土木工程材料习题和解答.docx
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土木工程材料习题和解答
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)
9.5
4.75
2.36
1.18
0.6
0.3
0.15
0.075
筛底
筛余质量(g)
0
13
160
100
75
50
39
25
38
设计级配围(%)
100
95~100
55~75
35~55
20~40
12~28
7~18
5~10
-
答:
筛孔尺寸(mm)
9.5
4.75
2.36
1.18
0.6
0.3
0.15
0.075
筛底
筛余质量(g)
0
13
160
100
75
50
39
25
38
分计筛余百分率
0
2.6
32
20
15
10
7.8
5
7.6
累计筛余百分率
0
2.6
34.6
54.6
69.6
79.6
87.4
92.4
100
通过百分率
100
97.4
65.4
45.4
30.4
20.4
12.6
7.6
0
设计级配围(%)
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,%)
设计级配围通过百分率(%)
碎石
石屑
矿粉
26.5
100
100
100
100
19.0
97
100
100
94~100
16.0
61.5
100
100
75~90
13.2
34.5
100
100
62~80
9.5
19.8
93.8
100
52~72
4.75
4.6
77.9
100
38~58
2.36
-
58.7
100
28~46
1.18
-
36.0
100
20~34
0.6
-
23.0
97
15~27
0.3
-
11.0
94
10~20
0.15
-
-
92
6~14
0.075
-
-
70.5
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,%)
设计级配围通过百分率(%)
分计筛余中值aM(i)(%)
碎石
石屑
矿粉
26.5
0
0
0
100
0
19.0
3
0
0
95~100
2.5
16.0
35.5
0
0
75~90
15
13.2
27
0
0
62~80
11.5
9.5
14.7
6.2
0
52~72
9
4.75
15.2
15.9
0
38~58
14
2.36
4.6
19.2
0
28~46
11
1.18
-
22.7
0
20~34
10
0.6
-
13
3
15~27
6
0.3
-
12
3
10~20
6
0.15
-
11
2
6~14
5
0.075
-
-
21.5
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16.0mm。
故计算碎石用量时,假设混合料中16.0mm粒径全部由碎石组成,即aB(16.0)和aC(16.0)均等于零。
将aB(16.0)=0、aC(16.0)=0、aM(16.0)=15%、aA(16.0)=35.5%,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0.075mm。
故计算碎石用量时,假设混合料中0.075mm粒径全部由碎石组成,即aA(0.075)和aB(0.075)均等于零。
将aA(0.075)=0、aB(0.075)=0、aM(0.075)=4%、aC(0.075)=21.5%,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=42.25和z=18.60代入得
4)合成级配与校核
筛孔尺寸
碎石
石屑
矿粉
合成
级配围
26.5
0
0
0
0
0
100
100
19.0
3
×42.25
1.27
0
0
1.27
1.27
98.73
95~100
16.0
35.5
15.00
0
0
15
16.27
83.73
75~90
13.2
27
11.41
0
0
11.41
27.68
72.32
62~80
9.5
14.7
6.21
6.2
×39.15
2.43
0
8.64
36.32
63.68
52~72
4.75
15.2
6.42
15.9
6.22
0
12.64
48.96
51.04
38~58
2.36
4.6
1.94
19.2
7.52
0
9.46
58.42
41.58
28~46
1.18
-
22.7
8.89
0
8.89
67.31
32.69
20~34
0.6
-
13
5.09
3
×18.60
0.56
5.65
72.96
27.04
15~27
0.3
-
12
4.70
3
0.56
5.26
78.22
21.78
10~20
0.15
-
11
4.31
2
0.37
4.68
82.6
17.4
6~14
0.075
-
-
21.5
4.00
4
86.9
13.1
4~8
校核
筛孔尺寸
碎石
石屑
矿粉
合成
级配围
26.5
0
0.00
0
0
0.00
0.00
100.00
100
19.0
3
×47.25
1.42
0
0
1.42
1.42
98.58
95~100
16.0
35.5
16.77
0
0
16.77
18.19
81.81
75~90
13.2
27
12.76
0
0
12.76
30.95
69.05
62~80
9.5
14.7
6.95
6.2
×43.15
2.68
0
9.62
40.57
59.43
52~72
4.75
15.2
7.18
15.9
6.86
0
14.04
54.61
45.39
38~58
2.36
4.6
2.17
19.2
8.28
0
10.46
65.07
34.93
28~46
1.18
-
22.7
9.80
0
9.80
74.87
25.13
20~34
0.6
-
13
5.61
3
×9.60
0.29
5.90
80.76
19.24
15~27
0.3
-
12
5.18
3
0.29
5.47
86.23
13.77
10~20
0.15
-
11
4.75
2
0.19
4.94
91.17
8.83
6~14
0.075
-
-
21.5
2.06
2.06
93.23
6.77
4~8
经过调整,碎石47.25%,石屑43.15%,矿粉9.60%。
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6.0MPa;要求混凝土拌和物的坍落度为30~50mm。
组成材料及性质:
P.I水泥52.5级,实测抗压强度58.5MPa,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=1.0%;砂为清洁河砂,细度模数=2.4,表观密度ρ´s=2680kg/m3,现场含水率ws=5.0%;水为符合混凝土拌和用水要求;减水剂用量0.8%,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0.8%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=2.4,中砂
(4)砂率βs的确定
查表5-19
βs=34.5
(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1.1~1.4,取1.3。
(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5.0MPa,施工单位混凝土弯剩下强度标准差s为0.5(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52.5级,实测水泥抗折强度7.86MPa,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=2.7,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0.46。
变异系数Cv为0.10~0.15,取中值0.125。
(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0.46,故计算符合要求。
W/C=0.37,灰水比C/W=2.70
(3)确定砂率βs
由砂的细度模数2.7,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%=1239.36÷1736×100%=73.39%,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0.1mm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径为18.9mm的铜环中,环上置一重3.5g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25.4mm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(0.1mm),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4.0cm;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(0.1mm)
1
4.5
2.366
6.2
15.6
60.3
8.2
20
2
5.0
2.381
5.1
14.3
64.3
9.5
24
3
5.5
2.398
4.0
13.7
70.8
9.6
28
4
6.0
2.382
3.2
14.1
77.3
8.4
31
5
6.5
2.378
2.6
14.9
82.6
7.1
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)的沥青用量围
稳定度
空隙率
饱和度
流值
矿料间隙率
共同围
OACmin
4.5
5.05
4.5
4.5
4.5
5.05
差值
1.65
1.10
1.35
2
2
0.80
OACmax
6.15
6.15
5.85
6.5
6.5
5.85