《建筑施工技术》精品课程习题集与答案 附：建筑施工问答丛书一混凝土工程 1为什么混凝土会有强度？ 所谓强度，是指在外力作用下某种材料承受外力的内在能力，量值以单位面积上所承受能 力的大小“牛顿(N)”来表示，即牛顿/平方毫米（或N/mm2),也称做“兆帕”(Mpa),1 兆帕=1N/mml. 混泥士属承压材料，其抗压强度远远大于抗折及抗拉强度，所以在没有特别的情况下， 一般说混泥土的强度是指它的抗压强度。混泥土为什么会有强度？这要从它的材料组成及形 成过程来分析。混泥土由胶结材料、粗骨料、细骨料（粗细骨料也称为“集料”）、水及掺合 料、外加剂所组成，各种材料按照要求的配合比加水拌合后，水与胶结料一水泥发生化学 变化（常称为“水化反应”），凝结和硬化，使拌合物由塑态渐而变为固态，经养护而获得强 度成“人工石”，因此在建筑上常用组合字“”（即人工石）来表示。一般建筑、水利、交通 等工程上大量使用的普通混泥土。它的胶结料是水泥，粗骨料是石子，细骨料是砂子和一般 不含杂质的水。砂、石本身为粒径不同的矿物石料，都是具有较高抗压强度的材料。但散状 的砂石颗粒必须由胶结材料水泥牢固粘结而成为一体，才能承受外界的压力。 水泥的粘结作用与水泥化学组成，以及水泥的水化作用有着密切的联系。以普通硅酸盐 水泥为例，它的主要化学成分是硅酸三钙(3CaO.SiO2)、硅酸二钙(2CaO.SiO2),铝酸三 钙(3Ca0.AL2O3)、铁铝酸四钙(4CaO.AL203.F203)、等。当水泥与水拌和后，水泥颗粒 被水包围，由表及里地与水发生化学反应，逐渐水化和水解生成硅酸盐的水化物和凝胶，同 时放出热量。这些水化物和凝胶与砂石颗粒表面具有很大的附着力，以很强的粘结力表现出 来：而且硅酸盐的水化物在适当的温度与湿度环境下，逐渐浓缩凝集，形成晶体结构，具有 很高的强度。对混泥土来说，水泥的水解和水化作用是在砂石之间进行的，其最终结果是将 散状的砂石颗粒紧紧粘结在一起，形成一个共同承受外力的整体。为此，也可说混泥土的强 度不仅与砂石材料性能、级配有关，而且与水泥质量、品种、用量以及用水量和外界条件都 有着密切的关系。 2混凝土法定计量单位与工程单位是什么关系？ 多年来我国使用工程制单位，力的单位为千克力(kg),而强度的计量单位是千克/平方 厘米，（或公斤/平方厘米），而国际计量单位，力的计量单位是牛顿(N),强度计量单位是 牛顿/平方毫米，称为“兆帕”(Mp)。因国内外计量单位的不同，给工程和科研工作带来 不便，为此，自1987年我国将工程制单位改为国际计量单位或法定单位。 根据物理力学原理，1Kgf的含意是具有1kg质量的物体，在标准重力加速度9.8m/s2的 作用下所具有的重力。或者说若具有1kg质量的物体9.8ms2的加速度所需的力是1kgf。而 “牛顿”的定义则是具有1kg质量的物体产生1ms2的加速度所需要的力，即：1kgf=9.8N 根据牛顿第二定律：F=ma 式中F—物体所受的力： M 物体的质量： A 物体的加速度。 1kgf=1kg*9.8m/s2 =9.8kg*m/s2 IN=1kg*1m/s2 =lkg*m/s2 1kgf-9.8N 在工程单位制中强度的计量单位是千克力/平方厘米，将上述千克力(kg)与牛顿(N) 等量关系换算： 1kgf/cm2=9.8N/(10mm)2 =9.8N/100mm2 =0.098/mm2 -0.098Mpa 例如原工程制中300号混凝土为300 kgf/cm2,若按法定计量单位应为30Mpa,而混凝土
