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工程材料习题解说3

第一章 土木工程材料的基本性质
1、试述材料成分、结构和构造对材料性质的影响？
参考答案：材料的成分对性质的影响：材料的组成及其相对含量的变化，不仅会影响材料的化学性质，还会影响材料的物理力学性质。材料的成分不同，其物理力学性质有明显的差异。值得注意的是，材料中某些成分的改变，可能会对某项性质引起较大的改变，而对其他性质的影响不明显。
材料的结构对性质的影响：材料的结构是决定材料物理性能的重要因素。可分为微观结构和细观结构。材料在微观结构上的差异影响到材料的强度、硬度、熔点、变形、导热性等性质，可以说材料的微观结构决定着材料的物理力学性能。
材料的构造对性质的影响：材料的构造主要是指材料的孔隙和相同或不同材料间的搭配。不同材料适当搭配形成的复合材料，其综合性能优于各个单一材料。材料的内部孔隙会影响材料的强度、导热性、水渗透性、抗冻性等。
总之，材料的组成、结构与构造决定了材料的性质。材料的组成、结构与构造的变化带来了材料世界的千变万化。
2、试述材料密度、表观密度、孔隙率的定义、测定方法及相互关系。密度与视密度的区别何在？
参考答案：密度：是指材料在密实状态下单位体积的质量。测定方法：将材料磨细成粒径小于0.25mm的粉末，再用排液法测得其密实体积。用此法得到的密度又称“真密度”。
表观密度：是指材料在自然状态下单位体积的质量。测定方法：对于外形规则的块体材料，测其外观尺寸就可得到自然体积。对于外观不规则的块体材料，将其加工成规则的块体再测其外观尺寸，或者采用蜡封排液法。
孔隙率：材料中的孔隙体积与总体积的百分比。
相互关系：
密度与视密度区别：某些散粒材料比较密实，其内部仅含少量微小、封闭的孔隙，从工程使用角度来说，不需磨细也可用排液法测其近似的密实体积，这样测得的密度称为“视密度”。
3、孔隙率及孔隙特征对材料的表观密度、强度、吸水性、抗渗性、抗冻性、导热性等性质有何影响？
参考答案：对表观密度的影响：材料孔隙率大，在相同体积下，它的表观密度就小。而且材料的孔隙在自然状态下可能含水，随着含水量的不同，材料的质量和体积均会发生变化，则表观密度会发生变化。
对强度的影响：孔隙减小了材料承受荷载的有效面积，降低了材料的强度，且应力在孔隙处的分布会发生变化，如：孔隙处的应力集中。
对吸水性的影响：开口大孔，水容易进入但是难以充满；封闭分散的孔隙，水无法进入。当孔隙率大，且孔隙多为开口、细小、连通时，材料吸水多。
对抗渗性的影响：材料的孔隙率大且孔隙尺寸大，并连通开口时，材料具有较高的渗透性；如果孔隙率小，孔隙封闭不连通，则材料不易被水渗透。
对抗冻性的影响：连通的孔隙多，孔隙容易被水充满时，抗冻性差。
对导热性的影响：如果材料内微小、封闭、均匀分布的孔隙多，则导热系数就小，导热性差，保温隔热性能就好。如果材料内孔隙较大，其内空气会发生对流，则导热系数就大，导热性好。
4、材料的耐水性、吸水性、吸湿性、抗冻性、导热性、热容、抗渗性的含义是什么？
参考答案：耐水性： 材料抵抗水破坏作用的能力称为耐水性，即材料经水浸泡后，不发生破坏，同时强度也不显著降低的性质。指标：软化系数
吸水性：材料与水接触时其毛细管会吸收水分的性质。指标：吸水率
吸湿性：材料在潮湿空气中吸收水分的性质。指标：平衡含水率
抗冻性：材料在吸水饱和状态下，能经受多次冻融循环作用而不被破坏，强度也不严重降低的性质。指标：抗冻等级，其划分取决于材料在一定条件下经受冻融而不被破坏的次数。
导热性：当材料两面存在温度差时，热量会从温度较高的一面传导到温度较低的一面的性质。指标：导热系数
热容：某块材料在温度升降1K时所放出或吸收的热量。
指标：C（热容）＝c（比热容）•m（材料质量）
抗渗性：材料抵抗压力水或液体渗透的性质。指标：渗透系数
5、材料的导热系数、比热容和热容与建筑物的使用功能有什么关系？
参考答案：材料的导热系数小，建筑物的保温隔热性能就好。如果建筑物围护结构的热容越大，则在气温变化较大时，能较好地保持室内温度。
6、试述材料的弹性、朔性、脆性和弹性磨量的意义？
参考答案：弹性： 当撤去外力或外力恢复到原状态，材料能够完全恢复原来形状的性质。
塑性： 当撤去外力或外力恢复到原状态，材料仍保持变形后的形状和尺寸，并不产生裂缝的性质。
脆性：是材料在外力作用下不产生明显变形而突然发生破坏的一种性能。
