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土木工程材料辅导材料

2009学年第二学期09级资源勘查工程专业

《土木工程材料》

学习辅导

中国地质大学（武汉）安徽函授站编印

二〇〇九年八月

第一章、土木工程材料的基本性质

一、学习要点

（一）、内容：

土木工程材料的定义、分类、作用及发展趋势，本课程的学习方法和要求。

土木工程材料的基本性质：

物理性质，力学性质，与水有关性质，热工性质，耐久性以及材料组成、结构及其对材料性质的影响。

土木工程材料的技术标准。

（二）、基本要求：

1．了解土木工程材料在工程应用中的重要性。

2．掌握土木工程材料各种性质的基本概念、各种性能指标的数量关系。

3．理解各种因素对材料性质变化的影响及作用。

（三）、重点：

材料各种性质的概念，计算及分析。

（四）、难点：

材料的微观结构及其对性质的影响。

二、复习题

（一）、名词解释

1、材料的空隙率

2、堆积密度

（二）、填空题

1、材料的吸湿性是指材料在＿＿的性质。

2、材料的抗冻性以材料在吸水饱和状态下所能抵抗的＿＿来表示。

3、水可以在材料表面展开，即材料表面可以被水浸润，这种性质称为＿＿。

（三）、选择题

1、孔隙率增大，材料的＿＿降低。

A密度　　　　　B表观密度　　　　C憎水性　　　　D抗冻性

2、材料在水中吸收水分的性质称为＿＿。

A吸水性　　　　　B吸湿性　　　　　C耐水性　　　　D渗透性

（四）、判断题

1、某些材料虽然在受力初期表现为弹性，达到一定程度后表现出塑性特征，这类材料称为塑性材料。

2、材料吸水饱和状态时水占的体积可视为开口孔隙体积。

3、在空气中吸收水分的性质称为材料的吸水性。

（五）、问答题

1、生产材料时，在组成一定的情况下，可采取什么措施来提高材料的强度和耐久性？

2、决定材料耐腐蚀性的内在因素是什么？

（六）、计算题

　　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、MPa、178、MPa、168、MPa。

该岩石可否用于水下工程。

三、参考答案

（一）、名词解释

1、材料空隙率是指散粒状材料在堆积体积状态下颗粒固体物质间空隙体积（开口孔隙与间隙之和）占堆积体积的百分率。

2、是指粉状或粒状材料在堆积状态下单位体积的质量。

（二）、填空题

1、空气中吸收水分　　2、冻融循环次数　　3、亲水性　　　

（三）、选择题

1、B　　2、A　　

（四）、判断题

1、错　　2、对　　3、错　　

（五）、问答题

1、答：

主要有以下两个措施:

（1）降低材料内部的孔隙率，特别是开口孔隙率。

降低材料内部裂纹的数量和长度；使材料的内部结构均质化。

（2）对多相复合材料应增加相界面间的粘结力。

如对混凝土材料，应增加砂、石与水泥石间的粘结力。

2、答:

决定材料耐腐蚀的内在因素主要有:

