二、分析计算题1. 某建筑工程队于2008年8月份在湖北某建筑工地施工,通过现场试验,该建筑工程队确定了一个掺木质素磺酸钠的混凝土配方,且该配方的混凝土在1个月内使用情况均正常。随后,由于建筑工程出现资金问题,该建筑工程队被迫暂停施工6个月。6个月后,该建筑工程队继续使用原混凝土配方施工,在施工中发现,混凝土的凝结时间明显延长,并且影响了工程进度。请结合教材所学内容,分析凝结时间延长的原因,并提出可行的解决办法。
该建筑工程队采用掺木质素磺酸钠的混凝土配方,由于木质素磺酸钠具有缓凝作用,并且7、8月份气温较高,水泥水化速度较快,木质素磺酸盐适度的缓凝作用对工程是有益的。但由于建筑工程出现资金问题,该建筑工程队被迫暂停施工6个月,6个月后继续施工即为冬季施工,气温明显下降,所以凝结时间就会明显延长。解决的办法可以考虑改换早强型减水剂或适当减少减水剂用量。
某建筑工地使用的混凝土,经过试配调整,所得和易性合格的材料用量分别为:水泥3.20kg,水1.85kg,砂子6.30kg,石子12.65kg,实测拌和物表观密度为2450kg/m3。
请根据上述条件,回答下列问题。2. 计算该混凝土的基准配合比。
因为m
cb+m
wb+m
sb+m
gb=3.20+1.85+6.304+12.65=24(kg),所以可得:
则该混凝土的基准配合比为:
m'
c0:m'
s0:m'
g0:m'
w0=326.7:643:1291:188.9=1:1.97:3.95:0.58。
3. 若基准配合比经强度检验符合要求,现测得工地用砂的含水率为5%,石子含水率为2.5%,请计算施工配合比。
根据已知条件可得:
m'c=326.7(kg);
m's=643×(1+5%)=675(kg);
m'g=1291×(1+2.5%)=1323(kg);
m'w=204-643×5%-1291×2.5%=170(kg)。
某试验室欲配制强度等级为C40的混凝土,采用实测强度为57.5MPa的普通硅酸水泥;细度模数为2.7的河砂;碎石最大粒径为20mm且连续级配;坍落度为70~90mm。
请根据上述条件,回答下列问题。4. 请计算基准配合比及每立方米混凝土的材料用量。(σ取4.0MPa,假定混凝土表现密度2450kg/m
3。)
各数值计算如下。
①计算混凝土配制强度f
cu0。
由公式f
cu,0≥f
cu,k+1.645σ可得:
f
cu,0=40+1.645=46.6(MPa)。
②计算水灰比。
由公式
可得:
③用水量。
因为碎石最大粒径的20mm,坍落度为70~90mm,所以查表7-1可得m
wo=215kg。
表7-1 塑性混凝土用水量
拌和物稠度 |
卵石最大粒径/mm |
碎石最大粒径/mm |
项目 |
指标 |
10 |
20 |
31.5 |
40 |
15 |
20 |
31.5 |
40 |
坍落度/mm |
10~30 |
190 |
170 |
160 |
150 |
200 |
185 |
175 |
165 |
30~50 |
200 |
180 |
170 |
160 |
210 |
195 |
185 |
175 |
50~70 |
210 |
190 |
180 |
170 |
220 |
205 |
195 |
185 |
70~90 |
215 |
195 |
185 |
175 |
230 |
215 |
205 |
195 |
|
④计算每立方米混凝土的水泥用量m
c0。
由公式
可得:
m
c0=215/0.55=319kg。
⑤确定混凝土的砂用量、石用量及砂率β
s。
查表7-2可得β
s=36%。
表7-2 混凝土砂率
水灰比 |
碎石最大粒径/mm |