弹性模量： 晶体材料如金属材料表现为线弹性，一些非晶体材料如玻璃等也表现为线弹性，其应力与应变之比为常数，比值称为弹性模量，它是衡量材料抵抗外力使其变形能力的一个指标。
7、影响材料强度试验结果的因素有哪些？强度与强度等级是否不同，试举例说明。
参考答案： 试验条件对材料强度试验结果有较大的影响，其中主要有试件的形状和尺寸、试验机的加载速度、试验时的温度和湿度，以及材料本身的含水状态等。
强度与强度等级不一样。强度是一个具体值，而强度等级是一个等级范围。如：混凝土的强度等级为C30，那么属于C30强度等级的混凝土的实际强度值有可能是30MPa或与30MPa接近的强度值。
8、某地红砂岩，已按规定将其磨细，过筛。烘干后称取50g，用李氏瓶测得其体积为18.9cm3。另有卵石经过清洗烘干后称取1000g，将其浸水饱和后用布擦干。又用广口瓶盛满水，连盖称得其质量为790g，然后将卵石装入，再连盖称得其质量为1409g，水温为25℃，求红砂岩及卵石的密度或视密度，并注明哪个是密度或视密度。
参考答案：红砂岩的密度：
卵石的视密度：

9、某多孔材料的密度为2.59g/cm3。取一块称得其干燥时质量为873g，同时量得体积为480cm3。浸水饱和后取出擦干表面水分称得质量为972g。求其质量吸水率、闭口孔隙率及开口孔隙率。
参考答案：质量吸水率：
密实体积：
孔隙体积：
开口孔隙体积：
闭口孔隙体积：
开口孔隙率：
闭口孔隙率：

第二章 金属材料

1、冶炼方法与脱氧程度对钢材性能有何影响？
参考答案：常用的冶炼方法有：氧气转炉法、平炉法和电炉法。氧气转炉法能有效地除去磷和硫，钢中所含气体很低，非金属夹杂物亦较少，故质量较好；平炉法冶炼时间长，有足够的时间调整、控制其成分，去除杂质和气体亦较净，故质量较好，也较稳定；电炉法能自由调节温度，成分能够精确控制，故炼出的钢杂质含量少，钢的质量最好，但成本最高。按脱氧程度可以分为沸腾钢、镇静钢、半镇静钢和特殊镇静钢。沸腾钢和镇静钢相比较，沸腾钢中碳和有害杂质磷、硫等的偏析较严重，钢的致密程度较差。故沸腾钢的冲击韧性和可焊性较差，特别是低温冲击韧性的降低更显著。
2、什么是沸腾钢？有何优缺点？哪些条件下不宜选用沸腾钢？
参考答案：沸腾钢仅加入锰铁进行脱氧，脱氧不完全，这种钢铸锭时，有大量的一氧化碳气体逸出，钢液呈沸腾状，故称为沸腾钢。钢的致密程度较差。故沸腾钢的冲击韧性和可焊性较差，但从经济上比较，沸腾钢只消耗少量的脱氧剂，钢的收缩孔减少，成本率较高。
3、常温下钢材有哪几种晶体组织，各有何特性？简述钢中含碳量、晶体组织与性能三者之间的关系。
参考答案：钢材的晶体组织：奥氏体，一般在高温下存在，其塑性和韧性很好，可以进行各种形式的压力加工而不发生脆断；铁素体，原子间的空隙较小，溶碳能力较低，其性质极其柔软，塑性和韧性很好，但强度和硬度较低；渗碳体，是碳和铁形成的化合物Fe3C，晶体结构复杂，外力作用下不易变形，故性质非常硬脆，抗拉强度很低，塑性及韧性几乎等于零；珠光体，是铁素体和渗碳体组成的机械混合物，故其性质介于铁素体和渗碳体之间，既有一定的强度和硬度，也有一定的塑性和韧性。晶格类型不同的金属，其性能也不同，面心立方晶格与体心晶格的金属比密排六方晶格的金属有较好的塑性，而体心立方晶格的金属则强度较高，同时金属晶粒愈细，不仅强度和硬度愈高而且塑性和韧性也愈好。含碳量在0.02％～0.77%范围内，随着含碳量的增加，钢的强度和硬度逐渐提高，而塑性和韧性则逐渐降低；含碳量在0.77％～2.11％范围时，随着含碳量的增加，钢的强度和硬度逐渐增高，塑性和韧性逐渐降低，当含碳量超过1.0％以后，强度极限开始下降。
4、什么是屈强比，对选用钢材有何意义？
参考答案：屈服强度与强度极限之比称为屈强比。当这个比值较小时，表示结构的安全度较大，即结构由于局部超载而发生破坏的强度储备较大，但比值过小时，则表示钢材强度的利用率偏低，不够经济。相反若屈强比较大，则表示钢材利用率较大，但比值过大，表示强度储备过小，脆断倾向增加，不够安全。因此这个值最好保持在0.60～0.75之间，既安全又经济。
5、解释下列符号代表的意义：、、、、、，并说明该指标表示钢材的什么性能？
参考答案：代表钢筋的屈服强度，当应力到达该值时，在应力不增加的情况下塑性变形不断增加；代表钢筋的极限强度，在拉伸条件下，材料断裂前所能承受的最大应力；代表钢筋的冲击韧性值，在冲击荷载作用下，钢筋破坏缺口处单位面积上所吸收的冲击功，值越大，钢的冲击韧性越好。
6、何谓冷脆性和脆性转变温度？它们对选用钢材有何意义？
