《土木工程材料》习题与解答新指导书通用.docx

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《土木工程材料》习题与解答新指导书通用

《土木工程/建筑材料》课程教学/自学指导书

Ⅰ《土木工程材料》和《建筑材料》课程教学大纲...………………..….1

Ⅱ《土木工程材料/建筑材料》辅导材料……………………………….…3

§1材料基本性质…………….……………………………………….…3

§2气硬性胶凝材料……………………………………………………...4

§3水泥…………………………………………………………………...4

§4砼………………………………………………………………...........5

§5建筑砂浆…………………………………………………………….12

§6烧结砖……………………………………………………………….13

§7建筑钢材…………………………………………………………….13

§8建筑塑料…………………………………………………………….14

§9沥青材料…………………………………………………………….14

§10木材……………………………………………………...................17

§11其它工程材料…………………………………………...................18

§12土木工程材料试验……………………………………...................18

Ⅲ《土木工程材料/建筑材料》典型复习题……………………………...19

一、典型计算题………………………………………………………..19

二、典型填空题………………………………………………………..22

三、典型是非题………………………………………………………..26

四、典型简答题………………………………………………………..29

五、典型名词解释题…………………………………………………..30

部分解答………………………………………………………………..30

Ⅳ《土木工程材料/建筑材料》样卷……………………………………...32

Ⅴ《土木工程材料/建筑材料》试题命题格式…………………………...33

Ⅵ《土木工程材料/建筑材料》期中试题及答案……………………..….34

Ⅰ《土木工程材料》和《建筑材料》课程教学大纲

适用于土木工程类专业（本科层次）

本科使用教材：

土木工程材料，陈志源等主编，武汉理工大学出版社。

一、课程的性质、目的和任务

本课程是土木工程类专业学生的专业基础课，它与公共基础课及专业紧密衔接，起着承上启下的作用。

本课程的教学目的在于使学生掌握主要建筑材料的性质、用途和使用方法以及检测和质量控制方法，并了解建筑材料的性质与材料结构的关系，以及性能改善的途径。

通过本课程的学习，应能针对不同工程合理选用材料，并能与后续课程密切配合，了解材料与设计参数及施工措施选择的相互关系。

二、考试目的与要求

主要检验对建筑材料基本性质及各项特性的掌握程度，以及对材料性质的影响因素，合理选用建筑材料的要求及实验检验方法的掌握程度。

要求：

概念明确；分析讨论切题；基本计算方法准确，数据处理符合标准。

每一章节中要求“（重点）掌握”部分为重点，占考试内容的主要部分。

“一般掌握”部分以基本概念为主。

“了解”部分主要是拓宽建筑材料的知识面。

三、课程的基本要求

§1-1绪论

了解建材的发展、地位、分类和标准。

§1-2建筑材料的基本性质

1.重点掌握建筑材料的基本物理性质。

2.重点掌握建筑材料的基本力学性质。

3.重点掌握建筑材料耐久性的基本概念。

通过材料基本性质的学习，要求了解材料科学的一些基本概念，并掌握材料各项基本力学性质、物理性质、化学性质、耐久性质等材料性质的意义，以及它们之间的相互关系和在工程实践中的意义。

