土木工程材料重点(未修改版)

土木工程材料重点

1、材料的密度、表观密度、体积密度、堆积密度有何区别？材料含水后对它们有何影

响？

主要是材料所处的状态不同。密度是材料在绝对密实状态下，单位体积的质量。所谓绝对密实状态下的体积，是指不含有任何孔隙的体积。表观密度表示材料单位细观外形体积（包

括内部封闭孔隙）的质量。容积密度表示材料单位宏观外形体积（包括内部封闭孔隙和开口

孔隙）的质量。堆积密度是指散粒材料或粉状材料，在自然堆积状态下单位体积的质量。材

料的堆积体积指在自然、松散状态下，按一定方法装入容器的容积，包括颗粒体积和颗粒之

间空隙的体积。

材料含水后对四者的影响为：对密度没有影响，因测定密度时材料必须是绝对干燥的；

内部封闭孔隙不会吸水，含水对表观密度没有影响；因开口孔隙吸水，使容积密度增大；含

水对堆积密度的影响则复杂，因含水后材料堆积状态下的质量和体积都会发生变化，一般说

是使堆积密度增大。

2、试分析材料的孔隙率和孔隙特征对材料的强度、吸水性、抗渗性、抗冻性、导热性

及吸声性的影响？

孔隙率越大，表观密度越小、强度越低。开孔能提高材料的吸水性、透水性、吸声性，降低抗冻性。细小的闭孔能提高材料的隔热保温性能和耐久性。细小的开孔能提高材料

的吸声性。

3、脆性材料和韧性材料各有何特点？它们分别适合承受哪种外力？

答：脆性材料特点：材料在外力作用下，达到破坏荷载时的变形值很小，破坏时表现为突发

性破坏，没有任何预兆；脆性材料的抗压强度远大于其抗拉强度，可高达数倍甚至数十倍；

脆性材料承受冲击或震动荷载的能力很差。脆性材料适宜承受静压力，用于受压部位。

韧性材料特点：在冲击或震动荷载作用下，材料能吸收较大能量，同时产生较大变形，特别

是塑性变形大，破坏前有明显预兆；抗拉强度接近或高于抗压强度。韧性材料主要适合承受

拉力或动载，对于要求承受冲击荷载和有抗震要求的结构，均应具有较高的韧性。

7、绿色土木工程材料需要满足哪四个目标？

（1）基本目标：包括功能、质量、寿命和经济性

（2）环保目标：要求从环境角度考核土木工程材料在生产、运输、废弃等各环节对环境的影响

（3）健康目标：使用过程中必须对使用者健康无毒无害

（4）安全目标：包括材料的燃烧性能和材料燃烧时释放气体的安全性

1.石灰本身不耐水，但有些施工良好的石灰土，具有一定的耐水性，你认为可能有哪些原因？

答：石灰与粘土按一定比例拌和，可制成石灰土，经夯实后可增加其密实度，而且粘土颗粒表面的少量活性SiO2和Al2O3, 与石灰中Ca(OH)2发生反应，生成不溶性的水化硅酸钙与水化铝酸钙，将粘土颗粒胶结起来；同时与空气接触的Ca(OH)2也会与水和空气中的CO2发生碳化反应，表层生成致密的膜层，阻止了水分的进入。因而石灰土具有较好的强度和耐水性。

2.用于墙面抹灰时，建筑石膏与石灰比较，具有哪些优点？为什么？

答：建筑石膏在凝结硬化后具有下列优良性质：①凝结硬化块；②硬化时体积微膨胀，硬化石膏的形状尺寸准确、表面光滑细致；③硬化后其内部孔隙率较大、容积密度较低，故其保温性、吸声性好；④具有较好的防火性；⑤具有较高的热容量和一定的吸湿性，可均衡室内温湿度的变化。

