土木工程材料叶青课后答案.docx

1、土木工程材料叶青课后答案土木工程材料课程教学指导书简写版土木工程材料课程教学大纲1. 课程的性质、目的和任务本课程是土木工程类专业学生的专业基础课，它与公共基础课及专业紧密衔接，起着承上启下的作用。本课程的教学目的在于使学生掌握主要土木工程材料的性质、用途和使用方法以及检测和质量控制方法，并了解土木工程材料的性质与材料结构的关系，以及性能改善的途径。通过本课程的学习，应能针对不同工程合理选用材料，并能与后续课程密切配合，了解材料与设计参数及施工措施选择的相互关系。2. 考试目的与要求主要检验对土木工程材料基本性质及各项特性的掌握程度，以及对材料性质的影响因素，合理选用土木工程材料的要求及实验检

2、验方法的掌握程度。要求：概念明确；分析讨论切题；基本计算方法准确，数据处理符合标准。每一章节中要求“（重点）掌握”部分为重点，占考试内容的主要部分。“一般掌握”部分以基本概念为主。“了解”部分主要是拓宽土木工程材料的知识面。3. 课程的基本要求0绪论了解土木工程材料的发展、地位、分类和标准等。熟练掌握数值修约规则。1土木工程材料的基本性质1.熟练掌握土木工程材料的基本力学性质。2.掌握土木工程材料的基本物理性质、测定和计算方法。3.掌握土木工程材料的耐久性基本概念。4.了解土木工程材料的基本组成、结构和构造，了解组成、结构和构造与材料性能的关系。通过材料基本性质的学习，要求了解材料科学的一些基

3、本概念，并掌握材料各项基本力学性质、物理性质、化学性质、耐久性质等材料性质的意义，以及它们之间的相互关系和在工程实践中的意义。2石材1.了解岩石的形成与分类，了解常用的天然岩石。2.了解岩石的技术性质、加工类型和选用原则。3气硬性胶凝材料1.了解石膏、石灰、水玻璃等气硬性胶凝材料的硬化机理、性质及使用要点。2.了解石膏、石灰、水玻璃的主要用途。4水泥1.熟悉硅酸盐水泥熟料的矿物组成及其与水泥性能之间的关系，了解通用硅酸盐水泥的水化、凝结和硬化机理，熟练掌握通用硅酸盐水泥的技术性能要求、检测方法及选用原则。2.了解其他水泥品种及其性质和使用特点。(自学)5水泥混凝土1.掌握普通混凝土组成材料的品

4、种、技术要求及选用(包括砂、石、水泥、水、掺合料及外加剂)；熟练掌握各种组成材料各项性质的要求，测定方法及对混凝土性能的影响。2.熟练掌握混凝土拌和物的性质及其测定和调整方法。3.熟练掌握硬化混凝土的力学性质，变形性质和耐久性质及其影响因素。4.熟练掌握普通混凝土的配合比设计方法。5.了解混凝土技术的新进展及其发展趋势。(自学)6.了解其它品种混凝土的特性及应用。(自学)6砂浆1.掌握砌筑砂浆的性质、组成、检测方法及其配比设计方法。2.熟悉抹面砂浆的主要品种性能要求。了解其他砂浆。7聚合物材料（建筑塑料、涂料与胶粘剂）1.熟悉合成聚合物材料的性能特点及主要聚合物材料的品种。2.熟悉土木工程中合

5、成聚合物材料的主要制品及应用(包括塑料及其型材、涂料、粘结剂等)。8沥青材料和防水材料1.掌握沥青材料的基本组成，工程性质及测定方法，了解沥青的改性及主要沥青制品及其用途。2.掌握防水材料的主要类型及性能特点。9热拌沥青混合料熟悉沥青混合料的组成材料、组成结构、矿质混合料的组成设计、热拌沥青混合料的配合比设计。10建筑钢材1.了解建筑钢材的冶炼、加工与分类。2.重点掌握建筑钢材的力学性能和工艺性能，掌握化学成分对钢材性能的影响。3.了解建筑钢材的强化机理及强化方法。4.重点掌握土木工程中常用建筑钢材的分类及其选用原则。11墙体与屋面材料1.掌握常用砌体材料（烧结普通砖、多孔砖和空心砖）的性质和

