土木工程材料叶青课后答案

1、土木工程材料课程教学指导书 简写版 土木工程材料课程教学大纲 1. 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土木工程材料的性质、用途和使用方法以及检测 和质量控制方法，并了解土木工程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。 2. 考试目的与要求 主要检验对土木工程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， 合理选用土木工程材料的要求及实验

2、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”部分主要是拓宽土木工程材料的知识面。 3. 课程的基本要求 0 绪论 了解土木工程材料的发展、 地位、分类和标准等。 熟练掌握 数值修约规则。 1土木工程材料的基本性质 1. 熟练掌握土木工程材料的基本力学性质。 2. 掌握土木工程材料的基本物理性质、测定和计算方法。 3. 掌握土木工程材料的耐久性基本概念。 4. 了解土木工程材料的基本组成、结构和构造，了解组成、结构和构造与材料性能的关 系。 通过

3、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。 2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 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。 4 水泥 1. 熟悉硅酸盐水泥熟料的矿物组成及其与水泥性能之间的关系，了解通用硅酸盐水泥的 水化、凝结和硬化机理，熟练掌握通用硅酸盐水泥的技术性能要求、检测方法及选用原则。 2.

4、 了解其他水泥品种及其性质和使用特点。（自学 ） 5水泥混凝土 1. 掌握普通混凝土组成材料的品种、技术要求及选用（包括砂、石、水泥、水、掺合料及 外加剂 ）；熟练掌握各种组成材料各项性质的要求， 测定方法及对混凝土性能的影响。 2. 熟练掌握混凝土拌和物的性质及其测定和调整方法。 3. 熟练掌握硬化混凝土的力学性质， 变形性质和耐久性质及其影响因素。 4. 熟练掌握普通混凝土的配合比设计方法。 5. 了解混凝土技术的新进展及其发展趋势。（自学 ） 6. 了解其它品种混凝土的特性及应用。（自学 ） 6砂浆 1.掌握砌筑砂浆的性质、组成、检测方法及其配比设计方法。 2.熟悉抹面砂浆的主要品种性能

5、要求。了解其他砂浆。 7 聚合物材料（建筑塑料、涂料与胶粘剂） 1.熟悉合成聚合物材料的性能特点及主要聚合物材料的品种。 2.熟悉土木工程中合成聚合物材料的主要制品及应用（包括塑料及其型材、涂料、粘结剂 等）。 8 沥青材料和防水材料 1.掌握沥青材料的基本组成，工程性质及测定方法，了解沥青的改性及主要沥青制品及 其用途。 2.掌握防水材料的主要类型及性能特点。 9热拌沥青混合料 熟悉沥青混合料的组成材料、组成结构、矿质混合料的组成设计、热拌沥青混合料的配 合比设计。 10 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。

6、 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。 11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。 12木材（ 自学 ） 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。 13 绝热材料与吸声材料 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。 14 其它土木工程材料 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。 15 土木工程材料试验（

7、下列试验必做） 1.水泥标准稠度用水量测定、安定性检验和水泥胶砂强度。 2.砂的筛分析、表观密度和堆积密度实验。 3. 混凝土的拌制、和易性、体积密度、抗压强度和配合比确定实验。 4. 砖抗压强度实验（演示） 。 5. 钢筋拉伸实验（演示） 。 6. 沥青三大指标实验。 7. 沥青混合料（演示） 。 土木工程材料辅导材料 0绪论 例题0-1:全数值比较法和修约值比较法的示例与比较 项目 极限数值 测定值或 其计算值 按全数值比较是否 符合要求 修约值 按修约值比较 是否符合要求 中碳钢的硅 的质量分 数% 0.5 0.452 符合 0.5 符合 0.500 符合 0.5 符合 0.549 不符

8、合 0.5 符合 0.551 不符合 0.6 不符合 盘条直径 mm 10.0 .1 (不含0.1) 9.94 符合 9.9 不符合 9.86 不符合 9.9 不符合 10.06 符合 10.1 符合 10.05 符合 10.0 符合 例题0-2:现测得普通水泥的 28d抗折破坏荷载分别为：3330、3800、4000N。试计算抗折强 度。解： 抗折强度（计算精确至0.1MPa）测定结果取三块试样的平均值，当三个强度值中有超过平 均值的0%时，应予剔除后再取平均值作为抗折强度实验结果。 Ff /N 3330 3800 4000 ff /MPa 7.8 8.9 9.4 f3平均=8.7。(9.4

