中南大學土木工程材料課后習題及答案

1、1土木工程材料習題集與參考答案土木工程材料習題集與參考答案第一章第一章土木工程材料的基本性質土木工程材料的基本性質1.試述材料成分、結構和構造對材料性質的影響？參考答案參考答案：材料的成分對性質的影響：材料的組成及其相對含量的變化，不僅會影響材料的化學性質，還會影響材料的物理力學性質。材料的成分不同，其物理力學性質有明顯的差異。值得注意的是，材料中某些成分的改變，可能會對某項性質引起較大的改變，而對其他性質的影響不明顯。材料的結構對性質

2、的影響：材料的結構是決定材料物理性能的重要因素?？煞譃槲⒂^結構和細觀結構。材料在微觀結構上的差異影響到材料的強度、硬度、熔點、變形、導熱性等性質，可以說材料的微觀結構決定著材料的物理力學性能。材料的構造對性質的影響：材料的構造主要是指材料的孔隙和相同或不同材料間的搭配。不同材料適當搭配形成的復合材料，其綜合性能優(yōu)于各個單一材料。材料的內部孔隙會影響材料的強度、導熱性、水滲透性、抗凍性等?？傊牧系慕M成、結構與構造決定了材料的性質。材料

3、的組成、結構與構造的變化帶來了材料世界的千變萬化。2試述材料密度、表觀密度、孔隙率的定義、測定方法及相互關系。密度與視密度的區(qū)別何在？參考答案：參考答案：密度：是指材料在密實狀態(tài)下單位體積的質量。測定方法：將材料磨細成粒徑小于0.25mm的粉末，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0?觀不規(guī)則的塊體

4、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?？紫堵剩翰牧现械目紫扼w積與總體積的百分比。P相互關系：%10010?????????????P密度與視密度區(qū)別：某些散粒材料比較密實，其內部僅含少量微小、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、強度、吸水性、抗?jié)B性、抗凍性、導熱性等性質有何影響？參考答案：參考答案：對表觀密度的影

5、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，材料的質量和體積均會發(fā)生變化，則表觀密度會發(fā)生變化。對強度的影響：孔隙減小了材料承受荷載的有效面積，降低了材料的強度，且應力在孔隙處的分布會發(fā)生變化，如：孔隙處的應力集中。對吸水性的影響：開口大孔，水容易進入但是難以充滿；封閉分散的孔隙，水無法進入。當孔隙率大，且孔隙多為開口、細小、連通時，材料吸水多。對抗?jié)B性的影響：材料的孔隙率大且

6、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。對導熱性的影響：如果材料內微小、封閉、均勻分布的孔隙多，則導熱系數就小，導熱性差，保溫隔熱性能就好。如果材料內孔隙較大，其內空氣會發(fā)生對流，則導熱系數就大，導熱性好。4材料的耐水性、吸水性、吸濕性、抗凍性、導熱性、熱容、抗?jié)B性的含義是什么？參考答案：參考答案：耐水性：材料抵抗水破壞

7、作用的能力稱為耐水性，即材料經水浸泡后，不發(fā)生破壞，同時強度也不顯著降低的性質。指標：軟化系數吸水性：材料與水接觸時其毛細管會吸收水分的性質。指標：吸水率吸濕性：材料在潮濕空氣中吸收水分的性質。指標：平衡含水率抗凍性：材料在吸水飽和狀態(tài)下，能經受多次凍融循環(huán)作用而不被破壞，強度也不嚴重降低的性質。指標：抗凍等級，其劃分取決于材料在一定條件下經受凍融而不被破壞的次數。導熱性：當材料兩面存在溫度差時，熱量會從溫度較高的一面?zhèn)鲗У綔囟容^低的一

8、面的性質。指標：導熱系數熱容：某塊材料在溫度升降1K時所放出或吸收的熱量。指標：C（熱容）＝c（比熱容）?m（材料質量）抗?jié)B性：材料抵抗壓力水或液體滲透的性質。指標：滲透系數5材料的導熱系數、比熱容和熱容與建筑物的使用功能有什么關系？參考答案：參考答案：材料的導熱系數小，建筑物的保溫隔熱性能就好。如果建筑物圍護結構的熱容越大，則在氣溫變化較大時，能較好地保持室內溫度。6試述材料的彈性、朔性、脆性和彈性磨量的意義？參考答案：參考答案：彈性

