土木工程材料课后习题解答

《土木工程材料》习题与难题解答1简答题1 测定含大量开口孔隙的材料表观密度时，直接用排水法测定其体积，为何该材料的质量与所测得的体积之比不是该材料的表观密度？解答：表观密度是材料在自然状态下单位体积的质量。

所谓自然状态下的体积包含材料内的孔隙。

而直接将含大量开口孔隙的材料放入水中，部分水进入材料的开口孔隙中，故，所测得的体积已不是材料在自然状态下的体积。

正确的做法是将材料表面涂蜡将其密封，然后方能用排水法测定其自然状态下的体积。

2相同组成材料的性能为何不一定是相同的？解答：例如同是二氧化硅成分组成的材料，蛋白石是无定型二氧化硅，石英是结晶型二氧化硅。

它们的分子结构不同，因而它们的性质不同。

3 孔隙率越大，材料的抗冻性是否越差？解答：材料的孔隙包括开口孔隙和闭口孔隙两种，材料的孔隙率则是开口孔隙率和闭口孔隙率之和。

材料受冻融破坏主要是因其孔隙中的水结冰所致。

进入孔隙的水越多，材料的抗冻性越差。

水较难进入材料的闭口孔隙中。

若材料的孔隙主要是闭口孔隙，即使材料的孔隙率大，进入材料内部的水分也不会很多。

在这样的情况下，材料的抗冻性不会差。

名词解释1 材料空隙率是指散粒状材料在堆积体积状态下颗粒固体物质间空隙体积(开口孔隙与间隙之和)占堆积体积的百分率。

2 堆积密度是指粉状或粒状材料在堆积状态下单位体积的质量。

填空题1 材料的吸湿性是指材料在＿空气中吸收水分＿的性质。

2 材料的抗冻性以材料在吸水饱和状态下所能抵抗的＿冻融循环次数＿来表示。

3 水可以在材料表面展开，即材料表面可以被水浸润，这种性质称为＿亲水性＿。

选择题1 孔隙率增大，材料的＿B＿降低。

A 密度B 表观密度C 憎水性D 抗冻性2 材料在水中吸收水分的性质称为＿A＿。

A 吸水性B 吸湿性C 耐水性D 渗透性判断题1 某些材料虽然在受力初期表现为弹性，达到一定程度后表现出塑性特征，这类材料称为塑性材料。

错2 材料吸水饱和状态时水占的体积可视为开口孔隙体积。

对3 在空气中吸收水分的性质称为材料的吸水性。

错分析题1 生产材料时，在组成一定的情况下，可采取什么措施来提高材料的强度和耐久性？解答：主要有以下两个措施:(1)降低材料内部的孔隙率，特别是开口孔隙率。

降低材料内部裂纹的数量和长度；使材料的内部结构均质化。

(2)对多相复合材料应增加相界面间的粘结力。

如对混凝土材料，应增加砂、石与水泥石间的粘结力。

2 决定材料耐腐蚀性的内在因素是什么？解答：决定材料耐腐蚀的内在因素主要有:(1)材料的化学组成和矿物组成。

如果材料的组成成分容易与酸、碱、盐、氧或某些化学物质起反应，或材料的组成易溶于水或某些溶剂，则材料的耐腐蚀性较差。

(2)非晶体材料较同组成的晶体材料的耐腐蚀性差。

因前者较后者有较高的化学能，即化学稳定性差。

(3)材料内部的孔隙率，特别是开口孔隙率。

孔隙率越大，腐蚀物质越易进入材料内部，使材料内外部同时受腐蚀，因而腐蚀加剧。

(4)材料本身的强度。

材料的强度越差，则抵抗腐蚀的能力越差。

六、计算题某岩石在气干、绝干、水饱和状态下测得的抗压强度分别为172 MPa、178 MPa、168 MPa。

该岩石可否用于水下工程。

该岩石的软化系数为其软化系数大于0.85，所以该岩石可用于水下工程。

常见问题解答2简答题1. 为什么用材料的屈服点而不是其抗拉强度作为结构设计时取值的依据？解答：屈服强度和极限抗拉强度是衡量钢材强度的两个重要指标。

极限抗拉强度是试件能承受最大应力。

在结构设计中，要求构件在弹性变形范围内工作，即使少量的塑性变形也应力求避免，所以规定以钢材的屈服强度作为设计应力的依据。

抗拉强度在结构设计中不能完全利用，但屈服强度与抗拉强度之比（屈强比）却有一定的意义。

屈强比越小，结构的安全性越高。

2. 为什么将钢材的伸长率作为建筑用钢材的一个重要技术性能指标？解答：钢材在使用中，为避免正常受力时在缺陷处产生应力集中发生脆断，要求其塑性良好，即具有一定的伸长率，可以使缺陷处超过材料的屈服点时，随着发生塑性变形使应力重新分布，而避免钢材提早破坏。

