【正文】 土木工程材料習(xí)題集與參考答案第一章 土木工程材料的基本性質(zhì)1. 試述材料成分、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造對材料性質(zhì)的影響？參考答案：材料的成分對性質(zhì)的影響：材料的組成及其相對含量的變化，不僅會影響材料的化學(xué)性質(zhì)，還會影響材料的物理力學(xué)性質(zhì)。材料的成分不同，其物理力學(xué)性質(zhì)有明顯的差異。值得注意的是，材料中某些成分的改變，可能會對某項性質(zhì)引起較大的改變，而對其他性質(zhì)的影響不明顯。材料的結(jié)構(gòu)對性質(zhì)的影響：材料的結(jié)構(gòu)是決定材料物理性能的重要因素?？煞譃槲⒂^結(jié)構(gòu)和細(xì)觀結(jié)構(gòu)。材料在微觀結(jié)構(gòu)上的差異影響到材料的強(qiáng)度、硬度、熔點、變形、導(dǎo)熱性等性質(zhì)，可以說材料的微觀結(jié)構(gòu)決定著材料的物理力學(xué)性能。材料的構(gòu)造對性質(zhì)的影響：材料的構(gòu)造主要是指材料的孔隙和相同或不同材料間的搭配。不同材料適當(dāng)搭配形成的復(fù)合材料，其綜合性能優(yōu)于各個單一材料。材料的內(nèi)部孔隙會影響材料的強(qiáng)度、導(dǎo)熱性、水滲透性、抗凍性等。 總之，材料的組成、結(jié)構(gòu)與構(gòu)造決定了材料的性質(zhì)。材料的組成、結(jié)構(gòu)與構(gòu)造的變化帶來了材料世界的千變?nèi)f化。2．試述材料密度、表觀密度、孔隙率的定義、測定方法及相互關(guān)系。密度與視密度的區(qū)別何在？參考答案：密度：是指材料在密實狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量。測定方法：，再用排液法測得其密實體積。用此法得到的密度又稱“真密度”。表觀密度：是指材料在自然狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量。測定方法：對于外形規(guī)則的塊體材料，測其外觀尺寸就可得到自然體積。對于外觀不規(guī)則的塊體材料，將其加工成規(guī)則的塊體再測其外觀尺寸，或者采用蠟封排液法。 孔隙率：材料中的孔隙體積與總體積的百分比。 相互關(guān)系： 密度與視密度區(qū)別：某些散粒材料比較密實，其內(nèi)部僅含少量微小、封閉的孔隙，從工程使用角度來說，不需磨細(xì)也可用排液法測其近似的密實體積，這樣測得的密度稱為“視密度”。3．孔隙率及孔隙特征對材料的表觀密度、強(qiáng)度、吸水性、抗?jié)B性、抗凍性、導(dǎo)熱性等性質(zhì)有何影響？參考答案：對表觀密度的影響：材料孔隙率大，在相同體積下，它的表觀密度就小。而且材料的孔隙在自然狀態(tài)下可能含水，隨著含水量的不同，材料的質(zhì)量和體積均會發(fā)生變化，則表觀密度會發(fā)生變化。 對強(qiáng)度的影響：孔隙減小了材料承受荷載的有效面積，降低了材料的強(qiáng)度，且應(yīng)力在孔隙處的分布會發(fā)生變化，如：孔隙處的應(yīng)力集中。對吸水性的影響：開口大孔，水容易進(jìn)入但是難以充滿；封閉分散的孔隙，水無法進(jìn)入。當(dāng)孔隙率大，且孔隙多為開口、細(xì)小、連通時，材料吸水多。對抗?jié)B性的影響：材料的孔隙率大且孔隙尺寸大，并連通開口時，材料具有較高的滲透性；如果孔隙率小，孔隙封閉不連通，則材料不易被水滲透。