作者：圣才电子书
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王福川《土木工程材料》（第2版）配套题库【课后习题＋章节题库（含考研真题）＋模拟试题】试读：
第一部分 课后习题
第二章 土木工程材料的基本性质
1．试解释下列名词、术语
密度；表观密度；堆积密度；孔隙率；空隙率；脆性材料；韧性材料；亲水性；憎水性；吸湿性；吸水性；软化系数；饱水系数；抗渗性；抗冻性
答：（1）密度是指材料在绝对密实状态下，单位体积的质量。33计算公式为，式中，为密度，g／cm或kg／m；m为干燥3材料的质量，g或kg；V为材料在绝对密实状态下的体积，cm或3m。密度是材料的基本物理性质之一，与材料的其他性质存在着密切的相关关系。同时，将材料的密度与标准大气压下4℃时纯水的密度之比，称为材料的比重，无单位，但其数值与材料的密度（单位：3g／cm）基本相等。（2）表观密度是材料在自然状态下，单位体积的质量，又称容33重。计算公式为，式中，为表观密度，g／cm或kg／m；3m为材料的质量，g或kg；V为材料在自然状态下的体积，cm或03m。若材料孔隙内含有水分时，须注明其含水情况。一般是指材料在气干状态或烘干状态下测得的结果。（3）堆积密度是指砂、石子等散粒材料的体积按自然堆积体积（）计算，单位堆积体积的质量。又称体积密度，松密度，毛体密度，简称堆密度。按下式计算：，式中，为堆积密度，kg3／m；m为材料在一定容器内的质量，kg；为材料的堆积体积，即3装入容器的容积，m，是包含颗粒间的空隙和颗粒内部孔隙在内的总体积。按自然堆积体积计算的密度称为松堆密度；以振实体积计算则称紧堆密度。（4）孔隙率是指材料体积内孔隙体积与材料总体积（自然状态体积）的比率。又称气孔率、孔隙度。是衡量材料多孔性或紧密程度的一种指标。以材料中孔隙体积占总体积的百分数表示。即P＋D=1，式中，P为孔隙率；D33为密实度；V为材料在自然状态下的体积，或称表观体积，cm或m；0333V为材料在绝对密实状态下的体积，cm或m；为表观密度，g/cm；3为密度，g/cm。材料中的孔隙体积包括开口孔隙（与外界相连通）和闭口孔隙（与外界相隔绝）的体积。孔隙尺寸、形状、孔分布及孔隙率的大小对材料的性能，如表观密度、强度、湿涨干缩、抗渗、吸声、绝热等的影响很大。对散粒材料而言，在自然堆积状态下，颗粒之间尚有孔隙存在，为反映其堆积的密实程度，常用空隙率表示。（5）空隙率是指砂、石子等散粒材料的堆积体积（V'）中，颗粒间空隙（表观体积与堆积体积之差）所占的比率。反映其堆积的密实程度。计算公式为，式中，为空隙率；33为材料的堆积体积，m；为堆积密度，kg／m；为表观密度，33g／cm或kg／m。（6）脆性材料是指受力达到一定程度时，并无明显的变形即发生突然破坏的材料。大部分无机非金属材料均属脆性材料，如天然石材，烧结普通砖、陶瓷、玻璃、普通混凝土、砂浆等。脆性材料的另一特点是抗压强度高而抗拉、抗折强度低。在工程中使用时，应注意发挥这类材料的特性。（7）韧性材料是指在冲击或动力荷载作用下，能吸收较大能量而不破坏的性能的材料。o（8）当材料的润湿角θ<90时，这种材料属于亲水性材料。o（9）当材料的润湿角θ>90时，这种材料属于憎水性材料。（10）材料在潮湿空气中吸收水分的性质称为吸湿性。（11）材料能在水中吸水的性质，称为材料的吸水性，其大小用吸水率表示。（12）软化系数是表示材料耐水性高低的指标，其计算公式为：（13）饱和系数是材料吸水率与饱和吸水率的比值。（14）抗渗性是材料在压力水作用下抵抗水渗透的性能。（15）抗冻性是指材料在吸水饱和状态下，能经受反复冻融作用而不破坏、强度无显著降低的性能。
