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
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