卵石最大粒径/mm |
15 |
20 |
40 |
10 |
20 |
40 |
0.40 |
30~35 |
29~34 |
27~32 |
26~32 |
25~31 |
24~30 |
0.50 |
33~38 |
32~37 |
30~35 |
30~35 |
29~34 |
28~33 |
0.60 |
36~41 |
35~40 |
33~38 |
33~38 |
32~37 |
31~36 |
0.70 |
39~44 |
38~43 |
36~41 |
36~41 |
35~40 |
35~39 |
|
因为m
cp为每立方米混凝土拌和物的假定质量,这里其值取2450kg。
m
cp=m
c0+m
s0+m
g0+m
w0=2450(kg);
m
s0+m
g0=m
cp-(m
c0+m
w0)=2450-(391+215)=1844(kg)。
由公式
可得:
m
s0=(m
s0+m
g0)×0.36=1844×0.36=664(kg);
m
g0=1844-m
s0=1844-644=1180(kg)。
所以每立方米混凝土材料用量及基准配合比如下。
m
c0:m
s0:m
g0:m
w0=391:664:1180:215=1:1.70:3.02:0.55。
5. 若按该配合比拌制混凝土,检查试件强度数理统计分析:强度平均值为46.0MPa,标准差为3.0MPa。请问该混凝土的强度保证率是多少?该混凝土是否满足标准要求?如果不满足应怎样调整?
按正态分布计算:t=(46-40)/3=2。
查表7-3得保证率P=97.7%。
因为大体积混凝土要求的强度保证率是P=95%。而P=97.6>95.0,因此该批混凝土满足规范要求。如果不满足则应该提高其配制强度。
某建筑工程混凝土的实验室配合比为1:2.2:4.26,水灰比为0.6,每1m3混凝土中水泥用量为300kg,实测现场砂含水率为3%,石含水率为1%,采用250L(除料容量)搅拌机进行搅拌。
请根据上述条件,回答下列问题。11. 某建筑工地欲配制抗压强度等级为C20的混凝土,已知选用42.5硅酸盐水泥,水泥用量为260kg/m
3,水灰比为0.50,砂率为30%,所用石的粒径均为20~40mm,且为间断级配,浇注后检查其水泥混凝土,发现混凝土结构中蜂窝、空洞较多,请从材料方面分析产生蜂窝、空洞的原因。
该混凝土结构中出现蜂窝、空洞,主要有以下两方面原因:
①采用高强度等级水泥配制较低强度等级的水泥混凝土,水泥用量少;
②石的级配不好,而砂率又偏小,故空隙率大,不易将混凝土振捣密实。
某建筑工程欲采用抗压强度等级为C60、抗渗等级为P6、抗冻等级为F50的混凝土进行结构设计。已知该批混凝土拌和物的流动性较大,坍落度为15mm,混凝土拌和物中石子的粒径均小于40mm。建筑工程施工要求该批混凝土应易于操作,并具有能使所浇筑的构件质量均匀、成型密实的性能,并要求该批混凝土在长期使用环境中,在多种破坏因素作用下,均能够保持原有性能且不被破坏。
请根据上述条件,回答下列问题。12. 普通混凝土的组成材料有哪些?它们在混凝土硬化前后起什么作用?
普通混凝土的组成材料主要有水泥、砂、石子和水。水泥和水形成水泥浆,在硬化前起润滑作用,硬化后起胶结作用;砂和石子在硬化前起填充作用,硬化后起骨架作用。
14. 该建筑工程使用的混凝土是否属于抗冻混凝土?为什么?
抗冻混凝土是指抗冻等级等于或大于F50级的混凝土,所以该建筑工程使用的混凝土属于抗冻混凝土。
15. 混凝土的耐久性包括哪几个方面的内容?
混凝土的耐久性主要包括碱骨料反应,碳化反应,抗渗性,抗冻性,抗硫酸盐侵蚀作用等。
16. 提高混凝土耐久性的措施有哪些?