2．工程上常用的材料强度有哪几种？分别写出其计算公式？
答：（1）根据外力作用方式，材料强度有抗拉、抗压、抗剪、抗弯（抗折）强度等。（2）材料的抗拉、抗压及抗剪强度可按下式计算：
对矩形截面的试件，抗弯强度可按下式计算：
3．影响材料强度测试结果的试验条件因素有哪些？
答：在生产和使用材料时，为确保产品和工程质量，必须对材料的强度性能进行测试，作为出厂或验收的依据。试验条件对材料强度的测试数据影响很大，如试样的取样方法、试件的形状和尺寸、试件的表面状况、试验机的类型、试验时加荷速度、环境的温度和湿度，以及试验数据的取舍等，均在不同程度上影响所得数据的代表性和精确性。因此，对于各种土木工程材料必须严格遵照有关标准规定的试验方法进行试验。
4．材料冻融破坏的原因是什么？饱水系数与抗冻性有何关系？
答：（1）材料冻融破坏的原因：材料吸水后，在负温下，水在材料毛细孔内冻结成冰，此时体积膨胀（约膨胀9％），冰的冻胀压力造成材料的内应力，会使材料遭到局部破坏。（2）材料饱水系数K，可以在一定程度上估计材料的抗冻性。wK<0.85时，由于有相当一部分孔隙未被水充满，未充水孔隙可缓解w水冻结时的冰胀压力，材料的破坏作用较小，所以材料比较抗冻。
5．评价材料热工性能的常用参数有哪几个？欲保持房屋内温度的稳定并减少热损失，其围护结构应选择什么样的建筑材料？
答：（1）评价材料热工性能的常用参数包括：①导热性；②热容量和比热；③热阻和传热系数。（2）为提高围护结构的保温效能，改善建筑物的热工性能，应选用导热系数较小的材料，以增加热阻，而不宜加大材料层厚度。加大厚度，意味着材料用量增加，随之带来一系列不良的后果。
6．试分析材料的孔隙率和孔隙构造（尺寸大小、封闭与否、形状、分布）对强度、吸水性、抗冻性、抗渗性以及导热性的影响。
答：孔隙率越大材料强度越低、表观密度越小；密实的材料且为闭口孔隙的材料是不吸水的，抗渗性、抗冻性好；粗大的孔隙因水不易存留，吸水率常小于孔隙率；细小且孔隙率大、开口连通的孔隙具有较大的吸水能力，抗渗性、抗冻性差。
7．有一块烧结普通砖，在潮湿状态下重2750g，经测定含水率为10％，砖的尺寸为240mm×115mm×53mm，经干燥并磨成细粉，3用排水法测得绝对密实体积为926cm。试计算该砖的密度、干表观密度、孔隙率和密实度。若将该砖浸水饱和后重2900g，试计算该砖的质量吸水率、体积吸水率和饱水系数。并判断该砖抗冻性的优劣。
答：（1）材料干燥状态下的质量为：
砖的密度为：
砖的干表观密度为：
孔隙率为：
密实度：
D=1－P=1－37%=63%（2）若将该砖浸水饱和后重2900g
砖的质量吸水率：
砖的体积吸水率：
饱水系数：
K=W/P=27.3/37=0.74w0
则K=0.74<0.85，由于有相当一部分孔隙未被水充满，未充水孔w隙可缓解水冻结时的冰胀压力，材料的破坏作用较小，所以材料比较抗冻。33
8．已知某卵石的密度为2.65g／cm，表观密度为2.61g／cm，3堆积密度为1680kg／m，求此石子的孔隙率和空隙率？
答：石子的孔隙率为：
石子的空隙率为：
第三章 无机胶凝材料
1．试解释下列名词、术语
胶凝材料；水硬性胶凝材料；气硬性胶凝材料；标准稠度用水量；比表面积；硅酸盐水泥熟料；P·O；42.5R；CS；CS32