對抗凍性的影響：連通的孔隙多，孔隙容易被水充滿時，抗凍性差。對導(dǎo)熱性的影響：如果材料內(nèi)微小、封閉、均勻分布的孔隙多，則導(dǎo)熱系數(shù)就小，導(dǎo)熱性差，保溫隔熱性能就好。如果材料內(nèi)孔隙較大，其內(nèi)空氣會發(fā)生對流，則導(dǎo)熱系數(shù)就大，導(dǎo)熱性好。4．材料的耐水性、吸水性、吸濕性、抗凍性、導(dǎo)熱性、熱容、抗?jié)B性的含義是什么？參考答案：耐水性： 材料抵抗水破壞作用的能力稱為耐水性，即材料經(jīng)水浸泡后，不發(fā)生破壞，同時強(qiáng)度也不顯著降低的性質(zhì)。指標(biāo)：軟化系數(shù) 吸水性：材料與水接觸時其毛細(xì)管會吸收水分的性質(zhì)。指標(biāo)：吸水率 吸濕性：材料在潮濕空氣中吸收水分的性質(zhì)。指標(biāo)：平衡含水率 抗凍性：材料在吸水飽和狀態(tài)下，能經(jīng)受多次凍融循環(huán)作用而不被破壞，強(qiáng)度也不嚴(yán)重降低的性質(zhì)。指標(biāo)：抗凍等級，其劃分取決于材料在一定條件下經(jīng)受凍融而不被破壞的次數(shù)。 導(dǎo)熱性：當(dāng)材料兩面存在溫度差時，熱量會從溫度較高的一面?zhèn)鲗?dǎo)到溫度較低的一面的性質(zhì)。指標(biāo)：導(dǎo)熱系數(shù) 熱容：某塊材料在溫度升降1K時所放出或吸收的熱量。指標(biāo)：C（熱容）＝c（比熱容）?m（材料質(zhì)量） 抗?jié)B性：材料抵抗壓力水或液體滲透的性質(zhì)。指標(biāo)：滲透系數(shù)5．材料的導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容和熱容與建筑物的使用功能有什么關(guān)系？參考答案：材料的導(dǎo)熱系數(shù)小，建筑物的保溫隔熱性能就好。如果建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱容越大，則在氣溫變化較大時，能較好地保持室內(nèi)溫度。6．試述材料的彈性、朔性、脆性和彈性磨量的意義？參考答案：彈性： 當(dāng)撤去外力或外力恢復(fù)到原狀態(tài)，材料能夠完全恢復(fù)原來形狀的性質(zhì)。 塑性： 當(dāng)撤去外力或外力恢復(fù)到原狀態(tài)，材料仍保持變形后的形狀和尺寸，并不產(chǎn)生裂縫的性質(zhì)。 脆性：是材料在外力作用下不產(chǎn)生明顯變形而突然發(fā)生破壞的一種性能。 彈性模量： 晶體材料如金屬材料表現(xiàn)為線彈性，一些非晶體材料如玻璃等也表現(xiàn)為線彈性，其應(yīng)力與應(yīng)變之比為常數(shù)，比值稱為彈性模量，它是衡量材料抵抗外力使其變形能力的一個指標(biāo)。7．影響材料強(qiáng)度試驗結(jié)果的因素有哪些？強(qiáng)度與強(qiáng)度等級是否不同，試舉例說明。參考答案： 試驗條件對材料強(qiáng)度試驗結(jié)果有較大的影響，其中主要有試件的形狀和尺寸、試驗機(jī)的加載速度、試驗時的溫度和濕度，以及材料本身的含水狀態(tài)等。 強(qiáng)度與強(qiáng)度等級不一樣。強(qiáng)度是一個具體值，而強(qiáng)度等級是一個等級范圍。如：混凝土的強(qiáng)度等級為C30，那么屬于C30強(qiáng)度等級的混凝土的實際強(qiáng)度值有可能是30MPa或與30MPa接近的強(qiáng)度值。8．