6、应用特点。2.了解其它墙体与屋面材料。12木材(自学)1.了解木材的宏微观结构；2.掌握木材的物理、力学性能，了解防腐、防火措施。3.了解木材的应用。13绝热材料与吸声材料1.了解保温、隔热材料的主要类型及性能特点。2.了解吸声、隔声材料的主要类型及性能特点。14其它土木工程材料1.掌握装饰材料的基本功能与选择2.了解装饰用面砖、板材、玻璃、卷材和涂料。15土木工程材料试验（下列试验必做）1.水泥标准稠度用水量测定、安定性检验和水泥胶砂强度。2.砂的筛分析、表观密度和堆积密度实验。3.混凝土的拌制、和易性、体积密度、抗压强度和配合比确定实验。4.砖抗压强度实验（演示）。5.钢筋拉伸实验（演示）

7、。6.沥青三大指标实验。7.沥青混合料（演示）。土木工程材料辅导材料0 绪 论例题0-1：全数值比较法和修约值比较法的示例与比较项目极限数值测定值或其计算值按全数值比较是否符合要求修约值按修约值比较是否符合要求中碳钢的硅的质量分数 %0.50.452符合0.5符合0.500符合0.5符合0.549不符合0.5符合0.551不符合0.6不符合盘条直径mm10.00.1(不含0.1)9.94符合9.9不符合9.86不符合9.9不符合10.06符合10.1符合10.05符合10.0符合例题0-2：现测得普通水泥的28d抗折破坏荷载分别为：3330、3800、4000N。试计算抗折强度。解：抗折强度（

8、计算精确至0.1MPa）测定结果取三块试样的平均值，当三个强度值中有超过平均值的10时，应予剔除后再取平均值作为抗折强度实验结果。Ff /N333038004000ff /MPa7.88.99.4f3平均=8.7。(9.48.7)/8.7=8.04%=8%10%，(8.77.8)/8.7=10.34%=10%10%。没有超过10结果28d抗折强度= 8.7 MPaff=1.5FfL/(bh2)=1.5Ff100/(40402)=1.53330100/(40402)=7.8MPa1 土木工程材料的基本性质例题1-1：当某一材料（如烧结粘土砖）的孔隙率及孔隙特征发生变化时，下表内的其它性质将如何变

9、化（用符号填写：增大，下降，=不变，？不定）？ 孔隙率 P 密度 体积密度 强度 吸水性 吸湿性 抗冻性 抗渗性 导热性 吸声性 P =P一定PK =PB =例题1-2：某岩石的密度为2.70g/cm3，孔隙率为1.9%；今将该岩石破碎为碎石，测得碎石的堆积密度为1450kg/m3，空隙率为45.9%。试求此岩石的体积密度和碎石的表观密度。解：由孔隙率P=10/=10/2.70=1.9%，得此岩石的体积密度0=2.65 g/cm3，由空隙率P=10/=11450/=45.9%，得此碎石的表观密度=2680 kg/m3。例题1-3：某石材在气干、绝干(105烘干)、水饱和条件下测得的抗压强度分别

10、为74、80、65MPa，求该石材的软化系数，并判断该石材可否用于水下工程。解：软化系数=65/80=0.81 不能用于水下工程土木工程中将K软0.85的材料，称为耐水材料。在设计长期处于水中或潮湿环境中的重要结构时，必须选用K软0.85的材料。 例题1-4：称取堆积密度为1480kg/m3的干砂300g，将此砂装入500mL的容量瓶（已有约250mL水）内，并排尽气泡，静止24h小时后加水到刻度，称得总重量为850g；将瓶内砂和水倒出，再向瓶内重新注水到刻度，此时称得总重量为666 g。再将砂敲碎磨细过筛（0.2 mm）烘干后，取样55.01 g，测得其排水体积V排水为20.55 cm3。试

