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建筑材料 习题集,2 建筑材料的基本性质 例2-1 某工地所用卵石材料的密度为2.65g/cm3、表观密度为2.61g/cm3、堆积密度为1680 kg/m3，计算此石子的孔隙率与空隙率？ 解 石子的孔隙率P为： 石子的空隙率P，为： 评注 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, 颗粒之间的空隙体积所占的比例。计算式中密度；0材料的表观密度；，材料的堆积密度。,例2-2 有一块烧结普通砖，在吸水饱和状态下重2900g，其绝干质量为2550g。砖的尺寸为24011553mm，经干燥并磨成细粉后取50g，用排水法测得绝对密实体积为18.62 cm3 。试计算该砖的吸水率、密度、孔隙率、饱水系数。 解 该砖的吸水率为 该砖的密度为 表观密度为 孔隙率为 评注 质量吸水率是指材料在吸水饱和时，所吸水量占材料在干燥状态下的质量百分比。,例2-3 某石材在气干、绝干、水饱和情况下测得的抗压强度分别为174、178、165MPa，求该石材的软化系数，并判断该石材可否用于水下工程。 解 该石材的软化系数为 由于该石材的软化系数为0.93，大于0.85，故该石材可用于水下工程。 评注 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。与材料在气干状态下的抗压强度无关。,例2-4 影响材料强度测试结果的试验条件有那些？ 解答: 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；加载速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. 90º b. .90º c. 0º 解答: b: 90º 评注 材料的润湿边角90º为亲水性材料；材料的润湿边角90º时为憎水性材料。,4 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）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、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aSO4·H2O，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，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。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Na2O·nSiO2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硅酸凝胶SiO2·mH2O较多。 同一模数的水玻璃，密度越大，则其有效成分Na2O·nSiO2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 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 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，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。,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 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）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，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。 在级配区内画出该砂的筛分曲线，见图 4-1。该曲线落 在区（粗砂区）内，说明该砂为粗砂，级配合格。 评注 x在3.73.1为粗砂，x在3.02.3为中砂，x在2.21.6为细砂，x在1.50.7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。 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，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。,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？ 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