土木工程材料思考题答案.docx

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土木工程材料思考题答案

《土木工程材料》思考题答案

绪论

1、土木工程材料的研究在现代建筑业中有何意义？

（1）建材在基建总费用中占很大比例（总投资的60%）

（2）建筑形式、结构设计、施工方法等受建材品种、质量的制约（3）建材量大面广，涉及资源、能源、环境等各方面，具有综合的、巨大的社会经济效益。

2、土木工程材料可分为哪几类？

按组成：

金属材料、无机非金属材料、有机材料、复合材料；按作用：

结构材料、功能材料；按使用部位：

墙体材料、屋面材料、地面材料等。

3、选用土木工程材料的基本原则是什么？

（1）就地取材，选用技术成熟、经济实用的建材

（2）遵照有关政策法规，合理使用利废、节能的新材料，淘汰粘土砖等落后传统建材（3）综合考虑材料性能、施工进度、热工及抗震等建筑性能要求、工程投资等因素。

总之，要做到：

价廉物美、满足使用要求、综合效益好。

4、对于传统土木工程材料与新品种材料的使用应抱什么态度？

传统建材有长久的历史、广泛的应用，但面临社会的发展、技术进步更新，也暴露出不足和落后，应结合地区特点、工程性质、市场规律进行合理利用和改进。

新型建材既存在技术成熟、经济可行方面的问题，也面临人们观念更新、设计与施工、销售配套等问题，因此，既不要盲目照搬，也不要消极保守，应积极而慎重地推广使用。

第一章土木工程材料的基本性质

1、材料的密度、表观密度、体积密度、堆积密度有何区别？

材料含水后对它们有何影响？

（1）定义、测试方法；

（2）大小：

ρ>ρ’>ρ0>ρ0’

（3）适用对象：

块材，散粒状；（4）影响因素：

孔隙率、含水率。

2、试分析材料的孔隙率和孔隙特征对材料的强度、吸水性、抗渗性、抗冻性、导热性及吸声性的影响？

孔隙率越大，表观密度越小、强度越低。

开孔能提高材料的吸水性、透水性、吸声性，降低抗冻性。

细小的闭孔能提高材料的隔热保温性能和耐久性。

细小的开孔能提高材料的吸声性。

3、一块砖，外形尺寸240*115*53mm，从室外取来时重量为2700g，浸水饱和后重量为2850g，绝干时重量为2600g，求此砖的含水率、吸水率、干表观密度。

W含=（2700-2600）/2600*100%

W吸=（2850-2600）/2600*100%

ρ0=2600/（24*11.5*5.3）

4、某石灰石的密度为2.70g/cm3，孔隙率为1.2%，将该石灰石破碎成石子，石子的堆积密度为1580kg/m3，求此石子的表观密度和空隙率。

ρ0=（1-0.012）*2.70

P’=（1-1580/ρ0）*100%

5、某岩石在气干、绝干、水饱和状态下测得的抗压强度分别为172、178、168MPa，求该岩石的软化系数？

并指出该岩石可否用于水下工程？

K软=168/178

K软≥0.85

6、建筑物的屋面、外墙、基础所使用的材料各应具备哪些性质？

屋面：

抗弯、抗冲、轻质、抗渗、抗冻、保温隔热、耐候性。

外墙：

抗压、抗冲、轻质、抗渗、抗冻、保温隔热、耐候性、隔声。

基础：

抗压、耐水、耐腐蚀、抗渗。

7、材料的组成是如何影响其性能的？

对于材料研究而言，原子是材料的基本组成单位。

原子间键合力的强弱，决定了材料的强度、熔点、导电性等性能。

原子量的大小，决定了材料的密度。

原子的外层电子，决定了材料的化学活性。

8、材料的结构是如何影响其性能的？

材料的宏观结构（孔结构、构造）与其强度、渗透性、保温性能等密切相关，在材料加工、材料宏观物理力学性能计算等方面有所应用；材料的细观结构（相组织、微裂缝等）与其使用性能（老化、断裂等）密切相关；材料的微观结构（晶体、非晶体）与其物理力学性能（强度、硬度、弹塑性、导热性等）密切相关。

9、材料科学的基本原理？

举例说明。

材料的组成、结构决定其性能。

例：

混凝土材料，通过调整原材料品种及配合比，可以获得具有不同强度、表观密度等性质的混凝土；通过抽孔、引气等措施改变其宏观结构，可改变其表观密度、渗透性等性质；通过控制微裂缝、水化程度，可改变其强度。