9、：當撤去外力或外力恢復到原狀態(tài)，材料能夠完全恢復原來形狀的性質。塑性：當撤去外力或外力恢復到原狀態(tài)，材料仍保持變形后的形狀和尺寸，并不產生裂縫的性質。脆性：是材料在外力作用下不產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為線彈性，一些非晶體材料如玻璃等也表現為線彈性，其應力與應變之比為常數，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。7影響材料強度試驗結果的因素有哪些？強度與強度等級是否不同，

10、試舉例說明。參考答案：參考答案：試驗條件對材料強度試驗結果有較大的影響，其中主要有試件的形狀和尺寸、試驗機的加載速度、試驗時的溫度和濕度，以及材料本身的含水狀態(tài)等。強度與強度等級不一樣。強度是一個具體值，而強度等級是一個等級范圍。如：混凝土的強度等級為C30，那么屬于C30強度等級的混凝土的實際強度值有可能是30MPa或與30MPa接近的強度值。8某地紅砂巖，已按規(guī)定將其磨細，過篩。烘干后稱取50g，用李氏瓶測得其體積為18.9cm3。

11、另有卵石經過清洗烘干后稱取1000g，將其浸水飽和后用布擦干。又用廣口瓶盛滿水，連蓋稱得其質量為790g，然后將卵石裝入，再連蓋稱得其質量為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。313、試述水泥細度對水泥性質的影響？怎樣檢驗？參考答案：參考答案：水泥細度直接影響到水泥的水化和凝結硬化。水泥顆粒越細，比表面積越大，則使水泥熟料的化學活性發(fā)揮得越快，表現為水泥的水化反應速度快，凝結硬化也快，但過細

12、的水泥不宜久存，硬化時收縮比較大。細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質量材料所具有的總表面積（m2kg）來表示。14、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：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。國家標準規(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

13、用標準稠度的水泥凈漿做成試餅，經恒沸3小時后用肉眼觀察未發(fā)現裂紋，用直尺檢驗沒有彎曲；雷氏法是用雷氏夾中的水泥漿經沸煮三小時后的膨脹值。15、試述硅酸鹽水泥的強度發(fā)展規(guī)律及影響因素？參考答案：參考答案：強度發(fā)展規(guī)律為：水泥的水化和凝結硬化從顆粒表面深入到內部是有一個時間過程的，水化速度開始比較快，強度發(fā)展也比較快，以后逐漸減慢。不同水泥的強度發(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度比較低，后期增進率高。16、在下列工程中選

14、擇適宜的水泥品種：（1）現澆混凝土梁、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：鋁酸鹽水泥；（5）高強度預應力混凝土梁：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及橋梁墩臺：礦渣水泥、火山灰水泥和粉煤灰水泥。17、某工程用一

15、批普通水泥，強度檢驗結果如下，試評定該批水泥的強度等級。齡期抗折強度MPa抗壓破壞荷載KN3d4.054.204.1041.042.546.045.543.028d7.007.508.50112115114113108115參考答案：參考答案：水泥的強度等級為42.5。18硅酸鹽水泥石腐蝕的類型有哪幾種？產生腐蝕的原因是什么？防止腐蝕的措施有哪些？參考答案：參考答案：腐蝕的類型有：軟水侵蝕（溶出性侵蝕）：軟水能使水化產物中的Ca(OH)

16、2溶解，并促使水泥石中其它水化產物發(fā)生分解；鹽類腐蝕：硫酸鹽先與水泥石結構中的Ca(OH)2起置換反應生產硫酸鈣，硫酸鈣再與水化鋁酸鈣反應生成鈣釩石，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反應生成CaCO3，再與含碳酸的水反應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；強堿腐蝕：鋁酸鹽含量較高的硅酸鹽水泥遇到強堿也會產生破壞。