§1-3石材

1.了解岩石的形成与分类，了解常用的天然岩石。

2.了解岩石的技术性质、加工类型和选用原则。

3.了解人造石材的特性及应用。

§2气硬性胶凝材料

1.了解石膏、石灰、水玻璃等气硬性胶凝材料的硬化机理、性质及使用要点。

2.了解石膏、石灰、水玻璃的主要用途。

§3水泥

1.硅酸盐水泥，掺混合材硅酸水泥：

掌握矿物组成，了解水化、凝结、硬化机理，重点掌握水泥性质，重点掌握检测方法及选用原则。

2.了解其他水泥品种及其性质和使用特点。

§4砼及砂浆

1.掌握普通砼组成材料的品种、技术要求及选用（包括砂、石、水泥、水、掺合料及外加剂），掌握各种组成材料的要求。

2.重点掌握砼拌和物的性质及其测定方法。

3.重点掌握硬化砼的力学性质，变形性质和耐久性质及其影响因素。

4.重点掌握普通砼的配合比设计方法

5.了解砼的质量控制和强度评定。

6.了解砼技术的新进展及其发展趋势，了解其他砼。

§5砂浆

1.重点掌握砌筑砂浆的性质、组成、检测方法，了解配比设计方法。

2.了解抹面砂浆的主要品种性能要求，了解其他砂浆。

§6墙体与屋面材料

1.掌握常用砌体材料（烧结普通砖、多孔砖和空心砖）的性质和应用特点。

2.了解其它墙体与屋面材料。

§7建筑钢材

1.了解建筑钢材的冶炼、加工与分类。

2.重点掌握建筑钢材的力学性能和工艺性能，掌握化学成分对钢材性能的影响。

3.了解建筑钢材的强化机理及强化方法。

4.重点掌握土木工程中常用建筑钢材的分类及其选用原则。

§8建筑塑料、涂料与胶粘剂

1.熟悉合成高分子材料的性能特点及主要高分子材料的品种。

2.熟悉土木工程中合成高分子材料的主要制品及应用（包括塑料及其型材、涂料、粘结剂等）。

§9防水材料

1.掌握沥青材料的基本组成和工程性质，掌握主要沥青制品及其用途。

2.了解防水材料的主要类型及性能特点。

3.熟悉沥青混合料

§10木材

1.了解木材的宏微观结构；

2.掌握木材的物理、力学性能，了解防腐、防火措施。

3.了解木材的应用。

§11-1绝热与吸声材料

1.了解保温、隔热材料的主要类型及性能特点。

2.了解吸声、隔声材料的主要类型及性能特点。

§11-2建筑装饰材料

1.掌握装饰材料的基本功能与选择

2.了解装饰用面砖、板材、玻璃、卷材和涂料。

§12建筑材料试验（下列试验必做）

1.水泥标准稠度用水量测定、安定性检验、水泥胶砂强度。

2.砂的筛分析、表观密度、堆积密度实验。

3.砼搅拌、和易性、表观密度、抗压强度实验。

4.砖抗压强度实验（演示）。

5.钢筋拉伸实验（演示）。

6.沥青三大指标。

7.沥青混合料（演示）。

Ⅱ《土木工程材料/建筑材料》辅导材料

§1材料基本性质-----重点难点介绍

1.密度、表观密度（砂的表观密度）、体积密度（砖的表观密度）、松堆密度。

将所有密度概括为密度*，

即ρ*=m*/V*（g/cm3，kg/m3）。

密度ρ*=m*/V*=m/V=ρ；

表观密度（砂的表观密度）ρ*=m*/V*=m/（V+VB）=m/V排=ρ’；

（毛）体积密度（砖的表观密度）ρ*=m*/V*=m*/V0=m*/（V+VB+VK）=ρ0；

松堆密度ρ*=m*/V*=m*/V筒=m*/（V+VB+VK+V空）=ρ0’。

2.孔隙率P=1—ρ0/ρ，空隙率P’=1—ρ0’/ρ’。

P*=1—ρ*0/ρ*。

3.体积吸水率约等于开口孔隙率。

WV=（mb－m）/（V0ρW）=Wmρ0/ρ水≈PK。

4.质量含水率的极限等于质量吸水率。

5.力学性能，量纲/单位，f=F/A，f折=1.5FL/（bh2），力（F）----化为牛顿N代入，长度（b、h、L、“A”）单位以mm代入，则强度单位为MPa或N/mm2。

