土木工程材料题目解答样本.doc

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目 录
第一章 土木工程材料的基本性质 2
第二章 金属材料 5
第三章 石材 8
第四章 无极气硬性胶凝材料 9
第五章 水泥 11

第一章 土木工程材料的基本性质
1-1 名词解释
1)密度: 材料在绝对密实状态下单位体积的质量。
2)表观密度: 材料在自然状态下单位体积的质量。
3)堆积密度: 散粒材料在自然堆积状态下单位体积的质量。
4)孔隙率: 材料内部孔隙的体积占材料总体积的百分率。
5)空隙率: 散粒材料堆积体积中, 颗粒间孔隙体积所占的百分率。
6) 质量吸水率:材料在吸水饱和时, 内部所吸水分的质量占材料干质量的百分率; 体积吸水率:材料在吸水饱和时, 其内部所吸水分的体积占干燥材料自然体积的百分率。
7) 含水率:材料内部所含水量的质量占材料干质量的百分率。
8) 比强度:按单位体积质量计算的材料强度指标, 其值等于材料强度与其表观密度之比。
1-2其石灰岩的密度为2.62g/cm3, 孔隙率为1.20%, 今将该石灰岩破碎成碎石, 其堆积密度为1580kg/m3, 求碎石的表观密度和空隙率。
已知: , , 。
求,
解 , ;

1-3一块烧结普通砖的外形尺寸为240mm×115mm×53mm, 吸水饱和后为2940g。烘干至恒重为2580g, 今将该砖磨细并烘干后取出50g用李氏瓶测得其体积为18.58cm3.求该砖的密度, 表观密度, 孔隙率, 质量吸水率, 开口孔隙率及闭口的孔隙度。
表观体积,
密度,
表观密度,
孔隙率,
质量吸水率
开口孔隙率 式中-材料开口孔隙体积,

,
闭口孔隙率式中: -材料闭口孔隙体积。
。
1-4称河砂500g,烘干至恒重时质量为494g,求此河砂含水率。
。
1-5某材料的体积吸水率为10%, 密度为3.0g/cm3,烘干后的表观密度为1500kg/m3。求该材料的质量吸水率, 开口空隙率, 闭口孔隙率, 并评估该材料的抗冻性。
已知: 体积吸水率:
( 1)
-饱和状态材料质量, -干燥状态材料质量, -水的密度, -材料自然状态体积。
密度: ( 2) ,
-干燥材料在绝对密实状态下的体积。
表观密度( 体积密度) : ( 3)
求: 质量吸水率, 开口孔隙率, 闭口孔隙率。
质量吸水率: ( 4) ,
由式( 1) : , 由式( 3) , 带入式( 4) :
得到 。

-材料闭口孔隙体积,
-材料开口孔隙体积。
开口孔隙率
闭口孔隙率
或。
1-6影响材料的吸水性的主要因素有哪些? 材料含水对其哪些性质有影响? 影响如何?
答: 材料的吸水性与材料本身亲水还是憎水有关, 也与其孔隙率的大小及孔隙特征有关。材料含水对其表观密度、 导热性、 抗冻性、 强度等性质有影响。它使材料的表观密度增加、 导热性增大, 强度降低, 抗冻性变差等。( 展开解释)
1-7石灰岩的密度和石灰岩碎石的表观密度有何不同? 天然含水量的大小对碎石的表观密度是否有影响? 为什么?
答: 石灰岩的密度是指石灰岩干燥材料的质量与绝对密实状态体积的比值。石灰岩碎石的表观密度是指石灰岩碎石材料自然状态质量与体积的比值。
天然含水量的大小对碎石的表观密度有影响。天然含水量越大, 一般情况下表观密度越大, 自然状态下单位体积的质量会变大; 当然达到饱和状态下自然体积也会变化。

