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西南科技大学 混凝土学 北4A224
混凝土课后习题
1.1混凝土得到广泛运用的原因是什么？ 答：混凝土得到广泛运用，主要是因为以下三个原因：1.混凝土具有很好的抗水性。混凝土能承受水的作用而不会发生严重劣化，这使它成为建造调控、储存和输送水的结构物的理想材料。2.采用混凝土容易制得各式各样、尺寸大小不同的混凝土构件。3.混凝土是工程中最易获得也最便宜的材料。
1.2与钢材相比，将混凝土用于结构给工程带来哪些好处？ 答：维护：混凝土不会遭受到腐蚀，不需要进行表面处理，且随龄期而增长，所以，混凝土结构所需维护更少。抗火性：抗火性配筋或钢绞需要足够的混凝土保护层，以满足钢筋混凝土和预应力混凝土结构的整体性，同时混凝土保护层还起到保护作用，使配筋或钢绞线不会因受高温而破坏。抵抗循环荷载的性能：混凝土的允许应力都是在极限强度的50%左右，因而，混凝土的疲劳强度通常不会对建筑产生不利影响。
1.6强度和韧性的区别是什么？为什么一般规定混凝土28d抗压强度？ 答：强度是指破坏一种材料所需应力大小的计量，用材料被破坏所需应力作为度量，而韧性是指材料破坏所需的能量，以能量来度量。 由于混凝土的强度是水泥水化过程的函数，水化过程又相对缓慢，因而，传统上混凝土的试验和规范是基于标准温度—湿度下养护28d的试件。因而一般规定混凝土的28d抗压强度。
1.7讨论混凝土的干缩、热收缩和徐变的意义。 答：干缩是由于“湿度”的变化产生的，热收缩是由于“温度”的变化产生的。干缩，热收缩应变对混凝土时有害的，当受到约束时，收缩应变就转化为拉应力。因为混凝土抗拉强度低，混凝土结构常因温度或者湿度所引起的收缩受到约束而导致开裂。事实上，混凝土结构的严重缺点之一就是材料的开裂趋势。徐变指在某一持续应力作用下，应变随时间而逐渐增长的现象。当混凝土的徐变受到约束时，应力会随时间不断减小，应力伴随徐变而减小的性质对于混凝土结构有着重要意义。
2.2描述混凝土从其微观结构难于预测材料行为的某些微结构的独特性质。 答：首先，粗骨料颗粒附近的小范围存在过渡区，在颗粒周边呈10~50um厚度的薄壳，接口过渡区一般要比混凝土的两个主要组成相，即骨料与水泥浆体本身都薄弱，因此它对混凝土力学性能的影响要远比其它尺寸产生的影响大的多，其次，三相中的每一个相本身也是多相的，以外，水泥浆本体和接口过渡区两者一般都含有不均匀分布的、不同类型与数量的固相、空隙与微裂缝；第三，与其它工程材料不同，混凝土的微结构不是材料固有的特性，因为微结构的两部分，即水泥浆和过渡区，是随时间、环境温度与湿度而变化的。
2.3讨论水化良好的硅酸盐水泥浆体中存在的C-S-H、氢氧化铝和硫铝酸钙的物理—化学特性。 答:硅酸盐水化物相缩写为C-S-H。在空气水化的水泥浆体里，C-S-H可占50%~60%的体积，是决定浆体性能的主要相。C-S-H的形貌为从结晶差的纤维状到网状，由于它们呈现出胶体的尺度月聚集成丛的倾向，C-S-H的结晶只能用电子显微镜来分辨。 氢氧化钙结晶液称波特兰石，占水泥浆体固相体积的20%~25%与C-S-H相反，它是具有确定比例的化合物Ca(OH)2,他形成六角棱状的大晶体，形貌各式各样，通常从难以区别到大片堆栈，受可用空间、水化温度以及体系中存在的不纯物影响。 硫铝酸钙水化物在水化浆体中占固相体积的15%~20%，水化早期硫/铝离子比有利于形成三硫型的水化物C6AS3H32(S上面一横)，也称“钙矾石”，呈针状棱柱形晶体。单硫型水化物的存在使混凝土易受到硫酸盐的侵蚀。“钙矾石”和单硫型水化物中都含有少量铁离子，可以代替格中的铝离子。
