工程材料-作业及答案

第1章 材料的基本性质

1、烧结普通砖的尺寸为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 。求该砖的密度、干表观密度、 吸水率、开口孔隙率及闭口孔隙率。

解：砖自然状态下的体积：3

300.2400.1150.053 1.462810m V -=??=? 干表观密度：3030 2.4871700kg/m 1.462810m V ρ-===? 由孔隙率0001700100%1100%1100%37%V V P V ρρρ-????=?=-?=-?= ? ????

? 得砖的密度：ρ＝2698 kg/m 3 吸水率：29842487100%100%20%2487

m m W m =

?=?=干吸吸干－－ 开口孔隙率：

3029842487()/100%/1.462810100%34%1000m m P V ρ-??-??=?=??=????????干吸开水－ 闭口孔隙率：37%34%%P P P

==开闭--＝3

2、已知碎石的表观密度为2.65g/cm 3，堆积密度为1.50g/cm 3，求 2.5m 3 松散状态的碎石，需要多少松散体积的砂子填充碎石的空隙 ? 若已知砂子的堆积密度为1.55g /cm 3，求砂子的重量为多少？ 解：0000002.5 1.5100%1100%1100%43%2.5 2.65V V V P V ρρ??''-??'=?=-?=-?= ? ?'????

－＝ V 0＝1.425m 3

所以，填充碎石空隙所需砂子的体积为：300 2.5 1.425 1.075

m V V '-=-=

或30 2.543% 1.075m V P '?=?=

沙子的重量：1.075×1.55×103＝1666.25kg

3．某地红砂岩，已按规定将其磨细，过筛。烘干后称取50g ，用李氏瓶测得其体积为18.9cm 3。另有卵石经过清洗烘干后称取1000g ，将其浸水饱和后用布擦干。又用广口瓶盛满水，连盖称得其质量为790g ，然后将卵石装入，再连盖称得其质量为1409g ，水温为25℃，求红砂岩及卵石的密度或视密度，并注明哪个是密度或视密度。

参考答案： 红砂岩的密度：)/(646.29

.18503cm g ==ρ 卵石的视密度：)(3811

140910007903cm V =-+= )/(625.2381

10003cm g ==ρ 4．某多孔材料的密度为2.59g/cm 3。取一块称得其干燥时质量为873g ，同时量得体积为480cm 3。浸水饱和后取出擦干表面水分称得质量为972g 。求其质量吸水率、闭口孔隙率及开口孔隙率。

参考答案： 质量吸水率：%34.11%100873

873972%1001

=?-=?-=m m m β 密实体积：3873337.0(cm )2.59

V == 孔隙体积：3480337143(cm )-=

开口孔隙体积：397287399(cm )-=

闭口孔隙体积：31439944(cm )-= 开口孔隙率：%6.20%100480

99=? 闭口孔隙率：%17.9%100480

44=?

第2章 气硬性胶凝材料

1.简述气硬性胶凝材料的特点及使用环境。

参考答案：

气硬性胶凝材料只能在空气中硬化，并且只能在空气中保持或发展其强度，如石膏、石灰等。

适宜于干燥环境，不能在潮湿或水中环境中使用。

2.石膏制品有哪些特点？建筑石膏可用于哪些方面？

参考答案：

特点：（1）凝结硬化快，强度低；（2）硬化后体积微膨胀；（3）孔隙率大，表观密度小，保温隔热效果好；（4）耐水性差，抗冻性差；（5）吸声效果好；（6）具有调节室内湿度的功能；（7）防火性能好；（8）加工性能好。

建筑石膏的应用：

（1）石膏砂浆及粉刷石膏。（2）建筑石膏制品：石膏板、石膏砌块等:如纸面石膏板、装饰石膏板、吸声用穿孔石膏板。（3）制作石膏艺术制品建筑雕塑和模型。

3.什么是欠火石灰和过火石灰？各有何特点？施工过程中如何防止其危害？

参考答案：

生石灰烧制过程中，往往由于石灰石原料的尺寸过大或窑中温度不均匀等原因，生石灰中残留有未烧透的的内核，这种石灰称为“欠火石灰”。由于烧制的温度过高或时间过长，使得石灰表面出现裂缝或玻璃状的外壳，体积收缩明显，颜色呈灰黑色，这种石灰称为“过火石灰”。

欠火石灰的产浆量较低，质量较差；欠火石灰的密度较大，表面常被黏土杂质溶化时所形成的玻璃釉状物包覆，因而消解很慢，在工程中过火石灰颗粒往往会在正常石灰硬化后继续吸湿消解而发生体积膨胀，降低石灰品质，影响工程质量。