第二章 金属材料
2-1 含碳量对热轧碳素钢性质有何影响
碳是决定钢材性能的主要元素, 它对钢材的强度、 塑性、 韧性等机械力学性能。当碳含量在0.8%以下时, 随着碳含量的增加, 钢的强度和硬度提高, 塑性和韧性下降; 但当碳含量大于10.%时, 随着碳含量增加, 钢材的强度反而下降, 这是由于呈网状分布于珠光体晶界上的渗碳体, 使钢变脆。钢中碳含量增加, 还会使钢的可焊性变差, 冷脆性和时效敏感性增加, 使得钢耐候性变差。
2-2 钢材中的有害化学元素主要有哪些, 它们对钢材的性能各有何影响?
硫: 降低钢材机械性能, 使得钢材可焊性, 冲击韧性, 疲劳性和耐腐蚀性降低, 另外还存在对钢铁在1000摄氏度以上进行锻打的时候, 会导致热脆( 开裂) ( 高温热脆) 。
磷: 主要溶于铁素体起强化作用。磷含量增加, 钢材的强度和硬度增加, 塑性和韧性显著降低。特别温度越低, 对塑性和韧性的影响越大, 从而加大钢材的冷脆性( 低温冷脆) 。
氧: 主要存在于非金属夹杂物中, 少量溶于铁素体内。非金属夹杂物显著降低钢材的机械性能, 特别是韧性, 氧有促进时效倾向的作用。同时造成钢材低熔点和钢的可焊性变差。
氮的影响和碳, 磷相似。
2-4碳素钢的牌号由小变大, 钢的碳含量, 有害杂质, 性能有何变化?
碳素钢牌号由小变大, 钢的碳含量增加, 有害杂质含量基本不变, 强度增加, 塑性和韧性降低, 冷弯性能变差。
2-5 钢筋混凝土用钢的主要种类, 等级和适用范围。
热轧带肋钢筋: HPB300, HRB335, HRB400, HRB500, 其中HPB300, HRB335, HRB400用于普通的钢筋混凝土结构受力筋, HRB500强度高, 可焊性和塑性差, 可用作预应力钢筋。
预应力螺纹钢筋: 适用于预应力混凝土结构。
冷轧带肋钢筋: CRB550适用于非预应力混凝土受力主筋, 预应力混凝土的非预应力筋, CRB650, CRB800, CRB970, CRB1170, 预应力混凝土的预应力筋。
钢丝, 钢绞线: 中强度预应力钢丝( 光圆, 螺旋肋) , 消除应力钢丝( 光圆, 螺旋肋) , 钢绞线; 适用于预应力混凝土。
2-6 简述钢筋锈蚀的原因, 主要类型和防锈措施
化学锈蚀, 钢材直接与周围介质发生化学反应而产生的锈蚀, 主要为氧化反应。空气中的温度和湿度加速发展
电化学锈蚀, 钢材与电解质溶液接触而产生电流, 形成微电池而引起的锈蚀。是钢材存放和使用主要的锈蚀方式。
防止措施: 表面涂刷防锈漆, 控制使用环境, 调整钢的基本组织或者加入某些合金元素。
2-9画出低碳钢拉伸时的应力-应变图。指出其中重要参数和其意义。
拉伸应力-应变图
弹性阶段( OA段) , 得到弹性极限应力, 得到弹性模量, 超过极限应力后, 应力-应变曲线成非比例增加。
屈服阶段( AB段) , 得到屈服极限, 由屈服下限得到。钢材受力达到屈服点后, 变形迅速发展, 尽管尚未破坏, 但因其变形过大已不能满足使用要求, 设计中一般以屈服点作为钢材强度的取值依据。
强化阶段( BC段) , 当荷载超过屈服点后, 钢材内部组织重新分布, 抵抗变形能力重新提高。最大值应力, 称为抗拉强度。称为强屈比, 越大, 结构强度储备越高, 过大, 造成材料浪费。
颈缩阶段( CD段) 。试件截面薄弱处截面显著缩小, 产生颈缩现象。得到伸长率。衡量钢材塑性的关键指标。伸长率越大, 钢材塑性越好。
2-10 钢材的伸长率如何表示, 冷弯性能如何评定。
, -原始标距长度( 一般取5d0,10d0. d0-试件直径) , -断后标距。
冷弯性能是经过冷弯试验, 经过直径( 或厚度) 为a的试件, 采用标准规定的弯心直径d( d=na) , 弯曲到规定角度( 90或180°) 时, 检查弯曲处有无裂纹, 断裂及起层现象, 若无, 则冷弯性能合格。
2-13 直径为16mm的钢筋, 截取两根做拉伸试验, 达到屈服点的荷载分别为72.3kN和72.2kN, 拉断时的荷载分别为104.5kN和108.5kN, 试件标距长度为80.0mm, 拉断后的标距长度分别为96.0mm和94.4mm, 问钢筋牌号.