2.7当饱和水泥浆体干燥时，失水与干缩并不成正比，为什么？ 答：因为饱和水泥浆体干燥时，失水是由于浆体中的毛细孔水蒸发而失去，失去的是自由水，而干缩是由于浆体的物理吸附水、层间水合化学结合水失去的一个过程，由于失水与干缩所失去的水是浆体中不同部位的水，故不成正比
2.11其它因素保持不变，增大粗骨料粒径将导致砂浆的强度和抗渗性下降，为什么？ 答：因为当其它因
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素保持不变时，增大粗骨料粒径，将使混凝土过渡区局部的水灰比增大，导致混凝土越弱，渗透性越大，即砂浆的强度和抗渗性下降。
3.2讨论强度与孔隙率之间的关系。 答：通常，固体材料的孔隙率和强度成反比，对于简单的均质材料，可用式表达为：S=So。e –KP，对很多材料而言，S/So与孔隙率之间呈相同的曲线关系。尽管硬化水泥浆或砂浆的孔隙率与强度相关，但混凝土的情况却并不简单，粗骨料和基体之间接口过渡区中微裂缝的存在，使得混凝土更为复杂，无法用精确的强度—孔隙率关系来预测混凝土强度。
3.4解释水灰比是如何影响混凝土的水泥浆基体和界面过渡区的强度。 答：水灰比与混凝土强度可由此式表示FC=K1/K2w/c。从决定水化水泥浆强度的因素和提高水灰比对一定水泥水化程度下孔隙率的影响情况来看，随着水灰比的增大，孔隙率增大，从而使基体逐渐弱化。由普通骨料配置的中、低强度混凝土，其强度由界面过渡区和基体的孔隙率共同决定，水灰比和混凝土强度之间直接关系；而高强度混凝土就不一样了。水灰比稍许降低就能使抗压强度大幅度提高。这个一现象只要归因于水灰比很低的情况下，接口过渡区的强度显著改善。而且，水灰比低的情况下，水化产物的晶体尺寸要小得很多，表面积也相应大得多。 3.8水灰比一定时，改变水泥用量或骨料级配能增大混凝土拌合物的坍落度，你会推荐那种方法？为什么不需要混凝土拌合物的坍落度超过必要的大小？ 答：当水灰比一定时，用改变骨料级配方法增大混凝土拌合物的坍落度，从施工性和经济角度考虑，混凝土拌合物的坍落度超过必要的大小时不一定利于施工，也没有显著的经济意义。
3.10对“混凝土护养”这一术语如何解释？“养护”的意义是什么？ 答：混凝土养护指促进水泥水化的各个条件，即混凝土拌合物浇筑入模后的时间，温度和温度条件的综合。养护的意义：在控制时间方面：混凝土技术中，时间—强度关系式在常温和湿养护的假设条件下得到的水灰比一定时，设未水化颗粒继续水化，则湿养护期越长，强度就越高。在适度控制方面：水灰比一定时，持续湿养护的混凝土180d后抗压强度是持续空气养护混凝土的3倍。再者，干缩可能导致接口过渡区产生微裂缝，经湿养护的薄壁混凝土在空气中干燥时，强度也会稍有倒缩。在温度控制方面，数据表明，浇注和养护温度为5℃的试件28d强度大约温度范围21~64℃时的80%。浇筑和养护温度越高，最终强度越低。由于硅酸盐水泥组分的水化反应缓慢，必须在足够的时间内维持适当的温度水平，为反应提供所需的活化能。
