土木工程材料习题及解答2011.doc

1、土木工程材料习题及解答P351-9 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) 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设计级配范围(%) 100 95100 5575 3555 2040 1228 718 510 -答：筛孔尺寸(mm) 9.5 4.75 2.36

2、 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设计级配范围(%) 100 95100 5575 3555 2040 1228 718 510 -从上图可知，该细集料符合要求。 21.36.21065)4879.5463( . 75.41.0360.18.2 AAMf1

3、-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 24 列，设计级配范围要求值列于表 1-15 中第 5 列。表 1-15各档集料筛分析试验结果（通过百分率，%）筛孔尺寸di(mm) 碎石 石屑 矿粉设计级配范围通过百分率(%)26.5 100 100 100 10019.0 97 100 100 9410016.0 61.5 100 100 759013.2 34.5 100 100 62809.5 19.8 93.8 100 52724.75 4.6 77.9 100 38582.36 - 58.7 100 284

4、61.18 - 36.0 100 20340.6 - 23.0 97 15270.3 - 11.0 94 10200.15 - - 92 6140.075 - - 70.5 48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：各档集料筛分析试验结果（分计筛余百分率，%）筛孔尺寸di(mm)碎石 石屑 矿粉设计级配范围通过百分率(%)分计筛余中值 aM(i)(%)26.5 0 0 0 100 019.0 3 0 0 95100 2.516.0 35.5 0 0 7590 1513.2 27 0 0 6

5、280 11.59.5 14.7 6.2 0 5272 94.75 15.2 15.9 0 3858 142.36 4.6 19.2 0 2846 111.18 - 22.7 0 2034 100.6 - 13 3 1527 60.3 - 12 3 1020 60.15 - 11 2 614 50.075 - - 21.5 48 41)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、a C(16.0)=0、a M(16.0)=15%

6、、a A(16.0)=35.5%，代入可得：25.410)0.16(5.3AMax2)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、a B(0.075)=0、a M(0.075)=4%、a C(0.075)=21.5%，代入可得： 60.1810)75.(5.24AMz3)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 15.39)60.825.4(10)(10zxy4)合成级配与

7、校核碎石 石屑 矿粉 合成筛孔尺寸级配范围26.5 0 0 0 0 0 100 10019.0 3 1.27 0 0 1.27 1.27 98.73 9510016.0 35.5 15.00 0 0 15 16.27 83.73 759013.2 27 11.41 0 0 11.41 27.68 72.32 62809.5 14.7 6.21 6.2 2.43 0 8.64 36.32 63.68 52724.75 15.2 6.42 15.9 6.22 0 12.64 48.96 51.04 38582.36 4.642.251.94 19.2 7.52 0 9.46 58.42 41.58

8、 28461.18 - 22.7 8.89 0 8.89 67.31 32.69 20340.6 - 13 5.09 3 0.56 5.65 72.96 27.04 15270.3 - 12 4.70 3 0.56 5.26 78.22 21.78 10200.15 - 1139.154.31 2 0.37 4.68 82.6 17.4 6140.075 - - 21.518.604.00 4 86.9 13.1 48校核碎石 石屑 矿粉 合成筛孔尺寸级配范围26.5 0 0.00 0 0 0.00 0.00 100.00 10019.0 3 1.42 0 0 1.42 1.42 98.58

9、9510016.0 35.5 16.77 0 0 16.77 18.19 81.81 759013.2 27 12.76 0 0 12.76 30.95 69.05 62809.5 14.7 6.95 6.2 2.68 0 9.62 40.57 59.43 52724.75 15.2 7.18 15.9 6.86 0 14.04 54.61 45.39 38582.36 4.647.252.17 19.2 8.28 0 10.46 65.07 34.93 28461.18 - 22.7 9.80 0 9.80 74.87 25.13 20340.6 - 13 5.61 3 0.29 5.90