11、计算该砂的空隙率。解：密度=m/V=55.01/20.55=2.68 g/cm3，=3001/(300+666-850)=2.59 g/cm3，空隙率P=10/=11.48/2.59=42.9%。例题1-5：今有湿砂（湿润状态）100.0kg，已知其含水率为8.8，则其干燥质量是多少？解：由W含=(m含m)/m得到，m= m含/(1+W含) = 100.0/ (1+8.8%)=91.9kg。例题1-6：材料的孔隙和体积形式有哪几种？材料各密度与孔隙之间有什么关系？答：材料的孔隙形式：按孔隙尺寸大小，分为微孔、细孔和大孔三种；按孔隙之间是否相互连通，分为孤立孔和连通孔；按孔隙与外界是否连通，分为

12、与外界连通的开口孔和与外界不连通的闭口孔。材料的体积形式：材料绝对密实体积，材料绝对密实体积闭口孔隙体积，自然状态下的体积，散粒状材料的总体积。材料各密度与孔隙之间有什么关系密度= m/V；材料绝对密实体积，无孔。表观密度（例如，砂的表观密度）= m/（V+VB）= m/V排；材料绝对密实体积闭口孔隙体积。（毛）体积密度（例如，砖的表观密度）0= m*/（V+VB+VK）；自然状态下的体积。松堆密度0= m*/（V+VB+VK+VV）；散粒状材料的总体积。例题1-7：什么是材料的耐水性，用什么表示？在材料选用时有什么要求？答：材料长期在饱和水作用下，强度不显著降低的性质称为耐水性。用软化系数表

13、示。土木工程中将K软0.85的材料，称为耐水材料。在设计长期处于水中或潮湿环境中的重要结构时，必须选用K软0.85的材料。用于受潮较轻或次要结构物的材料，其值不宜0.75。例题1-8：什么是材料的导热性？用什么表示？如何利用孔隙提高材料的保温性能？答：材料传导热量的能力称为导热性。用导热系数表示。导热系数与材料的物质组成、微观结构、孔隙率、孔隙特征、湿度、温度和热流方向等有着密切的关系。由于密闭空气的导热系数很小（0.023W/(m.K)），当材料的孔隙率较大并多数为细小的闭口孔时，其导热系数较小；但当孔隙粗大或贯通时，由于对流作用，材料的导热系数反而增加。例题1-9：什么是材料的强度和强度等

14、级？影响材料强度的因素有哪些？答：材料在外力作用下抵抗破坏的能力称为强度，并以单位面积上所能承受的荷载大小来衡量。由于各种材料的强度差别甚大，在土木工程材料中按其强度值的大小所划分的若干个等级，即为强度等级。影响材料强度的主要因素：材料的组成，材料的结构，含水状态，温度，试件形状和尺寸，加荷速度，试件表面性状。例题1-10：什么是材料的耐久性？通常用哪些性质来反映？答：材料的耐久性是指在环境的多种因素作用下，能经久不变质、不破坏，长久地保持其性能的性质。通常用诸如抗冻、抗渗、抗碳化、抗风化、抗老化、大气稳定、耐化学腐蚀性等来反映。此外，材料的强度、抗渗性、耐磨性等与材料的耐久性有着密切的关系。

15、例题1-11：材料的宏观构造对其性质有什么影响？答：材料的构造是指材料的宏观组织状况，是指具有特定性质的材料结构单元相互组合和搭配的情况。如具有特定构造的蜂窝板，是由不同性质的材料经特定组合而形成的一种复合材料，这种构造赋予蜂窝板良好的隔热保温、隔声吸声、坚固耐久等整体功能和综合性质。例题1-12：今有一种粗骨料的干燥质量为1000g、在水中（吸水饱和）的质量为635g、表干质量为1025g。试求其表观密度、表干密度、毛体积密度和质量吸水率。解：试验次数干燥质量m在水中质量msw表干质量mssd水的密度w备注11000 g635 g1025 g0.9982215水2表观密度（g/cm3）=mw

16、/（mmsw）2.73 g/cm3表干密度（g/cm3）饱和面干=mssdw/（mssdmsw）2.62 g/cm3毛体积密度(g/cm3)=mw/（mssdmsw）2.56 g/cm3质量吸水率=（mssdm）/m2.50%例题1-13：一块破砖，其=2.60g/cm3，m=2000g，将它浸没于水中，吸水饱和后测得，mb=2200g，V排水=880cm3。（1）求其闭口孔隙率、体积密度和体积吸水率？（2）若上述材料为碎块（如同粗骨料），则其表观密度为多少？解：（1）PK WV=（mbm）/（V0W）=（22002000）/（880+（22002000）/1.0）1.0=18.5%0=m/V