4.1什么是真正的弹性材料？混凝土时真正的弹性材料吗？如果不是，为什么？描述混凝土试件加荷至破坏时微裂缝开展不同阶段。 答：真正的弹性材料指在瞬间荷载作用下的应变与施加的力成正比，卸载时能完全恢复的材料。混凝土不是真正的弹性材料，因为混凝土试件在瞬间的荷载作用下的应变并非与施加的应力成正比例，卸载时也不能完全恢复。 混凝土试件加荷至破坏时微裂缝开展的四个阶段为：①在极限载荷的30%以下，界面过渡区的裂缝保持稳定；因而，δ—ε曲线保持线性。②在极限载荷的30%~50%时，接口过渡区中微裂缝的长度，宽度和数量随应力的提高而增大，ε/δ比增大，曲线开始明显偏离直线，在达到极限载荷的50%左右之前，接口过渡区存在微裂缝的稳定系统。③在达到极限载荷的50%~60%时，裂缝开始在基体中形成，应力水平进一步提高到极限载荷的75%左右时，不仅接口过渡区的微裂缝变得不稳定，而且基体的裂缝也将延伸扩展，导致δ—ε曲线明显弯曲并趋于水平。④在达到极限载荷的75%~80%时，应变能量的释放速率似乎达到了持续应力下裂缝自发延伸所需的临界水平，材料直至破坏，简言之，超过极限载荷的75%左右时，随着应力的增加，应变急剧增大，表明基体和接口过渡区的裂缝迅速扩展而成为连续的裂缝系统。
4.4混凝土试件的含水状态如何影响弹性模型和强度值？解释为什么这两种性质受到的影响方式不一样？ 答：混凝土试件在潮湿的状态下的弹性模量比在干燥的状态下约高15%，但试件强度都低15%。混凝土基体由于水化产物中范德瓦尔兹力的提高而获得强度，强度提高。而过渡区中微裂缝开展而损失强度，影响应力
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—应变行为，从而使弹性模量降低，另一种解释：饱和水泥浆体中C-S-H的吸附水承受荷载，因而它的存在对弹性模量起作用；而C-S-H中的拆开压有减小范德瓦尔兹利的趋势，从而降低强度。
4.12除了收缩应力大小，还有那些因素决定混凝土构件开裂风险？ 答：①弹性模量越低，一定大小的收缩引起的弹性应力越小。②徐变越大，应力松弛越大，净拉应力越小。③抗拉强度越高，拉应力超过材料强度以使其开裂风险越小。
5.1如何理解术语耐久性？在混凝土结构的设计与施工中，与其它因素相比较，耐久性具有的重要性如何? 答：耐久性定义为混凝土对大气侵蚀，化学侵蚀，磨耗或任何其它劣化过程的抵抗能力。其重要性在于：首先，由于材料失效而进行结构修复和跟新和成本日益日高，要对耐久性的社会经济意义有一个正确的评价，其次，耐久性和生态环境关系紧密，延长材料的服役寿命以保护自然资源是一种生态学上进步的表现。另外混凝土越来越多地应用于恶劣环境中。
5.4骨料粒径对混凝土的渗透系数有什么影响？列出决定结构中混凝土渗透性的其它因素。 答：骨料粒径越大，混凝土的渗透系数越大，反之骨料粒径越小，混凝土的渗透系数越小。决定结构中混凝土渗透性的因素有：骨料的级配，水灰比，水泥用量，捣实和护养过程，热收缩和干缩应变，加载时间和加载量等。 5.6盐溶液除了会对硅酸盐水泥在化学侵蚀外，在何种条件下还会对混凝土产生损害？在自然环境中通常产生什么盐类溶液？ 答：当盐溶液在材料连通空隙中迁移的速率低于补给速率时，表面以下形成干燥区，在此条件下盐结晶引起的膨胀会对混凝土产生损害。在自然环境中通常产生硫酸钠溶液，碳酸钠溶液等。 5.8讨论鲍尔斯的关于非含气饱和水泥浆体体受冻膨胀的假说。对这一假说有何修正？为何引气可以有效的减小冰冻引起的膨胀？ 答：需修正的是：由Litran理论，由于饱水多孔冷却引起的水分迁移未必导致力学损伤，又有在水分迁移速率低于条件要求（如温度梯度大，渗透性小，饱和程度高）时，力学损伤力会产生。因为水泥浆体含量通常和最大骨料粒径有关，骨料大的混凝土比骨料小的混凝土所含水泥浆体少，因此，要想有同样的抗冻性，则后者需要更多的引气。
