方体试件，将它们在标准养护条件下养护至天，测得混凝土试件的破坏荷载分别为 306、 286、 270。试确定该组混凝土的标准立方体抗压
52、强度、立方体抗压强度标准值，并确定其强度等级（假定抗压强度的标准差为3.0a）。解100mm混凝土立方体试件的平均强度为： 评注边长为100mm混凝土立方体试件的强度换算系数为0.95；混凝土立方体抗压强度标准值为具有95%强度保证率的混凝土抗压强度值。95%强度保证率的概率度t为1.645。 例 4-21 配 制 混 凝 土 时 ， 制 作10cm10cm10cm立方体试件 块，在标准条件下养护7d后，测得破坏荷载分别为140kN、135kN、 140kN, 试估算该混凝土28d的标准立方体抗压强度。解 7龄期时： 混凝土立方体的平均强度为： 评注 实践证明，由中等强度等级的普通水泥配制的混
53、凝土，在标准养护条件下，其强度发展大致与其龄期的常用对数成正比关系，其经验估算公式如下： 例6-22. 混凝土产生干缩湿胀的原因是什么？影响混凝土干缩变形的因素有哪些？解混凝土在干燥空气中存放时，混凝土内部吸附水分蒸发而引起凝胶体失水产生紧缩，以及毛细管内游离水分蒸发，毛细管内负压增大，也使混凝土产生收缩，称为干缩；混凝土在水中硬化时，体积不变，甚至有轻微膨胀，称为湿胀。这是由于凝胶体中胶体粒子的吸附水膜增厚，胶体粒子间距离增大所致。 影响混凝土干缩的因素有：水泥品种和细度、水灰比、水泥用量和用水量等。火山灰质硅酸盐水泥比普通硅酸盐水泥干缩大；水泥越细，收缩也越大；水泥用量多，水灰比大，收缩也
54、大；混凝土中砂石用量多，收缩小；砂石越干净，捣固越好，收缩也越小。评注 毛细孔隙和凝胶的存在造成混凝土在干燥时产生收缩，而毛细孔隙和凝胶的多少都直接与水灰比和水泥用量有关。故影响干缩的主要因素为水灰比和水泥用量。例6-23试述混凝土的受压变形破坏特征及其破坏机理。解混凝土在外力作用下的变形和破坏过程，也就是内部裂缝的发生和发展过程。混凝土的受压变形破坏特征如下：阶段：荷载到达“比例极限”（约为极限荷载的）以前、界面裂缝无明显变化，荷载与变形比较接近直线关系。II阶段：荷载超过 “比例极限”以后，界面裂缝的数量、长度和宽度都不断增大，界面借摩阻力继续承担荷载，但尚无明显的砂浆裂缝。此时，变形增大
55、的速度超过荷载增大的速度，荷载与变形之间不再为线性关系。III阶段：荷载超过“临界荷载”（约为极限荷载的）以后，界面裂缝继续发展，开始出现砂浆裂缝，并将邻近的界面裂缝连接起来成为连续裂缝。此时，变形增大的速度进一步加快，荷载一变形曲线明显地弯向变形轴方向。IV阶段：荷载超过极限荷载以后，连续裂缝急速发展，此时，混凝土的承载能力下降，荷载减小而变形迅速增大，以至完全破坏，荷载一变形曲线逐渐下降而最后结束。 评注 硬化后的混凝土在未施加荷载前，由于水泥水化造成的化学收缩和物理收缩引起的砂浆体积的变化，在粗骨料与砂浆界面上产生了拉应力，同时混凝土成型后的泌水聚积于粗骨料的下缘，混凝土硬化后形成为界面
56、裂缝。混凝土受外力作用时，其内部产生了拉应力且在微裂缝顶部形成应力集中，随着拉应力的逐渐增大，导致微裂缝的进一步延伸、汇合、扩大，形成可见的裂缝，致使混凝土结构丧失连续性而遭到完全破坏。 例6-24什么是混凝土材料的标准养护、自然养护、蒸汽养护、压蒸养护？解标准养护是指将混凝土制品在温度为20士2，相对湿度大于5的标准条件下进行的养护。评定强度等级时需采用该养护条件。自然养护是指对在自然条件（或气候条件）下的混凝土制品适当地采取一定的保温、保湿措施，并定时定量向混凝土浇水，保证混凝土材料强度能正常发展的一种养护方式。蒸汽养护是将混凝土材料在小于100的高温水蒸汽中进行的一种养护。蒸汽养护可提高