17、0=2000/（880+（2200-2000）/1.0）=1.85g/cm3，P=10/=11.85/2.60=28.8%，PB =PP K=28.818.5=10.3%。（2）=m/V排水=2000/880=2.27 g/cm3=2270 kg/m3。例题1-14：一块破砖，其=2.60g/cm3，m=2000g，将它浸没于水中，吸水饱和后测得，mb=2200g，并在水中称得它（吸水饱和）的重量为1120g。求其闭口孔隙率、体积密度和体积吸水率？解：PK WV=（mbm）/（V0W）=（22002000）/（20001120）/1.00+（22002000）/1.00）1.00= （2200

18、2000）/（22001120）/1.001.00=18.5%V0=V+VB+VK=V排+VK=（mbm水中）/1.00，0=m/V0=2000/（22001120）/1.00）=1.85g/cm3，P=10/=11.85/2.60=28.8%， PB =PP K=28.818.5=10.3%。 2 天然石材例题2-1：按岩石的生成条件，岩石可分为哪几类？举例说明。答：天然岩石按形成的原因不同可分为岩浆岩、沉积岩、变质岩等三大类。岩浆岩是由地壳内部熔融岩浆上升过程中在地下或喷出地面后以不同的冷却速度冷凝而成的岩石，它是组成地壳的主要岩石。根据岩浆冷凝情况的不同，又分为深成岩、喷出岩和火山岩。沉

19、积岩是由露出地表的各种岩石经自然界的风化、搬运、沉积并重新成岩而形成的岩石，主要存在于地表及不太深的地下。其特点是结构致密性较差、体积密度较小、孔隙率较大、强度较低、耐久性相对较差。根据沉积岩的生成条件，可分为机械沉积岩、化学沉积岩、有机沉积岩。变质岩是由原有岩石经变质而成的岩石。即地壳中原有的各类岩石，在地层的压力或温度作用下，在固体状态下发生再结晶作用，使其矿物成分、结构构造乃至化学成分发生部分或全部改变而形成的新岩石。一般由岩浆岩变质而成的称正变质岩，由沉积岩变质而成的称副变质岩。例题2-2：在建筑中常用的岩浆岩、沉积岩和变质岩有哪几种？主要用途如何？答：常用的岩浆岩有：深成岩有花岗岩、

20、正长岩、橄榄岩、闪长岩等，喷出岩有玄武岩、辉绿岩和安山岩等，火山岩有火山灰、浮石、火山凝灰岩等。花岗岩是公认的高级建筑结构材料和装饰材料。其块状石材可用于大型建筑物的基础、勒脚、柱子、栏杆、踏步等部位，也可用于桥梁、堤坝等工程中，是建造永久性工程、纪念性建筑的良好材料。板状石材，质感坚实，华丽庄重，是室内外均可使用的高级装饰材料。常用的沉积岩有：机械沉积岩有砂岩和页岩等，化学沉积岩有石膏、白云石等，有机沉积岩有石灰岩和硅藻土等。石灰岩，主要矿物成分为方解石和白云石等。石灰岩来源广，硬度低，易劈裂，便于开采，具有一定的强度和耐久性。其块石可作为建筑物的基础、墙身、阶石及路面等，其碎石是常用的混凝

21、土骨料。此外，它还是生产水泥和石灰的主要原料。常用的变质岩有：由沉积岩形成的变质岩有大理岩和石英岩等，由岩浆岩形成的变质岩有片麻岩等。大理石，是一种含碳酸盐矿物大于50%的变质岩。抗压强度为50140MPa，但硬度不大，较易进行锯解、雕琢和磨光等加工。吸水率一般不超过1%，耐久性较好，一般使用年限为40100年。装饰性好。但其抗风化性能差，因其主要化学成分是碳酸盐类，易被酸侵蚀。例题2-3 石材有哪些主要的技术性质？答：物理性质（体积密度、吸水率、耐水性、抗冻性和耐火性等）。力学性质（抗压强度、冲击韧性、硬度和耐磨性等）工艺性质（加工性、磨光性和抗钻性等）例题2-4 花岗岩和大理岩各有何特性及