9、 8.7)/8.7=8.04%=8% 10%，(8.7 7.8)/8.7=10.34%=10% 10%。没有超过 10% 结果 28d抗折强度=8.7 MPa ff=1.5FfL/(bh2)=1.5FfX00/(40 40勺=1.5 X330 X100/(40 X?)=7.8MPa 土木工程材料的基本性质 例题1-1 :当某一材料（如烧结粘土砖）的孔隙率及孔隙特征发生变化时，下表内的其它性 质将如何变化（用符号填写：t增大， 汗降，=不变，？不定）？ 孔隙率 P 密度 体积密度 强度 吸水性 吸湿性 抗冻性 抗渗性 导热性 吸声性 P t = J J Lt Lt j j j t P Pk t

10、= = J t t j j t t 一疋 Pb t = = t j j t t j j 例题1-2 :某岩石的密度为 2.70g/cm3,孔隙率为1.9% ;今将该岩石破碎为碎石，测得碎石的 堆积密度为1450kg/m3,空隙率为45.9%。试求此岩石的体积密度和碎石的表观密度。 解：由孔隙率 P=1 - p/ p =4 p/2.70=1.9%，得此岩石的体积密度p=2.65 g/cm3, 由空隙率P = p 0/ p -1450/ p =45.，得此碎石的表观密度 p =2680 kg。 例题1-3：某石材在气干、绝干（105 C烘干）、水饱和条件下测得的抗压强度分别为74、80、 65MP

11、a，求该石材的软化系数，并判断该石材可否用于水下工程。 解：软化系数=65/80=0.81不能用于水下工程 土木工程中将K软0.85的材料，称为耐水材料。在设计长期处于水中或潮湿环境中的重要结构时，必 须选用K软0.85的材料。 例题1-4 :称取堆积密度为1480kg/m3的干砂300g,将此砂装入500mL的容量瓶（已有约250mL 水）内，并排尽气泡，静止24h小时后加水到刻度，称得总重量为 850g;将瓶内砂和水倒出， 再向瓶内重新注水到刻度，此时称得总重量为 666 g。再将砂敲碎磨细过筛（0.2 mm）烘干后， 取样55.01 g,测得其排水体积 V排水为20.55 cm3。试计算

12、该砂的空隙率。 解：密度 p =m/V=55.01/20.55=2.68 g/cm3, p =300X 1/（300+66650）=2.59 g/cm 3, 空隙率 P =- p p -1.48/2.59=42.9%。 例题1-5 :今有湿砂(湿润状态)100.0kg，已知其含水率为 8.8%，则其干燥质量是多少？ 解：由 W含=(m含一m)/m得到，m= m含/(1 + W含) = 100.0/(1+8.8%)=91.9kg。 例题1-6 :材料的孔隙和体积形式有哪几种？材料各密度与孔隙之间有什么关系？ 答：材料的孔隙形式：按孔隙尺寸大小，分为微孔、细孔和大孔三种；按孔隙之间是否相互连通，分

13、为 孤立孔和连通孔；按孔隙与外界是否连通，分为与外界连通的开口孔和与外界不连通的闭口孔。 材料的体积形式：材料绝对密实体积，材料绝对密实体积+闭口孔隙体积，自然状态下的体积， 散粒状材料的总体积。 材料各密度与孔隙之间有什么关系 密度p= m/V ;材料绝对密实体积，无孔。 表观密度(例如，砂的表观密度)p = m/ (V+V b) = m/V排；材料绝对密实体积+闭口孔隙体积。 (毛)体积密度(例如，砖的表观密度)p0= m*/ (V+Vb+Vk)；自然状态下的体积。 松堆密度p0 = m*/(V+V b+Vk+Vv)；散粒状材料的总体积。 例题1-7 :什么是材料的耐水性，用什么表示？在材