10、材料的性能与使用性能有何关系？

材料在使用过程中，受到外加荷载、环境介质的作用，随着时间的增长，材料的组成、结构将发生变化，从而造成性能变化。

所以，材料的性能与材料的使用性能有联系、又有区别。

可以这样理解，材料的性能表示“标准状态”下、某一时刻的测试结果；材料的使用性能表示“实际使用条件”下、随着时间变化而造成的材料组成、结构的变化。

11、材料的耐久性包括哪些内容？

耐久性表示材料在长期使用过程中，能保持其原有性能而不变质、破坏的性质。

材料在使用过程中所受的破坏作用包括：

物理作用（外力、干湿交替、冷热变化、冻融循环）、化学作用（大气和环境水中的酸、碱、盐等有害物质的侵蚀，日光、紫外线的作用等）、生物作用（虫蛀、菌类腐朽）。

耐久性是一种综合性质，包括：

抗冻性、耐热性、耐光性、大气稳定性、抗化学腐蚀性等。

12、固体废弃物的资源化利用应注意哪些问题？

固体废弃物的利用不应造成新的污染，不应对产品性能有所损害，注意原材料质量波动，应保证原料供应。

第二章气硬性无机胶凝材料

1、某住宅室内抹灰采用石灰砂浆，交付使用后出现墙面普遍鼓包开裂，试分析其原因。

要避免这种情况发生，应采取什么措施？

原因：

石灰消解不完全或含有较多过火石灰，使用后继续消解产生膨胀。

措施：

采用优质石灰、充分消解。

2、解释名称：

生石膏、熟石膏、死烧石膏、过烧石膏、硬石膏、软石膏、α石膏、β石膏、磷石膏、氟石膏、脱硫石膏。

生石膏：

天然二水石膏；熟石膏：

建筑石膏、半水硫酸钙；死烧石膏：

不溶性硬石膏、无水硫酸钙；过烧石膏：

高温煅烧石膏；硬石膏：

天然无水石膏；软石膏：

天然二水石膏；α石膏：

高强石膏；β石膏：

建筑石膏；磷石膏：

生产磷酸时产生的废渣，属化工石膏之一；氟石膏：

生产氢氟酸时产生的废渣，属化工石膏之一。

3、为什么说石膏是一种绿色建材？

石膏生产能耗低；石膏水化产物与原料的成分相同，形成良性循环；石膏轻质、快凝。

4、如何改善石膏的耐水性？

使石膏水化产物提高耐水性，如加入矿渣、水泥等形成水化硅酸钙；石膏制品表面作防水处理，如纸面石膏板。

5、什么是硅酸盐制品？

举例说明。

硅质原料与钙质原料在湿热条件下反应，形成以水化硅酸钙为主的水化产物。

如：

灰沙砖，加气混凝土等。

6、什么是气硬性胶凝材料？

举例说明。

只能在空气中凝结硬化并保持和发展其强度的胶凝材料。

如：

石膏、石灰等。

第三章水泥

1、硅酸盐水泥体积安定性不良的原因？

如何检查判断水泥的体积安定性？

水泥安定性不合格怎么办？

原因：

水泥中含有过多的游离氧化钙或游离氧化镁，石膏掺量过多。

水泥硬化后，继续水化，形成膨胀性产物。

检测：

游离氧化钙用沸煮法，游离氧化镁和过量石膏往往不进行检验，而由生产厂控制其含量。

安定性不合格的水泥不得使用。

某些安定性轻度不合格的水泥存放2~4周后，可能合格，但须重新标定水泥标号。

2、既然硫酸盐对水泥石具有腐蚀作用，为何在生产水泥时加入的适量石膏对水泥石无腐蚀作用？

硫酸盐对水泥石有腐蚀作用，是因为在变形能力很小的水泥石内产生膨胀性产物钙矾石。

生产水泥时掺入的适量石膏也会与水化铝酸钙反应产生钙矾石，但这主要发生在水泥浆体凝结前，尚有可塑性，且硬化初期水泥石中毛细孔含量较高，可容纳钙矾石的少量膨胀，故对水泥石结构无破坏。