22、用途？（参见上述“常用石材在土木工程中的应用”）例题2-5 选择天然石材应注意什么？答：土木工程中应根据建筑物的类型、环境条件等慎重选用石材，使其既符合工程要求，又经济合理。一般应从以下几方面选用：力学性能、耐久性、装饰性、经济性和环保性。例题2-6 岩石的饱水率与吸水率有何不同？答：吸水率是指在规定条件（如放入水中浸泡4d）下，岩石试样最大的吸水质量与烘干岩石试件质量之比。饱水率（饱和吸水率）是指在强制条件（在一定的负压条件或在沸煮条件下）下，岩石试样最大的吸水质量与烘干岩石试件质量之比。因此，饱水率大于等于吸水率。主要差异在开口孔体积的测定。开口孔的体积可由测量材料吸入水的体积或质量来确定

23、，即在常温常压下将干燥试样放入水中浸泡4d后测定吸入水的体积或质量。但对于一些又细又长的开口孔，再加上孔端有空气存在，在常温常压下水是难以深入或渗入到孔的前端的，这部分孔隙体积将成为闭口孔体积的一部分。故在特殊领域，有要求在一定的负压条件或在沸煮条件下测定吸入水的体积或质量，以得到真实的开口孔的体积。通过在一定的负压条件或在沸煮条件下测得的吸水率常称为饱水率。3 气硬性胶凝材料例题3-1：何谓气硬性胶凝材料？何谓水硬性胶凝材料？二者的区别在哪里？答：只能在空气中硬化，并只能在空气中保持或发展强度的胶凝材料称为气硬性胶凝材料；既能在空气中硬化，又能在潮湿环境或水中更好地硬化，并保持和发展强度的胶

24、凝材料称为水硬性胶凝材料。二者的区别是：气硬性胶凝材料的耐水性较差，即软化系数小。而水硬性胶凝材料的耐水性很好，即软化系数较大。此外，大多数气硬性胶凝材料的强度也低于水硬性胶凝材料，并且气硬性胶凝材料的抗渗、抗冻等耐久性也明显低于水硬性胶凝材料。例题3-2：什么是过火石灰和欠火石灰？它们对石灰的使用有什么影响？如何消除？答：在煅烧过程中，若时间过长或温度过高，将生成颜色较深、块体致密的“过火石灰”；在煅烧过程中，若温度过低或煅烧时间不足，使得CaCO3不能完全分解，将生成“欠火石灰”。当石灰中含有欠火石灰时，主要是降低了石灰中有效CaO的含量，使石灰的质量降低，利用率下降，但对石灰及其制品的性

25、能影响较小。对较小的欠火石灰颗粒可不作处理，但较大的欠火石灰颗粒需消除掉，以避免影响到施工质量。过火石灰的熟化速度很慢，在石灰凝结硬化后才开始逐步消解，引起体积膨胀，造成隆起或开裂，故对石灰的应用极为不利。为了消除过火石灰的危害，石灰膏使用前应在化灰池中存放2周以上，使过火石灰充分熟化。陈伏期间，石灰膏表面应有一层水，以隔绝空气，防止碳化。例题3-3：石灰硬化过程中会产生哪几种形式的开裂？试分析其原因。欲避免这些情况发生，应采取什么措施？ 答：墙面上出现的不规则网状裂纹是石灰在凝结硬化中产生较大收缩而引起的。可以通过增加砂用量、掺入纤维材料、湿润墙体基层、降低一次抹灰的厚度等措施加以改善。 墙

26、面上出现凸出的呈放射状的裂纹是由于石灰中含有过火石灰。在砂浆硬化后，过火石灰吸收空气中的水蒸气继续熟化，体积膨胀，从而出现上述现象。为避免这种情况发生，可在熟化时先用筛网将较大的过火石灰颗粒过滤掉，较小的过火石灰颗粒可通过陈伏使其熟化。例题3-4：建筑石膏及其制品为什么适用于室内，而不适用于室外？答：建筑石膏隔热、吸声性能好，调温调湿性能好，防火性能良好，加工性能好，适合室内使用。建筑石膏制品的成分为二水石膏，该成分可微溶于水；石膏制品是由无数细小的晶体所构成，晶粒间的搭接处更容易受到溶解破坏，使建筑石膏制品的强度大大降低。建筑石膏硬化后存在大量微孔，而耐水性差、吸水率高、抗渗性差、抗冻性差，

