中南大學(xué)土木工程材料課后習(xí)題及答案

1、1土木工程材料習(xí)題集與參考答案土木工程材料習(xí)題集與參考答案第一章第一章土木工程材料的基本性質(zhì)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(duì)材料性質(zhì)的影響？參考答案參考答案：材料的成分對(duì)性質(zhì)的影響：材料的組成及其相對(duì)含量的變化，不僅會(huì)影響材料的化學(xué)性質(zhì)，還會(huì)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(huì)對(duì)某項(xiàng)性質(zhì)引起較大的改變，而對(duì)其他性質(zhì)的影響不明顯。材料的結(jié)構(gòu)對(duì)性質(zhì)

2、的影響：材料的結(jié)構(gòu)是決定材料物理性能的重要因素。可分為微觀結(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(diǎn)、變形、導(dǎo)熱性等性質(zhì)，可以說(shuō)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(duì)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(gè)單一材料。材料的內(nèi)部孔隙會(huì)影響材料的強(qiáng)度、導(dǎo)熱性、水滲透性、抗凍性等?？傊?，材料的組成、結(jié)構(gòu)與構(gòu)造決定了材料的性質(zhì)。材料

3、的組成、結(jié)構(gòu)與構(gòu)造的變化帶來(lái)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(cè)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：參考答案：密度：是指材料在密實(shí)狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量。測(cè)定方法：將材料磨細(xì)成粒徑小于0.25mm的粉末，再用排液法測(cè)得其密實(shí)?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(cè)定方法：對(duì)于外形規(guī)則的塊體材料，測(cè)其外觀尺寸就可得到自然體積。對(duì)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(cè)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(guān)系：%10010?????????????P密度與視密度區(qū)別：某些散粒材料比較密實(shí)，其內(nèi)部?jī)H含少量微小、封閉的孔隙，從工程使用角度來(lái)說(shuō)，不需磨細(xì)也可用排液法測(cè)其近似的密實(shí)體積，這樣測(cè)得的密度稱為“視密度”。3孔隙率及孔隙特征對(duì)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：參考答案：對(duì)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(zhì)量和體積均會(huì)發(fā)生變化，則表觀密度會(huì)發(fā)生變化。對(duì)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(huì)發(fā)生變化，如：孔隙處的應(yīng)力集中。對(duì)吸水性的影響：開(kāi)口大孔，水容易進(jìn)入但是難以充滿；封閉分散的孔隙，水無(wú)法進(jìn)入。當(dāng)孔隙率大，且孔隙多為開(kāi)口、細(xì)小、連通時(shí)，材料吸水多。對(duì)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(kāi)口時(shí)，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(duì)抗凍性的影響：連通的孔隙多，孔隙容易被水充滿時(shí)，抗凍性差。對(duì)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(huì)發(fā)生對(duì)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：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(jīng)水浸泡后，不發(fā)生破壞，同時(shí)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(shí)其毛細(xì)管會(huì)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(jí)，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(shí)，熱量會(huì)從溫度較高的一面?zhèn)鲗?dǎo)到溫度較低的一

8、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(shí)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：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(shí)，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：參考答案：彈性

9、：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(lái)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(gè)指標(biāo)。7影響材料強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果的因素有哪些？強(qiáng)度與強(qiáng)度等級(jí)是否不同，

10、試舉例說(shuō)明。參考答案：參考答案：試驗(yàn)條件對(duì)材料強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果有較大的影響，其中主要有試件的形狀和尺寸、試驗(yàn)機(jī)的加載速度、試驗(yàn)時(shí)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(jí)不一樣。強(qiáng)度是一個(gè)具體值，而強(qiáng)度等級(jí)是一個(gè)等級(jí)范圍。如：混凝土的強(qiáng)度等級(jí)為C30，那么屬于C30強(qiáng)度等級(jí)的混凝土的實(shí)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(guò)篩。烘干后稱取50g，用李氏瓶測(cè)得其體積為18.9cm3。

11、另有卵石經(jīng)過(guò)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(gè)是密度或視密度。313、試述水泥細(xì)度對(duì)水泥性質(zhì)的影響？怎樣檢驗(yàn)？參考答案：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(guò)細(xì)