6.耐久性，环境作用，机械作用、物理作用、化学作用和生物作用等。

7.数值按“四舍六入五单双法”处理。

例题1-1：

用同种材料制成的砖，由于其孔隙状况不同，试分析其性能变化规律。

解：

答案填入下表。

孔隙率

孔隙特征

密度

表观密度

抗压强度

吸水率

抗渗性

抗冻性

导热系数

吸声系数

大

相同

（PK=PB）

相同

小

大

差

小

大

小

大

小

好

大

小

相同

闭孔

相同

大

小

好

小

开口

小

大

差

大

相同

大孔

相同

小

差

大

小

小孔

大

好

小

大

例题1-2：

一块尺寸标准的砖，m=2500g，mb=2900g；敲碎磨细过筛（0.2mm）烘干后，取样54.02g，测得其排水体积V排水为20.00cm3。

求该砖的密度、表观密度、开口孔隙率、闭口孔隙率、孔隙率、体积吸水率。

解：

ρ=m/V=54.02/20.00=2.70g/cm3，

ρ0=m/V0=2500/（24.0×11.5×5.3）=1.71g/cm3，

P=1—ρ0/ρ=1-1.71/2.70=36.7%，Wm=（mb－m）/m=（2900-2500）/2500=16.0%

WV=（mb－m）/（V0ρ水）=Wmρ0/ρ水=16.0%×1.71/1.00=27.4%

WV≈PK==27.4%。

PB=P－PK=36.7－27.4=9.3%。

例题1-3：

一加气砼试块，其ρ=2.30g/cm3，m=500g，将它浸没于水中，吸水饱和后测得，mb=600g，V排水=1000cm3。

（1）求其闭口孔隙率、表观密度和体积吸水率？

（2）若上述材料为加气砼碎块，则其表观密度为多少？

解：

（1）PK≈WV=（mb－m）/（V0ρW）=（600－500）/[（1000+（600－500）/1.0）×1.0]=9.1%

ρ0=m/V0=500/（1000+（600-500）/1.0）=455kg/m3，

P=1—ρ0/ρ=1－0.455/2.30=80.2%，PB=P－PK=80.2-9.1=71.1%。

（2）ρ’=m/V排水=500/1000=0.50g/cm3=500kg/m3。

例题1-4：

一块尺寸标准的烧结普通砖（240×115×53），其干燥质量为2500g，其质量吸水率为14.0%，其密度为2.70g/cm3。

试求该砖的闭口孔隙率。

（提示：

孔隙率=闭口孔隙率+开口孔隙率，开口孔隙率约等于体积吸水率）。

解：

ρ0=m/V0=2500/（24.0×11.5×5.3）=1.71g/cm3

P开=W体=（m1－m）/（V0ρ水）=W质ρ0/ρ水=14.0%×1.71/1.00=23.9%

P=1－ρ0/ρ=1－1.71/2.70=36.7%，P闭=P－P开=36.7－23.9=12.8%。

例题1-5：

一块破砖，其ρ=2.70g/cm3，m=2000g，将它浸没于水中，吸水饱和后测得，mb=2300g，V排水=880cm3。

求其闭口孔隙率、表观密度和体积吸水率？

解：

PK≈WV=（mb－m）/（V0ρW）=（2300－2000）/[（880+（2300－2000）/1.0）×1.0]=25.4%

ρ0=m/V0=2000/（880+（2300-2000）/1.0）=1.69g/cm3，

P=1—ρ0/ρ=1－1.69/2.70=37.4%，PB=P－PK=37.4－25.4=12.0%。

例题1-6：

一块破砖，其ρ=2.70g/cm3，m=2000g，将它浸没于水中，吸水饱和后测得，mb=2300g，并在水中称得它（吸水饱和）的重量为1120g。

求其闭口孔隙率、表观密度和体积吸水率？

解：

PK≈WV=（mb－m）/（V0ρW）=（2300－2000）/[（2000－1120）/1.00+（2300－2000）/1.00）×1.00]=（2300－2000）/[（2300－1120）/1.00]×1.00]=25.4%

V0=V+VB+VK=V排+VK=（mb-m水中）/1.00，

ρ0=m/V0=2000/（（2300－1120）/1.00）=1.69g/cm3，

P=1—ρ0/ρ=1－1.69/2.70=37.4%，PB=P－PK=37.4－25.4=12.0%。

§2气硬性胶材----重点难点介绍

1.胶凝材料，气硬性，水硬性。

2.石灰（CaO），过火石灰，陈伏，安定性，无声爆破剂。

熟化，陈伏，硬化（干燥、结晶、碳化），性能，应用。

3.石膏（CaSO4。

0.5H2O），水化，凝结，硬化，水化产物，硬化浆体结构。

性能，应用。

4.水玻璃（Na2O。

nSiO2+H2O），凝结，硬化，促硬剂，水化产物。

性能，应用。

§3水泥-----重点难点介绍

1.普通水泥的组成

普通水泥的组成

熟料矿物/组成

石膏

混合材料

C3S

C2S

C3A

C4AF

游离氧化钙、游离氧化镁、碱

矿渣

粉煤灰

火山灰

早强

高

低

中

后强

高

低

中

凝结硬化

快

慢

最快

快

水化热

多

少

最多

中

抗水性

差

好

差

抗SO42-

差

好

最差

一般含量

2.原料，生料，熟料，石膏，混合材料，水泥，品种，水化，凝结，硬化，标准稠度的水泥硬化浆体，安定性，强度发展，强度等级，耐久性，耐（水、硫酸盐、镁盐、钠盐、酸、强碱，海水）性。