（1）材料的化学组成和矿物组成。

如果材料的组成成分容易与酸、碱、盐、氧或某些化学物质起反应，或材料的组成易溶于水或某些溶剂，则材料的耐腐蚀性较差。

（2）非晶体材料较同组成的晶体材料的耐腐蚀性差。

因前者较后者有较高的化学能，即化学稳定性差。

（3）材料内部的孔隙率，特别是开口孔隙率。

孔隙率越大，腐蚀物质越易进入材料内部，使材料内外部同时受腐蚀，因而腐蚀加剧。

（4）材料本身的强度。

材料的强度越差，则抵抗腐蚀的能力越差。

（六）、计算题

解：

该岩石的软化系数为

其软化系数大于0.85，所以该岩石可用于水下工程。

第二章、无机气硬性胶凝材料

一、学习要点

（一）内容：

有机和无机胶凝材料，气硬性和水硬性胶凝材料的概念及划分意义，石膏的主要品种，建筑石膏的凝结和硬化，技术要求、性质和应用。

石灰的煅烧、熟化和硬化，建筑石灰的技术要求、性质和应用，水玻璃的组成、硬化特点、性质和应用。

（二）基本要求：

1．理解气硬性和水硬性胶凝材料的各自概念。

2．了解石膏的原料及生产、硬化过程。

3．掌握建筑石膏的技术性质及应用。

4．了解石灰的原料及生产、硬化过程。

5．掌握建筑石灰的技术性质及应用。

6．了解水玻璃的硬化过程及应用。

（三）重点：

气硬性胶凝材料水化、硬化特性，不同原料，组成对性能影响的本质条件，工程应用中出现问题的解决方法。

（四）难点：

气硬性胶凝材料耐水性的改善化学机理及物理方法。

二、复习题

（一）、填空题

1、石灰的特性有：

可塑性＿＿、硬化＿＿、硬化时体积＿＿和耐水性＿＿等。

2、建筑石膏具有以下特性：

凝结硬化＿＿、孔隙率＿＿、表观密度＿＿，强度＿＿凝结硬化时体积＿＿、防火性能＿＿等。

3、国家标准规定：

硅酸盐水泥的初凝时间不得早于＿＿，终凝时间不得迟于＿＿。

（二）、选择题

1、水泥熟料中水化速度最快，28、d水化热最大的是＿＿。

AC3S　　BC2S　　CC3A　　DC4AF

2、以下水泥熟料矿物中早期强度及后期强度都比较高的是＿＿。

AC3S　　BC2S　　CC3A　　DC4AF

（三）、判断题

1、石膏浆体的水化、凝结和硬化实际上是碳化作用。

2、为加速水玻璃的硬化，常加入氟硅酸钠作为促硬剂，加入越多效果越好。

3、在水泥中，石膏加入的量越多越好。

（四）、名词解释

1、胶凝材料

2、气硬性胶凝材料

（五）、问答题

1、某住宅工程工期较短，现有强度等级同为42.5硅酸盐水泥和矿渣水泥可选用。

从有利于完成工期的角度来看，选用哪种水泥更为有利。

2、某工地需使用微膨胀水泥,但刚好缺此产品,请问可以采用哪些方法予以解决？

3、高铝水泥制品为何不易蒸养?

三、参考答案

（一）、填空题

1、好　缓慢　收缩大　差

2、快　高　小　低　略膨胀　好

3、45、min　6.5、h

（二）、选择题

1、C　　2、A　

（三）、判断题

1、错　　2、错　　3、错　

（四）、名词解释

1、凡能在物理、化学作用下，从浆体变为坚固的石状体，并能胶结其他物料而具有一定机械强度的物质错。

2、只能在空气中硬化，并保持和继续发展强度的胶凝材料

（五）、问答题

1、答：

相同强度等级的硅酸盐水泥与矿渣水泥其28、d强度指标是相同的，但3、d的强度指标是不同的。

矿渣水泥的3天抗压强度、抗折强度低于同强度等级的硅酸盐水泥，硅酸盐水泥早期强度高，若其它性能均可满足需要，从缩短工程工期来看选用硅酸盐水泥更为有利。

2、答：

若有石膏，可多掺石膏粉于普通硅酸盐水泥中，水化可形成较多的钙矾石而产生微膨胀，加入量应作试验，且必须搅拌均匀。

3、答：

高铝水泥的水化在环境温度＜20℃时主要生成CAH10；在温度20～30℃会转变微C2AH8及A（OH）3凝胶；温度＞30℃使再转变为C3AH6及A（OH）3凝胶CAH10、C2AH8等为介稳态水化产物，C3AH6是稳定态的，但强度低，当蒸养时就直接生成C3AH6这类强度低的水化产物，故高铝水泥制品不宜蒸养。