同时，常温下将钢材加工成一定形状，也要求钢材要具有一定塑性。

但伸长率不能过大，否则会使钢材在使用中超过允许的变形值。

3. 为何冷加工强化的钢材会有塑性降低、脆性增大的副作用？解答：钢材加工至塑性变形后，由于塑性变形区域内的晶粒产生相对滑移，使滑移面下的晶粒破碎，晶格变形，构成滑移面的凹凸不平，从而给以后的变形造成较大的困难。

所以其塑性降低、脆性增大。

名词解释1 钢材受力初期，应力与应变成比例地增长，应力与应变之比为常数，称为弹性模量。

2 当应力超过弹性极限后，变形增加较快，此时除了产生弹性变形外，还产生部分塑性变形。

当应力达到B点后，塑性应变急剧增加，曲线出现一个波动的小平台，这种现象称为屈服。

这一阶段的最大、最小应力分别称为上屈服点和下屈服点。

由于下屈服点的数值较为稳定，因此以它作为材料抗力的指标，称为屈服点或屈服强度。

填空题1 ＿屈服强度＿和＿极限抗拉强度＿是衡量钢材强度的两个重要指标。

2 钢材热处理的工艺有：＿退火＿，正火，＿淬火＿，＿回火＿。

3 按冶炼时脱氧程度分类钢可以分成：＿镇静钢＿，＿沸腾钢＿,＿半镇静钢＿和特殊镇静钢。

选择题1 钢材抵抗冲击荷载的能力称为＿B＿。

A 塑性B 冲击韧性C 弹性D 硬度2 钢的含碳量为＿A＿。

A <2.06%B >3.0%C >2.06%判断题1 屈强比愈小，钢材受力超过屈服点工作时的可靠性愈大，结构的安全性愈高。

对2 一般来说，钢材硬度愈高，强度也愈大。

对3 钢材是各向异性材料。

错分析题1 某厂钢结构层架使用中碳钢，采用一般的焊条直接焊接。

使用一段时间后层架坍落，请分析事故的可能原因。

答：A.钢材选用不当。

中碳钢塑性、韧性差于低碳钢，且焊接时温度高，热影响区的塑性及韧性下降较多，从而易于形成裂纹。

B.焊条选用及焊接方式亦有不妥。

中碳钢由于含碳较高，焊接易产生裂缝，最好采用铆接或螺栓连接。

若只能焊接，应选用低氢型焊条，且构件宜预热。

2 为何说屈服点（бs）、抗拉强度（бb）和伸长率（δ）是建筑用钢材的重要技术性能指标。

答：屈服点（бs）是结构设计时取值的依据，表示钢材在正常工作承受的应力不超过бs；屈服点与抗拉强度的比值（бs∕бb）称为屈强比。

它反应钢材的利用率和使用中安全可靠程度；伸长率（δ）表示钢材的塑性变形能力。

钢材在使用中，为避免正常受力时在缺陷处产生应力集中发生脆断，要求其塑性良好，即具有一定的伸长率，可以使缺陷处超过бs时，随着发生塑性变形使应力重分布，而避免钢材提早破坏。

同时，常温下将钢材加工成一定形状，也要求钢材要具有一定塑性。

但伸长率不能过大，否则会使钢材在使用中超过允许的变形值。

六、计算题从新进货的一批钢筋中抽样，并截取两根钢筋做拉伸试验，测得如下结果：屈服下限荷载分别为42.4 kN，41.5 kN；抗拉极限荷载分别为62.0 kN，61.6 kN,钢筋公称直径为12 mm，标距为60 mm，拉断时长度分别为66.0 mm，67.0 mm。