性能，用途。

4.水泥品种，技术性质，性能，应用。

＠例题3-1：

已知一种普通水泥的3天抗折抗压强度均达到42.5级的强度指标，现测得28天的抗压和抗折破坏荷载分别为：

70.0、80.0、80.0、80.0、83.0、87.0kN和3200、3300、4000N，试评定该水泥的强度等级（42.5级普通水泥28天抗折强度指标为6.5MPa）。

解：

抗压

抗折

F/kN

70.0

80.0

83.0

87.0

F/N

3200

3300

4000

f/MPa

43.8

50.0

51.9

54.4

f/MPa

7.5

7.7

9.4

f6平均=50.0，43.8超出

（50.0－43.8）/50.0=12.4%=12%＞10%

f3平均=8.2，9.4超出

（9.4－8.2）/8.2=15%＞10%

f5平均=51.3

（54.4－51.3）/51.3=6.0%=6%＜10%

f2平均=7.6

fC=FC/A=FC/（40×40）=80.0×1000/（40×40）=50.0MPa，

ff=1.5FfL/（bh2）=1.5Ff×100/（40×402）=1.5×4000×100/（40×402）=9.4MPa，，

由误差分析得：

fC5平均抗压强度=51.3MPa＞42.5，ff2平均抗折强度=7.6MPa＞6.5。

该水泥强度等级为42.5级。

例题3-2：

试述硅酸盐水泥石受腐蚀的内因和外因（腐蚀种类）。

例题3-3：

硅酸盐水泥石受腐蚀的种类和防止措施哪些?