14、料选用时有什么要求？ 答：材料长期在饱和水作用下，强度不显著降低的性质称为耐水性。用软化系数表示。 土木工程中将K软0.85的材料，称为耐水材料。在设计长期处于水中或潮湿环境中的重要结构时，必须 选用K软0.85的材料。用于受潮较轻或次要结构物的材料，其值不宜V0.75。 例题1-8 :什么是材料的导热性？用什么表示？如何利用孔隙提高材料的保温性能？ 答：材料传导热量的能力称为导热性。用导热系数表示。 导热系数与材料的物质组成、微观结构、孔隙率、孔隙特征、湿度、温度和热流方向等有着密切的关系。 由于密闭空气的导热系数很小(0.023W/(m K),当材料的孔隙率较大并多数为细小的闭口孔时，其导

15、热系 数较小；但当孔隙粗大或贯通时，由于对流作用，材料的导热系数反而增加。 例题1-9 :什么是材料的强度和强度等级？影响材料强度的因素有哪些？ 答：材料在外力作用下抵抗破坏的能力称为强度，并以单位面积上所能承受的荷载大小来衡量。由于各种材 料的强度差别甚大，在土木工程材料中按其强度值的大小所划分的若干个等级，即为强度等级。 影响材料强度的主要因素：材料的组成，材料的结构，含水状态，温度，试件形状和尺寸， 加荷速度，试件表面性状。 例题1-10:什么是材料的耐久性？通常用哪些性质来反映？ 答：材料的耐久性是指在环境的多种因素作用下，能经久不变质、不破坏，长久地保持其性能的性质。通常 用诸如抗冻

16、、抗渗、抗碳化、抗风化、抗老化、大气稳定、耐化学腐蚀性等来反映。此外，材料的强度、抗 渗性、耐磨性等与材料的耐久性有着密切的关系。 例题1-11 :材料的宏观构造对其性质有什么影响？ 答：材料的构造是指材料的宏观组织状况，是指具有特定性质的材料结构单元相互组合和搭配的情况。如具 有特定构造的蜂窝板，是由不同性质的材料经特定组合而形成的一种复合材料，这种构造赋予蜂窝板良好的 隔热保温、隔声吸声、坚固耐久等整体功能和综合性质。 例题1-12:今有一种粗骨料的干燥质量为1000g、在水中(吸水饱和)的质量为635g、表干 质量为1025g。试求其表观密度、表干密度、毛体积密度和质量吸水率。解： 试验

17、次数 干燥质量m 在水中质量msw 表干质量mssd 水的密度p w 备注 1 1000 g 635 g 1025 g 0.99822 15 C 水 2 表观密度(g/cm3) =m p w/ (m msw) 2.73 g/cm3 表干密度(g/cm3) 饱和面干 =mssd p w/ ( mssd msw) 2.62 g/cm3 毛体积密度(g/cm3) =m p w/ (mssd msw) 2.56 g/cm3 质量吸水率 =(mssd m) /m 2.50% 例题1-13:一块破砖，其p =260g/cm3,m=2000g，将它浸没于水中，吸水饱和后测得，mb=2200g， V排水=88

18、0cm3( 1)求其闭口孔隙率、体积密度和体积吸水率？ (2)若上述材料为碎块(如 同粗骨料)，则其表观密度为多少？ 解：(1) PK Wv= ( mb m) / (V0PW) = ( 2200-2000) / ( 880+ (2200- 2000) /1.0) X1.0=18.5% 3 p=m/V 0=2000/ (880+ ( 2200-2000) /1.0) =1.85g/cm3， P=1p/ p =1 1.85/2.60=28.8% , Pb =P P k=28.8 18.5=10.3%。 (2) p =m/V水=2000/880=2.27 g/cm 3=2270 kg/m 3。 例题

19、1-14 :一块破砖，其p =260g/cm3, m=2000g ,将它浸没于水中，吸水饱和后测得，mb=2200g, 并在水中称得它(吸水饱和)的重量为1120g。求其闭口孔隙率、体积密度和体积吸水率？ 解：PK Wv= (mb m) / ( V0 敝)=(2200 2000) / ( 2000 1120) /1.00+ ( 2200 2000) /1.00) X1.00= (2200 2000) / (2200 1120) /1.00 *00=18.5% V0=V+V b+Vk=V 排 +V k= (mb m 水中)/1.00, p=m/Vo=2000/ ( 2200 1120) /1.0