答：（1）胶凝材料。指当其与水或水溶液拌合后，所形成的塑性浆体经过一系列的物理、化学反应，能逐渐凝结硬化并形成具有一定强度的石状体的无机粉末材料。（2）水硬性胶凝材料。指不仅能在空气中凝结硬化，而且能更好地在水中硬化、保持并发展其强度的胶凝材料。（3）气硬性胶凝材料。指只能在空气中凝结硬化，也只能在空气中保持和发展其强度的胶凝材料。（4）标准稠度用水量。指水泥净浆达到标准稠度时的用水量与水泥质量的百分比。（5）比表面积。指单位质量物料所具有的总面积，本章指单位质量水泥颗粒表面积的总和。（6）硅酸盐水泥熟料是以石灰石和粘土为主要原料，经破碎、配料、磨细制成生料，然后在水泥窑中煅烧而成的。硅酸盐水泥熟料的矿物主要由硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、
铁铝酸四钙等四种成分组成。（7）P•O42.5R是指强度等级为42.5R早强型普通硅酸盐水泥，P•O表示普通硅酸盐水泥，R表示早强型。（8）CS是指硅酸三钙，化学式为3CaO·SiO，简写为CS，是323硅酸盐水泥熟料矿物组成，含量为37%～60％。（9）CS是指硅酸三钙，化学式为2CaO·SiO，简写为CS，是222硅酸盐水泥熟料矿物组成，含量为15%～37％。
2．如何从生产硅酸盐水泥的原料及其在煅烧过程中所发生的变化说明硅酸盐水泥的矿物组成？
答：（1）生产硅酸盐水泥的原料主要是石灰质和黏土质两类原料。为了补充铁质及改善煅烧条件，还可加入适量铁粉、萤石等。当温度从l300℃升到1450℃，这时3CaO·AlO及4CaO·AlO·FeO已232323烧至部分熔融状态，出现液相，将所剩CaO和2CaO·SiO溶解，22CaO·SiO在液相中吸收CaO形成硅酸盐水泥的最重要矿物硅酸三钙23CaO·SiO。这一过程是煅烧水泥的关键，必须达到足够的温度并停2留适当长的时间，使充分形成3CaO·SiO。2（2）硅酸盐水泥熟料由四种主要矿物成分构成，其名称及含量范围如下：
硅酸三钙3CaO·SiO，简写为CS，含量37％～60％；硅酸二钙232CaO·SiO，简写为CS，含量15％～37％；铝酸三钙3CaO·AlO，2223简写为CA，含量7％～15％；铁铝酸四钙4CaO·AlO·FeO，简写32323为CAF，含量10％～18％。其中硅酸钙含量为70％以上，而CA＋43CAF仅占18％～25％。除四种主要矿物成分外，水泥中尚含有少量4游离CaO、MgO，以及SO和碱（KO、NaO），这些成分均为有害322成分，国家标准中有严格限制。
3．硅酸盐水泥的矿物成分在水化反应中各表现出什么特性？形成了哪些主要水化产物？
答：（1）不同矿物成分的水化特性为：
①硅酸三钙的水化反应速度很快，水化放热量较高。生成的水化硅酸钙几乎不溶解于水，而立即以胶体微粒析出，并逐渐凝聚而成凝胶体，称为托勃莫来石凝胶。生成的氢氧化钙在溶液中很快达到饱和，呈六方晶体析出。硅酸三钙的迅速水化，使得水泥的强度很快增长。它是决定水泥强度高低（尤其是早期强度）最重要的矿物。硅酸三钙在28d内通常可水化70％左右。
②硅酸二钙与水反应的速度慢得多，约为CS的1／20，水化放3热量很少，早期强度很低，但在后期稳定增长，大约一年左右可接近CS的强度。3
③铝酸三钙与水反应的速度最快，水化放热量最多，但强度值不高，增长也甚微。