17、腐蝕的防止措施：①根據工程所處的環(huán)境，選擇合適的水泥品種；②提高水泥石的密實程度；③表明防護處理。19、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：參考答案：國家標準規(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準規(guī)定時均為廢品。廢品應嚴禁出廠、使用。凡細度、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

18、最大限度和強度低于商品強度等級（標號）規(guī)定的指標時稱為不合格品。水泥包裝標志中水泥品種、強度等級、工廠名稱和出廠編號不全也屬于不合格品。不合格品可根據實際情況而決定使用與否。20、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：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反應或化學

19、反應很弱，在水泥石中主要起填充作用，摻入硅酸鹽水泥中主要調節(jié)水泥強度等級，增加產量，降低水化熱等。21、為什么摻較多活性混合材料的硅酸鹽水泥早期強度較低，后期強度發(fā)展比較明顯，長期強度甚至超過同標號的硅酸鹽水泥？參考答案：參考答案：摻較多活性混合材的硅酸鹽水泥中水泥熟料含量比較少，加水拌和后，熟料先水化，水化后析出的Ca(OH)2作為堿性激化劑激化活性混合材料水化，生成水化硅酸鈣和水化硫鋁酸鈣等水化產物。水化過程分兩步進行，早起強度較低

20、而后期強度發(fā)展較快。22、與普通水泥相比較，礦渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥在性能上有哪些不同，并分析這四種水泥的適用和禁用范圍。參考答案：參考答案：礦渣水泥保水性差、泌水性大。在施工中由于泌水而形成毛細管通道及水囊，水分的蒸發(fā)又易引起干縮，影響混凝土的抗?jié)B性、抗凍性及耐磨性。適用于高溫和耐軟水、海水、硫酸鹽腐蝕的環(huán)境中；火山灰質水泥特點是易吸水，易反應。在潮濕條件下養(yǎng)護可以形成較多的水化產物，水泥石結構比較致密，從而具有較高的抗?jié)B性和

21、耐久性。如在干燥環(huán)境中，所吸收的水分會蒸發(fā)，體積收縮，產生裂縫，因而不宜用于長期處于干燥環(huán)境和水位變化區(qū)的混凝土工程中，但適宜于大體積和抗?jié)B要求的混凝土及耐海水、硫酸鹽腐蝕的混凝土中；粉煤灰水泥需水量比較低，干縮性較小，抗裂性較好。尤其適用于大體積水工混凝土及地下和海港工程中，但不適宜抗碳化要求的混凝土中。23、試述道路硅酸鹽水泥的特點？參考答案：參考答案：特點是混凝土的抗折強度較高，耐磨性和耐久性較好，同時道路水泥還具有早強的性能。2

22、4、白色硅酸鹽水泥對原料和工藝有什么要求？參考答案：參考答案：白色硅酸鹽水泥嚴格控制氧化鐵的含量，此外有色金屬氧化物如氧化錳、氧化鈦、氧化鉻的含量也加以限制。由于原料中氧化鐵含量少，煅燒的溫度要提高到1550℃左右。為了保證白度，煅燒時應采用天然氣、煤氣或重油做燃料，粉磨時不能直接用鑄鋼板和鋼球，而應采用白色花崗巖或高強陶瓷襯板，用燒結瓷球等作研磨體。25、膨脹水泥的膨脹過程與水泥體積安定性不良所形成的體積膨脹有何不同參考答案：參考答案

23、：水泥體積安定性不良引起的膨脹是指水泥石中的某些化學反應不能在硬化前完成，而在硬化后進行，并伴隨有體積不均勻的變化，在以硬化的水泥石中產生內應力，輕則引起膨脹變形，重則使水泥石開裂。膨脹水泥的膨脹在硬化過程中完成，并且其體積是均勻地發(fā)生膨脹。26、鋁酸鹽水泥有何特點？參考答案：參考答案：鋁酸鹽水泥快硬早強，早期強度增長快，但后期強度可能會下降；水化熱大，而且集中在早期放出；具有較好的抗硫酸鹽侵蝕能力；鋁酸鹽水泥不耐堿但耐高溫性能好。27