参考答案：钢筋由韧性断裂转变为脆性断裂，使冲击值显著降低的现象称为冷脆性，与之相对应的温度称为脆性转变温度。对于直接承受动载，而且可能在负温下工作的重要结构，必须检验钢筋的冷脆性和脆性转变温度，防止钢材在使用中发生脆性断裂，以确保结构安全。
7、硫、磷、氮、氧元素对钢材性能各有何影响？
参考答案：硫多数以FeS的形式存在于钢中，它是一种强度较低和性质较脆的夹杂物，受力时容易引起应力集中，降低钢的强度和疲劳强度，同时硫对热加工和焊接很不利，且偏析严重；磷多数溶于铁素体中形成固溶体，磷虽能提高钢的强度和耐腐蚀性能，但显著提高了脆性转变温度，增大了钢的冷脆性，并降低可焊性，且偏析严重；氮也溶入铁素体中形成固溶体，能提高钢的强度和硬度，但显著降低了钢的塑性和韧性，增大钢的敏感性和冷脆性；氧多数以FeO形式存在于非金属夹杂物中，它是一种硬脆的物质，会使钢的塑性、韧性和疲劳强度显著降低，并增大时效敏感性。
8、什么叫调质热处理？它对钢材性能有何影响？
参考答案：淬火和高温回火的联合处理称为调质。调质的目的主要是为了获得良好的综合技术性质，既有较高的强度，又有良好的塑性和韧性，是目前用来强化钢材的有效措施。
9、什么是可焊性，哪些因素对可焊性有影响？
参考答案：钢的可焊性就是指钢材在焊接后，体现其焊头联结的牢固程度和硬脆倾向大小的一种性能。钢的化学成分、冶金质量及冷加工等对可焊性影响很大。
10、什么是冷加工强化和时效？各对钢材性能有何影响？
参考答案：冷加工是在再结晶温度以下（一般是常温）进行的机械加工，包括冷拉、冷拔、冷轧、冷扭、冷冲和冷压等各种方式。在一定范围内冷加工变形程度越大，加工硬化现象也越明显，即屈服强度提高得越多，而塑性和韧性也降低得越多；经冷加工后，随着时间的延长，钢的屈服强度和强度极限逐渐提高，塑性和韧性逐渐降低的现象，称为时效。
11、什么是低合金结构钢，与碳素钢结构相比有何特点？
参考答案：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，称为低合金结构钢。与碳素结构钢相比，采用低合金钢可以减轻结构自重，加大结构跨度，节约钢材，经久耐用，特别适合于高层建筑或大跨度结构，是今后结构钢的发展方向。
12、根据哪些原则选用钢结构用钢？
参考答案：在选用钢材牌号和材性时，为保证承重结构的承载能力和防止在一定条件下出现脆性破坏，应根据结构的重要性、荷载特征、结构形式、应力状态、连结方法、钢材厚度和工作环境等因素进行综合考虑。
13解释钢号Q235AF、Q235D代表的意义，并比较二者在成分、性能和应用上的异同？
参考答案：Q235AF表示屈服强度为235MPa，由氧气转炉或平炉冶炼的A级沸腾碳素结构钢。Q235D表示屈服强度为235MPa的D级钢。A级钢的S和P含量高于D级钢，但Mn含量低于D级钢，A级钢一般用于承受静载作用的钢结构，D级钢则可用于低温条件下承受动载焊接的重要结构。
14、热轧钢筋分为几个等级？各级钢筋有什么特性和用途？
参考答案：热轧钢筋分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ级钢筋，Ⅰ级钢筋的强度不高，但塑性及可焊性良好，主要用作非预应力混凝土的受力钢筋或构造筋；Ⅱ、Ⅲ级钢筋由于强度较高，塑性和可焊性也好，可用于大中型钢筋混凝土结构的受力筋；Ⅳ级钢筋虽然强度高，但塑性及可焊性较差，可用作预应力钢筋。
15、什么是热处理钢筋、冷轧带肋钢筋、预应力混凝土用钢丝和钢绞线？它们各有哪些特性和用途？
参考答案：热处理钢筋由热轧带肋钢筋经过淬火和高温回火调质处理而成，这种钢筋不能冷拉和焊接，且对应力腐蚀及缺陷敏感性较强，主要用于预应力混凝土梁、预应力混凝土轨枕或其他各种预应力混凝土结构；冷轧带肋钢筋是以普通低碳钢和低合金钢热轧圆盘条为母材，经多道冷轧（拔）减径和一道压痕而成的三面有肋的钢筋，这种钢筋具有较高的强度和较大的伸长率，且粘结锚固性好，可用于没有振动荷载和重复荷载的工业民用建筑和一般构筑物的钢筋混凝土结构；预应力混凝土用钢丝和钢绞线是用优质碳素钢盘条，经酸洗、冷拉或冷拔再回火等工艺制成，这种钢筋具有强度高、柔性好、无接头等优点，且质量稳定，安全可靠，施工时不需冷拉及焊接，主要用作大跨度桥梁、屋架、吊车梁等预应力钢筋。
16、桥梁结构钢应具有哪些技术要求？