试样
编号
截面尺寸
(mm2)
屈服点
极限荷
载kN
抗拉强
度MPa
拉伸试验破坏形态
断后伸长率
冷弯a=(180o)
kN
MPa
比例系数
A, %
d=
破坏形态
1-1
201.1
72.3
360
104.5
520
颈缩
/
20
/
无
1-2
201.1
72.2
360
108.5
540
颈缩
18
无
可得到钢材牌号为HRB335。

第三章 石材
3-1 简述岩浆岩, 沉积岩, 变质岩的形成及主要特征。
岩浆岩又称火成岩, 由地壳深处的熔融岩浆上升到地表附近或者喷出地表经冷凝而成。分为深成岩: 构造致密, 抗压强度高, 吸水率小, 表观密度大, 抗冻性, 耐磨性, 耐水性好。喷出岩: 质地坚硬, 耐酸耐热性好。火山岩: 表观密度小, 呈多孔玻璃质结构。
沉积岩又称水成岩, 有露出地表的各种岩石经自然风化, 风力搬迁, 流水冲移等作用后再沉淀堆积, 在地表或离地表不太深处形成的岩石。与岩浆岩比, 表观密度小, 密实度差, 吸水率较大, 强度较低, 耐久性较差。分为机械沉积, 生物沉积, 化学沉积。
变质岩, 由岩浆岩或者沉积岩在地壳运动过程中, 受到地壳内部高温、 高压的作用, 使得原来岩石的结构发生变化。产生熔融再结晶作用而形成的岩石。沉积岩变质后质地密实, 性能变好, 岩浆岩变质后, 构造及性能变差。
3-4 选用天然石材的原则是什么, 为甚大理石不宜用于室外。
原则: 1)适用性: 根据不同的使用部位、 用途选用不同的石材, 综合考虑石材的物理性质, 力学性质, 工艺性和放射性。
2) 经济性: 石材表观密度大, 运输不方便, 充分考虑当地资源, 尽可能就地取材。
3)安全性: 注意石材的放射性。
由于大理石抗风化能力差。多数大理石的主要化学成分为碳酸钙或者碳酸镁等碱性物质, 易被酸侵蚀, 因此不宜用于室外。
3-5 天然石材按照放射性水平分为几类, 各适用什么场合?
按照放射水平, 天然石材分为A, B, C三类, A类能够适用到任何场合, B类不可用于居室内饰, 可用于其它一切建筑内、 外饰面, C类只可用于建筑物的外饰面。超过C类标准控制值的天然石材, 只可用于桥墩, 碑石等。

第四章 无极气硬性胶凝材料
4-1什么是气硬性胶凝材料?
气硬性胶凝材料是只能在空气中凝结、 硬化、 保持和发展强度的胶凝材料, 如石灰、 石膏、 水玻璃即属这一类; 水硬性胶凝材料则既能在空气中硬化, 更能在水中凝结、 硬化、 保持并继续发展其强度的胶凝材料, 如各种水泥.。
4-2 简述石膏的凝结和硬化过程。
建筑石膏的水化: 建筑石膏加水拌合后, 与水发生水化反应生成二水硫酸钙, 水化生成的二水硫酸钙与生石膏分子式相同, 但由于结晶度和结晶型态不同, 物理力学性能有了差异。其水化和凝结硬化机理可简单描述为: 由于二水石膏的溶解度比半水石膏小, 故二水石膏首先从饱和溶液中析晶沉淀, 促使半水石膏继续溶解, 这一反应过程连续不断进行, 直至半水石膏全部水化生成二水石膏。