57、混凝土的早期强度，缩短养护时间。压蒸养护是将混凝土材料在大气压下，175203的水蒸汽中进行的一种养护。压蒸养护可大大提高混凝土材料的早期强度。评注 养护对混凝土强度发展有很大的影响。升高温度，水泥的水化加速，强度发展加快，但温度过高对用硅酸盐水泥和普通水泥拌制的混凝土的后期强度的发展有不利影响。温度降低，则水泥水化减慢，早期强度将明显降低。湿度同样是混凝土强度正常发展的必要条件。混凝土的抗压强度是在标准养护条件下养护后测得的值。自然养护和蒸汽养护属于非标准养护条件，强度值有一定的随意性。压蒸养护需要的蒸压釜设备比较庞大。仅在生产硅酸盐混凝土制品时应用。例6-25何谓混凝土的徐变？产生徐变的原
58、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
59、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6-26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）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
60、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6-27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
61、，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6-28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
62、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67，对于采用最大粒径为40的碎石制的混凝土，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
63、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6-29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 =1:1.98:3.96:0.60由实测混凝土拌合物表观密度为2450C+S+G+W=2450 C+1.98C+3.96C+0.
64、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6-30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
65、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润滑作用。例6-31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
66、”。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
67、。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。 砂浆砂浆例6-32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
68、的石灰膏。 例6-33 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
69、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6-34 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 查表得稠度为