若掺入石膏过多，在水泥硬化后继续产生大量钙矾石，将有破坏作用。

3、硅酸盐水泥与熟石灰混合使用是否会引起体积安定性不良？

为什么？

不会。

氢氧化钙的硬化产生体积收缩。

氧化钙的水化产生膨胀会造成安定性不良。

4、何谓活性混合材和非活性混合材？

活性混合材产生水硬性的条件是什么？

活性混合材：

常温下可与氢氧化钙发生水化反应，生产凝结硬化并生产强度的混合材。

其活性来源主要是活性氧化硅、氧化铝。

条件：

需激发剂（碱性激发剂、硫酸盐激发剂）、湿热条件。

5、为什么掺混合材水泥的早期强度较低，而后期强度发展较多？

熟料含量较少，而活性氧化硅、氧化铝与氢氧化钙的反应较缓慢，因此早期强度较低，而经过二次反应，硬化后主要组成是水化硅酸钙和钙矾石，比硅酸盐水泥石结构更致密，因此后期强度可能超过硅酸盐水泥。

6、下列混凝土工程中应优先选用何种水泥？

不宜使用何种水泥？

（1）处于干燥环境中的混凝土工程

（2）采用湿热养护的混凝土构件（3）大体积混凝土工程（4）水下混凝土工程（5）高强度混凝土工程（6）高温炉的混凝土基础（7）严寒地区受反复冻融的混凝土工程（8）有抗渗要求的混凝土工程（9）混凝土路面工程（10）冬季施工混凝土工程。

（1）处于干燥环境中的混凝土工程

普通硅酸盐水泥。

干缩较小。

不宜用火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥，因干缩大、易碳化起粉。

（2）采用湿热养护的混凝土构件

掺混合材的硅酸盐水泥。

湿热养护有利于活性激发。

不宜用高铝水泥、快硬硅酸盐水泥、硅酸盐水泥，因后期强度损失明显。

（3）大体积混凝土工程

掺混合材的硅酸盐水泥。

水化热低。

不宜用快硬硅酸盐水泥、硅酸盐水泥、普通水泥、高铝水泥。

（4）水下混凝土工程

掺混合材的硅酸盐水泥。

抗软水侵蚀能力好。

不宜用快硬硅酸盐水泥、硅酸盐水泥。

（5）高强度混凝土工程

硅酸盐水泥、普通水泥、复合水泥。

标号高。

不宜用粉煤灰水泥。

（6）高温炉的混凝土基础

矿渣硅酸盐水泥、高铝水泥。

耐热性好。

（7）严寒地区受反复冻融的混凝土工程

硅酸盐水泥、普通水泥。

抗冻性好。

不宜用掺混合材的硅酸盐水泥。

（8）有抗渗要求的混凝土工程

火山灰硅酸盐水泥、普通水泥。

抗渗性好。

不宜用矿渣硅酸盐水泥。

（9）混凝土路面工程

硅酸盐水泥、普通水泥。

耐磨性好。

不宜用火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰水泥。

（10）冬季施工混凝土工程

快硬硅酸盐水泥、硅酸盐水泥、普通水泥。

早期强度高，水化热大。

不宜用掺混合材的硅酸盐水泥。

第四章混凝土

1、影响混凝土受压弹性模量的因素和影响抗压强度的因素是否相同？

影响的效果是否一致？

骨料的弹性模量越高、骨料用量越多，则混凝土弹性模量越高。

混凝土强度越高，弹性模量越高。

普通混凝土受力破坏时，裂纹首先从骨料与水泥石间的界面引发，并向水泥石中扩展，裂纹贯通导致混凝土破坏。

因此，界面粘结强度、水泥石强度决定了混凝土的强度。

2、工程中对普通混凝土的质量要求有哪些？

和易性、强度、变形、耐久性。

3、砂、石的级配如何表示？

级配良好的砂、石有何特征？

砂、石级配良好对混凝土性能有何影响？

砂的级配用累积筛余表示，并根据0.63mm筛的累计筛余划分为三个级配区（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）。

石子的级配也用累计筛余表示，并根据累计筛余划分为三种级配（连续、单粒径、间断）。

级配良好，表示大小骨料的搭配程度良好，即骨料的空隙率小。

骨料级配良好，在用水量不变的情况下可改善混凝土的和易性，有利于施工；若流动性不变，水泥用量保持不变，则可降低用水量，使混凝土强度、耐久性提高、变形降低；若流动性、强度不变，则可降低水泥用量、降低水化热。