而石灰用于墙面抹灰最大的缺点是凝结硬化慢，硬化时体积收缩大，容易形成裂纹等不良现象。

1.硅酸盐水泥熟料主要矿物组成是什么？这些熟料矿物有何特性？

答：（1）硅酸三钙（3CaO·SiO2 ，简写为C3S），含量约50%。

特性: 水化较快，强度发展较快，早期强度高，强度增进率较大，凝结时间正常，水化热较高。

（2）硅酸二钙（β型）（2CaO·SiO2 ，简写为C2S），含量约20% 。

特性: 水化较慢，凝结硬化缓慢，早期强度低，28d后强度增进

率较大，水化热较低。

（3）铝酸三钙（3CaO·Al2O3 ，简写为C3A），含量7%～15%。

特性: 水化迅速，凝结时间很快；早期强度高，后期强度不再增长，甚至倒缩；水化时放热量大。铝酸三钙含量高时，水泥浆体干缩变形大，抗硫酸盐性能差。

（4）铁铝酸四钙（4CaO·Al2O3·Fe2O3 ，简写为C4AF），含量 10%～18%。

特性: 水化速度在早期介于C3A与C3S之间，随后发展不如C3S；早期强度与C3A类似，但后期还能不断增长与C2S类似；抗冲击能力和抗硫酸盐性能较好；水化热比C3A低。

2.试述我国常用的六大品种水泥的基本材料组成与范围。

答：（1）Ⅰ、Ⅱ型硅酸盐水泥

Ⅰ型硅酸盐水泥：熟料+石膏为100%

Ⅱ型硅酸盐水泥：熟料+石膏为≥95%；石灰石或粒化高炉矿渣≤5%。

（2）普通硅酸盐水泥：80%≤熟料+石膏＜95%； 5%＜活性混合材≤20%。

（3）矿渣硅酸盐水泥

P·P·A矿渣硅酸盐水泥：50%≤熟料+石膏＜80%；

20%≤粒化高炉矿渣≤50%。

P·P·B矿渣硅酸盐水泥：30%≤熟料+石膏＜50%；

50%≤粒化高炉矿渣≤70%。

(4) 火山灰质硅酸盐水泥：60%≤熟料+石膏＜80%；

20%＜火山灰质混合材≤40%。

（5）粉煤灰硅酸盐水泥：60%≤熟料+石膏＜80%；

20%＜粉煤灰≤40%。

（6）复合硅酸盐水泥：50%≤熟料+石膏＜80%；

20%＜两种及两种以上混合材≤50%。

3.试述硅酸盐水泥水化过程与主要水化产物。

答：硅酸盐水泥水化过程：硅酸盐水泥与水接触时，水泥中的各组成，即：硅酸三钙（C3S）、硅酸二钙（C2S）、铝酸三钙（A3S）、铁铝酸四钙(C4AF)会与水发生水化反应，生成水化产物。

水化产物有：C-S-H凝胶、氢氧化钙、水化铝（铁）酸钙和水化硫铝（铁）酸钙晶体。

在充分水化的水泥石中，C-S-H凝胶约占70%，Ca(OH)2

约占20%，钙矾石和单硫型水化硫铝酸钙约占7%。

4.侵蚀水泥石的环境因素有哪些？

答：侵蚀水泥石的环境因素主要有：淡水、酸与酸性水、硫酸盐溶液、镁盐溶液以及碱溶液等。

5.砂的级配与粗细度有什么区别和联系？

答：区别：砂的级配是指砂中不同粒径颗粒的分布情况，砂的粗细程度是指不同粒径的颗粒混在一起的平均粗细程度。

联系：砂的颗粒级配和粗细程度都用筛分测定，砂的粗细程度用细度模数表示，细度模数越大，表示砂越粗，细度模数Mx=3.7～3.1为粗砂； Mx=3.0～2.3为中砂； Mx=2.2～1.6为细砂。砂的细度模数并不能反映其级配的优劣，细度模数相同的砂，级配可以很不相同。所以，配制混凝土时必须同时考

虑砂的颗粒级配和细度模数。

6.对下列混凝土工程及制品采用哪一类外加剂较为合适，其理由何在？

大体积混凝土，高强混凝土，现浇普通混凝土，预制构件用的混凝土，抢修用的混凝土，有抗冻要求的混凝土，冬季施工用的混凝土。

答：大体积混凝土适合掺入的外加剂为：⑴缓凝型减水剂、⑵缓凝剂、⑶引气剂、⑷膨胀剂（大型设备基础）。理由是：掺入这些外加剂可以起到以下作用：①降低水泥初期水化热；②延缓混凝土凝结时间；③减少水泥用量；④避免干缩裂缝。

