土木工程材料习题及解答

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实验结果见表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。某细集料的筛分实验结果表1-14筛孔尺寸(mm)9.54.752.361.180.60.30.150.075筛底筛余质量(g)0131601007550392538设计级配范围(%)10095~10055~7535~5520~4012~287~185~10-答：筛孔尺寸(mm)9.54.752.361.180.60.30.150.075筛底筛余质量(g)0131601007550392538分计筛余百分率02.6322015107.857.6累计筛余百分率02.634.654.669.679.687.492.4100通过百分率10097.465.445.430.420.412.67.60设计级配范围(%)10095~10055~7535~5520~4012~287~185~10-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实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)各档集料筛分析实验结果（通过百分率，%）设计级配范围通过百分率(%)碎石石屑矿粉26.510010010010019.09710010094~10016.061.510010075~9013.234.510010062~809.519.893.810052~724.754.677.910038~582.36-58.710028~461.18-36.010020~340.6-23.09715~270.3-11.09410~200.15--926~140.075--70.54~8[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)各档集料筛分析实验结果（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26.5000100019.030095~1002.516.035.50075~901513.2270062~8011.59.514.76.2052~7294.7515.215.9038~58142.364.619.2028~46111.18-22.7020~34100.6-13315~2760.3-12310~2060.15-1126~1450.075--21.54~84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：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：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代入得合成级配与校核筛孔尺寸碎石石屑矿粉合成级配范围26.50000010010019.03×42.251.27001.271.2798.7395~10016.035.515.00001516.2783.7375~9013.22711.410011.4127.6872.3262~809.514.76.216.2×39.152.4308.6436.3263.6852~724.7515.26.4215.96.22012.6448.9651.0438~582.364.61.9419.27.5209.4658.4241.5828~461.18-22.78.8908.8967.3132.6920~340.6-135.093×18.600.565.6572.9627.0415~270.3-124.7030.565.2678.2221.7810~200.15-114.3120.374.6882.617.46~140.075--21.54.00486.913.14~8校核筛孔尺寸碎石石屑矿粉合成级配范围26.500.00000.000.00100.0010019.03×47.251.42001.421.4298.5895~10016.035.516.770016.7718.1981.8175~9013.22712.760012.7630.9569.0562~809.514.76.956.2×43.152.6809.6240.5759.4352~724.7515.27.1815.96.86014.0454.6145.3938~582.364.62.1719.28.28010.4665.0734.9328~461.18-22.79.8009.8074.8725.1320~340.6-135.613×9.600.295.9080.7619.2415~270.3-125.1830.295.4786.2313.7710~200.15-114.7520.194.9491.178.836~140.075--21.52.062.0693.236.774~8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=2120kg/m3。[设计要求]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；计算掺加0.8%减水剂后，混凝土的初步配合比；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计算水灰比W/C，并校核查表5-16，校核合格。单位用水量mw0的确定查表5-18，砂的细度模数=2.4，中砂砂率βs的确定查表5-19βs=34.5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、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。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：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。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%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P922-7沥青针入度、延度、软化点实验反应沥青的哪些性能？简述主要实验条件。答:沥青针入度实验反应沥青粘滞性，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。常用的实验条件为P25℃,100g,5s。软化点实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，为什么由马歇尔实验确定配合比后，还是进行沥青混合料的车辙实验、冻融劈裂强度实验或者浸水稳定实验？答：马歇尔实验主要评价沥青混合料高温稳定性；车辙实验模拟车辆轮胎在路面上滚动形成的车辙的工程实验方法。冻融劈裂强度实验和浸水稳定实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]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℃。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。沥青混合料类型为AC-13C型，试件的马歇尔实验结果见表3-70。[设计要求]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。根据沥青混合料的技术要求，通过对马歇尔实验体积参数和力学指标（表3-70）分析，确定最佳沥青用量。马歇尔实验物理-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）14.52.3666.215.660.38.22025.02.3815.114.364.39.52435.52.3984.013.770.89.62846.02.3823.214.177.38.43156.52.3782.614.982.67.136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。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OACmin4.55.054.54.54.55.05差值1.651.101.35220.80OACmax6.156.155.856.56.55.85