20、0) =1.85g/cm3, P=1 p/ p = 1.85/2.60=28.8% , Pb =P P k=28.8 18.5=10.3%。 2 天然石材 例题2-1：按岩石的生成条件，岩石可分为哪几类？举例说明。 答：天然岩石按形成的原因不同可分为岩浆岩、沉积岩、变质岩等三大类。 岩浆岩是由地壳内部熔融岩浆上升过程中在地下或喷出地面后以不同的冷却速度冷凝而成的岩石，它是 组成地壳的主要岩石。根据岩浆冷凝情况的不同，又分为深成岩、喷出岩和火山岩。 沉积岩是由露出地表的各种岩石经自然界的风化、搬运、沉积并重新成岩而形成的岩石，主要存在于地 表及不太深的地下。其特点是结构致密性较差、体积密度较小、

21、孔隙率较大、强度较低、耐久性相对较差。 根据沉积岩的生成条件，可分为机械沉积岩、化学沉积岩、有机沉积岩。 变质岩是由原有岩石经变质而成的岩石。即地壳中原有的各类岩石，在地层的压力或温度作用下，在固 体状态下发生再结晶作用，使其矿物成分、结构构造乃至化学成分发生部分或全部改变而形成的新岩石。一 般由岩浆岩变质而成的称正变质岩，由沉积岩变质而成的称副变质岩。 例题2-2：在建筑中常用的岩浆岩、 沉积岩和变质岩有哪几种？主要用途如何？ 答：常用的岩浆岩有：深成岩有花岗岩、正长岩、橄榄岩、闪长岩等，喷出岩有玄武岩、辉绿岩和安山岩 等，火山岩有火山灰、浮石、火山凝灰岩等。 花岗岩是公认的高级建筑结构材料

22、和装饰材料。其块状石材可用于大型建筑物的基础、勒脚、柱子、栏 杆、踏步等部位，也可用于桥梁、堤坝等工程中，是建造永久性工程、纪念性建筑的良好材料。板状石材， 质感坚实，华丽庄重，是室内外均可使用的高级装饰材料。 常用的沉积岩有：机械沉积岩有砂岩和页岩等，化学沉积岩有石膏、白云石等，有机沉积岩有石灰岩 和硅藻土等。 石灰岩，主要矿物成分为方解石和白云石等。石灰岩来源广，硬度低，易劈裂，便于开采，具有一定的 强度和耐久性。其块石可作为建筑物的基础、墙身、阶石及路面等，其碎石是常用的混凝土骨料。此外，它 还是生产水泥和石灰的主要原料。 常用的变质岩有：由沉积岩形成的变质岩有大理岩和石英岩等，由岩浆岩

23、形成的变质岩有片麻岩等。 大理石，是一种含碳酸盐矿物大于 50%的变质岩。抗压强度为50140MPa,但硬度不大，较易进行锯解、 雕琢和磨光等加工。吸水率一般不超过 1%,耐久性较好，一般使用年限为 40100年。装饰性好。但其抗风 化性能差，因其主要化学成分是碳酸盐类，易被酸侵蚀。 例题2-3 石材有哪些主要的技术性质？ 答：物理性质(体积密度、吸水率、耐水性、抗冻性和耐火性等)。 力学性质(抗压强度、冲击韧性、硬度和耐磨性等) 工艺性质(加工性、磨光性和抗钻性等) 例题2-4 花岗岩和大理岩各有何特性及用途？ (参见上述“常用石材在土木工程中的应用”) 例题 2-5 选择天然石材应注意什么

24、？ 答：土木工程中应根据建筑物的类型、环境条件等慎重选用石材，使其既符合工程要求，又经济合理。一般 应从以下几方面选用：力学性能、耐久性、装饰性、经济性和环保性。 例题 2-6 岩石的饱水率与吸水率有何不同？ 答：吸水率是指在规定条件(如放入水中浸泡4d)下，岩石试样最大的吸水质量与烘干岩石试件质量之比。 饱水率(饱和吸水率)是指在强制条件(在一定的负压条件或在沸煮条件下)下，岩石试样最大的吸水 质量与烘干岩石试件质量之比。 因此，饱水率大于等于吸水率。 主要差异在开口孔体积的测定。开口孔的体积可由测量材料吸入水的体积或质量来确定，即在常温常压 下将干燥试样放入水中浸泡 4d 后测定吸入水的体