70、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6-35 普通抹面砂浆的主要性能要求是什么？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
71、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6-36 何谓防水砂浆？如何配制防水砂浆？
72、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6-37 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
73、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0.0760.105 W（mK）。 7 7 墙体与屋面材料墙体与屋面材料例-1 试解释制成红砖与青砖的原理。解 焙烧是制砖最重要的环节。当砖坯在氧化气氛中烧成出窑，砖
74、中的铁质形成了红色的Fe2O3，则制得红砖。若砖坯在氧化气氛中烧成后，再经浇水闷窑，使窑内形成还原气氛，促使砖内的红色高阶氧化铁（Fe2O3）还原成青灰色的低价氧化铁(FeO)，即制得青砖。 评注 粘土砖焙烧温度为左右烧出的砖色泽多为红色。这是由于砖中的着色矿物，如在氧化气氛中保温、冷却时，铁形成了呈红色的Fe2O3之故。而为获得青色，则焙烧开始阶段在氧化气氛中，达到焙烧温度后，封闭火门，隔绝空气流入，并配合从窑顶洇水入窑，产生大量水蒸汽，转变成缺氧环境，使砖在还原气氛里保温、冷却。这时，砖中形成的是呈青灰色的氧化铁(FeO)，制得青砖。 例-2.何谓烧结普通砖的泛霜和石灰爆裂？它们对建筑物有
75、何影响？解泛霜是指粘土原料中的可溶性盐类（如硫酸钠等），随着砖内水分蒸发而在砖表面产生的盐析现象，一般为白色粉末，常在砖表面形成絮团状斑点。泛霜的砖用于建筑中的潮湿部位时，由于大量盐类的溶出和结晶膨胀会造成砖砌体表面粉化及剥落，内部孔隙率增大，抗冻性显著下降。当原料土中夹杂有石灰质时，则烧砖时将被烧成过烧的石灰留在砖中。石灰有时也由掺入的内燃料（煤渣）带入。这些石灰在砖体内吸水消化时产生体积膨胀，导致砖发生胀裂破坏，这种现象称为石灰爆裂。石灰爆裂对砖砌体影响较大，轻者影响外观，重者将使砖砌体强度降低直至破坏。砖中石灰质颗粒越大，含量越多，则对砖砌体强度影响越大。评注51012000规定，优等品
76、砖不允许有泛霜现象，一等品砖不允许出现中等泛霜，合格品砖不允许出现严重泛霜。标准规定，优等品砖不允许出现最大破坏尺寸大于2mm的爆裂区域；一等品砖不允许出现最大破坏尺寸大于10 mm的爆裂区域，在 10 mm之间爆裂区域，每组砖样不得多于15处。例-3 如何识别欠火砖和过火砖？解烧结砖的形成是砖坯经高温焙烧，使部分物质熔融，冷凝后将未经熔融的颗粒粘结在一起成为整体。当焙烧温度不足时，熔融物太少，难以充满砖体内部，粘结不牢，这种砖称为欠火砖。欠火砖，低温下焙烧，粘土颗粒间熔融物少，孔隙率大、强度低、吸水率大、耐久性差；过火砖由于烧成温度过高，产生软化变形，造成外形尺寸极不规整。欠火砖色浅、敲击时
77、声哑，过火砖色较深、敲击时声清脆。评注 焙烧温度在烧结范围内，且持续时间适宜时，烧得的砖质量均匀、性能稳定，称之为正火砖；若焙烧温度低于烧结范围，得欠火砖；焙烧温度超过烧结范围时，得过火砖。欠火砖与过火砖质量均不符合技术要求。 例-4 某烧结普通砖试验，10块砖样的抗压强度值分别为：14.2、21.1、9.5、22.9、13.3、18.8、18.2、18.2、19.8、19.8（MPa），试确定该砖的强度等级。解计算10块试样的抗压强度平均值为： 评评注注 如如砖砖强强度度变变异异系系数数0.210.21，则则按按下下式式计计算算样样本本量量1010时的强度标准值（时的强度标准值（ f fk
