2017年岩土工程师基础知识：土木工程材料知识点（9）

　　1.粗骨料强度的表示方法、粗骨料最大粒如何选择?

　　碎石的强度可用其母岩岩石的抗压强度和碎石的压碎指标值表示。

　　卵石的强度用压碎指标值表示。

　　粗骨料最大粒的选择

　　混凝土所用粗骨料的公称粒级上限称为最大粒径。

　　在条件许可的情况下，应尽量选得较大粒径的骨料。骨料最大粒径受到多种条件的限制：

　　① 最大粒径不得大于构件最小截面尺寸的1/4，同时不得大于钢筋净距的3/4。

　　②对于混凝土实心板，最大粒径不宜超过板厚的1/3，且不得大于40mm。

　　③ 对于泵送混凝土，当泵送高度在50m以下时，最大粒径与输送管内径之比，碎石不宜大于1:3;卵石不宜大于1:2.5。

　　2.FCU及FCU。K及强度等级C的含义，影响混凝土强度的因素(试验条件)

　　fcu (混凝土立方体抗压强度标准值)：立方体试件的标准尺寸为150mm×150mm×150mm;标准养护条件为温度20±2℃，相对湿度95%以上;标准龄期为28天。在上述条件下测得的抗压强度值，以fcu表示。

　　fcu,k (混凝土立方体抗压强度标准值系):按照标准方法制作养护的边长为150mm的立方体试件在28天龄期，用标准试验方法测得的具有95%保证率的抗压强度值，用fcu,k表示。

　　强度等级C：普通混凝土划分为十二个强度等级：C7.5、C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55和C60。

　　影响混凝土强度的主要因素：

　　(1)水泥强度和水胶比

　　混凝土的强度主要来自水泥石以及与骨料之间的粘结强度。

　　混凝土的强度与水泥强度成正比关系。

　　在水泥强度和其他条件相同的情况下，水胶比越小，混凝土强度越高，水胶比越大，混凝土强度越低。但水胶比太小，混凝土过于干稠，使得不能保证振捣均匀密实，强度反而降低。试验证明，在相同的情况下，混凝土的强度(fcu)与水胶比呈有规律的曲线关系，而与胶水比则成线性关系。

　　(2)骨料的品质：有害物质含量、颗粒形状和表面粗糙度、针片状含量等。

　　(3)施工条件：施工条件主要指搅拌和振动成型。

　　(4)养护温度及湿度的影响

　　砼强度的发展过程也就是水泥水化的过程，而温度和湿度是影响水泥水化速度和程度的重要因素。

　　因此砼成型后必须在一定时间内保持适当的温度和湿度，以使水泥充分水化，,即混凝土的养护。

　　(5)龄期：在正常养护的条件下，混凝土的强度将随龄期的增长而不断发展。

　　普通砼，在标准养护条件下，砼强度的发展，大致与其龄期的常用对数成正比关系。

　　试验条件对混凝土强度的影响

　　① 试件尺寸 　相同的混凝土，试件尺寸越小测得的强度越高。

　　② 试件的形状当试件受压面积(a×a)相同，而高度(h)不同时，高宽比(h/a)越大，抗压强度越小。

　　③ 表面状态 ：试件表面有、无润滑剂，其对应的破坏形式不一，所测强度值大小不同。

　　④ 加荷速度 ：加荷速度较快时，材料变形的增长落后于荷载的增加，所测强度值偏高。

　　3.外加剂的定义、减水剂作用下有什么技术经济效果?

　　外加剂是指能有效改善混凝土某项或多项性能的一类材料。

　　减水剂作用下的技术经济效果

　　①在保持和易性不变，也不减少胶凝材料用量时，可减少拌和水量5%-25%或更多。从而达到降低W/B,提高强度的目的.

　　②在保持原配合比不变的情况下，可使拌合物的坍落度大幅度提高(可增大100-200mm) 。

　　③若保持强度及和易性不变，可节省胶凝材料10%-20%。

　　④提高混凝土的抗冻性、抗渗性，使混凝土的耐久性得到提高。

　　4.和易性的定义、影响因素、如何改善?

　　和易性：新拌混凝土的和易性，也称工作性，是指拌合物易于搅拌、运输、浇捣成型，并获得质量均匀、结构密实的混凝土的一项综合技术性能。通常用流动性、粘聚性和保水性三项内容表示。