25、积或质量。但对于一些又细又长的开口孔，再加上孔端有 空气存在，在常温常压下水是难以深入或渗入到孔的前端的，这部分孔隙体积将成为闭口孔体积的一部分。 故在特殊领域，有要求在一定的负压条件或在沸煮条件下测定吸入水的体积或质量，以得到真实的开口孔的 体积。通过在一定的负压条件或在沸煮条件下测得的吸水率常称为饱水率。 3 气硬性胶凝材料 例题 3-1：何谓气硬性胶凝材料？何谓水硬性胶凝材料？二者的区别在哪里？ 答：只能在空气中硬化，并只能在空气中保持或发展强度的胶凝材料称为气硬性胶凝材料；既能在空气中 硬化， 又能在潮湿环境或水中更好地硬化， 并保持和发展强度的胶凝材料称为水硬性胶凝材料。 二者的区别

26、是： 气硬性胶凝材料的耐水性较差，即软化系数小。而水硬性胶凝材料的耐水性很好，即软化系数较大。此外，大 多数气硬性胶凝材料的强度也低于水硬性胶凝材料，并且气硬性胶凝材料的抗渗、抗冻等耐久性也明显低于水 硬性胶凝材料。 例题 3-2：什么是过火石灰和欠火石灰？它们对石灰的使用有什么影响？如何消除？ 答：在煅烧过程中， 若时间过长或温度过高， 将生成颜色较深、 块体致密的 “过火石灰” ；在煅烧过程中， 若温度过低或煅烧时间不足，使得 CaCO3 不能完全分解，将生成“欠火石灰”。当石灰中含有欠火石灰时，主 要是降低了石灰中有效 CaO 的含量，使石灰的质量降低，利用率下降，但对石灰及其制品的性能

27、影响较小。对 较小的欠火石灰颗粒可不作处理，但较大的欠火石灰颗粒需消除掉，以避免影响到施工质量。过火石灰的熟化 速度很慢，在石灰凝结硬化后才开始逐步消解，引起体积膨胀，造成隆起或开裂，故对石灰的应用极为不利。 为了消除过火石灰的危害，石灰膏使用前应在化灰池中存放2 周以上，使过火石灰充分熟化。陈伏期间，石灰 膏表面应有一层水，以隔绝空气，防止碳化。 例题 3-3：石灰硬化过程中会产生哪几种形式的开裂？试分析其原因。欲避免这些情况发生， 应采取什么措施？ 答：墙面上出现的不规则网状裂纹是石灰在凝结硬化中产生较大收缩而引起的。可以通过增加砂用量、掺 入纤维材料、湿润墙体基层、降低一次抹灰的厚度等措

28、施加以改善。 墙面上出现凸出的呈放射状的裂纹是由于石灰中含有过火石灰。在砂浆硬化后，过火石灰吸收空气中的水 蒸气继续熟化，体积膨胀，从而出现上述现象。为避免这种情况发生，可在熟化时先用筛网将较大的过火石灰 颗粒过滤掉，较小的过火石灰颗粒可通过陈伏使其熟化。 例题 3-4：建筑石膏及其制品为什么适用于室内，而不适用于室外？ 答：建筑石膏隔热、吸声性能好，调温调湿性能好，防火性能良好，加工性能好，适合室内使用。建筑石 膏制品的成分为二水石膏，该成分可微溶于水；石膏制品是由无数细小的晶体所构成，晶粒间的搭接处更容易 受到溶解破坏，使建筑石膏制品的强度大大降低。建筑石膏硬化后存在大量微孔，而耐水性差、

29、吸水率高、抗 渗性差、抗冻性差，在室外使用时必然受到雨水冰冻等的作用，所以不适用于室外。 例题 3-5：用于内墙抹灰时，建筑石膏和石灰比较，具有哪些优点？为什么？ 答：建筑石膏在凝结硬化后具有下述优良性质：凝结硬化快；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；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；具有较好的 防火性；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。 例题 3-6：水玻璃的主要化学成分是什么？什么是水玻璃的模数？水玻璃的模数、浓度对其性质 有何影