高强混凝土适合掺入的外加剂为：高效减水剂。理由是：掺入高效减水剂可以起到以下作用：①减少单位体积混凝土的用水量，提高混凝土的强度；②提高施工性能，以便用普通的成

型工艺施工；③减少单位体积混凝土的水泥用量，减少混凝土的徐变和收缩；④以强度等级不

太高的水泥代替高强度等级水泥配制高强度混凝土。

现浇普通混凝土适合掺入的外加剂为：减水剂。理由是：掺入减水剂可以起到以下作用：

①在水泥用量、坍落度一定时，可减少用水量，改善强度、抗渗性（不透水性）以及耐久性；

②在达到要求的坍落度情况下，可减少水泥用量而不需改变水灰比，有利于降低成本；③降低

水化热；④在水泥和水的用量不变情况下，可提高混凝土拌合物流动性，易于浇注。

预制构件用的混凝土适合掺入的外加剂为：⑴普通减水剂、⑵早强型减水剂、⑶高强减水剂、⑷引气减水剂。理由是：掺入这些减水剂可以起到以下作用：①缩短生产周期，提高产量；

②节约水泥5%～15%；③改善工作性能，提高构件质量。

抢修用的混凝土适合掺入的外加剂为：早强剂。理由是：掺入早强剂可以起到以下作用：加速混凝土早期强度发展。

有抗冻要求的混凝土适合掺入的外加剂为：⑴引气减水剂、⑵引气剂、⑶减水剂。理由是：掺入这些外加剂可以起到以下作用：①引入适量的微气泡，缓冲冰胀应力；②减小混凝土水灰

比，提高混凝土抗冻融能力。

冬季施工用的混凝土适合掺入的外加剂为：⑴不受冻害的地区，加入早强减水剂或单掺早强剂；⑵有防冻要求的地区，应选用防冻剂；⑶早强剂+防冻剂；⑷引气减水剂+早强剂+防冻剂。