第三章、水泥

一、学习要点

（一）、内容：

水泥在现代土木工程中的地位、发展概况及分类，硅酸盐水泥的生产简介，熟料矿物组成和凝结硬化，水泥的技术要求，水泥石腐蚀与防止，水泥的性质及应用。

混合材料的种类和作用，掺混合材料的硅酸盐水泥及技术要求、性质和应用。

铝酸盐水泥的组成、性质和应用，其它水泥简介。

（二）、基本要求：

1．了解硅酸盐水泥的生产过程。

2．理解硅酸盐水泥熟料的矿物组成与性能间关系。

3．掌握硅酸盐水泥的技术性质及应用。

4．根据实际工程能正确选择水泥品种。

（三）、重点：

硅酸盐水泥的技术性质及特性、应用，掺混合材硅酸盐水泥的特性。

（四）、难点：

水泥凝结硬化机理，混合材料的二次反应。

二、复习题

（一）、判断题

1、随水化程度的提高，水泥石中凝胶孔减少，毛细孔增加。

（）

2、因为水泥是水硬性胶凝材料，故运输和储存时不怕受潮和雨淋。

（）

3、含重碳酸盐多的湖水中，不能使用硅酸盐水泥。

（）

4、用高强度等级水泥配制低强度等级混凝土时，混凝土的强度能得到保证，但混凝土的和易性不好。

（）

5、用水淬粒化高炉矿渣加入适量石膏共同磨细，即可制得矿渣硅酸盐水泥。

（）

6、水泥安定性不合格可以降级使用。

（）

7、抗硫酸盐水泥的矿物组成中，C3A含量一定比硅酸盐水泥的高。

（）

8、硅酸盐水泥细度越细越好。

（）

9、水泥石中的某些成分能与含碱量高的骨料发生反应，称为碱骨料反应。

（）

10、由于石膏凝结硬化快，在水泥生产过程中加入石膏是为了起促凝作用。

（）

（二）、名词解释

1、活性混合材料

2、水泥的初凝及终凝

3、水泥的体积安定性

4、硅酸盐水泥

（三）、填空题

1、硅酸盐水泥的水化产物中有两种凝胶，即和，以及三种晶体，即、、和。

2、测定水泥的标准稠度需水量是为及试验做准备的。

3、活性混合材料的主要活性成分是和，常用的激发剂有和。

4、硅酸盐水泥是根据、天的、强度来划分强度等级的。

5、水泥石易受腐蚀的根源是其中含有易受腐蚀的和两种水化产物。

6、生产硅酸盐水泥时掺入适量石膏的目的是起作用，但当掺量过多时，易导致水泥的不合格。

7、引起水泥体积安定性不良的主要原因是水泥中、过多以及掺量过多引起的。

8、硅酸盐水泥中及矿物含量高时，水泥水化及凝结硬化快，强度高；而矿物含量高时，水化放热低，后期强度高。

（四）、选择题

1、五大品种水泥中，（）抗冻性最好。

A．硅酸盐水泥B．普通硅酸盐水泥C．矿渣硅酸盐水泥

D．粉煤灰硅酸盐水泥E．火山灰硅酸盐水泥

2、在下列（）情况下，水泥应作废品处理。

A．强度低于强度等级值B．终凝时间过长

C．初凝时间过短D．水化热太小E.体积安定性不合格

3、石膏对硅酸盐水泥石的腐蚀是一种（）腐蚀。

A．溶解型B．溶出型C．膨胀型D．松散无胶结型

4、沸煮法安定性试验是检测水泥中（）含量是否过多。

A．f-CaOB．f-MgOC．SO3、D．f-CaO、f-MgO

5、掺混合材料的水泥最适于（）。

A．自然养护B．水中养护C．蒸汽养护D．标准养护

6、提高水泥熟料中（）含量，可制得高强度等级水泥。

A．C3SB．C2SC．C3AD．C4AF

7、矿渣水泥比硅酸盐水泥耐硫酸盐腐蚀能力强的原因是矿渣水泥（）。

A．水化产物中氢氧化钙较少B．铝酸三钙含量降低

C．水化速度及水化热降低D．A及B

8、水泥熟料矿物组成中耐化学腐蚀能力最差的是（）。

A．C3SB．C2SC．C3AD．C4AF

9、硅酸盐水泥硬化形成水泥石，长期处于硫酸盐浓度较高的环境水中，将导致膨胀开裂，这是由于反应生成了（）所致。

A．CaSO4、B．CaSO4·2H2O

C．3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2OD．CaO·Al2O3·3CaSO4·11H2O