某地紅砂巖，已按規(guī)定將其磨細(xì)，過篩。烘干后稱取50g。另有卵石經(jīng)過清洗烘干后稱取1000g，將其浸水飽和后用布擦干。又用廣口瓶盛滿水，連蓋稱得其質(zhì)量為790g，然后將卵石裝入，再連蓋稱得其質(zhì)量為1409g，水溫為25℃，求紅砂巖及卵石的密度或視密度，并注明哪個是密度或視密度。參考答案：紅砂巖的密度： 卵石的視密度： 9．。取一塊稱得其干燥時質(zhì)量為873g，同時量得體積為480cm3。浸水飽和后取出擦干表面水分稱得質(zhì)量為972g。求其質(zhì)量吸水率、閉口孔隙率及開口孔隙率。參考答案：質(zhì)量吸水率：密實體積：孔隙體積：開口孔隙體積：閉口孔隙體積：開口孔隙率：閉口孔隙率：第二章 無機(jī)膠凝材料什么是氣硬性膠凝材料？什么是水硬性膠凝材料？參考答案：氣硬性膠凝材料只能在空氣中硬化，并且只能在空氣中保持或發(fā)展其強(qiáng)度，如石膏、石灰等；水硬性膠凝材料則不僅能在空氣中而且能更好地在水中硬化，保持并發(fā)展其強(qiáng)度，如水泥。為什么說石膏是有發(fā)展前途的建材？參考答案：石膏的主要優(yōu)點是原料豐富、生產(chǎn)能耗低、不污染環(huán)境等，作為一種綠色建材已大量用于室內(nèi)的空間分隔和裝飾；建筑石膏硬化時體積略有膨脹，這一性能使得石膏制品表明光滑細(xì)膩線條清晰，具有很好的裝飾藝術(shù)效果；建筑石膏還具有隔熱、保溫、不燃、不蛀、隔聲、可鋸、可釘、污染小等良好性能，所以石膏是很有發(fā)展前途的建材。石膏制品有哪些？參考答案：建筑石膏制品的種類較多，主要有：紙面石膏板、空心石膏條板、纖維石膏板、石膏砌塊和裝飾石膏制品等。過火石灰、欠火石灰對石灰性能有什么影響？如何消除？參考答案：欠火石灰的產(chǎn)漿量較低，質(zhì)量較差；欠火石灰的密度較大，表面常被黏土雜質(zhì)溶化時所形成的玻璃釉狀物包覆，因而消解很慢，在工程中過火石灰顆粒往往會在正常石灰硬化后繼續(xù)吸濕消解而發(fā)生體積膨脹，降低石灰品質(zhì)，影響工程質(zhì)量。消除方法有：將石灰經(jīng)陳伏處理后再使用于工程，控制煅燒溫度在1000℃～1200℃之間，巖塊尺寸不宜過大。水玻璃的模數(shù)、濃度與性能有何關(guān)系？參考答案：水玻璃中氧化硅和氧化鈉的分子數(shù)比稱為水玻璃的模數(shù)，模數(shù)愈大，水玻璃的黏度和粘結(jié)力愈大，也愈難溶解于水；同一模數(shù)水玻璃溶液濃度越高，則粘結(jié)力也越大。水玻璃的硬化有何特點？參考答案：水玻璃能與空氣中的二氧化碳反應(yīng)生產(chǎn)無定形的硅酸凝膠，隨著水分的揮發(fā)干燥，無定形硅酸脫水轉(zhuǎn)變成二氧化硅而硬化。由于空氣中二氧化碳較少，反應(yīng)進(jìn)行很慢，因此水玻璃在實際使用時常加入促硬劑以加速硬化。為什么菱苦土在使用時不能單獨用水拌和？參考答案：菱苦土是以天然菱鎂礦（主要成分為碳酸鎂）為主要原料，經(jīng)煅燒后磨細(xì)而得到的以氧化鎂為主要成分的白色或淺黃色粉末，當(dāng)其單獨與水拌和時會生產(chǎn)不溶于水的氫氧化鎂，而且氧化鎂也不溶于水，一般常用氯化鎂（MgCl26H2O）水溶液作為調(diào)和劑，摻量為菱苦土的50％～60％，生成一種易溶于水的氧氯化鎂復(fù)鹽(xMgOy MgCl28H2O)和氫氧化鎂。判斷石膏、石灰、水玻璃與鎂氧水泥是氣硬性膠凝材料的理由是什么？參考答案：石膏、石灰、水玻璃與鎂氧水泥的硬化過程只能在空氣中完成，并且也只能在空氣中保持或發(fā)展其強(qiáng)度。生產(chǎn)硅酸鹽水泥的主要原料有哪些？