78、k）：）： 根据强度标准值的结果评定砖的强度等级。根据强度标准值的结果评定砖的强度等级。 例-5烧结粘土砖在砌筑施工前为什么一定要浇水润湿？解 烧结粘土砖由于有很多毛细管，在干燥状态下吸水能力很强，使用时如果不浇水，砌筑砂浆中的水分便会很快被砖吸走，使砂浆和易性降低，操作时难以摊平铺实，再则由于砂浆中的部分水分被砖吸去，会导致早期脱水，而不能很好地起水化作用，使砖与砂浆的粘结力削弱，大大降低砂浆和砌体的抗压、抗剪强度，影响砌体的整体性和抗震性能。因此为使操作方便，使砂浆有一个适宜的硬化和强度增长的环境，保证砌体的质量，砖使用前必须浇水湿润。 评注浇水程度对普通砖、空心砖含水率以为宜，灰砂砖、粉
79、煤灰砖含水率以为宜。从操作上讲，湿砖上墙操作好揉好挤，操作顺手，灰浆易饱满，灰缝易控制，墙面易做到平整，砌体规整。但是应注意的是浇水不宜过度（指饱和和接近饱和），砖过湿将给操作带来一定困难，会增大砂浆的流动性，砌体易滑动变形，易污染墙面，必须严加控制。例-6. 选用天然石材的原则是什么？为什么一般大理石板材不宜用于室外？解选用天然石材时应满足以下几方面的要求：1适用性。是指在选用建筑石材时，应针对建筑物不同部位，选用满足技术要求的石材。如对于结构用石材，主要要求指标是石材的强度、耐水性、抗冻性等；饰面用石材，主要技术要求是尺寸公差、表面平整度、光泽度和外观缺陷等； 经济性。由于天然石材自重大，
80、开采运输不方便，故应贯彻就地取材原则，以缩短运距，降低成本。同时，天然岩石雕琢加工困难，加工费工耗时，成本高。一些名贵石材，价格高昂，因此选材时必须予以慎重考虑。色彩。石材装饰必须要与建筑环境相协调，其中色彩相融性尤其明显和重要。因此选用天然石材时，必须认真考虑所选石材的颜色与纹理，力争取得最佳装饰效果。 天然大理石化学成分为碳酸盐。当大理石长期受雨水冲刷，特别是受酸性雨水冲刷时，可能使大理石表面的某些物质被侵蚀，从而失去原貌和光泽，影响装饰效果，因此一般大理石板材不宜用于室外装饰。评注建筑工程选用天然石材时，应根据建筑物的类型、使用要求和环境条件，再结合地方资源进行综合考虑。选用天然石材时应
81、满足适用、经济和美观等几方面的要求。建筑材料习题课习题课( (四）四） 8 8 金属材料金属材料例8-1 钢材如何按化学成分分类？土木工程中常用什么钢材？解 钢材按化学成分可以分为碳素钢和合金钢两大类。碳素钢可以分为：低碳钢（含碳量小于0.25）中碳钢（合碳量 0.250.60）高碳钢（合碳量大于0.60）合金钢可以分为：低合金钢（合金元素总含量小于5.0）中合金钢（合金元素总含量 5.0%10.0%）高合金钢（合金元素总含量大于10.0%） 土木工程中常用的钢材主要是普通碳素钢中的低碳钢和合金钢中的低合金钢。评注 碳素钢在冶炼时不特意掺加合金，故又称非合金钢。 例8-2 为什么说屈服点（s）
82、、抗拉强度（b）和伸长率（）是建筑工程用钢的重要技术性能指标？解屈服点（s）是结构设计时取值的依据，表示钢材在正常工作时承受应力不超过s值；屈服点与抗拉强度的比值（sb）称为屈强比。它反映钢材的利用率和使用中的安全可靠程度；伸长率（）表示钢材的塑性变形能力。钢材在使用中，为避免正常受力时在缺陷处产生应力集中发生脆断，要求其塑性良好，即具有一定的伸长率，可以使缺陷处应力超过s时，随着发生塑性变形使应力重分布，而避免结构物的破坏。评注 常温下将钢材加工成一定形状，也要求钢材要具有一定塑性（伸长率）。但伸长率不能过大，否则会使钢材在使用中发生超过允许的变形值。例8-3 什么是钢材的冷弯性能？它的表示