10、80.76 19.24 15270.3 - 12 5.18 3 0.29 5.47 86.23 13.77 10200.15 - 1143.154.75 2 0.19 4.94 91.17 8.83 6140.075 - - 21.59.602.06 2.06 93.23 6.77 48经过调整，碎石 47.25%，石屑 43.15%，矿粉 9.60%。P2625-13 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 3050mm。组成材料及

11、性质：P.I 水泥 52.5 级，实测抗压强度 58.5MPa，密度 c=3100kg/m3；碎石用一级石灰岩轧制，最大粒级 20mm，表观密度 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 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 ad=12%；粉煤灰符合 I 级灰标准，表观密度=2120kg/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

12、初步配合比。答：1、（1）计算混凝土的配制强度 fcu,o 87.4965.14065.1, kcuof（2）计算水灰比 W/C，并校核52.07.196 5.0.,cebocuaffCW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kgw1950（4）砂率 s的确定查表 5-19 s=34.5（5）计算单位水泥用量 mc0，并校核kgCWmwc3752.0190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 kgmgosssgswsgc79.12638105.41.9527103101.000质量法 k

13、gmmgsssgs cpwsgc50.1236481. 245093750000初步配合比 2.79.12:.638:957:0CWmgswc施工配合比 kgwmmkgswggssc 98.150)( 1.23)(7.2)167.638752、方案 1：混凝土的流动性和强度不变，节约水泥 3, 3, 3, /9.127064/64.208.%8.517)/( /.17).(9mkgmmkgCWadgsadcwadad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, 3,3, 3, /86.12570/0.8.%./ /6.17)2.(15

14、)(mkgmmkgkadgsadcadwad3、（1）基准配合比 79.12:.638:957:00gswc（2）确定粉煤灰取代水泥掺量百分率 f 及粉煤灰坡量系数 i查表 5-26，粉煤灰最大取代率 30%，现取 20%。粉煤灰为级灰，查表 5-27，超量系数1.11.4，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 301 /75%203mkgfmcf 粉煤灰总掺量 3/.9.75iff粉煤灰超量部分质量 312 /.kfff （4）计算粉煤灰混凝土中其他组成材料用量 30 320 31/79.15 /68.09215.68/073mkgmm

15、kgkggfwf sfsffcf 79.12:68.0:95.7:30:gfsfwffc： 石水 泥 ： 粉 煤 灰 ： 水 ： 砂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 1030mm。组成材料为：水泥为型硅酸盐 52.5 级，实测水泥抗折强度 7.86MPa，密度 c=3150kg/m3；碎石用一级石灰岩轧制，最大粒径为 40mm，表观密度 g=2780kg/m3，振实密度 gh=173

16、6kg/m3；砂为清洁河砂，细度模数=2.7，表观密度 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（f cu,o）查表 5-39，n=6，保证率 t 为 0.46。变异系数 Cv 为 0.100.15，取中值 0.125。MPatsCffvrc98.5 5.04612.05041（2）确定水灰比（W/C) 37.0164.58 86.7359.0.198564.scffW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

17、）确定砂率 s由砂的细度模数 2.7，碎石混凝土，查表 5-41，取砂率 s=35%（4）确定单位用水量（m w0）30/2.163561.072.1097)/(.kgWCSLsw查表 5-35，最大用水量为 160kg/m3则选择 160kg/m3（5）确定水泥用量（m c0） 300 /42167.2)/( mkgWCwc 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（m g0）和细集料用量（m s0）30000/6.129475. 69.01.03128mkggsgsgs验算:碎石的填充体积=m g0/ gf100%=123

18、9.361736100%=73.39%,符合要求初步配合比 36.129:40.67:432:00gswcP922-7 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内径为 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

19、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： 0345.158.9.0254lg79lg21 TPA09. 3.53I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P1603-8 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

20、？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 2030，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

21、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技术性质试件组号沥青用量（%） 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 8.2 202 5.0 2.381 5.1 14.3 64.3 9.5 243 5.5 2.398 4.0 13.7 70.8 9.6 284 6.0 2.382 3.2 14.1 77.3 8.4 315 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 2030，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）