10、若要求水泥的水化热较低，可适当提高（）的含量。

A．C3AB．C3SC．C2SD．C4AF

（五）、问答题

1、硅酸盐水泥的主要矿物成分是什么？

这些矿物的特性如何？

2、硅酸盐水泥的腐蚀有哪几种主要类型？

产生水泥石腐蚀的根本原因是什么？

有哪些措施防止腐蚀？

3、分析引起水泥体积安定性不良的原因及检验的方法？

4、描述水泥石的结构，并分析影响水泥石强度的因素？

5、下列混凝土工程中应分别优选哪种水泥？

并说明理由。

1）处于干燥环境中的混凝土工程；

2）厚大体积的混凝土工程；

3）耐热混凝土；

4）有抗渗要求的混凝土工程；

5）严寒地区受冻融的混凝土工程；

6）军事抢修工程；

7）接触硫酸盐介质的混凝土工程；

8）预应力混凝梁；

9）海港码头。

三、参考答案

第四章、混凝土

一、学习要点

（一）、内容：

混凝土的组成混凝土和易性的概念和评定方法，影响和易性的因素和改善和易性的措施。

混凝土抗压强度和强度等级，影响混凝土强度的因素，混凝土强度公式，提高混凝土强度的措施，其它混凝土强度，混凝土的干湿变形和温度变形，混凝土弹性模量，徐变，混凝土抗冻、抗渗、抗侵蚀性、碳化、碱骨料反应。