83、方法及实际意义是什么？解冷弯性能是指钢材在常温下承受弯曲变形的能力。钢材的冷弯性能，常用弯曲的角度、弯心直径与试件直径（或厚度a）的比值来表示。弯曲角度愈大，愈小，说明试件受弯程度愈高。当按规定的弯曲角度和值对试件进行冷弯时试件受弯处不发生裂缝、断裂或起层，即认为冷弯性能合格。 冷弯性能表示钢材在常温下易于加工而不破坏的能力。其实质反映了钢材内部组织状态、含有内应力及杂质等缺陷的程度。因此，可以利用冷弯的方法，使焊口处受到不均匀变形，来评注检验建筑钢材各种焊接接头的焊接质量。 钢材的冷弯性能和伸长率均是塑性变形能力的反映。但伸长率是在试件轴向均匀变形条件下测定的，而冷弯性能则是在更严格条件下钢
84、材局部变形的能力。它可揭示钢材内部结构是否均匀，是否存在内应力和夹杂物等缺陷。例8-4 低温冷脆性、脆性转变温度、时效和时效敏感性的概念及其实际意义是什么？解 钢材的冲击韧性随环境温度降低而下降，当达到某一温度时，其冲击韧性值显著降低的现象称为钢材的低温冷脆性。出现低温冷脆性时的温度（范围），称为脆性转变温度（范围）。 随时间的推移，钢材的机械强度提高，而塑性和韧性降低的现象称为时效。因时效作用导致钢材性能改变的程度称为钢材的时效敏感性。承受动荷载的结构，选用钢材时，必须按规范要求测定其冲击韧性值。处于低温条件下的钢结构要选用脆性临界温度低于环境最低温度的钢材。若在严寒地区，露天焊接钢结构，受
85、振动荷载作用时，要选用脆性临界温度低和时效敏感性小的钢材。评注 冲击韧性是指在冲击振动荷载作用下，钢材吸收能量、抵抗破坏的能力。冲击韧性以冲断试件时单位面积所消耗的功，称为冲击功（值）来表示。 例8-5简述碳元素对钢材基本组织和性能的影响规律。解：碳素钢中基本组织的相对含量与其含量关系密切，当含量小于0.8时，钢的基本组织由铁素体和珠光体组成，其间随着含量提高，铁素体逐渐减少而珠光体逐渐增多，钢材则随之强度、硬度逐渐提高而塑性、韧性逐渐降低。当含C量为0.8时，钢的基本组织仅为珠光体。当含C量大于0.8时，钢的基本组织由珠光体和渗碳体组成，此后随含量增加，珠光体逐渐减少而渗碳体相对渐增，从而使
86、钢的硬度逐渐增大而塑性、韧性逐渐减小，且强度下降。例8-6碳素结构钢是如何划分牌号的？说明Q235AF和Q235号钢在性能上有何区别？解碳素结构钢的牌号按顺序由代表屈服点的字母（Q）、屈服点数值（/mm2）、质量等级符号(A、B、C、D)、脱氧程度符号(F、B、Z、TZ)等四部分组成。 Q235AF和Q235D均为235碳素结构钢，是建筑中应用最多的碳素钢。二者性能差别主要表现在质量等级和脱氧程度上。按硫、磷含量多少来衡量，Q235D磷、硫含量均少于Q235AF, 质量较好，按脱氧程度衡量Q235D为震静钢，质量最好，Q235AF 为沸腾钢。Q235AF钢，仅适用于承受间接动荷载的静荷载的结构
87、。而Q235D可适用于动荷载作用或处在低温环境下的工作条件。评注 碳素结构钢分五个牌号，即195、Q215、Q235、Q255和Q275。各牌号钢又按其硫、磷含量由多至少分为、四个质量等级。例8-7钢筋混凝土用热轧钢筋按力学性能分为几级？各级钢筋性质差别及主要用途如何？解我国热轧钢筋标准，按屈服强度、抗拉强度等力学性能分为IIV级。由I级到IV级，钢筋的机械强度不断提高，而塑性、韧性降低，可焊性亦相应降低。级钢筋是由235碳素结构钢热轧的光圆钢筋，适合做非预应力混凝土用钢筋。II、 III、 IV级钢筋由普通低合金结构钢轧制的热轧带肋钢筋, 可用于非预应力也可以用于预应力混凝构件中。 评注 I