12、的水泥不宜久存，硬化時(shí)收縮比較大。細(xì)度的檢驗(yàn)方法通常用篩分法或比表面積法來(lái)測(cè)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（m2kg）來(lái)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(yàn)？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(guò)多或摻入石膏過(guò)多等原因所造成。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，由游離的氧化鈣過(guò)多引起的水泥體積安定性不良可用雷氏法或試餅法檢驗(yàn)。試餅法是

13、用標(biāo)準(zhǔn)稠度的水泥凈漿做成試餅，經(jīng)恒沸3小時(shí)后用肉眼觀察未發(fā)現(xiàn)裂紋，用直尺檢驗(yàn)沒(méi)有彎曲；雷氏法是用雷氏夾中的水泥漿經(jīng)沸煮三小時(shí)后的膨脹值。15、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：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(gè)時(shí)間過(guò)程的，水化速度開(kāi)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。16、在下列工程中選

14、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(tái)：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(qiáng)度檢驗(yàn)結(jié)果如下，試評(píng)定該批水泥的強(qiáng)度等級(jí)。齡期抗折強(qiáng)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(qiáng)度等級(jí)為42.5。18硅酸鹽水泥石腐蝕的類(lèi)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：參考答案：腐蝕的類(lèi)型有：軟水侵蝕（溶出性侵蝕）：軟水能使水化產(chǎn)物中的Ca(OH)

16、2溶解，并促使水泥石中其它水化產(chǎn)物發(fā)生分解；鹽類(lèi)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(wú)膠凝能力的Mg(OH)2；酸類(lèi)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(huì)產(chǎn)生破壞。

17、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(shí)程度；③表明防護(hù)處理。19、硅酸鹽水泥檢驗(yàn)中，哪些性能不符合要求時(shí)，則該水泥屬于不合格品？哪些性能不符合要求時(shí)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(guó)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(shí)間、安定性中任一項(xiàng)不符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定時(shí)均為廢品。廢品應(yīng)嚴(yán)禁出廠、使用。凡細(xì)度、終凝時(shí)間、不溶物和燒失量中的任何一項(xiàng)不符合規(guī)定或混合材摻量超過(guò)

18、最大限度和強(qiáng)度低于商品強(qiáng)度等級(jí)（標(biāo)號(hào)）規(guī)定的指標(biāo)時(shí)稱為不合格品。水泥包裝標(biāo)志中水泥品種、強(qiáng)度等級(jí)、工廠名稱和出廠編號(hào)不全也屬于不合格品。不合格品可根據(jù)實(shí)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(shí)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)

19、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(jí)，增加產(chǎn)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(qiáng)度較低，后期強(qiáng)度發(fā)展比較明顯，長(zhǎng)期強(qiáng)度甚至超過(guò)同標(biāo)號(hào)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(chǎn)物。水化過(guò)程分兩步進(jìn)行，早起強(qiáng)度較低

20、而后期強(qiáng)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(xì)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(zhì)水泥特點(diǎn)是易吸水，易反應(yīng)。在潮濕條件下養(yǎng)護(hù)可以形成較多的水化產(chǎn)物，水泥石結(jié)構(gòu)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(huì)蒸發(fā)，體積收縮，產(chǎn)生裂縫，因而不宜用于長(zhǎng)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(diǎn)？參考答案：參考答案：特點(diǎn)是混凝土的抗折強(qiáng)度較高，耐磨性和耐久性較好，同時(shí)道路水泥還具有早強(qiáng)的性能。2

22、4、白色硅酸鹽水泥對(duì)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(yán)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(shí)應(yīng)采用天然氣、煤氣或重油做燃料，粉磨時(shí)不能直接用鑄鋼板和鋼球，而應(yīng)采用白色花崗巖或高強(qiáng)陶瓷襯板，用燒結(jié)瓷球等作研磨體。25、膨脹水泥的膨脹過(guò)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(xué)反應(yīng)不能在硬化前完成，而在硬化后進(jìn)行，并伴隨有體積不均勻的變化，在以硬化的水泥石中產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，輕則引起膨脹變形，重則使水泥石開(kāi)裂。膨脹水泥的膨脹在硬化過(guò)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(diǎn)？參考答案：參考答案：鋁酸鹽水泥快硬早強(qiáng)，早期強(qiáng)度增長(zhǎng)快，但后期強(qiáng)度可能會(huì)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