理由是：掺入这些外加剂可以起到以下作用：①加快施工进度，提高构件质量；②防止冻害。

7.影响混凝土强度的主要因素是什么？

答：⑴水泥强度等级和水灰比；⑵骨料；⑶龄期；⑷养护；⑸其它（如外加剂、混合材、湿热处理方式、施工方法等）。

8.某工程设计要求混凝土强度等级C25，工地1个月内按施工配合比先后取样制备了30组

立方体试件，测得每组三个试件抗压强度代表值（MPa）为：26.5 ，26.0 ，29.5 ，27.5 ，24.0 ，

25.0 ，26.7 ，25.2 ，27.7 ，29.5 ，

26.1 ，28.5 ，25.6 ，26.5 ，27.0

24.1 ，25.3 ，29.4 ，27.0 ，29.3 ，25.1 ，26.0 ，26.7 ，27.7 ，28.0 ，

28.2 ，28.5 ，26.5 ，28.5 ，28.8

请计算该批混凝土强度的平均值、标准差、保证率，并评定该工程的混凝土能否验收和生产质量水平。

解：⑴该批混凝土强度的平均值：

f=（26.5+26.0+29.5+27.5+24.0+25.0+26.7+25.2+27.7+29.5+26.1+28.5

cu

+25.6+26.5+27.0+24.1+25.3+29.4+27.0+29.3+25.1+26.0+26.7+27.7+28.0

+28.2+28.5+26.5+28.5+28.8）/30 = 27.2 MPa

⑵该批混凝土强度的标准差：

因为计算出的

所以批混凝土强度的标准差： ⑶该批混凝土强度的保证率：

⑷评定该工程的混凝土能否验收和生产质量水平：

因为： 所以： 因为： 所以： 故：该工程的混凝土能验收。

根据强度标准差和强度保证率查表4-21可知，该工程的混凝土生产质量水平一般。

4. 常用石材有哪些？各具有什么特性？宜用在工程的哪些部位？

答： 常用石材主要有花岗岩、辉长岩、玄武岩、石灰岩、大理岩、砂岩。

花岗岩的特性及在工程上的应用：坚硬致密，耐磨性好，装饰性好。

主要用于基础、勒脚、柱子、踏步、地面和室内外墙面等。花岗岩经磨光后，色泽美观，装饰效果极好，是室内外主要的高级装修、装饰材料。

辉长岩的特性及在工程上的应用：属全晶质等粒状结构，板块构造。强度高、表观密度大，韧性好、耐磨性强、耐久性好。既可作承重结构材料，又可作装饰、装修材料。

玄武岩的特性及在工程上的应用：属玻璃质或隐晶质斑状结构，气孔状或杏仁状构造。抗压强度随其结构和构造的不同而变化较大，表观密度大，硬度高，脆性大，耐久性好，但加工困难。常作筑路材料或混凝土集料。

石灰岩的特性及在工程上的应用：属晶质结构，层状构造。质地致密的石灰岩抗压强度高，表观密度大。当石灰岩中含粘土杂质超过3%～4%，则抗冻性、耐水性显著降低。硅质石灰岩强度高、硬度大、耐久性好。大部分石灰岩质地致密、坚硬、抗风化能力较强。用于基础、外墙、桥墩、台阶和路面，还可用作混凝土集料。

大理岩的特性及在工程上的应用：属等粒变晶结构，块状构造。大理岩抗压强度高，表观密度大。质地致密但硬度不高，加工容易。色彩美观，纹理自然，是优良的室内装饰材料。主要用于室内墙面、柱面、地面、栏杆、踏步及花饰等。不宜用作城市内建筑物的外部装饰。

砂岩的特性及在工程上的应用：为碎屑结构，层状构造。不同的砂岩其性质间差异较大。砂岩的抗压强度在5～200MPa ，表观密度为2200～2500kg/m 3。常用于基础、墙身、人行道、踏步等。

7. 列出烧结普通砖的产品标记：规格240mm ×115mm ×53mm 强度等级为MU20，优等品的粘土砖。 答： 产品标记为：烧结砖普通砖 N MU20 A GB5101。

8. 采用烧结砖普通砖进行强度测试，测得抗压强度分别为：25.7MPa 、28MPa 、24.5MPa 、29MPa 、27.8MPa 、33MPa 、28.5MPa 、32MPa 、29.2MPa 和31MPa ，评定该烧结普通砖的强度等级。

解：(1) 10块砖样的抗压强度平均值: (2) 10块砖样的抗压强度标准差: ,min 24.0cu f =,0.90.92522.5cu k f =?=1,0.9cu cu f cu k

f S f λ-≥127.2 1.6 1.624.6cu cu f f S λ-=-?=2,0.852521.3

cu k f λ=?=,min 2,cu cu k

f f λ≥ 1.6=====cu f S ==,1.60.060.0625 1.5cu f cu k S f =>=?=1.6cu f S =0100%100%93%28N P ?=?==25.72829.23128.910

f MPa ???++++==

（3）抗压强度标准值:

（4）变异系数：

因为变异系数 ，所以用10块砖样的抗压强度平均值和强度标

准值来评定该烧结普通砖的强度等级。根据10块砖样的抗压强度平均值和强度标准值，查教

材表6-4，该烧结普通砖的强度等级为MU25。

10. 目前所用的墙体材料有哪几类？试举例说明它们各自的优缺点。

答： 我国目前所使用的墙体材料品种较多，总体可归纳为砖、砌块和墙板三大类。

砖（如烧结砖、蒸养（压）砖：）的优点主要是强度较高、耐久性好，具有一定的保温、隔热、隔音性能，并且原料广泛、制砖容易、施工方便、利于推广；其缺点主要是砖的容积密度大、砌体自重大，砖块小、施工效率低，且砌体整体性差，不利于抗震，按节能建筑要求，其导热系数偏大。而且生产效率低、能耗高，尤其是粘土砖，毁田严重，影响农业生产、生态环境和建筑业的发展速度。