88、I、 III、 IV级由普通低合金结构钢轧制的热轧带肋钢筋, 其牌号由HRB和规定屈服强度最小值构成，分别为：HRB335 、HRB400、HRB500。、分别为热轧、肋、钢筋的英文名称的第一个字母。 例8-8 何谓钢的冷加工强化及时效处理？冷拉并时效处理后的钢筋性能有何变化？解在常温下将钢材进行机械加工，使其产生塑性变形，以提高其屈服强度的过程称为冷加工强化。机械加工方法主要是对钢筋进行冷拉和冷拔。冷轧主要在钢厂进行。时效处理是将经过冷加工的钢材，在常温下存放1520天，或者加热到100200，并保持2小时以内，这个过程称为时效处理。常温放置称为自然时效，加热处理称为人工时效。冷拉并时效处理
89、后的钢筋，其屈服点提高，抗拉强度也有提高，塑性和韧性降低较大，弹性模量基本恢复。评注 在建筑工地和混凝土预制厂，经常对比使用要求的强度偏低和塑性偏大的钢筋或低碳盘条钢筋进行冷拉或冷拔并时效处理，以提高屈服强度和利用率，节省钢材。同时还兼有调直、除锈的作用。这种加工所用机械比较简单，容易操作，效果明显，所以建筑工程中常采取此法。例8-10 从一批钢筋中抽样，并截取两根钢筋做拉伸试验，测得如下结果：屈服下限荷载分别为42.4、42.8kN; 抗拉极限荷载分别为62.0kN、63.4kN，钢筋公称直径为12，标距为60，拉断时长度分别为70.6和71.4mm,评定其级别？说明其利用率及使用中安全可靠
90、程度如何 查表知s1、s2 均大于335 N/mm2, b1、b2 均大于490 N/mm2, 、均大于16%故该钢筋为II级钢。2. 该钢筋的屈强比为：s/b = 385/555 =0.69该II级钢筋的屈强比在0.650.75范围内，表明其利用率较高，使用中安全可靠度较好。 9 9 木材木材例9-1解释以下名词：（）自由水；（）吸附水；（）纤维饱和点；（）平衡含水率；（）标准含水率；（6）持久强度。解（1）自由水：自由水是存在于木材细胞腔和细胞间隙中的水分。（2）吸附水：吸附水是被吸附在细胞壁内细纤维之间的水分。（3）纤维饱和点：当木材中无自由水，而细胞壁内吸附水达到饱和时的木材含水率称为
91、纤维饱和点。 （）平衡含水率：在一定温度和湿度环境中，木材中的含水量达到与周围环境湿度相平衡时含水率称为平衡含水率。（）标准含水率：含水率为15为木材的标准含水率。（6）持久强度：木材在长期荷载作用下不致引起破坏的最大强度，称为持久强度。评注 木材的纤维饱和点，是指木材的细胞壁中吸附水达饱和状态，而细胞腔及细胞间隙中不含自由水时的含水率。是木材变形、强度等主要性质受含水变化影响的转折点。 例9-2一块松木试件长期置于相对湿度为60、温度为20的空气中，其平衡含水率为12.8%，测得顺纹抗压强度为49.4，问此木材在标准含水率情况下抗压强度为多少？解木材在标准含水率情况下抗压强度为： = 49.
92、41+0.05（12.8-12）= 49.6 MPa 10 10 防水材料防水材料例10-1试述石油沥青的三大组分及其特性。石油沥青的组分与其性质有何关系？解石油沥青的三大组分及其特性如下：（1）油分。油分为淡黄色至红褐色的油状液体，是沥青中分子量最小和密度最小的组分，密度介于0.71.0cm3之间。在170较长时间加热，油分可以挥发。油分能溶于石油醚、二硫化碳、三氯甲烷、苯、四氧化碳和丙酮等有机溶剂中，但不溶于酒精。油分的多少决定了沥青的流动性。()树脂（沥青脂胶）。沥青脂胶为黄色至黑褐色粘稠状物质（半固体），分子量比油分大（6001000），密度为1.01.1gcm3。沥青脂胶中绝大部分属
93、于中性树脂。中性树脂含量增加，石油沥青的延度和粘结力等品质愈好。 （）地沥青质（沥青质）。地沥青质为深褐色至黑色固态无定形物质（固体粉末），分子量比树脂更大（1000以上），密度大于1 gcm3，不溶于酒精、正戊烷，但溶于三氯甲烷和二硫化碳，染色力强，对光的敏感性强，感光后就不能溶解。地沥青质是决定石油沥青温度敏感性、粘性的重要组成部分。 石油沥青的组分与其性质的关系为：油分赋予沥青以流动性。沥青脂胶使石油沥青具有良好的塑性和粘结性。地沥青质含量愈多，则软化点愈高，粘性愈大，即愈硬脆。 例10-2 石油沥青的主要技术性质是什么？各用什么指标表示？解石油沥青的主要技术性质有：（1）粘滞性石油沥青