消除方法有：将石灰经陈伏处理后再使用于工程，控制煅烧温度在1000℃～1200℃之间，岩块尺寸不宜过大。

4.何谓陈伏，石灰在使用前为什么要进行陈伏？

参考答案：

生石灰要在水中放置两周以上，此过程即为“陈伏”。

在这段时间里生石灰会完全和水反应，不会因含有过火石灰造成熟化推迟而导致墙面鼓泡的现象。

第3章水泥

1.硅酸盐水泥熟料的主要矿物组分是什么？它们单独与水作用时有何特性？

参考答案：

硅酸盐水泥熟料中，C3A的水化和凝结硬化速度最快，但水化铝酸钙的强度不高；C3S和C4AF的水化速度较快，凝结硬化速率也较快，C3S的水化产物强度高，C4AF的水化产物强度不高；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。

各矿物单独作用时表现出不同的特性见表3－2（教材P24）。

2.硅酸盐水泥的主要水化产物是什么？

参考答案：

主要水化产物是：水化硅酸钙和水化铁酸钙凝胶、氢氧化钙、水化铝酸钙和水化硫铝酸钙晶体。

3.通用水泥有哪几项主要技术要求？

参考答案：

1.化学指标

（1）不溶物（2）烧失量（3）氧化镁（4）三氧化硫

2.碱含量

3. 物理性能（技术要求）

（1）细度;（2）凝结时间;（3）体积安定性;（4）强度及强度等级;（5）水化热。

4.简述水泥石腐蚀的主要种类及腐蚀机理？

参考答案：

腐蚀的类型有：软水侵蚀（溶出性侵蚀）：软水能使水化产物中的Ca(OH)2溶解，并促使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的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；镁盐与水泥石中的Ca(OH)2反应生成松软无胶凝能力的Mg(OH)2；酸类腐蚀：CO2与水泥石中的Ca(OH)2反应生成CaCO3，再与含碳酸的水反应生成易溶于水的碳酸氢钙，硫酸或盐酸能与水泥石中的Ca(OH)2反应；强碱腐蚀：铝酸盐含量较高的硅酸盐水泥遇到强碱也会产生破坏。

腐蚀的防止措施：①根据工程所处的环境，选择合适的水泥品种；②提高水泥石的密实程度；③表明防护处理。

5.基本概念：水硬性胶凝材料、硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、细度、安定性、初凝时间、终凝时间。

参考答案：

水硬性胶凝材料：既能在空气中硬化，又能更好地在水中硬化，保持并继续发展其强度的胶凝材料。

硅酸盐水泥：凡由硅酸盐水泥熟料、0～5%石灰石或粒化高炉矿渣、适量石

膏磨细制成的水硬性胶凝材料称为硅酸盐水泥。

普通硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料、6%～15%混材料和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称普通硅酸盐水泥。

水泥的细度：水泥颗粒的粗细程度。

体积安定性：是水泥浆硬化后因体积膨胀而产生变形的性质，或水泥浆体硬化后体积变化的稳定性、均匀性。

初凝时间：从水泥全部加入水中到开始失去可塑性为止的时间。

终凝时间：从水泥全部加入水中到完全失去可塑性为止的时间。

6.在水泥中掺混合材料的作用？

参考答案：

活性混合材料中有一定的活性组分，常温下能与水泥熟料水化时析出Ca(OH)2的或在硫酸钙的作用下生成具有胶凝性质的稳定化合物。非活性混合材料与水泥矿物成分不起化学反应或化学反应很弱，在水泥石中主要起填充作用，掺入硅酸盐水泥中主要调节水泥强度等级，增加产量，降低水化热等。

活性混合材料的作用:1）改善水泥性能；2）调节水泥强度等级；3）增加品种，提高产量；4）节约熟料，降低成本；5）扩大水泥的使用范围。非活性混合材料的作用：1）调节水泥强度等级；2）增加水泥产量；3）降低水化热。

7.引起水泥体积安定性不良的原因是什么？检验方法？

参考答案：

造成水泥体积安定性不良，一般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。

国家标准规定，由游离的氧化钙过多引起的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的水泥净浆做成试饼，经恒沸3小时后用肉眼观察未发现裂纹，用直尺检验没有弯曲；雷氏法是用雷氏夹中的水泥浆经沸煮三小时后的膨胀值。

8.矿渣硅酸盐水泥的水化特点？

参考答案：

与硅酸盐水泥相比，矿渣水泥的水化产物碱度要低一些，水化产物中Ca(OH)2的含量相对较少，其硬化后主要组成是C-S-H凝胶和钙矾石，而且水化硅酸钙凝胶结构比比硅酸盐水泥中的更为密实。

第4章混凝土

1.普通混凝土的组成材料有哪些？在混凝土硬化前和硬化后各起什么作用？

参考答案：

混凝土的组成材料：1）水泥；2）砂子；3）石子；4）水；5）外加剂；6）掺合料。

水+水泥=水泥浆：起胶结和硬化的作用。

砂+石子=骨料：起着支撑和骨架的作用。

2.什么是混凝土的和易性，其影响因素有哪些？

参考答案：

和易性指混凝土在一定施工条件下,便于各种施工操作,并能获得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含义。