④铁铝酸四钙与水反应的速度较快，水化放热量少，强度值高于CA，但后期增长甚少。3（2）硅酸盐水泥水化后的主要水化产物有：水化硅酸钙和水化铁酸钙凝胶；氢氧化钙、水化铝酸钙和水化硫铝酸钙（钙矾石）晶体。在充分水化的水泥石中，水化硅酸钙凝胶约占70％，Ca（OH）约2占20％～25％。由于各矿物单独水化时所表现出的特性不同，所以改变各矿物的相对比例，水泥的性质将产生相应变化，所谓不同品种的硅酸盐水泥，即为所含四种矿物成分比例不同的水泥，如提高CS2和CAF的含量可以制得水化热很低的低热硅酸盐水泥；提高CS、43CA的含量可以制得快硬硅酸盐水泥。3
4．水泥的细度对水泥应用有什么影响？是不是细度越细越好？水泥细度用什么方法测定？国家规定的指标是多少？
答：（1）水泥颗粒的粗细程度对水泥的使用有重要影响。水泥颗粒粒径一般在7～200μm范围内，颗粒愈细，与水起反应的表面积就愈大，水化反应进行愈快、愈充分，早期强度和后期强度都较高。一般认为，水泥粒径在40μm以下的颗粒才具有较高的活性，大于100μm的活性就很小了。（2）水泥细度并不是越细越好，水泥颗粒过细，将使研磨水泥的能耗大量增加，需水性增大，储存时活性下降过快，若在空气中硬化时，收缩值也会增大。（3）水泥的细度可用比表面积或0.080mm或0.045mm方孔筛的筛余量（未通过部分占试样总量的百分率）表示。硅酸盐水泥与普通硅酸盐水泥的细度用比表面积表示，其他通用硅酸盐水泥的细度用筛2余量表示。所谓比表面积是指单位质量水泥颗粒表面积的总和（m2／kg或cm／g）。2（4）国家规定硅酸盐水泥的比表面积应大于300m／kg，一般常2为317～350m／kg。
5．为什么要测定水泥的标准稠度用水量？
答：国家标准规定检验水泥的凝结时间和体积安定性时需用“标准稠度”的水泥净浆。“标准稠度”是使用水泥标准稠度测定仪测定的，人为规定的稠度。将水泥净浆达到标准稠度时的用水量与水泥质量的百分比称为水泥标准稠度需水量。因为水泥净浆对标准试杆的沉入具有一定的阻力，通过试验含有不同水量的水泥净浆对试杆阻力的不同，可确定水泥净浆达到标准稠度时所需要的水量。通过试验测定水泥净浆达到标准稠度的需水量，作为水泥凝结时间，安定性试验的用水量标准。
6．何谓水泥的体积安定性？水泥体积安定性不良的原因是什么？这些因素为什么会导致安定性不良？
答：（1）水泥体积安定性是水泥浆硬化后因体积膨胀而产生变形的性质。它是评定水泥质量的重要指标之一，也是保证混凝土工程质量的必备条件。体积安定性不良的水泥不得应用于工程中，否则将导致严重后果。（2）造成水泥体积安定性不良的原因，主要是由于熟料中所含游离氧化钙（f－CaO）过多。当熟料中所含氧化镁过多或掺入石膏过量时，也会导致安定性不良。（3）熟料中所含游离氧化钙或氧化镁都是过烧的，结构致密，水化很慢，加之被熟料中其他成分所包裹，使得在水泥已经硬化后才进行熟化：
这时体积膨胀97％以上，从而引起不均匀体积膨胀，使水泥石开裂。当石膏掺量过多时，在水泥硬化后，残余石膏与固态水化铝酸钙继续反应生成高硫型水化硫铝酸钙（钙矾石），体积增大约1.5倍，从而导致水泥石开裂。
7．水泥体积安定性用什么方法检测？用该方法检测安定性不合格的水泥，表明是哪一种因素引起的？
答：（1）国家标准规定，水泥的体积安定性用雷氏法或试饼沸煮法检验。（2）上述两种方法均是通过沸煮加速游离氧化钙水化而检验安定性的，所以只能检查游离氧化钙所引起的水泥安定性不良问题。水泥中的氧化镁只有在压蒸条件下才能加速熟化，过量石膏的危害则需长期浸在常温水中才能发现，所以检查氧化镁、石膏导致安定性不良问题应分别采取压蒸法和长期浸水法。国家标准对通用硅酸盐水泥中的氧化镁含量和三氧化硫含量有严格规定，不合格的不得出厂，以确
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