参考答案：桥梁除了承受静载外，还要直接承受动载，其中某些部位还承受交变应力的作用，而且在受力状态下还要经受气候变化和腐蚀介质的严峻考验。桥梁结构钢除必须具有较高的强度外，还要求有良好的塑性、韧性、可焊性及较高的疲劳强度，在严寒低温地区还要求具有较小的冷脆性和时效敏感性，此外还要求具有良好的抗大气腐蚀性。
17、对钢轨用钢，在性能和材质上有何要求？
参考答案：铁路钢轨经常处在车轮压力、冲击和磨损的作用下，要求钢轨不仅具有较高的强度以承受较高的压力和抗剥离的能力，而且还应具有较高的耐磨性、冲击韧性和疲劳强度。无缝线路的钢轨还应具有良好的可焊性，处于多雨潮湿地区、盐碱地带和隧道中的钢轨还应具有良好的耐腐蚀性能。在选材上一般应选用含碳量较高的平炉或氧气转炉镇静钢进行轧制，对轨端部分需进行淬火处理。对钢轨质量，除严格保证一定的化学成分外，还要求质地均匀纯净，内部不含白点、残余缩孔、非金属夹杂物，表面不应有分层、翻皮等缺陷。
18、钢材是怎么锈蚀的？如何防止钢筋锈蚀？
参考答案：钢材的锈蚀可分为化学锈蚀和电化学锈蚀两类。化学锈蚀是由非电解质或各种干燥气体所引起的一种纯化学性的腐蚀，无电流产生。电化学腐蚀是钢材与电解质溶液接触后，由于产生电化学作用而引起的腐蚀。防止钢材锈蚀主要有三种方法：①制成合金钢；②表面覆盖；③设置阳极或阴极保护。
19、铝合金建筑型材分为哪几种？并说明具有何要求及应用范围？
参考答案：常用的铝合金型材有铝合金门窗、铝合金装饰板及铝合金小五金等。铝合金门窗要求具有一定的抗风压强度，有良好的气密性与水密性，还应有良好的隔热、隔音与开闭性；铝合金装饰板主要用于屋面、墙面、楼梯踏面等。

第三章 天然石材
1、天然石料按照成因分为哪几类？各类有何异同？
参考答案：
名 称
成岩情况
主要品种
岩浆岩
熔融岩浆上升到地表附近或喷出地表，冷却凝结而成岩。
花岗岩
玄武岩
辉绿岩
沉积岩
岩石风化后，再经沉积、胶结而成岩。
石灰岩
砂岩
变质岩
岩石在温度、压力或化学的作用下，经变质而成岩
大理岩
片麻岩

2、建筑中常用的天然岩石有哪些，分别有何特性？
参考答案：
名 称
组成
密度
花岗岩
是岩浆岩中分布最广的一种主要矿物组成，典型的深成岩，属酸性岩石。
表观密度2500～2700kg/m3
抗压强度达120～250MPa
使用年限达75～200年
大理岩
是由石灰岩或白云岩变质而成，主要的造岩矿物是方解石或白云石，属碳酸盐类。
表观密度2600～2700kg/m3
抗压强度达70～110MPa
纯净的大理石称汉白玉
石灰岩
俗称“青石”，是沉积岩的一种，主要成分是CaCO3，主要矿物成分是方解石，常含有白云石、菱镁石、粘土等。
表观密度2000～2600kg/m3
抗压强度达80～160MPa
砂 岩
其主要造岩矿物有石英、及少量的长石、方解石和白云石，属沉积岩。
表观密度2200～2500kg/m3
抗压强度达5～200MPa
常用于建筑物的基础、墙身、踏步等。

3、天然石料应具有哪些技术性质？选用天然石料的原则是什么？
参考答案：天然石料应具有
1）物理性质（表观密度、吸水性、耐水性、抗冻性、耐热性、导热性）
2）力学性质（抗压强度、冲击韧性、硬度、耐磨性）
3）工艺性质（加工性、磨光性、抗钻性）
根据建筑物的类型，使用要求和环境条件、再结合地方资源进行综合考虑，使得石材满足适用、经济、美观的要求。

第四章 无机胶凝材料
1、什么是气硬性胶凝材料？什么是水硬性胶凝材料？
参考答案：气硬性胶凝材料只能在空气中硬化，并且只能在空气中保持或发展其强度，如石膏、石灰等；水硬性胶凝材料则不仅能在空气中而且能更好地在水中硬化，保持并发展其强度，如水泥。
2、为什么说石膏是有发展前途的建材？
参考答案：石膏的主要优点是原料丰富、生产能耗低、不污染环境等，作为一种绿色建材已大量用于室内的空间分隔和装饰；建筑石膏硬化时体积略有膨胀，这一性能使得石膏制品表明光滑细腻线条清晰，具有很好的装饰艺术效果；建筑石膏还具有隔热、保温、不燃、不蛀、隔声、可锯、可钉、污染小等良好性能，所以石膏是很有发展前途的建材。
3、石膏制品有哪些？
参考答案：建筑石膏制品的种类较多，主要有：纸面石膏板、空心石膏条板、纤维石膏板、石膏砌块和装饰石膏制品等。
4、过火石灰、欠火石灰对石灰性能有什么影响？如何消除？
参考答案：欠火石灰的产浆量较低，质量较差；欠火石灰的密度较大，表面常被黏土杂质溶化时所形成的玻璃釉状物包覆，因而消解很慢，在工程中过火石灰颗粒往往会在正常石灰硬化后继续吸湿消解而发生体积膨胀，降低石灰品质，影响工程质量。消除方法有：将石灰经陈伏处理后再使用于工程，控制煅烧温度在1000℃～1200℃之间，岩块尺寸不宜过大。