混凝土的耐久性要求主要应根据工程特点、环境条件而定。工程上主要应从材料的质量、配合比设计、施工质量控制等多方面采取措施给予保证。具体主要有以下几点:
①根据工程实际情况,选择合适品种的水泥;
②适当控制混凝土的最大水灰比和最小水泥用量;
③选用质量良好的骨料,并注意颗粒级配的改善;
④掺加外加剂;
⑤严格控制混凝土施工质量,保证混凝土的均匀、密实。
17. 影响混凝土拌和物和易性的主要因素有哪些?
影响混凝土拌和物工作性的因素较复杂,大致分为组成材料、环境条件和时间三方面。组成材料主要有:水泥的特性、用水量、水灰比、骨料性质等。
18. 对于该建筑工程使用的混凝土,宜采用什么方法测定混凝土拌和物的和易性?如何测定?
通常采用测定混凝土拌和物的流动性来评定混凝土拌和物的和易性。由于该建筑工程使用的混凝土流动性较大,坍落度值不小于10mm,且混凝土拌和物中粗骨料料径小于40mm,所以宜采用坍落度法测定混凝土拌和物的流动性。
混凝土拌和物坍落度用坍落度筒来测定,主要是将混凝土拌和物分三次装入坍落度筒中,每次装料约1/3筒高,用捣棒分层均匀捣插25下,刮平后,将筒垂直提起,测定拌和物由于自重产生坍落的毫米数,即称为坍落度。坍落度越大,则表示混凝土拌和物的流动性越大。在测定坍落度时,还需同时观察混凝土拌和物的黏聚性和保水性:用捣棒在已坍落的混凝土拌和物锥体一侧轻轻敲打,此时若锥体逐渐下沉,则表示黏聚性良好;若锥体突然倒塌,部分崩裂或出现离析现象,则表示黏聚性不好。提起坍落度筒以后,若有较多的稀浆从底部析出,锥体部分也因失浆而骨料外露,则表明此混凝土拌和物的保水性能不好;若提起坍落度筒以后,没有稀浆或仅有少量稀浆从底部析出,则表示此混凝土拌和物保水性良好。
19. 在建筑工程中,主要采用什么措施来提高混凝土的强度?
在建筑工程中,提高混凝土强度的措施主要有以下几种。
①采用高强度水泥或快硬、早强水泥:在混凝土配合比相同的情况下,水泥的强度等级越高,混凝土的强度越高。采用早强型水泥可提高混凝土的早期强度,有利于加快施工进度。
②采用低水灰比的干硬性混凝土:低水灰比的干硬性混凝土拌和物游离水分少,硬化后留下的孔隙少,混凝土密实度高,强度可显著提高。因此,降低水灰比是提高混凝土强度的最有效途径。
③采用级配好的骨料。
④尽可能选用较大颗粒的骨料。
⑤选用适当的外加剂或掺和料:在混凝土中掺入早强剂提高混凝土早期强度;掺入减水剂可减少用水量,降低水灰比,提高混凝土强度。
⑥采用湿热养护:一般混凝土经过16~20h蒸汽养,其强度可达正常条件下养护28d强度的70%~80%,蒸汽养护最适于掺活性混合材料的矿渣水泥、火山灰水泥及粉煤灰水泥制备的混凝土。
⑦采用机械施工:机械搅拌比人工拌和能使混凝土拌和物更均匀,特别是在拌和低流动性混凝土拌和物时效果更显著。采用先进的高频振动、变频振动及多向振动设备,可获得更佳效果。
20. 如果在混凝土拌和物过程中,有人随意增加用水量。请问:混凝土哪些性质受到什么影响?
如果在混凝土拌和物过程中,有人随意增加用水量,混凝土的性能变化主要有:孔隙率增大,吸水率增大,抗冻性、抗渗性变差,强度减小,耐久性变差。
21. 请分析水灰比对混凝土性能有哪些影响?