砌块（如混凝土小型空心砌块、轻骨料混凝土小型空心砌块、混凝土中型空心砌块、石膏砌块等）是用于砌筑的、规格尺寸比砖大的块材，一般为直角六面体，也有各种异型的。它原材料丰富、制作简单、施工效率较高，且适用性强，目前，我国以中小型砌块使用较多。如轻骨料混凝土小型空心砌块，具有自重轻、保温性能好、抗震性能好、防火及隔音性能好等特点。适用于多层或高层的非承重及承重保温墙、框架填充墙及隔墙。

墙板（如石膏类墙板、水泥类墙板、复合墙板），以墙板为围护墙体的建筑体系具有质轻、节能、施工方便快捷、使用面积大、开间布局灵活等特点，因此具有良好的发展前景。如预应力空心墙板，主要优点是板面平整，误差小，给施工带来很多便利，减少了湿作业，加快了施工速度，提高了工程质量。该墙板可用于承重、非承重外墙板、内墙板、并可根据需要增加保温吸声层、防水层和多种饰面层等。

1．请谈谈钢材的主要技术指标？

答：屈服点、抗拉强度和伸长率，是钢材的三项重要技术性能指标。屈服点（σS ）是

结构设计时强度取值的依据，表示钢材在正常工作状态允许达到的应力值。抗拉强度（σb ）

是钢材抵抗断裂破坏能力的一个重要指标，抗拉强度不能直接利用，但屈服点和抗拉强度的

比值（即屈强比σS/σb ）却能反映钢材的安全可靠程度和利用率。屈服点与抗拉强度的比

值（σS/σb ）称为屈强比，它反映钢材的利用率和使用中的安全可靠程度。屈强比越小，

表明材料的安全性和可靠性越高，材料不易发生危险的脆性断裂。如果屈强比太小，则利用

率低，造成钢材浪费。伸长率（A ）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σS 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