5、水玻璃的模数、浓度与性能有何关系？
参考答案：水玻璃中氧化硅和氧化钠的分子数比称为水玻璃的模数，模数愈大，水玻璃的黏度和粘结力愈大，也愈难溶解于水；同一模数水玻璃溶液浓度越高，则粘结力也越大。
6、水玻璃的硬化有何特点？
参考答案：水玻璃能与空气中的二氧化碳反应生产无定形的硅酸凝胶，随着水分的挥发干燥，无定形硅酸脱水转变成二氧化硅而硬化。由于空气中二氧化碳较少，反应进行很慢，因此水玻璃在实际使用时常加入促硬剂以加速硬化。
7、为什么菱苦土在使用时不能单独用水拌和？
参考答案：菱苦土是以天然菱镁矿（主要成分为碳酸镁）为主要原料，经煅烧后磨细而得到的以氧化镁为主要成分的白色或浅黄色粉末，当其单独与水拌和时会生产不溶于水的氢氧化镁，而且氧化镁也不溶于水，一般常用氯化镁（MgCl2·6H2O）水溶液作为调和剂，掺量为菱苦土的50％～60％，生成一种易溶于水的氧氯化镁复盐(xMgO·y MgCl2·8H2O)和氢氧化镁。
8、判断石膏、石灰、水玻璃与镁氧水泥是气硬性胶凝材料的理由是什么？
参考答案：石膏、石灰、水玻璃与镁氧水泥的硬化过程只能在空气中完成，并且也只能在空气中保持或发展其强度。
9、生产硅酸盐水泥的主要原料有哪些？
参考答案：主要原料有：石灰质原料（如石灰石）、黏土质原料（如黏土、页岩）、少量铁粉、适量石膏。
10、生产硅酸盐水泥为什么要掺入适量石膏？
参考答案：水泥熟料中的硅酸三钙与水反应十分迅速，使得水泥熟料加水后迅速凝结，导致来不及施工。所以为调节水泥的凝结时间，通常在水泥中加入适量石膏，这样，水泥加水后石膏迅速溶解与水化铝酸钙发生反应，生产针状的晶体（3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O，又称为钙钒石）沉积在水泥颗粒表面形成保护膜，延缓了水泥凝结时间。
11、试述硅酸盐水泥的主要矿物成分及其对水泥性能的影响？
参考答案：硅酸盐水泥熟料中，C3A的水化和凝结硬化速度最快，但水化铝酸钙的强度不高；C3S和C4AF的水化速度较快，凝结硬化速率也较快，C3S的水化产物强度高，C4AF的水化产物强度不高；C2S水化反应速度最慢，凝结硬化速率也慢，强度早期低，后期高。
12、硅酸盐水泥的主要水化产物有哪几种？水泥石的结构如何？
参考答案：主要水化产物是：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晶体。水泥石主要由固体（水泥水化产物及未水化的残存水泥内核）和孔隙组成。凝胶是由尺寸很小的凝胶微粒与位于胶粒之间的凝胶孔组成，胶粒的比表面积大，可强烈地吸附一部分水分，此水分与填充胶孔的水分称为凝胶水；毛细孔中的水分称为毛细水，毛细水的结合力较弱，脱水温度较低，脱水后形成毛细孔。
13、试述水泥细度对水泥性质的影响？怎样检验？
参考答案：水泥细度直接影响到水泥的水化和凝结硬化。水泥颗粒越细，比表面积越大，则使水泥熟料的化学活性发挥得越快，表现为水泥的水化反应速度快，凝结硬化也快，但过细的水泥不宜久存，硬化时收缩比较大。细度的检验方法通常用筛分法或比表面积法来测定，筛分法以80um方孔筛的筛余量表示，比表面积法以1kg质量材料所具有的总表面积（m2/kg）来表示。
14、造成硅酸盐水泥体积安定性不良的原因有哪几种？怎样检验？
参考答案：造成水泥体积安定性不良，一般是由熟料中所含游离氧化钙游离氧化镁过多或掺入石膏过多等原因所造成。国家标准规定，由游离的氧化钙过多引起的水泥体积安定性不良可用雷氏法或试饼法检验。试饼法是用标准稠度的水泥净浆做成试饼，经恒沸3小时后用肉眼观察未发现裂纹，用直尺检验没有弯曲；雷氏法是用雷氏夹中的水泥浆经沸煮三小时后的膨胀值。
15、试述硅酸盐水泥的强度发展规律及影响因素？
参考答案：强度发展规律为：水泥的水化和凝结硬化从颗粒表面深入到内部是有一个时间过程的，水化速度开始比较快，强度发展也比较快，以后逐渐减慢。不同水泥的强度发展不完全相同，掺较多活性混合材料的硅酸盐水泥早期强度比较低，后期增进率高。
16、在下列工程中选择适宜的水泥品种：
（1）现浇混凝土梁、板、柱冬季施工：硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥；
（2）高层建筑基础底板（具有大体积混凝土和抗渗要求）：矿渣水泥和粉煤灰水泥；
（3）南方受海水侵蚀的钢筋混凝土工程：矿渣水泥和火山灰水泥；
（4）高炉炼铁炉基础：铝酸盐水泥；