的强度等级与原混凝士标号两者差约为2MDa,所以原300号混凝士相当于强度等级C28的混 凝土。 3.什么是水泥的“硬练”与“软练”？ 所谓水泥的“硬练”与“软练”，是指按照水泥标准的各种有关规定，检验水泥胶砂（水 泥与标准砂加水后的拌合物)强度的试验方法。 “硬练法”是按照水泥老标准《GB177-62》做规定的灰砂比、水灰比拌制成水泥胶砂， 做成抗压试块及抗拉试块，检验水泥强度的方法。由于这种方法水灰比小（约为0.30-0.40）， 灰砂比中的用砂量大（水泥：砂=1：3），拌制水泥胶砂很困难、劳动强度高，水泥胶傻呈 干便性；在制作水泥胶傻时需要使用笨重的搅拌机拌和，用锤式“成型机”按规定的锤重和 规定的锤击次数成型，所以称为“硬练”，这种方法已被淘汰，这是我国水泥试验方法的重 要改进。 “软练法”是按照水泥新标准《GB177-85》规定的灰砂比、水灰比拌制水泥胶砂，成 型试体并检验其强度的方法，由于新标准增大了用水量（水灰比约为0.440.46），减少了标 准砂用量（灰砂比为1：2.5），所以水泥胶砂稀软，较“硬练”塑性大，因而拌制容易省力， 设备只用构造简单的“双转叶片式”胶砂搅拌机，试体成型只需一般“偏心轮式胶砂振动台” 就可以了，故称这种检验水泥胶砂强度的方法为“软练”。“软练”方法的最大特点是简便， 更接近当前的施工实际情况。由落后的“硬练”改进为“软练”，标志着我国建筑工业科学 技术水平的不断提高，标志着我国水泥工业的飞速发展。 4.为什么不能确定一个通用的配合比？ 有人提出一个问题：若能做出一个永久通用的混凝土配合，使用起来不是很方便吗？这 是不可能的。因为影响混凝土配合比的因素太多、太复杂。如混凝土不同的使用要求、不同 的施工工艺和不同的材料性能等的影响，所以就不可能用一个能够适应各种要求的万能配 方。具体的不用要求与影响因素如下： (1)工程特点的不同，对混凝土配合比有不同的要求如水池要求混凝土具有较 高的密实性和抗渗性能：大体积的混凝土则要求具有较高的耐磨强度：一般 承重结构要求混凝土具有可靠的力学性能；钢筋过密的构件要求有适宜的 落度和控制石子的最大粒径：而建筑外墙则要求一定的保温性能等等。 (2) 施工条件对配合比的影响，送工艺要求混凝土有较好的流动性，应适当加大 含砂率和水泥用量：而滑模或大模板施工工艺，则要求混凝土有适宜的落度 和较高的早期强度。如采用自由坠落式鼓形搅拌机，可搅拌一般塑性混凝土： 而采用强制式搅拌机则可搅拌干硬性混凝土等等。 (3) 原材料性能不同对配合比的影响，普通水泥有较高的水化热，不适于大体积 混凝土：但其矿渣水泥或火山灰质水泥的水化热较小，适于大体积混凝土： 但其早期强度低，又不适与拆模早的工程。矾土水泥具有早强、硬化快的优 点，适与紧急抢修、拆模早的工程。不同产区的骨料，具有不同粒径和形状， 其总体表面积也不尽相同，影响水泥用量：各种粒径在骨料中所占比例的不 同，影响骨料的颗粒级配和混凝土的密实度。此外，骨料中有机物的含量， 含土量，含水率等等的差异，对配合比都有着不同的影响。 因此不能用一个通用的配合比去适应以上种种情况。混凝土的配合比，必须根据各种 不同的客观条件，为获得最大密实度，在满足强度要求的前提下，取的最小水泥用量，经过 理论计算和试配才能确定。每一种配合比只能满足某一、两个或某几个方面的要求，不可能 用一个“万灵”的通用配合比，在任何情况下都能适用。 此外，应该指出在有些才考书上或概预算定额上，附录一些混凝土的经验配合比表， 这些附录表上的配合比是估算材料用量使用的，不能作为施工配比。但是在边远地区，确无 试验设备或混凝土配合比专业设计人员，且混凝土用量不大或用于某些非承重结构时，可以 参用一些常用经验配合比。但一般经验配合比水泥用量都偏大，所以这些参考配合比不能作 为结构设计和主体结构施工的依据。 5.为什么混凝土骨料要有合适的级配？ 般的普通水泥混凝土是以水泥为胶结材料，将砂、石所构成的骨料粘结成一个整体。为此
对骨料提出两方面的要求： (1)为获得高强度，砂石必须是空隙小的密实体： (2)为节约水泥、砂石的总表面积是、应是最小。因为骨料表面须由 水泥浆包裹，水泥浆起粘结作用不是填充空隙。 怎样才能使砂、石的空隙率最小呢？例如：把大小不同的鸡蛋堆积起来，蛋间会有较多 的空隙，而若在蛋间加入黄豆，空隙就会小些，在黄豆与鸡蛋之间再加入小米，空隙率就会 更小（见图2）可见空隙的大小与材料颗粒的粒径同各种粒径所占数量的比例有关。这种比 例关系，叫做“级配”。 如何使各种材料颗粒的总面积最小呢？如一个立方体（见图3)每边长2cm,其表面积为 2*2*6-24cm2。