30、响？ 答：水玻璃是一种由碱金属氧化物和二氧化硅结合而成的水溶性硅酸盐材料，其化学通式为R2O nSiO2 ； 水玻璃的模数用 n 表示，其溶解的难易程度与 n 值的大小有关。 n 值越大，水玻璃的粘度越大，越难溶解，但 却易分解硬化。土建工程中常用水玻璃的 n值，一般在2.52.8之间。 例题 3-7：菱苦土可用水拌和使用吗？在工程中有何用途？ 答：菱苦土用水拌合时，浆体的凝结硬化速度很慢，且硬化后的强度也很低，所以不宜用水拌合使用。在 工程中菱苦土主要作为地面，也可生产木屑板、刨花板和木丝板等，这类板材具有良好的装饰性和绝热性，建 筑上常用作内墙板、天花板、门窗框和楼梯扶手等。用氯化镁调制好

31、菱苦土加入发泡剂等材料，还可制成多孔 轻质的绝热材料。 4 水 泥 例题4-1水泥强度计算（见W土木工程材料期中试题） 例题4-2 ：通用硅酸盐水泥的三大组分材料是什么？通用水泥的主要水化产物是什么？ 答：三大组分材料是水泥熟料、石膏和混合材料。通用水泥的主要水化产物是水化硅酸钙凝胶和水化铁酸钙 凝胶，氢氧化钙、水化铝酸钙和水化硫铝酸钙晶体。在完全水化的硅酸盐水泥石中，水化硅酸钙约占60% 70%，氢氧化钙约占20%25%。 例题4-3：硅酸盐水泥熟料的主要矿物是什么？各有什么水化产物和水化硬化特性？ 答：熟料的主要矿物是硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙和铁铝酸四钙。 硅酸三钙遇水，反应速度较快，

32、水化热高，它的水化产物对水泥早期强度和后期强度均起主要作用。水 化产物是水化硅酸钙凝胶和氢氧化钙。 硅酸二钙遇水，反应速度较慢，水化热较低，它的水化产物对水泥早期强度贡献较小，但对水泥后期强 度起重要作用。耐化学侵蚀性良好，干缩较小。水化产物是水化硅酸钙凝胶和氢氧化钙。 铝酸三钙是四种矿物组分中遇水反应速度最快、水化热最高的组分。耐化学侵蚀性差，干缩大。因此， 为了调节水泥的凝结硬化速度必须掺加石膏，铝酸三钙与石膏形成的水化产物（钙矾石），对水泥早期强度 有一定的作用。水化产物是水化铝酸钙和三硫型或单硫型水化硫铝酸钙晶体。 铁铝酸四钙遇水反应较快， 水化热较高。 抗压强度居中， 对水泥抗折强度

33、的贡献较大。 耐化学侵蚀性优， 干缩小。水化产物是水化铁酸钙凝胶，水化铝酸钙和水化硫铁铝酸钙晶体（有石膏存在时）。 例题4-4：什么是活性混合材料和非活性混合材料？它们加入通用水泥中各起什么作用？ 答：混合材料是为了改善通用硅酸盐水泥性能、调节水泥强度、降低水化热、降低生产成本、增加水泥产量 和增加品种而经常采用的组成材料。 活性混合材料主要有粒化高炉矿渣、粉煤灰、火山灰质混合材料，主要含有非晶态或玻璃态的活性SiO2 和活性A12O3，能与水泥浆中的氢氧化钙和石膏发生化学反应。 非活性混合材料，掺入水泥中的主要作用是调节水泥强度、降低水化热、降低生产成本、增加产量，在 水泥浆中几乎不发生化学

34、反应。主要有石灰石和砂岩等。 活性混合材料在通用硅酸盐水泥中的水化。通用硅酸盐水泥与水拌合后，首先是水泥中熟料的水化，放 出大量的Ca（OH）2;然后是活性混合材料中的 SiO2和AI2O3受到上述Ca（OH）2和水泥中石膏的激发而进行的水化 反应（一般称为二次水化反应），即消耗大量的 Ca（OH）2，生成更多的水化硅酸钙、水化铝酸钙和水化硫铝 酸钙。 例题4-5：通用硅酸盐水泥中加入石膏的作用是什么？膨胀水泥中加入石膏的作用是什么？ 答：硅酸盐水泥中加入石膏的作用有三：起调节水泥凝结时间的作用、适量的增强作用（硫酸盐激发剂）、 产生适量钙矾石后的微膨胀作用。加入过量时会产生体积安定性问题。