（5）高强度预应力混凝土梁：硅酸盐水泥和普通水泥；
（6）地下铁道：普通水泥、火山灰水泥和粉煤灰水泥；
（7）东北某大桥的沉井基础及桥梁墩台：矿渣水泥、火山灰水泥和粉煤灰水泥。
17、某工程用一批普通水泥，强度检验结果如下，试评定该批水泥的强度等级。
龄期
抗折强度/MPa
抗压破坏荷载/KN
3d
4.05,4.20,4.10
41.0,42.5,46.0,45.5,43.0
28d
7.00,7.50,8.50,
112,115,114,113,108,115
参考答案：水泥的强度等级为42.5。
18、硅酸盐水泥石腐蚀的类型有哪几种？产生腐蚀的原因是什么？防止腐蚀的措施有哪些？
参考答案：腐蚀的类型有：软水侵蚀（溶出性侵蚀）：软水能使水化产物中的Ca(OH)2溶解，并促使水泥石中其它水化产物发生分解；盐类腐蚀：硫酸盐先与水泥石结构中的Ca(OH)2起置换反应生产硫酸钙，硫酸钙再与水化铝酸钙反应生成钙钒石，发生体积膨胀；镁盐与水泥石中的Ca(OH)2反应生成松软无胶凝能力的Mg(OH)2；酸类腐蚀：CO2与水泥石中的Ca(OH)2反应生成CaCO3，再与含碳酸的水反应生成易溶于水的碳酸氢钙，硫酸或盐酸能与水泥石中的Ca(OH)2反应；强碱腐蚀：铝酸盐含量较高的硅酸盐水泥遇到强碱也会产生破坏。腐蚀的防止措施：①根据工程所处的环境，选择合适的水泥品种；②提高水泥石的密实程度；③表明防护处理。
19、硅酸盐水泥检验中，哪些性能不符合要求时，则该水泥属于不合格品？哪些性能不符合要求时则该水泥属于废品?怎样处理不合格品和废品？
参考答案：国家标准规定：硅酸盐水泥性能中，凡氧化镁、三氧化硫、初凝时间、安定性中任一项不符合标准规定时均为废品。废品应严禁出厂、使用。凡细度、终凝时间、不溶物和烧失量中的任何一项不符合规定或混合材掺量超过最大限度和强度低于商品强度等级（标号）规定的指标时称为不合格品。水泥包装标志中水泥品种、强度等级、工厂名称和出厂编号不全也属于不合格品。不合格品可根据实际情况而决定使用与否。
20、什么是活性混合材料和非活性混合材料？掺入硅酸盐水泥中各能起到什么作用？
参考答案：活性混合材料中有一定的活性组分，常温下能与水泥熟料水化时析出Ca(OH)2的或在硫酸钙的作用下生成具有胶凝性质的稳定化合物。非活性混合材料与水泥矿物成分不起化学反应或化学反应很弱，在水泥石中主要起填充作用，掺入硅酸盐水泥中主要调节水泥强度等级，增加产量，降低水化热等。
21、为什么掺较多活性混合材料的硅酸盐水泥早期强度较低，后期强度发展比较明显，长期强度甚至超过同标号的硅酸盐水泥？
参考答案：掺较多活性混合材的硅酸盐水泥中水泥熟料含量比较少，加水拌和后，熟料先水化，水化后析出的Ca(OH)2作为碱性激化剂激化活性混合材料水化，生成水化硅酸钙和水化硫铝酸钙等水化产物。水化过程分两步进行，早起强度较低而后期强度发展较快。
22、与普通水泥相比较，矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥在性能上有哪些不同，并分析这四种水泥的适用和禁用范围。
参考答案：矿渣水泥保水性差、泌水性大。在施工中由于泌水而形成毛细管通道及水囊，水分的蒸发又易引起干缩，影响混凝土的抗渗性、抗冻性及耐磨性。适用于高温和耐软水、海水、硫酸盐腐蚀的环境中；火山灰质水泥特点是易吸水，易反应。在潮湿条件下养护可以形成较多的水化产物，水泥石结构比较致密，从而具有较高的抗渗性和耐久性。如在干燥环境中，所吸收的水分会蒸发，体积收缩，产生裂缝，因而不宜用于长期处于干燥环境和水位变化区的混凝土工程中，但适宜于大体积和抗渗要求的混凝土及耐海水、硫酸盐腐蚀的混凝土中；粉煤灰水泥需水量比较低，干缩性较小，抗裂性较好。尤其适用于大体积水工混凝土及地下和海港工程中，但不适宜抗碳化要求的混凝土中。
23、试述道路硅酸盐水泥的特点？
参考答案：特点是混凝土的抗折强度较高，耐磨性和耐久性较好，同时道路水泥还具有早强的性能。
24、白色硅酸盐水泥对原料和工艺有什么要求？
参考答案：白色硅酸盐水泥严格控制氧化铁的含量，此外有色金属氧化物如氧化锰、氧化钛、氧化铬的含量也加以限制。由于原料中氧化铁含量少，煅烧的温度要提高到1550℃左右。为了保证白度，煅烧时应采用天然气、煤气或重油做燃料，粉磨时不能直接用铸钢板和钢球，而应采用白色花岗岩或高强陶瓷衬板，用烧结瓷球等作研磨体。
25、膨胀水泥的膨胀过程与水泥体积安定性不良所形成的体积膨胀有何不同?