若沿纵、横侧三面的中线各切一刀，将该立方体分成八个边长各为1cm的小 立方体，其总表面积就变成48c2,面积较前增加了一倍。由此可见，粒径越小，表面积就 越大。所以，若全用大粒径的砂、石做骨料，空隙率小但表面积却很大，这就需要选择能兼 倾两者的合适搭配。 合适的级配应是大石子之间由小石子填充，小石子之间由较粗的砂子填充，粗砂之间由 细砂填充 ,以达到最大的密实度和总表面积最小。 全用大粒径表面积 全用小粒径空隙率 粒径搭配空歌率 虽小而空隙率大 虽小但表面积大 与总表面积小 图2不同粒径与空隙率关系示意 整个立方体表面积为2(cm2) 各小立方体表面积为48(cm2) 图3不同粒径表面积比较 6.为什么要控制混凝土的含砂率？ 混凝土的含砂率，是混凝土中砂的重量与砂石总重量之比。在确定混凝土配合比时，应 选择最优含砂率。 密实的混凝土应该是砂子填满石子空隙，水泥浆包裹住砂石并填满砂子的空隙，以达到 最大密实度。若砂子过少，则石子空隙的一部分，将用水泥浆填充，这样将增加水泥用量， 是不经济的：砂子过少，没有足够的砂浆对石子进行润滑作用，势必加大内摩擦，降低混凝 土的流动性，造成操作困难。而且由于水泥砂浆的粘滞性降低，石子容易分离，造成离析现 象。但砂子过多，增大砂的表面积，就需要水泥浆包裹，同样也要增大水泥用量。在施工中 多用中、粗砂而不用细砂，就是因为细砂粒径小而表面积大及含土量大的缘故。而且砂率过 大粗骨料减少，还会引起混凝土强度降低。 合适的含砂率应是石子、砂、水泥浆互相填充，使混凝土既能达到最大密实度，又能保 证最少的水泥用量。实践证明，含砂率一般在30%38%左右。但由于影响砂率的因素很多， 需要根据石子的形状、粒径、孔隙率和砂子的品质及水灰比的大小、混凝土和易性等因素， 进行试验和调整，而不能仅靠计算来解决。 7.为什么在砂、石使用前要测定含水率？
影响混凝士强度的两项重要指标，一个是砂石级配，另一一个就是水灰比，所以用水量的 多少，是与混凝土的强度密切联系在一起的。拌制混凝土的拌和水用量，是根据配合比的水 灰比决定。但配合比所采用的砂石，应是干燥不含水的。 工程中使用的砂石，由产地到使用堆放场地，都是暴露于大自然之中，都含有一定的水 分，而且随着气温和阴雨天的变化，砂石的含水率无时不在变化着。若用含水的砂石拌制混 凝土，势必增大了理论用水量，所以，每批砂石必须在使用前测定其含水率，相应扣除拌和 水用量。这样才能保证配合比的准确性。 例如：已知C18混凝土配合比为0.54：1：1.95：4.57（水：水泥：砂：石），已测出砂 的含水率为3%，石的含水率为1%，求每袋水泥拌制混凝土的实际加水量。 水泥用量=50kg 砂用量=50*1.95=97.5kg 砂含水量-97.5*3%=2.9kg 实际用砂量=97.5+2.9=100.4kg 石用量=50*4.57=228.5kg 石含水量=228.5*1%=2.29g 实际用石量=228.5+2.29=230.79kg 理论用水量=5.*.54=27.1kg 实际用水量-27.1-2.9-2.9-21.91kg 8.为什么不能任意向混凝土里加水？ 混凝土在搅拌过程中加入的水量称为拌和水，是按照配合比中的水灰比（指混凝土中 水与水泥用量的重量比)计算得出的。拌和水包括两部分，一部分为化合水，另一部分为自 由水。化合水是水泥进行水化作用时所必须的水，要有足够的化合水才能保证水泥颗粒的充 分水解和水化，生成结晶和疑结，但这部分用水量是较少的，一般仅占拌和水的四分之一。 其余的水称为自由水，自由水完全是为了满足操作要求，即为保证混凝土的和易性、落度 等而多加入的水分。 化合水与水泥矿物质颗粒形成品体和凝胶，将永存于混凝土内。而自由水却随着混凝 土的养护和硬化过程逐渐蒸发，在混凝土内形成空隙，从而降低了混凝土的密实度和强度。 混凝土中的自由越多，混凝土的密实度越差强度也就越低。所以，配合比总的水灰比，应在 保证必要工作度（用混凝土的坍落度进行控制）的条件下，达到最小的用水量。若为操作省 力，拌制“稀软”的混凝土搅拌时多加水或在已拌制好的混凝土内再加水，势必增加混凝土 内在空隙率，影响强度。