土木工程材料习题及解答.docx

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土木工程材料习题及解答

土木工程材料习题及解答

P35

1-9某沥青路面混合料和细集料的筛分试验结果见表1-14.试计算细集料的分计筛余百分率、累计筛余百分率和通过百分率，绘制该细集料的级配曲线图，并分析其级配是否符合设计级配范围的要求。

计算该细集料的细度模数，判断其粗度。

某细集料的筛分试验结果表1-14

筛孔尺寸（mm）

筛底

筛余质量（g）

0

13

160

100

75

50

39

25

38

设计级配范围（%）

100

95~100

55~75

35~55

20~40

12~28

7~18

5~10

-

答：

筛孔尺寸（mm）

筛底

筛余质量（g）

0

13

160

100

75

50

39

25

38

分计筛余百分率

0

32

20

15

10

5

累计筛余百分率

0

100

通过百分率

100

0

设计级配范围（%）

100

95~100

55~75

35~55

20~40

12~28

7~18

5~10

-

从上图可知，该细集料符合要求。

1-12采用“试算法”确定某矿质混合料的配合比。

[设计资料]碎石、石屑和矿粉的筛分析试验结果以通过百分率列于表1-15中第2~4列，设计级配范围要求值列于表1-15中第5列。

表1-15

筛孔尺寸di（mm）

各档集料筛分析试验结果（通过百分率，%）

设计级配范围通过百分率（%）

碎石

石屑

矿粉

100

100

100

100

97

100

100

94~100

100

100

75~90

100

100

62~80

100

52~72

100

38~58

-

100

28~46

-

100

20~34

-

97

15~27

-

94

10~20

-

-

92

6~14

-

-

4~8

[设计要求]用试算法确定碎石、石屑和矿粉在混合料中的用量；计算出混合料的合成级配，并校核该合成级配是否在要求的级配范围中，若有超出应进行调整。

答：

筛孔尺寸di（mm）

各档集料筛分析试验结果（分计筛余百分率，%）

设计级配范围通过百分率（%）

分计筛余中值aM（i）（%）

碎石

石屑

矿粉

0

0

0

100

0

3

0

0

95~100

0

0

75~90

15

27

0

0

62~80

0

52~72

9

0

38~58

14

0

28~46

11

-

0

20~34

10

-

13

3

15~27

6

-

12

3

10~20

6

-

11

2

6~14

5

-

-

4~8

4

1）计算碎石在矿质混合料中的用量x

碎石中占优势含量粒径为。

故计算碎石用量时，假设混合料中粒径全部由碎石组成，即aB和aC均等于零。

将aB=0、aC=0、aM=15%、aA=%，代入可得：

2）计算碎石在矿质混合料中的用量z

碎石中占优势含量粒径为。

故计算碎石用量时，假设混合料中粒径全部由碎石组成，即aA和aB均等于零。

将aA=0、aB=0、aM=4%、aC=%，代入可得：

3）计算碎石在矿质混合料中的用量y

将已求得的x=和z=代入得

4）合成级配与校核

筛孔尺寸

碎石

石屑

矿粉

合成

级配范围

0

0

0

0

0

100

100

3

×

0

0

95~100

0

0

15

75~90

27

0

0

62~80

×

0

52~72

0

38~58

0

28~46

-

0

20~34

-

13

3

×

15~27

-

12

3

10~20

-

11

2

6~14

-

-

4

4~8

校核

筛孔尺寸

碎石

石屑

矿粉

合成

级配范围

0

0

0

100

3

×

0

0

95~100

0

0

75~90

27

0

0

62~80

×

0

52~72

0

38~58

0

28~46

-

0

20~34

-

13

3

×

15~27

-

12

3

10~20

-

11

2

6~14

-

-

4~8

经过调整，碎石%，石屑%，矿粉%。

P262

5-13试设计某跨度6m预应力T梁用水泥混凝土的配合组成。

[设计资料]：

水泥混凝土设计强度等级C40，工程要求的强度保证率为95%，水泥混凝土施工强度标准差；要求混凝土拌和物的坍落度为30~50mm。

组成材料及性质：

水泥级，实测抗压强度，密度ρc=3100kg/m3；碎石用一级石灰岩轧制，最大粒级20mm，表观密度ρ´g=2780kg/m3，现场含水率wg=%；砂为清洁河砂，细度模数=，表观密度ρ´s=2680kg/m3,现场含水率ws=%；水为符合混凝土拌和用水要求；减水剂用量%，减水率βad=12%；粉煤灰符合I级灰标准，表观密度=2120

kg/m3。

[设计要求]