建筑石膏的凝结硬化: 随着水化反应的不断进行, 自由水分被水化和蒸发而不断减少, 加之生成的二水石膏微粒比半水石膏细, 比表面积大, 吸附更多的水, 从而使石膏浆体很快失去塑性而凝结; 又随着二水石膏微粒结晶长大, 晶体颗粒逐渐互相搭接、 交错、 共生, 从而产生强度, 即硬化。实际上, 上述水化和凝结硬化过程是相互交叉而连续进行的。

4-3 石灰的建筑工程用途。
1) 建筑室内粉刷, 2) 拌置建筑砂浆, 3) 配制三合土和灰土, 4) 加固含水的软土地基, 5) 生产硅酸盐制品, 6) 磨制生石灰粉。
4-4 简述生石灰的熟化。
生石灰的水化称为熟化, 指生石灰与水发生水化反应, 生成的过程。

1) 反应可逆, 2) 水化热大, 水化速率快。3) 水化过程体积增加。

4-5 什么是水玻璃, 水玻璃的建筑工程用途。
俗称泡花碱, 一种水溶性硅酸盐, 由碱金属氧化物和二氧化硅组成, 分为钠水玻璃( ) 钾水玻璃( ) 。良好的胶结能力, 硬化时析出的硅酸凝胶有堵塞毛孔而防止渗水的作用。1) 作为灌浆材料。2) 涂刷建筑材料表面, 提高密实性和抗风化能力。3) 配制快凝防水剂。4) 配制耐酸混凝土和耐酸砂浆。5) 配制耐热混凝土和耐热砂浆。
第五章 水泥
5-1试述硅酸盐水泥的主要矿物组成及其对水泥性质的影响。

游离, 煅烧过程中没有全部化合而残留下来呈游离状态, 会造成水泥安定性不良。
含碱矿物, , 含量过高遇到有活性骨料时, 容易产生碱-骨料膨胀反应。
5-3 试述下述各条”必须”的原因。
1) 制造硅酸盐水泥必须加入适量石膏, 2) 水泥粉必须具有一定的细度, 3) 水泥体积安定性必须合格, 4) 测定水泥强度等级, 凝结时间, 和体积安定性时, 均必须规定加水量。
石膏: 控制水泥凝结时间, 否则C3S凝结硬化速度过快, 造成水泥初凝时间不合格, 过量则会导致水泥安定性不合格。
细度: 细度直接影响水泥水化, 凝结硬化, 强度, 干缩及水化热。过粗, 水泥无法充分水化。过细, 水泥容易与空气中的反应, 水泥收缩大, 碾磨成本高。
安定性: 安定性不良会使水泥制品、 混凝土构件产生膨胀裂缝, 降低结构质量, 甚至引发工程事故。
测定水泥强度等级, , , 加水量: 水量过少, 水泥水化反应慢, 不完全; 水量过多, 水泥石毛细孔多, 水泥石强度低, 影响净浆稠度而使凝结时间不准确, 安定性测量结果不准确。
5-5 硅酸盐水泥腐蚀的类型有哪几种? 各自的腐蚀机理如何, 指出防止水泥石腐蚀的措施。