參考答案：主要原料有：石灰質(zhì)原料（如石灰石）、黏土質(zhì)原料（如黏土、頁巖）、少量鐵粉、適量石膏。生產(chǎn)硅酸鹽水泥為什么要摻入適量石膏？參考答案：水泥熟料中的硅酸三鈣與水反應(yīng)十分迅速，使得水泥熟料加水后迅速凝結(jié)，導(dǎo)致來不及施工。所以為調(diào)節(jié)水泥的凝結(jié)時間，通常在水泥中加入適量石膏，這樣，水泥加水后石膏迅速溶解與水化鋁酸鈣發(fā)生反應(yīng)，生產(chǎn)針狀的晶體（3CaOAl2O33CaSO431H2O，又稱為鈣釩石）沉積在水泥顆粒表面形成保護(hù)膜，延緩了水泥凝結(jié)時間。1試述硅酸鹽水泥的主要礦物成分及其對水泥性能的影響？參考答案：硅酸鹽水泥熟料中，C3A的水化和凝結(jié)硬化速度最快，但水化鋁酸鈣的強(qiáng)度不高；C3S和C4AF的水化速度較快，凝結(jié)硬化速率也較快，C3S的水化產(chǎn)物強(qiáng)度高，C4AF的水化產(chǎn)物強(qiáng)度不高；C2S水化反應(yīng)速度最慢，凝結(jié)硬化速率也慢，強(qiáng)度早期低，后期高。1硅酸鹽水泥的主要水化產(chǎn)物有哪幾種？水泥石的結(jié)構(gòu)如何？參考答案：主要水化產(chǎn)物是：水化硅酸鈣和水化鐵酸鈣凝膠、氫氧化鈣、水化鋁酸鈣和水化硫鋁酸鈣晶體。水泥石主要由固體（水泥水化產(chǎn)物及未水化的殘存水泥內(nèi)核）和孔隙組成。凝膠是由尺寸很小的凝膠微粒與位于膠粒之間的凝膠孔組成，膠粒的比表面積大，可強(qiáng)烈地吸附一部分水分，此水分與填充膠孔的水分稱為凝膠水；毛細(xì)孔中的水分稱為毛細(xì)水，毛細(xì)水的結(jié)合力較弱，脫水溫度較低，脫水后形成毛細(xì)孔。1試述水泥細(xì)度對水泥性質(zhì)的影響？怎樣檢驗？參考答案：水泥細(xì)度直接影響到水泥的水化和凝結(jié)硬化。水泥顆粒越細(xì)，比表面積越大，則使水泥熟料的化學(xué)活性發(fā)揮得越快，表現(xiàn)為水泥的水化反應(yīng)速度快，凝結(jié)硬化也快，但過細(xì)的水泥不宜久存，硬化時收縮比較大。細(xì)度的檢驗方法通常用篩分法或比表面積法來測定，篩分法以80um方孔篩的篩余量表示，比表面積法以1kg質(zhì)量材料所具有的總表面積（m2/kg）來表示。1造成硅酸鹽水泥體積安定性不良的原因有哪幾種？怎樣檢驗？參考答案：造成水泥體積安定性不良，一般是由熟料中所含游離氧化鈣游離氧化鎂過多或摻入石膏過多等原因所造成。國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，由游離的氧化鈣過多引起的水泥體積安定性不良可用雷氏法或試餅法檢驗。試餅法是用標(biāo)準(zhǔn)稠度的水泥凈漿做成試餅，經(jīng)恒沸3小時后用肉眼觀察未發(fā)現(xiàn)裂紋，用直尺檢驗沒有彎曲；雷氏法是用雷氏夾中的水泥漿經(jīng)沸煮三小時后的膨脹值。1試述硅酸鹽水泥的強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律及影響因素？參考答案：強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律為：水泥的水化和凝結(jié)硬化從顆粒表面深入到內(nèi)部是有一個時間過程的，水化速度開始比較快，強(qiáng)度發(fā)展也比較快，以后逐漸減慢。不同水泥的強(qiáng)度發(fā)展不完全相同，摻較多活性混合材料的硅酸鹽水泥早期強(qiáng)度比較低，后期增進(jìn)率高。 