参考答案：水泥体积安定性不良引起的膨胀是指水泥石中的某些化学反应不能在硬化前完成，而在硬化后进行，并伴随有体积不均匀的变化，在以硬化的水泥石中产生内应力，轻则引起膨胀变形，重则使水泥石开裂。膨胀水泥的膨胀在硬化过程中完成，并且其体积是均匀地发生膨胀。
26、铝酸盐水泥有何特点？
参考答案：铝酸盐水泥快硬早强，早期强度增长快，但后期强度可能会下降；水化热大，而且集中在早期放出；具有较好的抗硫酸盐侵蚀能力；铝酸盐水泥不耐碱但耐高温性能好。
27、简述铝酸盐水泥的水化过程及后期强度下降的原因。
参考答案：铝酸盐水泥的水化产物CAH10和C2AH8为针状或板状结晶体，能相互交织成坚固的结晶合生体，析出的Al(OH)3难溶于水，填充于晶体骨架的空隙中，形成比较致密的结构，使水泥石获得很高的早期强度，但是CAH10和C2AH8是压稳定相，随时间增长，会逐渐转化为比较稳定的C3AH6，转化结果使水泥石内析出游离水，增大了空隙体积，同时由于C3AH6晶体本身缺陷较多，强度较低，因而使得水泥石后期强度有所下降。
28、不同品种且同一强度等级以及同品种但不同强度等级的水泥能否掺混使用？对这二种情况分别解释为什么？
参考答案：这两种情况均不能掺混使用。不同品种的水泥或不同强度等级的水泥掺混使用会影响水泥的使用性能和耐久性。
29、硅酸盐水泥的强度等级检验为什么要用标准砂和规定的水灰比？试件为何要在标准条件下养护？
参考答案：水泥胶砂试件的强度受各种因素的制约，如：砂的质量和细度、水灰比、养护条件、试验方法等，所以为了精确测试硅酸盐水泥的强度等级，国家标准规定，水泥的强度用ISO法检验，将水泥和标准砂按1：3混合，用0.5的水灰比，用规定的方法拌制成标准胶砂试件，在标准条件下养护至规定龄期。

第五章 混凝土
1、对普通混凝土有哪些基本要求？怎样才能获得质量优良的混凝土？
参考答案：对普通混凝土的基本要求： 满足混凝土结构设计的强度要求；
满足施工所要求的和易性；
具有与工程环境相适应的耐久性。
获得质量优良的混凝土： 首先要设计合理的配合比，使混凝土满足上述基本要求以及实际工程中的某些特殊要求；要选用质量合格的原材料，按照相应的规范施工。
2、试述混凝土中的四种基本组成材料在混凝土中所起的作用。
参考答案：水泥和水： 水泥和水形成水泥浆，填充砂子空隙并包裹砂粒，形成砂浆，砂浆又填充石子空隙并包裹石子颗粒。水泥浆在砂石颗粒之间起着润滑作用，使混凝土拌和物具有一定的流动性。但是它更主要的是起胶结作用。水泥浆通过水泥的硬化，把砂石骨料牢固的胶结成一整体。
砂石：一般不与水泥浆起化学反应，起骨架作用，可以大大的节省水泥；可以降低水化热，大大减少混凝土由于水泥浆硬化而产生的收缩，抑制裂缝的扩展。
3、对混凝土用骨料在技术上有哪些基本要求？为什么？
参考答案： ①具有良好的颗粒级配，以尽量减小空隙率；
②要求表面干净，以保证与水泥浆更好的粘结；
③含有害杂质少，以保证混凝土的强度和耐久性；
④要求具有足够的强度和坚固性，以保证起到充分的骨架和传力作用。
4、试说明骨料级配的含义，怎样评定级配是否合格？骨料级配良好有何技术经济意义？
参考答案： 骨料级配：是指大小不同的骨料之间相互搭配的比例情况。细骨料的累计筛余率必须处于书中表3-2的任何一个级配区的范围内才认为是合格的。粗骨料应该符合书中表3-5的规定才认为是合格的。
骨料级配好，能减小空隙率，节约水泥，制成的混凝土拌和物的和易性好。
5、某工地打算大量拌制C40混凝土，当地所产砂（甲砂）的取样筛分结果如图所示，判定其颗粒级配布合格。外地产砂（乙砂），根据筛分结果，其颗粒级配也不合格。因此打算将两种砂掺配使用，请问能否行？如果行，试确定其最合理的掺合比例。
筛分记录
筛孔尺寸/mm
累计筛余率/％
筛孔尺寸/mm
累计筛余率/％
甲砂
乙砂
甲砂
乙砂
4.75
0
0
0.60
50
90
2.36
0
40
0.30
70
95
1.18
4
70
0.15
100
100

参考答案：两种砂掺配使用可行，因为甲砂细砂多，而乙砂粗砂多。