水灰比对混凝土性能的影响主要体现在以下几方面。
①对强度及耐久性的影响:水灰比越高强度越低,耐久性下降。
②对和易性的影响:水灰比高,流动性提高,但黏聚性、保水性下降。
③对变形的影响:水灰比大,干缩大,徐变也大。
某建筑工地欲采用框架结构钢筋混凝土,已知混凝土设计强度等级为C30,现场机械搅拌,机械振捣成型,混凝土坍落度要求为50~70mm。(根据施工单位的管理水平和历史统计资料,混凝土强度标准差σ取4.0MPa。)所用原材料如下。
①水泥:普通硅酸盐水泥32.5级,密度ρc=3.1,水泥强度富余系数γc=1.12。
②砂:河砂MX=2.4,Ⅱ级配区,ρs=2.65g/cm3。
③石子:碎石Dmax=40mm,连续级配且级配良好,ρg=2.70g/cm3。
④水:采用自来水。
请根据上述条件,回答下列问题。22. 请计算混凝土初步计算配合比。
计算混凝土初步计算配合比。
①确定混凝土配制强度(f
cu,0)。
f
cu,0=f
cu,k+1.645σ=30+1.645×4.0=36.58(MPa)。
②确定水灰比(W/C)。
a.根据强度要求计算水灰比(w/C):
b.根据耐久性要求确定水灰比(W/C)。
由于框架结构混凝土梁处于干燥环境,对水灰比无限制,故取满足强度要求的水灰比即可。
③确定用水量(m
w0)。
查表7-1可知,坍落度55~70mm时,用水量185kg。
表7-1 塑性混凝土用水量
拌和物稠度 |
卵石最大粒径/mm |
碎石最大粒径/mm |
项目 |
指标 |
10 |
20 |
31.5 |
40 |
15 |
20 |
31.5 |
40 |
坍落度/mm |
10~30 |
190 |
170 |
160 |
150 |
200 |
185 |
175 |
165 |
30~50 |
200 |
180 |
170 |
160 |
210 |
195 |
185 |
175 |
50~70 |
210 |
190 |
180 |
170 |
220 |
205 |
195 |
185 |
70~90 |
215 |
195 |
185 |
175 |
230 |
215 |
205 |
195 |
|
④计算水泥用量(m
c0)。
m
c0=m
w0×C/W=185×1/0.45=411(kg);
满足耐久性对水泥用量的最小要求。
⑤确定砂率(β
s)。
参照表7-2,通过插值(内插法)计算,取砂率β
s=32%。
表7-2 混凝土砂率
水灰比 |
碎石最大粒径/mm |
卵石最大粒径/mm |
15 |
20 |
40 |
10 |
20 |
40 |
0.40 |
30~35 |
29~34 |
27~32 |
26~32 |
25~31 |
24~30 |
0.50 |
33~38 |
32~37 |
30~35 |
30~35 |
29~34 |
28~33 |
0.60 |
36~41 |
35~40 |
33~38 |
33~38 |
32~37 |
31~36 |
0.70 |
39~44 |
38~43 |
36~41 |
36~41 |
35~40 |
35~39 |
|
⑥计算砂、石用量(m
s0、m
g0)。
当采用体积法计算时,在不使用引气型外加剂时,a取1,根据下列公式计算相应数值。
所以,该混凝土初步计算配合为:
m
c0=411kg,m
wo=185kg,m
s0=577kg,m
g0=1227kg。
23. 计算的初步计算配合比,称取12L各材料用量进行混凝土和易性试拌调整。测得混凝土坍落度为20mm,小于设计要求,所以分别增加5%的水泥和水,重新搅拌后,测得坍落度为65mm,且黏聚性和保水性均满足设计要求,并测得混凝土表观密度为2392kg/m
3,请计算基准配合比。又经过混凝土强度试验,恰好满足设计要求,已知现场施工所用砂含水率为4.5%,石子含水率为1.0%,请计算施工配合比。