计算该钢筋的屈服强度，抗拉强度及伸长率。

钢筋的屈服强度钢筋的抗拉强度钢筋的伸长率常见问题解答3简答题1为何矿渣水泥、火山灰水泥的耐腐蚀性优于硅酸盐水泥？解答：因为矿渣和火山灰与硅酸盐水泥熟料的水化产物氢氧化钙反应，生成水化硅酸钙等水化产物，使水泥石中的氢氧化钙含量大为降低，而氢氧化钙的耐腐蚀性较差。

另一方面，形成较多的水化产物使水泥石结构更为致密，亦提高了水泥石的抗腐蚀能力。

2为何粉煤灰水泥的干缩性小于火山灰水泥？解答：粉煤灰多为表面致密的圆形颗粒，而火山灰是表面多孔形状不规则的颗粒。

一般来说，在水泥浆体达到相同的流动度时，后者的需水量较多，使硬化后的水泥石干缩较大。

3为何高铝水泥不宜在高于30℃的温度条件下养护？解答：高铝水泥在水化的过程中，当温度低于20℃时，主要水化产物CaOoAl2O3o10H2O,温度在20～30℃时，主要水化产物未2CaOoAl2O3o8H2O，当温度大于30℃时主要水化产物未3CaOoAl2O3o6H2O，该产物的强度较低，因而高铝水泥不宜在高于30℃的温度条件下养护。

4为何不是水泥越细，强度一定越高？解答：一般来讲，水泥颗粒细有利于提高水泥的水化速度及充分水化，从而有利于强度，特别是早期强度。

但水泥颗粒过细，比表面积过大，水泥浆体达到相同流动度的需水量过多，反而影响了水泥的强度。

5测定水泥凝结时间和安定性前为何必须作水泥标准稠度用水量？解答：水泥的凝结时间安定性与水泥浆的水灰比有关。

用水量过多，水泥水化速度虽然加快，但水泥颗粒间距离加大，凝结时间反而延长。

而当水泥安定性界于合格与不合格之间时，加大水灰比，则水泥的安定性表现为合格。

故先测定水泥标准稠度用水量，以相同的条件来测定水泥的凝结时间与安定性。

填空题1 石灰的特性有：可塑性＿好＿、硬化＿缓慢＿、硬化时体积＿收缩大＿和耐水性＿差＿等。

2 建筑石膏具有以下特性：凝结硬化＿快＿、孔隙率＿高＿、表观密度＿小＿，强度＿低＿凝结硬化时体积＿略膨胀＿、防火性能＿好＿等。

3 国家标准规定：硅酸盐水泥的初凝时间不得早于＿45min ＿，终凝时间不得迟于＿6.5h ＿。

选择题1 水泥熟料中水化速度最快，28 d 水化热最大的是＿C ＿。

A C 3SBC 2S C C 3AD C 4AF2 以下水泥熟料矿物中早期强度及后期强度都比较高的是＿A ＿。

A C 3SBC 2S C C 3AD C 4AF判断题1 石膏浆体的水化、凝结和硬化实际上是碳化作用。

错2 为加速水玻璃的硬化，常加入氟硅酸钠作为促硬剂，加入越多效果越好。

错3 在水泥中，石膏加入的量越多越好。

错分析题1 某住宅工程工期较短，现有强度等级同为42.5硅酸盐水泥和矿渣水泥可选用。

从有利于完成工期的角度来看，选用哪种水泥更为有利。

答：相同强度等级的硅酸盐水泥与矿渣水泥其28 d 强度指标是相同的，但3 d 的强度指标是不同的。

矿渣水泥的3天抗压强度、抗折强度低于同强度等级的硅酸盐水泥，硅酸盐水泥早期强度高，若其它性能均可满足需要，从缩短工程工期来看选用硅酸盐水泥更为有利2 某工地需使用微膨胀水泥,但刚好缺此产品,请问可以采用哪些方法予以解决？答：若有石膏，可多掺石膏粉于普通硅酸盐水泥中，水化可形成较多的钙矾石而产生微膨胀，加入量应作试验，且必须搅拌均匀。

3 高铝水泥制品为何不易蒸养?答：高铝水泥的水化在环境温度＜20℃时主要生成CAH 10；在温度20～30℃会转变微C 2AH 8及A(OH)3凝胶；温度＞30℃使再转变为C 3AH 6及A(OH)3凝胶CAH 10、C 2AH 8等为介稳态水化产物，C 3AH 6是稳定态的，但强度低，当蒸养时就直接生成C 3AH 6这类强度低的水化产物，故高铝水泥制品不宜蒸养。