94、的粘滞性又称粘性。 粘滞性应以绝对粘度表示，但因其测定方法较复杂，故工程中常用相对粘度（条件粘度）来表示粘滞性，对使用粘稠（半固体或固体）的石油沥青用针入度表示，对液体石油沥青则用粘滞度表示。 （）塑性塑性指石油沥青在外力作用下产生变形而不破坏，除去外力后，仍能保持变形后的形状的性质。 石油沥青的塑性用延度表示。延度愈大，塑性愈好。（）温度敏感性 温度敏感性是指石油沥青的粘滞性和塑性随温度升降而变化的性能。由于沥青是一种高分子非晶态热塑性物质，故没有一定的熔点。温度敏感性以软化点指标表示。由于沥青材料从固态至液态有一定的变态间隔，故规定以其中某一状态作为从固态转变到粘流态的起点，相应的温度则称
95、为沥青的软化点。另外，沥青的脆点是反映温度敏感性的另一个指标，它是指沥青从高弹态转到玻璃态过程中的某一规定状态的相应温度，该指标主要反映沥青的低温变形能力。（）大气稳定性石油沥青在热、阳光、氧气和潮湿等大气因素的长期综合作用下抵抗老化的性能，称为大气稳定性，也是沥青材料的耐久性。 石油沥青的大气稳定性以加热蒸发损失百分率和加热前后针入度比来评定。例10-3 怎样划分石油沥青的牌号？牌号大小与沥青主要技术性质之间的关系怎样？解 石油沥青按针入度指标来划分牌号，牌号数字约为针入度的平均值。常用的建筑石油沥青和道路石油沥青的牌号与主要性质之间的关系是：牌号愈高，其粘性愈小（针入度越大），塑性愈大（即
96、延度越大），温度稳定性愈低（即软化点愈低）。评注严格地讲，石油沥青的牌号是按沥青的针入度、延度和软化点指标来划分的。 例10-4 石油沥青的老化与组分有何关系？沥青老化过程中性质发生哪些变化？沥青老化对工程有何影响？解在石油沥青的老化过程中，在温度、空气、阳光和水的综合作用下，沥青中各组分会发生不断递变，低分子化合物将逐步转变成高分子物质，即油分和树脂逐渐减少，而沥青质逐渐增多。 在石油沥青的老化过程中，随着时间的进展，由于树脂向地沥青质转变的速度更快，使低分子量组成减少，地沥青质微粒表面膜层减薄，沥青的流动性和塑性将逐渐减小，硬脆性逐渐增大，直至脆裂，致使沥青防水层开裂破坏，或造成路面使用品
97、质下降，产生龟裂破坏，对工程产生不良影响。评注 沥青经若干年后，性质变得脆硬、易于开裂的现象称为“老化”。沥青抗老化能力称为大气稳定性。 例10-5 某工地运来两种外观相似的沥青，已知其中有一种是煤沥青，为了不造成错用，请用两种以上方法进行鉴别？解煤沥青与石油沥青可用以下方法进行鉴别：测定密度。大于1.1者为煤沥青；燃烧试验。烟气呈黄色，并有刺激性嗅味者为煤沥青；敲击块状沥青，呈脆性（韧性差）、音清脆者为煤沥青。有弹性、音哑者为石油沥青；用汽油或煤油溶解沥青，将溶液滴于滤纸上，呈内黑外棕色明显两圈斑点者为煤沥青，呈棕色均匀散开斑点者为石油沥青。评注与石油沥青比较，煤沥青的塑性差、温度敏感性大、
98、大气稳定性差，但其粘性大，煤沥青有嗅味，挥发物有毒，施工时要注意。例10-6试述采用矿物填充料对沥青进行改性的机理。解 由于沥青对矿物填充料的润湿和吸附作用，沥青与矿粉发生交互作用，沥青在矿粉表面产生化学组分的重新排列，在矿粉表面形成一层扩散溶剂化膜，在此膜厚度以内的沥青称为“结构沥青”。如果矿粉颗粒之间接触处是由结构沥青膜所联结，这样促成沥青具有更高的粘度和更大的扩散溶化膜的接触面积，因而使沥青可以获得更大的粘聚力。例10-7 乳化沥青和冷底子油的不同点是什么？ 解乳化沥青是沥青以微粒（粒径m左右）分散在有乳化剂的水中而成的乳胶体。配制时，首先在水中加入少量乳化剂，再将沥青热熔后缓缓倒入，同