（1）计算混凝土初步配合比（不掺减水剂和粉煤灰），并按现场含水率折算为工地配合比；

（2）计算掺加%减水剂后，混凝土的初步配合比；

（3）用超量取代法计算粉煤灰混凝土初步配合比。

答：

1、

（1）计算混凝土的配制强度fcu,o

（2）计算水灰比W/C，并校核

查表5-16，校核合格。

（3）单位用水量mw0的确定

查表5-18，砂的细度模数=，中砂

（4）砂率βs的确定

查表5-19

βs=

（5）计算单位水泥用量mc0，并校核

查表5-16，校核合格。

（6）计算细集料用量ms0和粗集料用量mg0

体积法

质量法

初步配合比

施工配合比

2、

方案1：

混凝土的流动性和强度不变，节约水泥

方案2：

保持混凝土强度不变，提高混凝土拌和物流动性

方案3：

保持混凝土流动性不变，得高混凝土强度

3、

（1）基准配合比

（2）确定粉煤灰取代水泥掺量百分率f及粉煤灰坡量系数δi

查表5-26，粉煤灰最大取代率30%，现取20%。

粉煤灰为Ⅰ级灰，查表5-27，超量系数~，取。

（3）计算粉煤灰取代水泥用量、粉煤灰超量部分质量和粉煤灰总掺量

粉煤灰取代水泥用量

粉煤灰总掺量

粉煤灰超量部分质量

（4）计算粉煤灰混凝土中其他组成材料用量

5-14试设计某重交通二级公路面层混凝土（无抗冻性要求）的配合比组成。

[设计资料]：

道面混凝土的设计弯拉强度标准值fr为，施工单位混凝土弯剩下强度标准差s为（样本n=6），现场采用小型机具摊铺，拌和物出机坍落度要求10~30mm。

组成材料为：

水泥为Ⅱ型硅酸盐级，实测水泥抗折强度，密度ρc=3150kg/m3；碎石用一级石灰岩轧制，最大粒径为40mm，表观密度ρ´g=2780kg/m3，振实密度ρ´gh=1736kg/m3；砂为清洁河砂，细度模数=，表观密度ρ´s=2700kg/m3；水为饮用水，符合涨凝土拌和用水要求。

[设计要求]计算该混凝土的初步配合比。

答：

（1）计算配制弯拉强度（fcu,o）

查表5-39，n=6，保证率t为。

变异系数Cv为~，取中值。

（2）确定水灰比（W/C）

耐久性校核，混凝土为二级公路所用，无抗冻要求，查表5-38得最大水灰比，故计算符合要求。

W/C=，灰水比C/W=

（3）确定砂率βs

由砂的细度模数，碎石混凝土，查表5-41，取砂率βs=35%

（4）确定单位用水量（mw0）

查表5-35，最大用水量为160kg/m3

则选择160kg/m3

（5）确定水泥用量（mc0）

查表5-38得满足耐久性要求的最大水泥用量300kg/m3，则取432kg/m3

（6）计算粗集料用量（mg0）和细集料用量（ms0）

验算:

碎石的填充体积=mg0/ρgf×100%=÷1736×100%=%,符合要求

初步配合比

P92

2-7沥青针入度、延度、软化点试验反应沥青的哪些性能？

简述主要试验条件。

答:

沥青针入度试验反应沥青粘滞性，是划分沥青牌号的指标。

该法是沥青材料地在规定的温度条件下，以规定质量的标准针经过规定时间贯入沥青试样的深度，以计。

常用的试验条件为P25℃,100g,5s。

软化点试验反应沥青材料热稳定性，也是沥青条件粘度的量度。

该法采用环与球法，该法是沥青试样注于内径为的铜环中，环上置一重的钢球，在规定的加热温度（5℃/min）下进行加热，沥青试样逐渐软化，直至在钢球荷重作用下，使沥青产生垂直（即接触底板）时的温度。

延度反应沥青的塑性指标。

该法是将沥青制成∞字形试件。

2-15沥青在10℃和25℃下测定的针入度分别为24和79（），求出沥青的针入度-温度敏感性系统A，由此计算沥青的针入度指数PI，并判断沥青的胶体结构类型。

答：

针入度指数值=-2~+2者为溶凝胶型沥青，则该沥青为溶凝胶型沥青

P160

3-8采用马歇尔法设计沥青混凝土配合比时，为什么由马歇尔试验确定配合比后，还是进行沥青混合料的车辙试验、冻融劈裂强度试验或者浸水稳定试验？

答：

马歇尔试验主要评价沥青混合料高温稳定性；车辙试验模拟车辆轮胎在路面上滚动形成的车辙的工程试验方法。

冻融劈裂强度试验和浸水稳定试验主要评价水稳定性能。

3-15试设计一级公路沥青路面面层用沥青混凝土混合料配合比组成。

[原始资料]

（1）道路等级：

一级公路，重载交通；路面类型；沥青路面；结构层位：

三层式沥青混凝土的上面层，设计厚度；气候条件：

7月份平均最高气温20~30℃，年极端最低气温>-7℃。

（2）材料性能：

沥青材料：

A级70号沥青。

集料和矿粉的技术要求符合技术要求。

（3）沥青混合料类型为AC-13C型，试件的马歇尔试验结果见表3-70。

[设计要求]

（1）根据道路等级、路面类型和结构层次确定沥青混合料的技术要求。

（2）根据沥青混合料的技术要求，通过对马歇尔试验体积参数和力学指标（表3-70）分析，确定最佳沥青用量。

马歇尔试验物理-力学指标测定结果汇总表表3-70

试件组号

沥青用量（%）

技术性质

毛体积相对密度

空隙率VV（%）

矿料间隙率VMA（%）

沥青饱和度VFA（%）

稳定度MS（kN）

流值FL（）

1

20

2

24

3

28

4

31

5

36

答：

（1）

1）7月份平均最高气温20~30℃，年极端最低气温>-7℃。

选择夏热区。

2）沥青混合料技术要求见3-19、3-20夏热区重交通区。

（2）

各项指标符合沥青混合料技术标准（表3－19、20）的沥青用量范围

稳定度

空隙率

饱和度

流值

矿料间隙率

共同范围

OACmin

差值

2

2

OACmax