27、在室外使用时必然受到雨水冰冻等的作用，所以不适用于室外。例题3-5：用于内墙抹灰时，建筑石膏和石灰比较，具有哪些优点？为什么？答：建筑石膏在凝结硬化后具有下述优良性质：凝结硬化快；硬化时体积微膨胀，硬化石膏的形状尺寸准确、表面光滑细致；硬化后其内部孔隙率较大、容积密度较低，故其保温性、吸声性好；具有较好的防火性；具有较高的热容量和一定的吸湿性，可均衡室内温湿度的变化。而石灰用于墙面抹灰最大的缺点是凝结硬化慢，硬化时体积收缩大，容易形成裂纹等不良现象。例题3-6：水玻璃的主要化学成分是什么？什么是水玻璃的模数？水玻璃的模数、浓度对其性质有何影响？ 答：水玻璃是一种由碱金属氧化物和二氧化硅结合而成

28、的水溶性硅酸盐材料，其化学通式为R2OnSiO2；水玻璃的模数用n表示，其溶解的难易程度与n值的大小有关。n值越大，水玻璃的粘度越大，越难溶解，但却易分解硬化。土建工程中常用水玻璃的n值，一般在2.52.8之间。例题3-7：菱苦土可用水拌和使用吗？在工程中有何用途？答：菱苦土用水拌合时，浆体的凝结硬化速度很慢，且硬化后的强度也很低，所以不宜用水拌合使用。在工程中菱苦土主要作为地面，也可生产木屑板、刨花板和木丝板等，这类板材具有良好的装饰性和绝热性，建筑上常用作内墙板、天花板、门窗框和楼梯扶手等。用氯化镁调制好菱苦土加入发泡剂等材料，还可制成多孔轻质的绝热材料。4 水 泥例题4-1水泥强度计算（

29、见土木工程材料期中试题）例题4-2：通用硅酸盐水泥的三大组分材料是什么？通用水泥的主要水化产物是什么？答：三大组分材料是水泥熟料、石膏和混合材料。通用水泥的主要水化产物是水化硅酸钙凝胶和水化铁酸钙凝胶，氢氧化钙、水化铝酸钙和水化硫铝酸钙晶体。在完全水化的硅酸盐水泥石中，水化硅酸钙约占6070%，氢氧化钙约占20%25。例题4-3：硅酸盐水泥熟料的主要矿物是什么？各有什么水化产物和水化硬化特性？答：熟料的主要矿物是硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙和铁铝酸四钙。硅酸三钙遇水，反应速度较快，水化热高，它的水化产物对水泥早期强度和后期强度均起主要作用。水化产物是水化硅酸钙凝胶和氢氧化钙。硅酸二钙遇水，反应

30、速度较慢，水化热较低，它的水化产物对水泥早期强度贡献较小，但对水泥后期强度起重要作用。耐化学侵蚀性良好，干缩较小。水化产物是水化硅酸钙凝胶和氢氧化钙。铝酸三钙是四种矿物组分中遇水反应速度最快、水化热最高的组分。耐化学侵蚀性差，干缩大。因此，为了调节水泥的凝结硬化速度必须掺加石膏，铝酸三钙与石膏形成的水化产物（钙矾石），对水泥早期强度有一定的作用。水化产物是水化铝酸钙和三硫型或单硫型水化硫铝酸钙晶体。铁铝酸四钙遇水反应较快，水化热较高。抗压强度居中，对水泥抗折强度的贡献较大。耐化学侵蚀性优，干缩小。水化产物是水化铁酸钙凝胶，水化铝酸钙和水化硫铁铝酸钙晶体（有石膏存在时）。例题4-4：什么是活性混合材料和非活性混合材料？它们加入通用水泥中各起什么作用？答：混合材料是为了改善通用硅酸盐水泥性能、调节水泥强度、降低水化热、降低生产成本、增加水泥产量和增加品种而经常采用的组成材料。