99、时高速搅拌，使沥青分散成微小颗粒，均匀分布在溶有乳化剂的水中。由于乳化剂分子一端强烈吸附在沥青微小颗粒表面，另一端则与水分子很好地结合，产生有益的桥梁作用，使乳液获得稳定。冷底子油是用汽油、煤油、柴油、工业苯等有机溶剂与沥青材料溶合制得的沥青溶液。评注 沥青溶液虽然塑性良好，施工方便，但因使用很多的有机溶剂，使用后又完全挥发，因而不大经济。 例10- 8 沥青胶是如何配制的？论述其特性和用途。解沥青胶是在熔（溶）化的沥青中加入粉状或纤维状的填充料经均匀混合而成。填充料粉状的如滑石粉、石灰石粉、白云石粉等，纤维状的如石棉屑、木纤维等。沥青胶的常用配合比为沥青70%90%，矿粉1030。沥青胶有热
100、用和冷用的两种，一般工地施工是热用。配制热用沥青胶时，先将矿粉加热到100110，然后慢慢地加入已熔化的沥青中，继续加热并搅拌均匀即成。沥青胶的特性主要有：耐热度：用毫米厚的沥青胶粘合两张沥青油纸，于不低于规定温度条件下，在（或度角）的坡度上停放小时，沥青胶不应流淌，油纸不应滑动。（2）柔韧性：涂在沥青油纸上的毫米厚的沥青胶层，在18士 时，围绕规定直径的圆棒，以秒钟的均衡速度弯曲成半周，沥青胶不应有裂纹粘结力：将两张用沥青胶粘贴在一起的沥青油纸揭开时，若被撕开的面积超过粘贴面积的时，则认为粘结力不合格，否则即为合格。热用沥青胶用于粘结和涂抹石油沥青油毡。冷用时需加入稀释剂将其稀释后于常温下施
101、工应用，它可以涂刷成均匀的薄层。例10-9 何谓沥青混合料？试述沥青混合料的强度理论。解沥青混合料是将沥青、石子、砂和矿粉按照一定的比例拌和所组成的混合物。有两种不同的沥青混合料强度理论：表面理论认为，沥青混合料是由粗、细集料和矿粉，大小不同粒径组成密实矿质混合料的骨架，利用沥青胶结料的粘聚力，在加热状态下施工，使沥青包裹在矿料的表面，经过压实固结后，将松散的矿质颗粒胶结成具有一定强度的整体。胶浆理论认为，沥青混合料是一种具有空间网络状结构的多级分散体系。它是以粗集料为分散相，沥青砂浆为分散介质的粗分散系；沥青砂浆又以细浆料为分散相，沥青胶结物为分散介质的细分散系；而沥青胶结物又以矿粉为分散相
102、，沥青为分散介质的微分散系。评注 两种理论的主要区别是，表面理论重点突出矿质骨料的骨架作用，产生强度的关键首先是矿质骨料的强度和密实度；而胶浆理论则突出沥青胶结构在混合料中的作用，以及沥青与填充料之间的关系，这对沥青混合料的高温稳定性和低温抗裂性的影响尤为重要。例10-10 简述沥青混凝土的技术性质。解沥青混凝土的技术性质主要有：高温稳定性沥青混合料的高温稳定性是指在夏季高温条件下，沥青混合料承受多次重复荷载作用而不发生过大的累积塑性变形的能力。沥青混合料路面在车轮作用下受到垂直力和水平力的综合作用，能抵抗高温而不产生车辙和波浪等破坏现象的为高温稳定性符合要求。 低温抗裂性沥青混合料为弹性一粘
103、性一塑性材料，其物理性质随温度而有很大变化。沥青混合料在低温下抵抗断裂破坏的能力，称为低温抗裂性能。耐久性沥青混合料的耐久性是指其在修筑成路面后，在车辆荷载和大气因素（如阳光、空气和雨水等）的长期作用下，仍能基本保持原有性能的能力。抗滑性沥青混凝土路面的抗滑能力与沥青混合料的粗糙度、级配组成、沥青用量和矿质集料的微表面性质等因素有关。面层集料应选用质地坚硬具有棱角的碎石，通常采用玄武岩。采取适当增大集料粒径，适当减少一些沥青用量及严格控制沥青的含蜡量等措施，均可提高路面的抗滑性。施工和易性影响沥青混合料施工和易性的因素很多，如当地气温、施工条件以及混合料性质等。单纯从混合料材料性质而言，影响施工难易性的因素有混合料的级配、沥青用量的多少，矿粉用量等。评注 沥青混合料在路面中，承受汽车荷载的反复作用，同时还受到各种自然因素的影响，为保证安全、舒适、快速、耐久等要求，沥青混合料需满足一定的技术要求。