4、什么是石子的最大粒径？

为什么要限制最大粒径？

工程上如何确定最大粒径？

公称粒级的上限称为石子的最大粒径。

石子最大粒径太大时，受搅拌设备、混凝土构件的截面尺寸及钢筋间距等影响，混凝土不易搅拌均匀或不能保证密实成型。

石子的最大粒径应不大于构件最小截面尺寸的1/4，且应不大于钢筋净距的3/4。

对实心板材应不大于板材厚度的1/2且不大于50mm。

5、提高混凝土耐久性的基本原则是什么？

应严格控制哪些因素？

选择适宜的水泥品种，降低水泥石的孔隙率。

应严格控制水灰比，保证一定的水泥用量、养护时的湿度及养护时间。

6、混凝土的水灰比是根据混凝土的什么性质来确定的？

配制强度或耐久性。

7、在混凝土中掺入减水剂可取得哪些经济技术效果？

若用水量不变，则坍落度可增加50~150mm；若流动性及水泥用量不变，则可减水10%~25%，提高强度10%~30%；若流动性及强度不变，则可减水10%~25%，节约水泥10%~20%；改善混凝土拌合物的粘聚性、保水性；提高混凝土耐久性。

第五章建筑砂浆

1、砂浆有哪些用途？

砌筑、抹面、装饰、防水、绝热、吸音、耐酸等。

2、用于不吸水基层和吸水基层的砌筑砂浆，影响其强度的主要因素各是什么？

不吸水基层：

水泥标号、水灰比。

吸水基层：

水泥标号、水泥用量。

3、抹面砂浆与砌筑砂浆相比，有何特点？

基本要求是具有良好的和易性、较高的粘结强度。

抹面砂浆不承受外力，分多层涂抹，与基层接触面较大，应防止干缩、开裂。

抹面砂浆主要起装饰、防护作用。

4、配制砂浆时，为什么除水泥外常常还要加入一些其他胶凝材料？

一般水泥标号大于砂浆强度所需，故常常加入一些廉价的其他胶凝材料以提高砂浆的流动性、保水性。

5、为什么提倡使用商品砂浆？

商品砂浆采用工业化生产，质量稳定，性能好，施工现场污染少，使用方便。

第六章工程石材、墙体材料和屋面材料

1、石材的分类？

根据地质形成条件，岩石分为：

岩浆岩、沉积岩、变质岩。

按作用，常用石材分为：

饰面石材、构筑用石材。

2、墙体材料的分类？

按产品外形，墙体材料可分为三类：

砖、砌块、板材。

按承载能力，墙体材料分为承重墙材料、非承重墙材料。

第七章土木工程用钢材和铝合金

1、含碳量对碳素钢的性能有何影响？

随含碳量增加，碳素钢的硬度提高、塑性降低、韧性降低、冷脆性及时效敏感性增大，强度先增后降（1%）。

2、拉伸试验可测定钢材哪些力学性能？

它对选用钢材有何用途？

屈服点、抗拉强度、伸长率。

在拉伸应力-应变曲线上，可以得知弹性模量、韧性、曲强比（安全可靠性、强度利用率）。

以屈服点为强度取值依据。

3、某钢材试样，直径10mm，长度100mm，当荷载达26.69kN时开始塑性变形，当荷载最高达47.10kN时被拉断，拉断后试样长度116mm，断口直径6.7mm，求该钢材的屈服强度、极限强度、伸长率、断面收缩率？