35、通用硅酸盐水泥中加入石膏的主要作用是起调节水泥凝结时间的作用。由于铝酸三钙是四种矿物组分中 遇水反应速度最快、水化热最高的组分，其水化产物水化铝酸钙的强度低，故为了调节水泥的凝结硬化速度 必须掺加石膏， 而且铝酸三钙与石膏形成的水化产物 （水化硫铝酸钙晶体） ，对水泥早期强度有一定的作用。 膨胀水泥中加入石膏的主要作用是产生适量钙矾石后的微膨胀作用。水泥中的石膏与水化铝酸钙发生反 应，生成具有体积膨胀的、针状的晶体三硫型水化硫铝酸钙（钙矾石）。 例题4-6：通用水泥有哪些品种，各有什么特性？ 答：通用硅酸盐水泥的定义为以硅酸盐水泥熟料和适量的石膏，及规定的混合材料制成的水硬性胶凝材料。 其分类

36、按混合材料的品种和掺量分为硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、 粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥六个品种。 通用硅酸盐水泥的主要特性 （详见教材） 。 例题4-7 ：什么是水泥的体积安定性？引起安定性不良的主要原因是什么？如何检验安定性？ 答：水泥浆体在硬化过程中体积变化的均匀性称为水泥体积安定性。 引起安定性不良的主要原因是由于熟料或水泥中含有过多的游离氧化钙和游离氧化镁，及磨制水泥时加 入了过多的石膏等所造成的。 现行国标规定用沸煮法检验由游离 CaO引起的水泥体积安定性。采用压蒸方法才能检验由游离MgO引起 的水泥体积安定性。石膏的危害则需要水泥浆体长期浸在常温

37、水中才能检验。由于MgO和石膏的危害作用不 便于快速检验，故用化学成分控制，硅酸盐水泥中 MgO含量不得超过5.0 %，如经压蒸安定性检验合格，允许 放宽到6.0%; SO3含量不得超过3.5%。 例题4-8：简述硅酸盐水泥凝结硬化的机理。 影响水泥凝结硬化的主要因素是什么？ 答：凝结硬化的机理：水泥颗粒与水接触后，水泥熟料中的四种主要矿物和石膏立即或在相当长的时间内均 能与水发生水化作用，生成水化产物，并放出一定量的水化热。随着水化的进行，水泥浆体进入凝结阶段， 由可塑态逐渐失去塑性，进而硬化产生强度。这一凝结硬化过程，可以分为四个阶段，初始反应期（约15 分钟内结束），诱导期（一般持续 1

38、3小时），凝结期（一般持续1 3小时），硬化期。（详见教材） 影响水泥凝结硬化的主要因素：水泥的组成，熟料矿物组成，水泥细度，水泥浆的水灰比， 养护条件，储存条件，外加剂，等。（详见教材） 例题4-9 ：通用硅酸盐水泥的强度如何测定，其强度等级如何评定？ 答：现行国标规定：水泥的强度用胶砂强度检验。将水泥、水和中国 ISO 标准砂按 1: 0.50: 3.00 的比例，以 规定的方法搅拌制成标准试件（尺寸为 40mmX 40mm x 160mm），在标准条件下在（20+1 ）C的水中养护 至3d和28d，测定这两个龄期的抗折强度和抗压强度。根据测定结果，判定水泥的强度等级。 硅酸盐水泥强度等级

39、分为 42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R。普通水泥强度等级分为 42.5、42.5R、 52.5、52.5R。矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥和复合水泥强度等级分为32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、 52.5R。现行标准将水泥分为普通型和早强型（或称 R型）两个型号。 例题 4-10 ：什么样的水泥产品是合格品和不合格品？ 答：当水泥产品的检验结果符合化学指标（不溶物、烧失量、三氧化硫、氧化镁、氯离子）和物理指标 （凝结时间、 安定性、强度） 的规定时为合格品， 其中的任何一项技术要求不符合时为不合格品。 例题 4-11：硅酸盐水泥的腐蚀有哪些