计算如下。
①基准配合比。
a.根据初步计算配合比计算12L各材料用量为:
m
c=4.932kg,m
w=2.220kg,m
s=6.92kg,m
g=14.72kg。
b.分别增加5%的水泥和水用量为:
△m
c=0.247kg,△m
w=0.111kg。
c.各材料总用量为:
m
A=(4.932+0.247)+(2.220+0.111)+6.92+14.92=29.35(kg)。
d.根据下列公式计算基准配合比。
可得m'
c0=422kg;
可得m
'w0=190kg;
可得m'
s0=564kg;
可得m'
s0=1215kg。
②施工配合比。
根据题意,试验室配合比等于基准配合比,则施工配合比为:
m'
c=m'
c0=422kg;
m'
s=564×(1+4.5%)=589kg;
m'
g=1215×(1+1%)=1227kg;
m'
w=190-564×4.5%-1215×1%=152kg。
24. 可知混凝土的基准配合比,若掺入减水率为18%的高效减水剂,并保持混凝土落度和强度不变,且实测混凝土表观密度ρ
h=2400kg/m
3。请计算掺减水剂后混凝土的配合比,并计算1m
3混凝土能够节约水泥多少kg?
计算如下。
①因为减水率为18%,则实际需水量为:
m
w=190-190×18%=156kg。
②由题干可知,保持强度不变,即保持水灰比不变,则实际水泥用量为:
m
c=156/0.45=347kg。
③掺入减水剂后,混凝土的配合比为:
各材料总用量m
A=347+156+564+1215=2282(kg);
所以,实际1m
3混凝土节约水泥量为:422-365=57(kg)。
25. 某建筑工地欲采用刚出厂的42.5级普通硅酸盐水泥和碎石配制混凝土,已知其施工配合比为:水泥340kg,石子1260kg,砂子685kg,水130kg。现场砂含水率为4%,石子的含水率为1%。请问:该混凝土是否满足C30的强度等级要求。(假设混凝土强度标准差σ=5.0MPa,a=0.46,b=0.07。)
[分析如下]
湿砂685kg,砂的含水率为4%;通过公式
可得下列数值。
干砂的质量为
砂中含水量为m'-m=685-658.65=26.35(kg)。
因为石子的质量为1260kg,石子的含水率为1%。
所以石子的质量为
石子含水量为m'-m=1260-1247.53=12.48(kg)。
W=130+26.53+12.48=168.83(kg)。
f
cu,0=f
cu,k-1.645σ;
f
cu,k=f
cu,k+1.645σ=42.94=1.645×5=34.72MPa>30MPa。
所以该混凝土满足C30的强度等级要求。
某建筑工程采用结构设计强度等级为C25的混凝土,结构实体检验留置的同一条件养护试块10组,试块取样、试压等均符合规范的有关规定,10组试块的强度代表值分别为:23.5MPa、20.6MPa、25.4MPa、23.8MPa、25.3MPa、24.5MPa、27.1MPa、23.2MPa、22.3MPa、26.3MPa。(已知:λ1=1.70,λ2=0.90。)
请根据上述条件,回答下列问题。31. 通过计算,请问同批10组试件抗压强度平均值μ
fcu是否符合要求?
32. 通过计算,请问同批10组试件抗压强度最小值f
cu,min是否符合要求?
33. 通过计算,请问该建筑工程采用的混凝土强度是否合格?
34. 某混凝土搅拌站原来使用的砂的细度模数为2.5,后来改用细度模数为2.1的砂。改用后,原混凝土配方不变,但发现混凝土坍落度明显变小。请简略分析坍落度变小的原因。
由于砂粒径变细后,砂的总表面积增大,当水泥浆量不变时,包裹砂表面的水泥浆层就会变薄,流动性就会变差,即坍落度会变小。