　　影响和易性的主要因素

　　①单位用水量。

　　单位用水量是混凝土流动性的决定因素。

　　大量的实验研究证明在原材料品质一定的条件下，单位用水量一旦选定，单位水泥用量增减50～100kg/m3，混凝土的流动性基本保持不变，这一规律称为固定用水量定则。

　　②浆骨比

　　浆骨比指水泥浆用量与砂石用量之比值。在混凝土凝结硬化之前，水泥浆主要赋予流动性;在混凝土凝结硬化以后，主要赋予粘结强度。

　　浆骨比不宜太大，否则易产生流浆现象，使粘聚性下降。浆骨比也不宜太小，否则因骨料间缺少粘结体，拌合物易发生崩塌现象。

　　③水胶比

　　水胶比即水用量与胶凝材料用量之比。合理的水胶比是混凝土拌合物流动性、保水性和粘聚性的良好保证。

　　④砂率

　　砂率是指砂子占砂石总重量的百分率。

　　砂率对和易性的影响非常显著。砂率的确定可通过试验确定合理砂率。在大型混凝土工程中经常采用。对普通混凝土工程可根据经验或根据JGJ 55表选用。

　　⑤胶凝材料品种及细度。

　　⑥骨料的品种和粗细程度。

　　⑦外加剂。

　　⑧时间、气候条件。

　　混凝土和易性的调整和改善措施

　　①当混凝土流动性小于设计要求时，为了保证混凝土的强度和耐久性，不能单独加水，必须保持水胶比不变，增加水泥浆用量。

　　②当坍落度大于设计要求时，可在保持砂率不变的前提下，增加砂石用量。实际上相当于减少水泥浆数量。

　　③改善骨料级配，既可增加混凝土流动性，也能改善粘聚性和保水性。但骨料占混凝土用量的75%左右，实际操作难度往往较大。

　　④掺减水剂或引气剂，是改善混凝土和易性的最有效措施。

　　⑤尽可能选用合理砂率。当粘聚性不足时可适当增大砂率。

　　5.环箍效应有什么影响?

　　环箍效应：钢制压板的横向膨胀较混凝土小，因而在压板于混凝土试件受压面形成摩擦力，对试件的横向膨胀起着约束作用，这种约束作用成为“环箍效应”。

　　环箍效应的影响：环箍效应对混凝土抗压强度有提高作用，离压板越远，环箍效应越小。在距离试件受压面约0.866α(α为试件边长)范围外这种效应消失。

　　6.砂率?最优砂率?对混凝土性能有什么影响?

　　砂子占砂石总量的百分率称为砂率。

　　最优砂率：在用水量和水泥用量一定的情况下，能使混凝土拌合物获得最大的流动性，且能保持黏聚性及保水性能良好时的砂率值。

　　砂率对混凝土性能的影响：砂率对和易性的影响非常显著。

　　①对流动性的影响。在一定范围内，随砂率增大，混凝土流动性增大。砂率超过一定范围，流动性随砂率增加而下降。

　　②对黏聚性和保水性的影响。砂率减小，混凝土的黏聚性和保水性均下降，易产生泌水、离析和流浆现象。砂率增大，黏聚性和保水性增加。但砂率过大，当水泥浆不足以包裹骨料表面时，黏聚性反而下降。

　　7.耐久性如何保证?

　　通常用混凝土的抗渗性、抗冻性、抗碳化性能、抗腐蚀性能和碱骨料反应综合评价混凝土的耐久性。

　　提高混凝土耐久性的措施

　　①合理选择水泥品种

　　②适当控制混凝土的水灰比及水泥用量

　　③选用质量良好的砂石骨料

　　④掺入引气剂或减水剂

　　⑤加强混凝土的施工质量控制

　　8.混凝土有哪几种变形?

　　混凝土在凝结硬化过程和凝结硬化以后，均将产生一定量的体积变形。主要包括化学收缩、干湿变形、自收缩、温度变形及荷载作用下的变形。

　　(一)非荷载作用下的变形：

　　化学收缩

　　混凝土的干缩湿胀

　　温度变形

　　(二)荷载作用下的变形：

　　短期荷载作用下的变形

　　长期荷载作用下的变形—徐变

　　9.配合比设计(详见PPT149~168)

　　混凝土配合比是指1m3混凝土中各组成材料的用量，或各组成材料之重量比。

　　一、混凝土配合比设计基本要求

　　1.满足施工要求的和易性。

　　2.满足设计的强度等级，并具有95%的保证率。

　　3.满足工程所处环境对混凝土的耐久性要求。

　　4.经济合理，最大限度节约水泥，降低混凝土成本。

　　二、混凝土配合比设计中的三个基本参数

　　为了达到混凝土配合设计的四项基本要求，关键是要控制好水胶比(W/B)、单位用水量(W0)和砂率(Sp)三个基本参数。

　　1.水胶比：在满足混凝土设计强度和耐久性的基础上，选用较大水胶比，以节约胶凝材料，降低混凝土成本。

　　2.单位用水量：在满足施工和易性的基础上，尽量选用较小的单位用水量，以节约胶凝材料。因为当W/B一定时，用水量越大，所需胶凝材料用量也越大。

　　3.砂率：砂子的用量填满石子的空隙略有富余。砂率对混凝土和易性、强度和耐久性影响很大，也直接影响胶凝材料用量，故应尽可能选用最优砂率，并根据砂子细度模数、坍落度等加以调整，有条件时宜通过试验确定。

　　三、混凝土配合比设计方法和原理

　　混凝土配合比设计的基本方法有两种：一是体积法(又称绝对体积法);二是质量法(又称假定表观密度法)。

　　1.体积法基本原理。体积法的基本原理为混凝土的总体积等于砂子、石子、水、水泥体积及混凝土中所含的少量空气体积之总和。

　　2. 质量法基本原理。混凝土的总质量等于各组成材料质量之和。

　　四、混凝土配合比设计步骤

　　混凝土配合比设计步骤为：首先根据原始技术资料计算“初步计算配合比”;然后经试配调整获得满足和易性要求的“基准配合比”;再经强度和耐久性检验定出满足设计要求、施工要求和经济合理的“试验室配合比”;最后根据施工现场砂、石料的含水率换算成“施工配合比”。

　　10.如何节约水泥

　　(1)选用合适的水泥品种和强度等级

　　(2)级配相同的情况下，尽量使用粒径大的骨料

　　(3)选用合理砂率

　　(4)确定合适的水胶比

　　(5)合理掺用外加剂

　　(6)掺加粉煤灰、矿渣等来取代部分水泥

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