屈服强度=26.69*1000/（3.14*5*5）（MPa）

极限强度=47.10*1000/（3.14*5*5）（MPa）

伸长率δ10=（116-100）/100*100%

断面收缩率ψ=（10*10-6.7*6.7）/（10*10）*100%

4、钢材冷加工的目的？

经过冷加工强化，钢材的屈服强度提高，冲击韧性降低。

在工程上，可节约钢材，但受冲击荷载的部位不得使用冷拉、冷拔钢筋。

5、钢材热处理的目的？

退火的目的是降低硬度以便进行切削加工。

淬火的目的是提高硬度和耐磨性、获得良好的综合性能（强度高、韧性好）。

回火的目的是消除内应力、降低脆性、改善机械性能。

表面热处理的目的是使钢件的表面层具有高硬度和耐磨性，芯部具有足够的塑性和韧性。

6、绘制钢筋冷拉强化的应力-应变图，并说明冷加工的作用。

经过冷加工强化，钢材的屈服强度提高，冲击韧性降低。

第八章木材

1、木材在使用前为何要进行干燥？

干燥至何种程度？

木材具有湿胀干缩的性质。

干燥至平衡含水率。

2、某一松木试件（纤维饱和点30%，α=0.05），其含水率11%，此时其顺纹抗压强度64.8MP，问：

（1）在标准含水率状态下其抗压强度是多少？

（2）含水率分别为20%、30%、40%时的强度各为多少？

σ15=σw*（1+α*（W-15））=64.8*（1+0.05*（11-15））

第九章高分子建筑材料

1、热塑性树脂与热固性树脂主要不同点有哪些？

热塑性树脂为线型或支链型分子，耐热性差、耐腐蚀性差、可溶可熔、强度较低、变形较大，主要用于非结构材料。

热固性树脂固化后形成体型分子，强度较大、粘结力强、耐热性好、变形小，主要用于结构材料，也可用于非结构材料。

2、粘合剂能与被粘结物牢固粘结的条件？

粘合剂与被粘物很好的浸润；极性粘合剂适用于粘结极性材料；粘合剂良好固化；胶层厚度适当。

第十章沥青与沥青混合料

1.沥青的三大指标是什么？

分别对应什么技术性质？

针入度表征粘性，延度表征塑性，软化点表征温度稳定性。

2.沥青的结构是怎样的？

各组分对沥青的技术性质有何影响？

沥青溶液是一种胶体溶液。

沥青质是分散相，油分是分散介质；沥青质与油分不亲和，而胶质与沥青质、油分皆亲和；胶质包裹沥青质形成胶团，分散在油分中，形成稳定的胶体。

根据油分含量的多少，分为溶胶型、凝胶型沥青。

油分是使沥青具有流动性的主要因素，其含量越多沥青的软化点越低；树脂使沥青具有良好的塑性和粘结性；地沥青质是决定沥青温度敏感性、粘性的重要组分，其含量越高，则软化点越高、粘性越大、但也越硬越脆。

石蜡是沥青中的有害成分，它使沥青的粘结性、塑性降低、温度敏感性增大。

3.沥青的分类？

按来源，沥青分为：

地沥青、焦油沥青。

地沥青又分为石油沥青、天然沥青。

按用途，沥青分为：

道路沥青、建筑沥青、机场沥青、其他（水工沥青、电缆沥青、防腐沥青、油漆沥青等）。

4.沥青的用途？

沥青主要用于道路路面铺筑、建筑防水、电缆及金属管线的防腐等。

5.沥青改性的目的？

沥青的稀释、乳化是为了提高流动性，便于施工操作；沥青的调和是为了调整软化点；沥青的混合是为了改善粘性；沥青的橡胶改性是为了改善温度稳定性；沥青的矿物填充剂改性是为了改善温度稳定性、抗剪能力。

第十一章建筑功能材料

1.建筑功能材料的分类。

按作用，分为：

防水材料、绝热材料、吸声隔声材料、装饰材料、防火材料等。

2.建筑防水材料的分类。

按产品特性及作用，分为：

防水卷材、防水涂料、密封材料、防水混凝土、堵漏材料。

3.建筑围护结构的保温与隔热有何区别？

分别用什么指标评价？

保温性能反映的是冬季由室内向室外的传热过程，通常按稳定传热考虑，用围护结构的传热系数（或热阻）来评价，在构造措施上采用多孔轻质保温材料。

隔热性能反映的是夏季由室外向室内的传热过程，通常按24h为周期的波动传热考虑，用围护结构内表面最高温度来评价，在构造措施上采用热稳定性好的材料放在室内一侧。

4.多孔性吸声材料的吸声原理？

声波进入多孔性吸声材料的微孔，由于空气振动、摩擦、粘滞阻力等，使声能转化为热能而被吸收。

5.装饰材料的基本要求？

装饰效果的主要影响因素？

基本要求：

装饰效果、耐久性、经济性。

装饰效果的影响因素：

质感、线条、色彩。

6.防火材料的性能要求？

建筑材料的燃烧性能如何分级？

防火材料的性能要求：

（1）高温下的物理力学性能；

（2）材料的导热性能；（3）材料的燃烧性能；（4）材料的发烟性能；（5）材料的潜在毒性性能。

建筑材料的燃烧性能分级：

分为四级：

A（不燃性）、B1（难燃性）、B2（可燃性）、B3（易燃性）。

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