答：

淡水腐蚀，酸性腐蚀，硫酸盐腐蚀，镁盐等腐蚀。

措施：

合理选择水泥品种，提高水泥结构物的密实性，在水泥结构物表面设置保护层。

例题3-4：

产生水泥石腐蚀的基本原因及防止措施

腐蚀类型

软水侵蚀，盐类侵蚀/硫酸盐/镁盐，酸，强碱

基本原因

水泥石含有CH、C3AH6

水泥石不密实

有腐蚀介质存在

防腐措施

水泥品种

提高密实度

加保护层

§4砼---重点难点介绍

1.砼外加剂—高效减水剂

减水剂的发展：

木质素减水剂、萘系减水剂、树脂系减水剂、聚羧酸减水剂。

目标：

大减水、小引气、高保坍、低掺量。

目前我国掺外加剂砼仅占砼总量的30％左右，与先进国家的50～80％比，差距仍然较大，外加剂生产仍有巨大的潜在市场。

木质素减水剂M

萘系减水剂FDN

聚羧酸减水剂

树脂系减水剂SM

减水率约为/%

25-30

减水剂的作用表

掺木

钙粉

水灰比

32.5级水泥/kg

水/kg

细骨料/kg

粗骨料/kg

坍落度/mm

强度/MPa

耐久性

空白

0.5

400

200

600

1200

1.0

0.5

400

200

600

1200

120

1.0/0.9

0.5

360

180

620

1240

1.0

0.45

400

180

607

1213

提高

2.砼配合比表

1m3砼中材料用量（使用42.5级普通水泥）

W/C

Sp%

胶凝材料

水

细骨料

粗骨料

减水剂

fCU

坍落度

砼

水泥

矿渣

粉煤灰

硅粉

MPa

普通

0.50

400

200

600

1200

防水

0.50

400

200

648

1152

水工

0.50

200

100

750

1400

密实

0.31

385

170

850

240

泵送

0.50

280

200

700

1100

180

高性能

0.25

480

150

650

1050

180

高性能

0.25

38%

420

120

150

650

1050

180

1m3砼的组成材料

砼特性

C水泥

（+掺合料）

W水

S细骨料

G粗骨料

A外加剂

表观

密度

和易性

耐久性

强度

变形

400

200

600

1200

2400kg/m3

W/C=0.50

fCU=Afce（C/W-B）

Sp=S/（S+G）=33%

粘聚性/保水性/流动性

W=200kg/m3流动性/坍落度

3.掺合料

在砼拌合物制备时，为了节约水泥、改善砼性能、调节砼强度等级，加入的天然的或者人造的矿物材料，统称为砼掺合料。

活性矿物掺合料虽然本身不硬化或硬化速度很慢，但能与水泥水化生成的氢氧化钙反应生成具有水硬性的胶凝材料。

具有火山灰活性、微集料和填充孔隙的作用。

如粒化高炉矿渣、火山灰质材料、粉煤灰、硅灰等。

4.优良的骨料

理想的粗骨料是清洁的、颗粒尽量接近等径状、针片状颗粒尽量少、不含能与碱反应的活性组分。

对于C50—C80的砼来说骨料本身的强度并不是最重要的，应引起注意的因素是粒径、表面状况、级配和石粉含量等。

不同岩石的粗骨料对砼的弹性模量和收缩变形是有影响的。

高强或有抗渗要求的砼最好不要用卵石。

粗骨料粒径越小，得到相同渗透系数所需砼水灰比可以越大，对于高强泵送砼，宁可选用颗粒强度稍差但粒形好的粗骨料。

高强砼要用粗中砂，尤其当粗骨料级配很差时砂子以偏粗为好。

细度模数约为3.0时，砼的工作性最好，抗压强度最高。

5.高性能砼（（高）强度、高和易性、高耐久性、高环保）

高性能砼是一种新型高技术砼，是在大幅度提高普通砼性能的基础上采用现代砼技术制作的砼，它以耐久性作为设计的主要指标。

针对不同用途要求，高性能砼对下列性能有重点地予以保证：

耐久性、工作性、适用性、强度、体积稳定性、经济性。

为此，高性能砼在配制上的特点是低水胶比，选用优质原材料，并除水泥、水、集料外，必须掺加足够数量的矿物细掺料和高效外加剂。

高强度，一般在60—120MPa。

但也希望20--60MPa的砼也能成为高性能的砼，例如三峡大坝用砼，强度20—40MPa，耐久性为300年。

高和易性，为了达到泵送施工的要求，在砼拌合物的粘聚性和保水性良好的条件下，坍落度达到100—230mm。

自密实砼的坍落度达到220—240mm，扩展度达到500-600mm。

高耐久性，普通砼的耐久性（抗渗、抗冻、抗化学腐蚀、抗碳化、抗碱骨料反应等）一般为50/75—100年，香港新机场砼为200年，三峡大坝砼为300年。

埋于地下的高性能砼的耐久性可达2000年，甚至永久。

美国等的高性能砼，美国砼协会ACI2000委员会曾设想，今后美国常用砼的强度将为135MPa，如果需要，在技术上可使砼强度达400MPa；将能建造出高度为600～900m的超高层建筑，以及跨度达500～600m的桥梁。

6.普通砼配合比设计规程JGJ55—2000

砼强度等级

C20

C25

C30

C35

C40

C45

砼配制强度

28.2MPa

33.2MPa

38.2MPa

标准差

5.0MPa

普通水泥

32.5级

42.5级

水灰比（碎石）

0.56

0.48

0.42

0.53

水灰比（卵石）

0.51

0.44

0.39

0.48

fcu，o=fcu，k+1.645σ，fcu碎石=0.46fce（C/W-0.07），fcu卵石=0.48fce（C/W-0.33）

7.普通砼与泵送砼的比较

和易性

配合比

变形

强度

耐久性

施工

砼

坍落度

粘聚性

保水性

砂率

掺合料

减水剂

净浆体积

骨料最大粒径

收缩

凝缩

冷缩

自缩

干缩

碳缩

徐变

富余

后期

碳化

开裂

普通

30-50

27-35%

少

40、60

泵送

100

-200

好

35-45%

多

20、30

大

小

快

多

易

＠例题4-1：

现浇配筋密列的砼筒仓板，受雨雪影响，板截面最小尺寸为250mm，钢筋净距最小尺寸为50mm，设计强度等级为C25。

采用32.5等级的复合水泥（强度富余系数为1.08），其密度为3.10g/cm3；砂子为中砂（细度模数为2.3），表观密度为2.60g/cm3；石子为碎石，表观密度为2.70g/cm3。

设该砼的表观密度为2400kg/m3，强度标准差为3.8MPa。

求初步计算配合比、基准配合比和实验室配合比？

解：

（1）确定配制砼的初步计算配合比。

计算并查表得：

碎石级配为：

5-31.5mm（碎石最大粒径同时小于1/4×250=62.5mm，3/4×50=37.5mm），坍落度为50-70mm。

1确定配制强度fcu,t=fcu,k+1.645σ=25+1.645

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