用中发生超过允许的变形值。

5、土木工程中使用的钢材主要由哪几类钢种加工而成?试述它们各自的特点和用途。

土木工程结构使用的钢材主要由碳素结构钢、低合金高强度结构钢和优质碳素结构钢等三类

加工而成。

⑴ 碳素结构钢

S ==

2.6MPa ==k 2.60.0928.9S f δ===0.21δ≤

碳素结构钢力学性能稳定，塑性好，在各种加工过程中敏感性较小（如轧制、加热或迅速冷却），构件在焊接、超载、受冲击和温度应力等不利的情况下能保证安全；随牌号

增加，强度和硬度增加，塑性、韧性和可加工性能逐步降低；同一牌号内质量等级越高，钢

的质量越好。而且，碳素结构钢冶炼方便，成本较低，目前在土木工程的应用中还占相当大

的比重。碳素结构钢可加工成各种型钢、钢筋和钢丝，适用于一般结构和工程。构件可进行

焊接、铆接和栓接。

⑵低合金高强度结构钢

低合金高强度结构钢是在碳素结构钢的基础上加入总量小于5％的合金元素而形成的钢种。加入合金元素不仅可以提高钢的强度和硬度，还能改善塑性和韧性。低合金高强度

结构钢是脱氧完全的镇静钢。

低合金高强度结构钢除强度高外，还有良好的塑性和韧性，硬度高，耐磨好，耐腐蚀性能强，耐低温性能好。一般情况下，它仍具有较好的可焊性。冶炼碳素钢的设备可用来

冶炼低合金高强度结构钢，故冶炼方便，成本低。

采用低合金高强度结构钢可以减轻结构自重，节约钢材（20%～25%），使用寿命增加，经久耐用，特别适合高层建筑、大柱网结构和大跨度结构。

⑶优质碳素结构钢

优质碳素结构钢对有害杂质含量控制严格、质量稳定，性能优于碳素结构钢。优质碳素结构钢按含锰量的不同，分为普通含锰量和较高含锰量两大组。优质碳素结构钢的性能

主要取决于含碳量。含碳量高、强度高，但塑性和韧性降低。

优质碳素结构钢成本高，在预应力钢筋混凝上中用45号钢作锚具，生产预应力钢筋混凝土用的碳素钢丝、刻痕钢丝和钢绞线用65～80号钢。

（4）合金结构钢

合金钢结构的特点是所有牌号中均含有Si和Mn，生产过程中对硫、磷等有害杂质控制严格，并且均为镇静钢，质量稳定。

用于轧制各种型钢、钢板、钢管、铆钉、螺栓、螺帽及钢筋。

9．人造板材主要有那些品种？与天然板材相比，它们有何特点？答：人造板材的品种主要有胶合板、纤维板、刨花板、木丝板、木屑板和细木工板等。与天然板材相比，人造板

材克服了木材的天然缺陷和局限，大大提高了木材的利用率，其主要特点是：消除了天然疵

点、变形、开裂等缺点，各向异性小，材质均匀，强度较高；因幅面宽大，产品规格化，使

用起来很方便。

1、与传统建筑材料相比较，高分子建筑材料有哪些优缺点

1.密度小，比强度高；

2.加工性能优良；

3.装饰性好；

4.耐腐蚀性好；

5.电绝缘性能

好；6.减震、吸声和隔热性好；7.耐水性和耐水蒸汽性好；8.热膨胀系数比较大；9.易燃烧

3、10种建筑塑料制品的名称

1.聚氯乙烯（PVC）

2.聚乙烯（PE）

3.聚丙烯（PP）

4.聚苯乙烯（PS）

5.ABS塑料

6.

不饱和聚酯（UP）7.环氧树脂（EP）8.聚氨酯（PU）9.氨基塑料 10.有机硅树脂（SI）

1、从石油沥青的主要成分说明石油沥青三大指标与组分之间的相互关系？试举例说明可用哪些材料来改性沥青,从而使之获得更好的使用性能。

答：石油沥青的主要成分有油分，树脂和地沥青质。

一般来说，地沥青质含量高，有适量的树脂和较少的油分时，石油沥青粘滞性大。温度升高，其粘性降低。沥青中油分和地沥青质含量适当，树脂含量越多，延度越大，塑性越好。温度升高，沥青的塑性随之增大。地沥青质增多，温度敏感性降低。沥青中含蜡量多时，其温度敏感性大。

(1)橡胶类改性沥青----天然橡胶乳液、丁苯橡胶、氯丁橡胶、聚丁二烯橡胶。

（2）树脂类改性沥青----聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯

（3）纤维类改性沥青----石棉、聚丙烯纤维、聚酯纤维、木质纤维

3、沥青混合物按其组成结构可分为哪几个类型，各种结构类型的特点是什么？

答：分悬浮密实型、骨架空隙型、骨架密实型三种。

悬浮密实型结构 这种结构的沥青混合料具有较高的粘聚力，但内摩擦角较低，因此高温稳定性较差； 骨架空隙型结构 这种结构的沥青混合料具有较高的内摩擦角，但是粘聚力较低；

骨架密实型结构 这种结构的沥青混合料不仅具有较高的粘聚力，而且具有较高的内摩擦角。 一块普通粘土砖，外型尺寸为240×115×53mm ，吸水饱和后质量为2950g ，烘干后质量为

2550g ，现将该砖磨细过筛再烘干后取50g ，用李氏瓶测得其体积为19.0cm 3。试求该砖的密

度、表观密度、容积密度及孔隙率。

（1）密度 )g/cm （ 63.219.0 / 50V / M ρ3===

（2）表观体积 ）

（＝3o 1462800 53115240V mm ??= 开口孔体积 )(0040

.125502950M

M 3W s K cm V ==——＝ρ 容积密度)g/m k ( 1743)10.46281( / )105502(V / M ρ3-3-3o o =??==

表观密度

)

g/m k ( 3.2399)1040010.46281( / )105502()(V / M V / M ρ36-3-3-O o =?-??=-='='K V （3）计算孔隙率P

∵ %100)/1%100/// 100% V V V P o o

o o o ?=?=?=ρρρρρ—（——M M M ∴ 孔隙率%7.33%100)63.2/743.11(%100)/1P o =?-?=＝—（ρρ

（4）吸水率 15.7%100%2550

25502950%100M M M W s M =?=?——＝