要确定其最合理的掺和比例，就要使掺和后的砂的级配落入2区。根据2区的边界可以算出砂的比例范围。
对于4.75mm的筛孔：因为甲乙的筛余都是0，所以任意比例都可以。
对于2.36mm的筛孔：2区的累计筛余为25～0，则设甲砂的比例为X：X*0+（1-X）*40＝0～25→X＝100％～37.5％
同理可以得出以下结果：
对于1.18mm的筛孔：91%~34%
对于0.6mm的筛孔：100%~50%
对于0.3mm的筛孔：100%~12%
对于0.15mm的筛孔：任意比例
所以甲砂的比例范围为：91％～50％
6、现有两种砂子，若细度模数相同，其级配是否相同？若两者的级配相同，其细度模数是否相同？
参考答案：若细度模数相同，其级配不同；若两者的级配相同，其细度模数相同。
7、试比较碎石和卵石拌制混凝土的有缺点。
参考答案：在水泥浆用量相同的条件下，卵石混凝土的流动性较大，与水泥浆的粘结较差。碎石混凝土流动性较小，与水泥浆的粘结较强。碎石混凝土强度高于卵石混凝土的强度。
8、什么是混凝土拌合物的和易性？影响和易性的主要因素有哪些？如何改善混凝土拌和物的和易性？
参考答案：和易性是指在一定的施工条件下，便于各种施工操作并能获得均匀、密实的混凝土的一种综合性能。包括：流动性、粘聚性和保水性。
主要影响因素：水泥品种及细度；用水量；水泥浆用量；水灰比；含砂率；外加剂；搅拌。
应根据和易性的主要影响因素综合考虑来提高和易性，如：选用和易性最好的粉煤灰硅酸盐水泥，将水泥磨细，增加水泥浆的用量，选择合理的水灰比和砂率，加入减水剂，加强搅拌等都能提高混凝土的和易性。
9、试述泌水对混凝土质量的影响。
参考答案： 泌水是材料离析的一种形式。如果混凝土拌和物的保水性比较差，其泌水的倾向性就较大，这样就易于形成泌水通道，硬化后成为混凝土的毛细管渗水通道。由于水分上浮，在混凝土表面还会形成一个疏松层，如果在其上继续浇灌混凝土，将会形成一个薄弱的夹层，此外，在粗骨料颗粒和水平钢筋下面也容易形成水囊或水膜，致使骨料和钢筋与水泥石的粘结力降低。
10、和易性与流动性之间有何区别？混凝土试拌调整时，发现坍落度太小，如果单纯加用水量去调整，混凝土的拌和物会有什么变化，
参考答案：流动性是指混凝土拌和物在本身自重或施工机械搅拌振捣作用下能够流动的性能。而和易性是混凝土的综合工作性能，包括流动性，还有粘聚性和保水性。
如果单纯增加用水量去调整坍落度，则水泥浆会变稀，从而降低了水泥浆的粘聚性，减小颗粒间的内摩擦力，混凝土拌和物的流动性会增大。但是，水泥浆的粘聚性降低过多的话，会导致混凝土拌和物的保水能力不足，会出现泌水现象，而且其粘聚性也不好，这样会影响混凝土的质量，降低硬化后混凝土的强度。
11、影响混凝土强度的内在因素有哪些？试结合强度公式加以说明。
参考答案：混凝土的强度主要决定于水泥石的强度和水泥石与骨料之间的粘结强度。而水泥石的强度主要取决于其矿物成分及孔隙率。而孔隙率又决定于水灰比与水化程度。所以，对于给定的龄期，水泥石的强度主要决定于水泥强度与水灰比。水泥强度越大，水灰比越小，水泥石强度越高。水泥石与骨料的粘结力也同样与水泥强度和水灰比有关，水泥强度越高，水灰比越小，则水泥浆硬化后与骨料的粘结力越强。水泥石与骨料的粘结力还与骨料的品质有关，碎石混凝土强度高于卵石混凝土的强度。综上所述，混凝土的强度与水灰比成反比，与水泥强度成正比，还与骨料品质有关。用公式表示为：。
其中：C－1m3混凝土中水泥用量，Kg；
W－1m3混凝土中的用水量，Kg；
－灰水比
－混凝土28天抗压强度
－水泥的实测强度
，－经验系数。
12、某工地施工人员采取下述几个方案提高混凝土拌和物的流动性，试问下面那些方案可行？那个方案不行？并说明理由。
（1）多加水
（2）保持W/C不变，增加水泥浆用量；
（3）加入CaCl2
（4）加入减水剂；
（5）加强振捣。
参考答案：（1）不行。多加水会改变混凝土的水灰比，降低强度。而且多加水，可能会导致混凝土粘聚性降低过多，保水能力不足，出现泌水现象。
（2）可行。增加水泥浆用量，可以增加骨