在此情况下，只有加大水泥用量，才能保证规定的水灰比，但这就 造成水泥的浪费。所以，在混凝土规范里，根据混凝土所处的环境条件，规定了最大水灰比 和最小水泥用量。为减少混凝土的用水量又能满足坍落要求，可在混凝土内掺加减水剂（详 见“25用减水剂为什么能节约水泥”)，如上所述水泥水化作用的水仅占拌合水用量的四分 之一，用量很少，减水剂主要是弥补自由水减少的部分，所以摻用减水剂是在保证水化作用 的前提下，满足混凝土工作度的要求，而不降低混凝土的强度等级。 9.混凝土的水泥用量越大质量越好吗？ 正确的水泥用量必须保证两点： (1) 为保证混凝土的密实性，满足其力学性能，水灰比不应超出规定的最大水灰比： (2) 为保证混疑土的耐久性，不应低于规定的最小水泥用量。在一定的水灰比之下， 多使用一些水泥，是可以提高混凝土的强度，但强度超出设计要求，无凝是一 种浪费。而过多的增加水泥用量，适得其反，却会带来危害。 水泥加水拌和后，在空气中硬化，其体积随着水分的蒸发而收缩。水泥标号越高，颗 粒越细，用量越大，体积收缩越严重。这是由于水泥凝胶随水分的减少，凝聚力的增 加而引起的。当水泥颗粒越细时，水解和水化充分，凝胶增多。当水泥用量大时，生 成凝胶的数量多，所以凝聚力也大，收缩量也随着增加。 水泥体积过大的收缩，将会造成混凝土的开裂，引起钢筋锈蚀，混凝土渗透性和构件绕度增 大等弊病。 因此，在“规范”中规定混凝土最大水泥用量不宜大于550kgm3
10.为什么混凝土有时产生泌水现象？ 有人把混凝土离析现象与泌水现象混为一谈，其实，混凝土的离析与泌水是两种的不 同概念，离析是指混凝土内各矿物颗粒彼此分离现象：而泌水是指混凝土内拌和水析出于表 面，所以又称为“析水”。 发生泌水现象的原因是多方面的。主要与水泥品种、加水量、砂率、震动等情况有关。 如矿渣水泥因水泥混合材料中水卒处理不良时，其颗粒很难磨细，粒度大与小包裹面积小， 产生游离水而造成泌水。若混凝土的加水量过大，或当砂率过小时，骨料中细颗粒占的比例 小，若经过分震动，它们受自重而下沉（详见第44问），将水排挤出混凝土而浮于表面，形 成泌水层。 混凝土泌水，硬化后表面酥软，即常说的脱皮起水现象。这是由于表层水泥浆内含水 量过大，蒸后微孔过多所致。对于需要在混凝土表面抹砂浆的结构，因基层表面强度低，易 产生空鼓，施工时应引起足够的重视。 11.为什么拌制混凝土时砂石必须过秤？ 目前，除一些重点工程后台上料采用自动秤量外，大部分工程仍采用手推车装运砂石， 长期没有解决砂石过秤的问题。有的操作人员对过秤的道理不够清楚，只图省力，而不过秤 是不对的。 配合比是按生料的重量计算。为保证用料的准确性，用料必须过秤，这是显而易见的 道理。但为什么配合比用重量比不用体积比？有为什么用料不允许采用所谓“标准车”的办 法？(“标准车”指按车称料后，将料刮平，在车箱侧面画线标记，以后就以此线为准装料 的办法)其主要原因是由于某些客观因素，使体积和重量之间产生差异。如砂子的体积受含 水率的影响较大时，同样重量的砂子因含水率不同而体积不同。当含水率较小时，体积随含 水率的增加而增加。如含水率为5%~6%时，其体积约增加30%，这是由于砂粒表面包裹着 水膜，具有表面张力，致使砂粒与砂粒之间不能紧紧靠在一起，从而增加里砂的空隙率，致 使体积膨胀。若继续增大含水率，体积反而回缩，处于这种临界状态的砂的含水率，称为“饱 和面干”（见图4）由此可见：若按体积比用料，会出现很大差错。 石子的体积受其颗粒外形、粒经、互相填充挤实等情况的影响甚大，尤其在受有振动 (+如装车、运输等的振动)时最为显著（见图5）同眼重量的石子，当石子具有适宜的外 形和粒经，石子间的空隙被填充密实时，空隙率小，体积也最小。从以上的分析可以看出： 按体积计算配合比或按体积配制混凝土，都是不科学不可靠的，必须以重量为准，并做到车 0 fc) 车 过 秤 图4砂的体积随含水率变化 (a)振动前石子体积大 (b)振动后石子体积小 图5骨料体积与振动的关系 12为什么在浇筑混凝土结构的同时要做试块？