5.12纯水对水硬性硅酸盐水泥浆体有何影响？就碳酸对混凝土的侵蚀而言，平衡CO2重要意义？ 答：纯水与硅酸盐水泥浆体接触时，含钙产物有水解或溶解的趋势。一旦所接触的溶液达到化学平衡，水泥浆体进一步的水解将停止但是流水或压力作用下的渗透会稀释溶液，因而想供继续水解的条件。氢氧化钙是水硬性硅酸盐水泥浆体的组分之一，在纯水中有相对较高的溶解度，所以容易水解，任何超出平衡状态的游离CO2都会迫使第二反应向右进行而侵蚀水泥浆体，进而加速硬化水泥浆体中氢氧化钙转变成不溶性重碳酸钙的过程，水中平衡CO-2的量取决于其硬度。
5.14通常情况下，硫酸盐对混凝土侵蚀发生何种化学反应？这些反应的物理现象是什么？答：发生的化学反应为：Ma2SO4+Ca(OH)2+2H2O→CaSO4.2H2O+2NaOH，MgSO4+Ca(OH)2+2H2O→CaSO4.2H2O+Mg(OH)2。 3MgSO4+3CaO.SiO2.3H2O+8H2O→3(CaSO4.2H2O)+3Mg(OH)2+2SiO2.H2O 物理现象：硫酸盐侵蚀的混凝土有膨胀和开裂形式表现，当混凝土开裂时，渗透性增大，侵蚀水就很容易渗入内部，因此使劣化过程加速，有时，混凝土膨胀会造成严重的结构问题，例如由于板的膨胀而引起水平推力导致建筑物墙壁发生移位。硫酸盐侵蚀还会由于劣化水泥水化产物的黏聚性丧失，而表观为强度逐渐降低和质量损失。
5.16什么是碱—骨料反应？引出容易受碱溶液侵蚀的岩石种类。讨论骨料粒径对这一现象的影响。 答：导致混凝土强度和弹性模量损失的膨胀与开裂，也可能来自硅酸盐水泥块的碱离子、氢氧根离子与经常出现在骨料中某些活性规制硅质。矿物反应的结果，这一现象称之为碱—硅反应。蛋白石，黑曜石，方石类，鳞石英，玉髓，燧石，安山岩，流纹岩以变形和变质的石英等容易受碱溶液侵蚀。绝大多数碱—骨料反应引起的混凝土膨胀和开裂的案例与存在砂粒般大小的碱—活性颗粒，特别是粒径范围在1~5mm时有关，当颗粒很小时，水压可以活性在活性颗粒表面释放，可用来部分解释此现象。
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5.18简要说明控制混凝土中埋入钢筋锈蚀应考虑的措施。 答：①普通的铁和钢产品通常被一层薄的氧化膜所覆盖，在碱性环境中，这种不透水膜牢固粘附于刚才表面，因而使钢钝化免于锈蚀。②当溶液中存在CL--时，取决于CL--/OH—比大小，即使PH高于11.5，很多保护膜也会遭破坏，为防止锈蚀，ACⅠ318建筑法规定了混凝土拌合物中最大氯化物允许含量。③当溶液中不存在CL—时，只要溶液PH值在11.5以上，钢材上的保护膜处于稳定状态。④受干—湿或海水浪溅影响的钢筋混凝土结构在受拉面的最大允许裂缝宽度为0.15mm。⑤防止薄膜，厚度为37.5~63mm的水密混凝土罩面可以防止侵蚀溶液侵入钢筋混凝土或预应力混凝土构件，从而提高其耐久性，涂层钢筋和阴极保护膜提供了预防锈蚀的新方法。