1在下列工程中選擇適宜的水泥品種：（1）現(xiàn)澆混凝土梁、板、柱冬季施工：硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥；（2）高層建筑基礎(chǔ)底板（具有大體積混凝土和抗?jié)B要求）：礦渣水泥和粉煤灰水泥；（3）南方受海水侵蝕的鋼筋混凝土工程：礦渣水泥和火山灰水泥；（4）高爐煉鐵爐基礎(chǔ)：鋁酸鹽水泥；（5）高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力混凝土梁：硅酸鹽水泥和普通水泥；（6）地下鐵道：普通水泥、火山灰水泥和粉煤灰水泥；（7）東北某大橋的沉井基礎(chǔ)及橋梁墩臺：礦渣水泥、火山灰水泥和粉煤灰水泥。1某工程用一批普通水泥，強(qiáng)度檢驗結(jié)果如下，試評定該批水泥的強(qiáng)度等級。齡期抗折強(qiáng)度/MPa抗壓破壞荷載/KN3d,,28d,112,115,114,113,108,115參考答案：。18硅酸鹽水泥石腐蝕的類型有哪幾種？產(chǎn)生腐蝕的原因是什么？防止腐蝕的措施有哪些？參考答案：腐蝕的類型有：軟水侵蝕（溶出性侵蝕）：軟水能使水化產(chǎn)物中的Ca(OH)2溶解，并促使水泥石中其它水化產(chǎn)物發(fā)生分解；鹽類腐蝕：硫酸鹽先與水泥石結(jié)構(gòu)中的Ca(OH)2起置換反應(yīng)生產(chǎn)硫酸鈣，硫酸鈣再與水化鋁酸鈣反應(yīng)生成鈣釩石，發(fā)生體積膨脹；鎂鹽與水泥石中的Ca(OH)2反應(yīng)生成松軟無膠凝能力的Mg(OH)2；酸類腐蝕：CO2與水泥石中的Ca(OH)2反應(yīng)生成CaCO3，再與含碳酸的水反應(yīng)生成易溶于水的碳酸氫鈣，硫酸或鹽酸能與水泥石中的Ca(OH)2反應(yīng)；強(qiáng)堿腐蝕：鋁酸鹽含量較高的硅酸鹽水泥遇到強(qiáng)堿也會產(chǎn)生破壞。腐蝕的防止措施：①根據(jù)工程所處的環(huán)境，選擇合適的水泥品種；②提高水泥石的密實程度；③表明防護(hù)處理。1硅酸鹽水泥檢驗中，哪些性能不符合要求時，則該水泥屬于不合格品？哪些性能不符合要求時則該水泥屬于廢品?怎樣處理不合格品和廢品？參考答案：國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：硅酸鹽水泥性能中，凡氧化鎂、三氧化硫、初凝時間、安定性中任一項不符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定時均為廢品。廢品應(yīng)嚴(yán)禁出廠、使用。凡細(xì)度、終凝時間、不溶物和燒失量中的任何一項不符合規(guī)定或混合材摻量超過最大限度和強(qiáng)度低于商品強(qiáng)度等級（標(biāo)號）規(guī)定的指標(biāo)時稱為不合格品。水泥包裝標(biāo)志中水泥品種、強(qiáng)度等級、工廠名稱和出廠編號不全也屬于不合格品。不合格品可根據(jù)實際情況而決定使用與否。什么是活性混合材料和非活性混合材料？摻入硅酸鹽水泥中各能起到什么作用？參考答案：活性混合材料中有一定的活性組分，常溫下能與水泥熟料水化時析出Ca(OH)2的或在硫酸鈣的作用下生成具有膠凝性質(zhì)的穩(wěn)定化合物。非活性混合材料與水泥礦物成分不起化學(xué)反應(yīng)或化學(xué)反應(yīng)很弱，在水泥石中主要起填充作用，摻入硅酸鹽水泥中主要調(diào)節(jié)水泥強(qiáng)度等級，增加產(chǎn)量，降低水化熱等。2為什么摻較多活性混合材料的硅酸鹽水泥早期強(qiáng)度較低，