影响因素:（1）水泥品种和水泥细度；（2）单位用水量；（3）水泥浆量；（4）水灰比；（5）骨料的品种,粒径,级配,含泥量等；（6）砂率；（7）掺合料和外加剂；

（8）搅拌；（9）温度和时间。

3.什么是混凝土的立方体抗压强度标准值？

参考答案：

按标准方法制作和养护的边长为150mm×150mm×150mm 的立方体试件，在规定28d 龄期时，按标准方法测得的具有95%保证率的立方体抗压强度。

4.称量烘干石子试样1050g ，将其放入装有水的量筒中吸水饱和，这时水面由原来的1450cm 3上升至1837 cm 3，试求出该砂样的表观密度。 解：3001050 2.713g/cm 18371450m V ρ=

==-

5.已知混凝土的施工配合比为1:2.40:4.40:0.45，且实测混凝土拌合物的表观密度为2400kg/m 3。现场砂的含水率为2.5%，石子的含水率为1%。试计算其实验室配合比。（以1m 3混凝土中各材料的用量表示，准确至1kg ） 解:12400291kg 1 2.4 4.40.45

c m ?==+++

2.4681kg 1 2.5%

c s m m ==+ 4.41279kg 11%c g m m ==+ 0.45 2.5%1%161kg w c s g m m m m =++=

则实验室配合比为：

:::291:681:1279:1611:2.34:4.40:0.55c s g w m m m m ==

6．根据以往资料，甲、乙、丙三个施工队施工水平各不相同。若按混凝土的强度变异系数C V 来衡量则甲队C V ＝10％，乙队C V ＝15％，丙队C V ＝20％。今有某

工程要求混凝土强度等级为C30，混凝土的强度保证率为95％（保证率系数t ＝

1.645），问这三家施工单位在保证质量的条件下，各家的混凝土配制强度各为多少？指出哪家最节约水泥，并说明理由。

参考答案：

σ645.1,0,+=k cu cu f f ()V

V k cu cu C C f f 645.1130645.11,0,-=-= cu

v f C σ=（cu f 可等于0,cu f ）

甲队：0,cu f ＝35.9（MPa ）

乙队：0,cu f ＝39.8（MPa ）

丙队：0,cu f ＝44.7（MPa ） 水泥用量c

w m m wo co =，0,cu f 小，w/c 就大，co m 就小，所以甲队最节约水泥。

7．已知实验室配合比为1：2.5：4，W/C ＝0.60，混凝土混合物的表观密度ρ0＝2400kg/cm 3，工地采用800L 搅拌机，当日实际测得卵石含水率为2.5％，砂含水率为4％。为每次投料量应为多少？

参考答案：

总材料用量为：0.8×2400＝1920kg 水泥用量为：11920237kg 1 2.540.6

?=+++ 河砂用量为：237×2.5（1＋4％）＝616.2kg

卵石用量为：237×4（1＋2.5％）＝971.7kg

用水量：237×0.6－237×2.5×4％－237×4×2.5％＝94.8kg

8． 某实验室按初步配合比称取15L 混凝土的原材料进行试拌，水泥5.2kg ，砂

8.9kg ，石子18.1kg ，W/C=0.6。试拌结果坍落度小，于是保持W/C 不变，增加10％的水泥浆后，坍落度合格，测得混凝土拌和物表观密度为2380 kg/m 3，试计算调整后的基准配合比。

参考答案：

增加后水泥量为5.2+5.2×10％＝5.72kg ，水为：5.2×0.6(1+10%)=3.432kg 调整后材料总用量为：5.72+3.432+8.9+18.1＝36.152kg

则每立方米混凝土实际所需的各项材料用量为： 水泥： 5.722380376.6kg 36.152

?= 水：376.60.6226kg ?= 砂：8.92380585.9kg 36.152?= 石：18.123801191.6kg 36.152

?= 配合比为：水泥：砂：石：水＝1：1.56：3.16：0.6

第5章砂浆

1、今拟配制砌筑在干燥环境下的基础用水泥石灰混合砂浆，设计要求强度为5MPa 。所用材料为：（1）水泥——32.5级矿渣水泥，堆积密度为1300kg/m 3。（2）石灰膏——二级石灰制成，稠度为120mm ，表观密度为1350 kg/m 3。（3）砂子——中砂，含水率2％时，堆积密度为1500 kg/m 3。求调制1 m 3砂浆需要各种材料的数量及其配合比。

参考答案：

按照基底为吸水材料的水泥砂浆设计，施工水平为优良。

,020.64550.6451 5.645(MPa)m f f σ=+=+?=

,01000()

1000(5.64515.09)3210.56(kg/m )3.0332.5

m c ce f B Q Af -+===? 3350210.56139.44(kg/m )D A c Q Q Q =-=-=

3,01115001500(kg/m )s s Q ρ=?=?=

砂浆的质量配合比为：水泥：石灰膏：砂＝210.56:139.44:1500＝1:0.66:7.12