7.4对于结构混凝土，普通混凝土或重混凝土所用的骨料，试分别说出其代表性容重的变化范围。配置轻混凝土砌砖和隔热混凝土要哪几种人造骨料？哪几种天然矿物可用作重骨料？ 答：①大多数天然矿物骨料，比如砂子和卵石松散容重为1520~1680Kg/m3，可以配得容重约2400Kg/m3的普通混凝土，为了特殊需要，较轻或较重密度的骨料可以相应被使用来配制轻混凝土和重混凝土。②配制轻混凝土砌砖需要浮石，火山渣或凝灰岩等人造骨料，隔热混凝土可用黏土，页岩，硅藻土，珍珠岩，高炉矿渣和粉煤灰等人造骨料。③可作重骨料的天然岩石主要有两种含钡矿物，几种铁矿石以及一种钛矿石。如：毒重石、重晶石，磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿、钛铁矿、磷铁合金，钢骨料。
7.8砂子体积湿胀现象的原因是多少？它在混凝土生产实践中有何影响？ 答：砂子体积，湿胀现象是因为水分所产生的表面张力将颗粒推开，所以细砂的松散体现会有明显的膨胀，它这取决于骨料的含水量和粒级。由于绝大部分骨料是在潮湿状态下被送到工地上的，因此如果依然体积来配料，配合量就会有相当大的波动，为此，在绝大部分国家以质量为基础进行混凝土拌合物的配合比设计为一种标准方法。
8.2你能否例举并定义用作混凝土外加剂的七种化学外加剂、四类矿物外加剂和三个等级的炼铁高炉矿渣？答：化学外加剂：①减水剂：指一类能够在给定稠度的情况下减少混凝土拌合物用水量的外加剂，如：木质磺酸镁，聚溶酸高效减水剂等。②缓凝剂：指一种能延长混凝土凝结时间的外加剂，如：磷酸盐，木钙等。③促凝剂：指能促进水泥混凝土凝结，提高其早期强度的外加剂。如：蚁酸盐和三乙醇酶。④减水缓凝剂：指既能降低用水量又能延长混凝土凝结时间的外加剂。如：糖钙、木钙、木钠等、⑤减水促凝剂：指既能减少拌合物用水量，又能促进混凝土的凝结。如：氧化钙。⑥高效减水剂：指减少率至少达到12%以上的减水剂，如：氨基磺酸盐系减水剂。⑦高效减水缓凝剂。四类矿物外加剂：①粉煤灰：热电厂煤粉燃烧过程收集的飞灰。②高炉矿渣：是高炉炼铁时产生的废渣，具有微弱的水硬性。③硅灰：硅灰是指用高纯度石英冶炼金属硅和硅铁合金的工厂烟尘中收集的超细粉末。④稻壳灰：稻壳燃烧所得灰。三个等级练铁高炉矿渣：①尺寸小于10um、②粒径为10~45um、③粒径大于45um。
8.4用作引气剂和减水剂的表面活性剂在组成和作用模式方面有何区别： 答：在组成上引起剂都含有非极性碳氧链，减水剂含有极性链。引气剂是其极性基因固定在水泥颗粒表面，而非极性基因伸向水井。从而使水泥界面憎水，致使空气能够替代水并且以气泡的形式保持，与固体界面接触。减水剂是极性基因进入水井，从而降低水的表面张力，使水泥颗粒呈亲水性，进而在水泥颗粒表面形成一层水偶极子，从而阻止絮凝结构的产生，使系统保持良好的分散状态。
8.8为什么在硅酸盐水泥浆体中加入少量氯化钙就既能起到缓凝作用，而当其加到一定程度就会促凝。 答：使用低浓度氯化钙时，它降低水泥中钙离子和铝酸盐的溶解性是主要的，而加速硅酸盐离子溶解时次要的，当浓度高时，加速硅酸盐的溶解时主要的，降低钙离子和铝酸盐的溶解度是次要的，从缓凝作用转变为促凝作用。
8.12蚁酸可作为促凝剂，而葡萄糖则作缓凝剂，试解释原因。 答：蚁酸由于其具有提高水泥组分中钙离子的溶解性的能力而起促凝作用。葡萄糖酸能延缓水化产物之间键的形成，而延长混凝土凝结时间。