提高混凝土耐久性的主要措施。

（二）、基本要求：

1．了解混凝土和易性的基本概念及评定方法。

2．理解混凝土和易性对其硬化后性能影响。

3．掌握影响混凝土和易性的各种因素及变化规律。

4．掌握改善混凝土和易性的措施。

5．理解混凝土各种强度的基本概念及在结构计算中的作用。

6．掌握混凝土强度等级的内容及确定方法。

7．掌握影响混凝土强度的各种因素及变化规律。

8．会应用混凝土强度公式解决实际问题。

9．掌握提高混凝土强度的正确方法及措施。

10．了解混凝土变形的种类。

11．掌握混凝土变形的主要内容。

12．掌握减少混凝土变形的主要途径和措施。

13．了解混凝土耐久性的主要内容。

14．掌握改善混凝土耐久性的措施。

（三）、重点：

混凝土和易性概念、强度等级，影响和易性、强度因素，混凝土强度公式，混凝土的各种变形规律，混凝土抗冻性及碱骨料反应。

（四）、难点：

混凝土强度等级的划分，混凝土破坏实质，影响混凝土性能各种因素的关系，混凝土的徐变内因，混凝土碱骨料作用机理。

二、复习题

（一）、判断题

1、某两种砂属于同一级配区，其细度模数必然相同。

（）

2、在结构尺寸及施工条件允许下，在一定范围内，可以选择较大粒径的粗骨料，这样节约水泥。

（）

3、影响混凝土拌和物流动性的主要因素归根结底是总用水量的多少。

因此，可采用多加水的办法调整和易性。

（）

4、混凝土制品采用蒸汽养护的目的，在于使其早期和后期强度都得到提高。

（）

5、混凝土中使用引气剂，由于混凝土密实度降低，混凝土的抗冻性变差。

（）

6、流动性大的混凝土比流动性小的混凝土强度低。

（）

7、混凝土中的水泥用量越多对混凝土的强度及耐久性越有利。

（）

8、在常用水灰比范围内，水灰比越小，混凝土强度越高，质量越好。

（）

9、在混凝土中掺入适量减水剂，用水量不变，则可以改善混凝土拌和物的和易性，显著提高混凝土的强度。

（）

10、级配良好的卵石骨料，其空隙率小，表面积大。

（）

（二）、名词解释

1、级配

2、石子最大粒径

3、合理砂率

4、恒定用水量法则

5、混凝土和易性

6、减水剂

7、混凝土强度等级

8、混凝土干缩

9、混凝土抗渗性

10、混凝土抗冻性

（三）、填空题

1、普通混凝土是由、、、和按适当的比例配合，经一段时间硬化而成的人造石材。

2、混凝土常规测定和易性的方法为、。

3、影响混凝土强度的主要因素：

              ，             ，养护条件，骨料的种类、质量、表面状况，          。

4、混凝土在荷载长期作用下，随时间增长产生的变形，称为混凝土的      。

5、早强剂是指能提高混凝土早期强度，对后期强度           的外加剂。

6、为保证混凝土的耐久性，在混凝土配合比设计中要控制           和           。

7、在原材料相同的情况下，影响混凝土拌和物和易性的主要因素是、、和等。

8、混凝土的非荷载变形包括、和。

9、设计混凝土配合比应同时满足、、和

等四项基本要求。

10、常用混凝土外加剂有、、和。

（四）、选择题

1、混凝土和易性包含的主要内容是（）。

A.黏聚性B.保水性C.流动性D.塑性

2、测定混凝土强度用的标准试件尺寸为（）。

A.70.7、mm×70.7mm×70.7mmB.100mm×100mm×100mm

C.150mm×150mm×150mmD.120mm×120mm×120mm

3、配制混凝土用砂的要求是尽量采用（）的砂。

A.空隙率小B.总表面积小C.总比表面积大D.空隙率和总比表面积均较小

4、设计混凝土配合比时，选择水灰比的原则是（）。

A.不大于耐久性规定的最大水灰比B.满足混凝土和易性要求

C.满足混凝土强度的要求D.大于耐久规定的最大水灰比

5、混凝土拌和物的坍落度试验只适用于粗骨料最大粒径（）mm的混凝土。

A.≤80B.≤60C.≤40D.≤20

6、掺入引气剂后混凝土的（）显著提高。

A.强度B.抗冲击韧性C.弹性模量D.抗冻性。

7、对混凝土拌和物流动性起决定性作用的是（）。

A.水泥浆数量B.用水量C.水灰比D.水泥用量。

8、提高混凝土强度可采取下列哪些措施（）。

A.增大水灰比B.采用卵石C.提高养护温度D.注意保湿

9、混凝土的耐久性通常包括（）。

A.抗冻性B.抗渗性C.抗老化性D.抗侵蚀性E.抗碳化性。

10、混凝土经碳化作用后，性能不会发生变化的是（）。

A.可能产生细微裂缝B.抗压强度提高C.弹性模量增大D.PH值增大。

（五）、问答题

1、普通混凝土作为结构材料的主要优缺点是什么？

2、分析改善混凝土拌和物和易性的措施？

3、分析影响混凝土强度的主要因素及原理。

4、混凝土耐久性包含哪些内容？

简述含义及指标。

5、混凝土变形包括哪些方面的内容？

简述其含义。

6、分析减水剂的作用机理及主要功能？

（六）、计算题

1、某混凝土试样经试拌调整后，各种材料用量分别为水泥3.1kg、水1.86kg、砂6.24kg、碎石12.8kg，并测得混凝土拌合物的表观密度ρ0=2400kg/m3，试求其基准配合比；若施工现场砂子含水率为4%，石子含水率为1%，试求其施工配合比。

2、尺寸为150mm×150mm×150mm的某组混凝土试件，龄期28d，测得破坏荷载分别为640KN、660KN、690KN，试计算该组试件的混凝土立方体抗压强度。

若已知该混凝土由水泥强度等级32.5（富余系数1.10）的普通硅酸盐水泥和卵石配制而成，试估计所用的水灰比。

3.甲、乙两种砂，对它们分别进行密度和筛分实验，得甲种砂表观密度为2.65g/cm3，堆积密度为1.65g/cm3；乙种砂表观密度为2.65g/cm3；堆积密度为1.55g/cm3，同时筛分结果如下表，计算它们的空隙率、细度模量。