防止措施

5-6 为什么生产硅酸盐水泥掺适量石膏对水泥不起破坏作用, 而硬化水泥石在硫酸盐的环境介质中生成石膏就有破坏作用
凝结硬化过程中石膏作用: 石膏与水化铝酸钙反应生成水化硫铝酸钙针状晶体( 钙矾石) 。该晶体难溶, 包裹在水泥熟料的表面上, 形成保护膜, 阻碍水分进入水泥内部, 使水化反应延缓下来, 从而避免了纯水泥熟料水化产生闪凝现象。因此, 石膏在水泥中起调节凝结时间的作用。
硫酸盐溶液与水泥石中的氢氧化钙反应产生硫酸钙, 其在水泥石孔隙中形成二水石膏( ) , 产生体积膨胀, 导致水泥石开裂破坏。
5-7 简述硅酸盐水泥的技术性质。它们各有何实用意义? 水泥经过检验, 什么叫不合格品, 什么叫废品。
细度: 水泥颗粒的粗细程度, 影响水泥的水化、 硬化、 强度、 干缩及水化热等, 不符合规定属于不合格品
初凝时间: 水泥从加水至水泥浆开始失去塑性、 流动性减小所需的时间。
终凝时间: 水泥从加水至水泥浆完全失去塑性, 开始有一定结构强度所需的时间。
初凝不宜过快是为了保证有足够的时间在水泥凝结硬化前完成必要的工序, 终凝不宜过迟是为了是混凝土在浇筑完成后尽早完成凝结硬化, 产生强度, 以利于下道工序进行。
初凝时间不符合规定属于废品, 终凝时间不符合规定属于不合格品。
体积安定性: 水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀性。安定性不良会使水泥制品、 混凝土构件产生膨胀裂缝, 降低结构质量, 甚至引发工程事故。不符合规定属于废品。
强度: 强度是评价水泥质量的重要指标, 水泥强度高, 水泥制品的强度才能高。强度不符合规定属于不合格品。
碱含量: 水泥中, 含量。过量会使其与骨料中的活性物容易产生碱-骨料膨胀反应。含量由供需方商定
5-8 引起硅酸盐水泥安定性不良的原因有哪些? 该如何检验? 土木工程中使用安定性不良的水泥有何危害, 水泥安定性不合格怎办?
熟料中所含的游离氧化钙、 游离氧化镁过多, 熟料中所含的游离氧化钙或氧化镁都是过烧的, 熟化很慢, 在水泥硬化后才进行熟化, 这是一个体积膨胀的化学反应, 会引起不均匀的体积变化, 使水泥石开裂。当石膏掺量过多时, 在水泥硬化后, 它还会继续与固态的水化铝酸钙反应生成高硫型水化硫铝酸钙, 体积约增大1.5倍, 也会引起水泥石开裂。
安定性不良会使水泥制品、 混凝土构件产生膨胀裂缝, 降低结构质量, 甚至引发工程事故。安定性不合格作为废品处理。
5-12 下列混凝土构件和工程, 试分别选用合适的水泥品种, 并说明理由。
1) 现浇混凝土板, 梁, 柱, 2) 采用蒸汽养护的混凝土预制构件, 3) 紧急抢修的工程或紧急军事工程, 4) 大致积混凝土坝和大型设备基础; 5) 有硫酸盐腐蚀的地下工程; 6) 高炉基础, 7) 海港码头, 8) 道路工程。
表1 水泥品种选择表
条件
环境
水泥品种
理由
现浇混凝土板, 梁, 柱,
一般环境
A-E
A优先, 其余可用, 环境对混凝土影响较小。
采用蒸汽养护的混凝土预制构件
湿热
B
其早期强度低, 水化热低, 在湿热环境下强度增长迅速
紧急抢修的工程或紧急军事工程
快速硬化
F, G
快硬, 早强
大致积混凝土坝和大型设备基础
厚大致积
B-E, J, K
低水化热
有硫酸盐腐蚀的地下工程
硫酸腐蚀
B, H
抵抗较高浓度硫酸根离子侵蚀。
高炉基础
高温
B
水泥耐热性好
海港码头
硫酸盐侵蚀
B
具有较强的抗溶出性侵蚀和抗硫酸盐侵蚀的能力
道路工程
耐磨
I
耐磨, 抗干缩性能好
注A-普通水泥, B-矿渣水泥, C-火山灰水泥, D-粉煤灰水泥, E-复合水泥, F-快硬硅酸盐水泥, G-铝酸盐水泥, H-抗硫酸盐硅酸水泥, I-道路硅酸盐水泥, J-中热水泥, K-低热水泥,
5-16水泥抗折强度计算, 抗压, 抗折强度计算结构取值。