土木工程材料课件习题课1

•例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1680kg/m3，计算此石子的孔隙率与空隙率？例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240Ｘ115Ｘ53mm，经干燥并磨成细粉后取50g，用排水法测得绝对密实体积为18.62cm3。试计算该砖的吸水率、密度、孔隙率、饱水系数。•例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。•例4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？•例5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。•例6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？•例7建筑石膏的成分是什么？其凝结硬化机理是什么？•例8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？•例9常用菱苦土制品有哪些？组成材料的质量要求是什么？•例10试述水玻璃的凝结硬化机理是什么？•例11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？•例12.试说明生产硅酸盐水泥时为什么必须掺入适量石膏？•例13.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？•例14.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？•例15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？•例16.为什么流动的软水对水泥石有腐蚀作用？•例17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？•例18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？•例19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？•基本性质例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1680kg/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ρ—密度；ρ0—材料的表观密度；ρ，—材料的堆积密度。%51.165.261.211%100000VVVP%63.3561.268.1111%100000VVVVVP•例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240Ｘ115Ｘ53mm，经干燥并磨成细粉后取50g，用排水法测得绝对密实体积为18.62cm3。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。%100255025502900%100ggbmMMMW3/69.262.1850cmgVm300/74.13.55.11252550cmgVm%3.3569.274.1110P•例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。93.0178165gbRffK•石灰•例4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：•（１）结晶作用：游离水分蒸发，氢氧化钙逐渐从饱和溶液中结晶。•（２）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：OHnCaCOOnHCOOHCa23222)1()(•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5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6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7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ＣaSO4·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：OHCaSOOHOHCaSO24224221121•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8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9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：23850~800COMgOCMgCO•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800～900kg/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４５％。木屑多用针叶类木材产品，其粒度不应大于５mm，用于面层时不应大于1．5mm。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３～５％。•[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（40～60ＭPa）的水化产物。•例10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。OmHnSiOCONaOmHCOnSiOONa22322222OHSiOOHSiO2222•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。OmHSiOnNaFOmHSiFNanSiOONa2226222126][2）（•例11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ｎSiO2·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。•例12.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13.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