并分析哪种砂最适宜拌制水泥混凝土？

砂的筛分结果

筛分尺寸（mm）

5

2.5

1.25

0.63

0.315

0.16

分计筛余率

（%）

甲

8

12

20

25

20

15

乙

5

10

20

20

25

20

4、已知干砂500g的筛分结果如下：

筛孔尺寸（mm）

9.5

4.75

2.36

1.18

0.600

0.300

0.150

<0.15

筛余量（g）

0

15

60

105

120

100

85

15

1）试通过计算判断该砂级配是否合格？

2）试通过计算判断该砂属何种砂？

5、某混凝土配合比为1：

2.20：

4.2，W/C＝0.50，已知水泥、砂、石表观密度分别为3.1、g/cm³，2.60g/cm³和2.70g/cm³，试计算每立方米拌和物所需各种材料用量。

6、某混凝土的设计强度等级为C25，坍落度要求55－70mm，所用原材料为：

水泥：

强度等级42.5的普通水泥（富余系数1.08），ρC＝3.1g/cm³；

卵石：

连续级配4.75－37.5mm，ρG＝2700Kg/m³，含水率1.2％；

中砂：

Mx＝2.6，ρs＝2650Kg/m³，含水率3.5％。

试求：

1）混凝土的初步配合比；

2）混凝土的施工配合比（设求出的初步配合比符合和易性要求）；

3）每拌两包水泥的混凝土时，各材料的施工用量。

三、参考答案

第五章、建筑砂浆

一、学习要点

（一）、内容：

砌筑材料的两大类组成：

包括砌筑砂浆与块体材料，建筑砂浆的种类，各自组成及作用，砌筑砂浆的技术性质及应用，砂浆的配合比，抹面砂浆的特点，其它砂浆。

（二）、基本要求：

1．了解建筑砂浆的种类及组成。

2．掌握砌筑砂浆的技术性质、配合比及强质等级的确定。

（三）、重点：

砌筑砂浆组成，技术性质及应用。

（四）、难点：

砌筑砂浆与抹面、其它砂浆的异同点，应用中注意要点。

二、复习题

（一）、判断题

1、砂浆的分层度越大，说明砂浆的流动性越好。

（）

2、对于毛石砌体，砌筑砂浆的强度主要取决于水泥强度及水泥用量。

（）

3、当原材料一定，胶凝材料与砂子的比例一定，则砂浆的流动性主要取决于单位用水量。

（）

4、用于多孔基面的砌筑砂浆，其强度大小主要取决于水泥强度等级和水泥用量，而与水灰比大小无关。

（）

（二）、填空题

1、建筑砂浆是由         、      和水按适当比例拌合成拌和物，经一定时间硬化而成的建筑材料。

2、建筑砂浆按使用的胶凝材料的不同分为         、         和混合砂浆。

3、砂浆的和易性包括        和          两个方面。

4、抹面砂浆按其功能不同可分为、和。

（三）、选择题

1、建筑砂浆的保水性用（）表示。

A.分层度B.沉入度C.强度D.流动性

2、测定砂浆强度用的标准试件尺寸为（）。

A.70.7、mm×70.7mm×70.7mmB.100mm×100mm×100mm

C.150mm×150mm×150mmD.120mm×120mm×120mm

3、砂浆的沉入度越大，说明砂浆的保水就（）。

A.愈好B.愈差C.无关E.以上都不正确

4、凡涂在建筑物或构件表面的砂浆、可通称为（）。

A．砌筑砂浆B.抹面砂浆C.混和砂浆D.防水砂浆

5、用于不吸水基面的砂浆强度，主要取决于（）。

A.水泥用量B.水泥及砂用量C.水灰比及水泥的强度D.水泥用量及水灰比。

6、在抹面砂浆中掺入纤维材料可以改变砂浆的（）。

A.抗压强度B.抗拉强度C.保水性D.分层度

（四）、问答题

1、何谓砂浆的保水性？

影响因素有哪些？

2、砂浆强度如何测定？

影响砂浆强度的因素有哪些？

三、参考答案

第六章、墙体材料和屋面材料

一、学习要点

（一）、内容：

烧土制品的概念，主要原料及生产过程。

各种烧土制品的名称，技术性质及应用，轻质墙体材料发展趋势，非烧土制品的种类，制做和应用，加气混凝土，混凝土空心砌块，轻质墙板的性能特点及应用范围。

（二）、基本要求：

1.了解烧土制品生产过程对产品性能的影响。

2.掌握各种烧土制品的强度等级确定方法。

3.了解新型墙体材料的发展趋势，掌握常用的块体材料的技术性质及应用特点。

（三）、重点：

烧土制品强度等级、质量等级的评定方法与步骤，烧土制品的应用范围及特点，轻质墙体块材的性能及应用。

（四）、难点：

承重和非承重墙体材料的技术要求与应用。

二、复习题

（一）、填空题

1、目前所用的墙体材料有＿＿，＿＿和＿＿三大类。

2、烧结普通砖具有＿＿，＿＿，＿＿和＿＿等缺点。

3、岩石由于形成条件不同，可分为＿＿，＿＿和＿＿三大类。

（二）、选择题

1、下面哪些不是加气混凝土砌块的特点＿＿。

A轻质B保温隔热C加工性能好D韧性好

2、利用媒矸石和粉媒灰等工业废渣烧砖,可以＿＿。

A减少环境污染