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8.15试说明在混凝土中使用具有火山灰性质矿物外加剂的几个重要原因？ 答：①能降低能耗成本。②改善混凝土的工作性能。③提高混凝土最终强度，抗渗性，耐久性，以及提高耐碱—骨料膨胀和抗硫酸侵蚀性能。④降低混凝土的环境负荷，使之具有可持续性。
10.1解释下列名词所指的施工操作，并讨论其所起的作用，：重新调拌，二次振捣，找平，整平和防滑刮毛。 答：重新调拌指：在混凝土浇灌前再补加一些水，并将拌合物重新拌合，其作用是解决施工中的坍落度损失。二次振捣：在初次振捣后1-2h内，即尚未凝结之前，对混凝土进行再次振捣，其作用是有助于消除沉降或沁水所产生的裂缝，空间或薄弱区域。特别是对钢筋或其他埋入件的四周更为有效。找平：将多余的拌合物去掉，使顶面具有所要求坡度的一道工序，其作用是使其他多余的拌合物填充到低洼区域。整平：将粗骨料颗粒埋实，并将遗留下来的高低不平之处完全除去的一道工序，其作用是将骨料进一步压紧，捣实表面并去除任何遗留的缺陷。防滑刮毛：是在混凝土未硬化之前（但已硬化到足以承受刻痕时）用钢丝帚进行帚扫或刻划，作用是防滑。
10.3说明养护的两个主要目的，如何在（a）寒冷气候以及（b）炎热气候条件下进行养护？答：养护的两个主要目的：（防止砼强度不够，耐久性降低）一，要在达到强度水平的期间内，防止水分损失；二,控制砼的温度。在寒冷气候条件下通过加热拌合水或骨料来控制砼的温度，以达到防止其结冰，一直到砼具有足够强度的养护目的；在炎热气候条件下使用冷却过的水或冰来降低砼温度进行养护。
10.4如何给工作性定义？工作性是不是新拌混凝土的一项基本性质？如果不是，为什么？工作性有哪些主要的组成部分？它们在混凝土施工实践中有哪些主要的作用？ 答：工作性是指混凝土所具有的一种性质，它决定着在最低限制均匀性的前提下，操作一定数量新拌混凝土所需要的作用力。工作性不是混凝土的一项基本性质，因为它必须结合建筑类型以及浇筑、揭实和抹面的具体方法才会有实际意义。工作性有稠度以及稳定性这两个主要组成部分。稠度是简单表征新拌混凝土流动能力或流动性的指标；稳定性是表征塑性混凝土拌合物的保水能力以及保持粗骨料的能力两方面的指标。
10.5解释下列现象说明其重要性及影响因素：坍落度损失、离析、泌水。答：坍落度损失是指新拌混凝土的稠度会随时间流失而逐渐减小。重要性：就新拌砼过早稠化，根据出现时间的先后，可能会导致搅拌机鼓筒的力矩增加；在搅拌机种或工地上需要另外补加水；搅拌车的鼓筒内壁会有混凝土黏拌，导致砼能以泵送和浇灌、在浇灌和抹平工序中需多花劳动力，最终降低成品的产量和质量。影响因素：①使用凝结不正常的水泥。②搅拌，输送，浇灌，揭实或者抹面等工序所耗费时间太多；③水化热过大或者使用高温天气露天堆放的混凝土用材造成砼的温度过度。离析可定义为新拌砼的各组分发生分离导致其分布不再均匀。重要性：因为已经产生离析的砼就不可能充分揭实，而充分揭实又是获得最大强度的必要条件。 泌水是指砼在浇灌和揭实后但在凝结之间（即不再发生沉降）以外观看来在表面上出现水分的一种现象。重要性：当出现沁水时，会导致该区域的强度降低，影响因素，稠度不合适，容重太大或太小的骨料颗粒数量过多，细颗粒含量太小以及浇灌，捣实方法不当等多种因素。