40、类型？如何防止水泥石的腐蚀？ 答：腐蚀类型：软水腐蚀（溶出性侵蚀） ，盐类（硫酸盐、镁盐、盐类循环结晶等）腐蚀，酸类（碳酸腐蚀、 一般酸类腐蚀）腐蚀，强碱腐蚀和综合腐蚀。 防止水泥石腐蚀的措施：合理选择水泥品种、提高水泥石密实度、加保护层 例题4-12：白色硅酸盐水泥与普通硅酸盐水泥在组成成分、生产方法上有什么差异？ 答：硅酸盐水泥一般呈灰或灰褐色， 这是由于其水泥熟料中的氧化铁和其它着色物质 （如氧化锰、 氧化钛等） 所引起的。硅酸盐水泥熟料中的氧化铁含量大约为 3%4%。因此，白色硅酸盐水泥则要严格控制氧化铁的 含量，一般应低于水泥质量的 0.4。此外，其它如氧化锰、氧化钛、氧化钴等的含量

41、也要加以控制。白色水 泥熟料中主要含有硅酸三钙、硅酸二钙和铝酸三钙。 白色水泥的生产与硅酸盐水泥基本相同。由于原料中氧化铁的含量少，使得生成硅酸三钙的温度提高， 煅烧的温度要提高到 1550C 左右。为了保证白度，煅烧时应采用天然气、煤气或重油作为燃料。粉磨时不能 直接用钢板和钢球，而应采用白色花岗岩或高强陶瓷衬板，用烧结瓷球等作为研磨体。 例题 4-13：如何提高硅酸盐水泥的快硬早强性能？ 答：硅酸盐水泥熟料中主要含有硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙和铁铝酸四钙四种矿物。这四种矿物各有其 特性，如提高硅酸三钙和铝酸三钙在熟料中的相对含量就能得到快硬早强特性。 例题4-14：道路水泥的组成有何特点

42、，应用性能如何？ 答：它是在硅酸盐水泥的基础上，通过合理调整水泥熟料的矿物组成比例，所得以硅酸钙为主要成分和较多 铁铝酸钙含量的硅酸盐熟料，以达到提高水泥抗折强度、抗冲击性能、耐磨性能、抗冻性能和抗疲劳性能等 的目的。 道路水泥是一种强度高，特别是抗折强度高、耐磨性好、干缩小、抗冲击性好、抗冻性和抗硫酸性较好 的专用水泥。它适用于道路路面、机场跑道道面、城市广场等工程。由于具有上述特性，可减少混凝土路面 的裂缝和磨耗等病害，从而减少维修、延长路面使用年限。 例题4-15：膨胀水泥的膨胀原理是什么？什么是自应力水泥？ 答：膨胀水泥水化时产生膨胀的原理，主要是水泥中铝酸盐和石膏遇水化合，生成钙矾石

43、。由于生成的钙矾 石较多，膨胀不仅补偿了收缩而且还产生外体积膨胀。膨胀水泥中具有膨胀组分（钙矾石）和强度组分（水 化硅酸钙），二组分必须匹配。 膨胀水泥和自应力水泥都是硬化时具有一定体积膨胀的水泥品种。膨胀水泥膨胀值较小，线性膨胀率在 1 %以下，其自应力值通常为 0.5MPa，主要用于补偿收缩；自应力水泥膨胀值较大，线性膨胀率在1%3%， 其自应力值通常为大于2.0MPa，用于生产预应力混凝土。 例题4-16：降低水泥水化热的方法有那些？低热水泥适用于什么工程？ 答：水化热和放热速率与熟料矿物成分、混合材料品种和数量及水泥细度等有关。 降低水泥水化热的方法有调整熟料矿物成分，提高硅酸二钙并降

44、低硅酸三钙和铝酸三钙的相对含量就 能降低水泥的水化热。掺加混合材料。掺加缓凝剂。采取温控措施，如原材料降温、使用冰水、埋冷 却水管和特殊养护等。 低热硅酸盐水泥适用于大体积水工建筑物水位变动区的覆面层及大坝溢流面，以及其它要求低水化热、 高抗冻性和耐磨性的工程。低热矿渣水泥适用于大体积建筑物或大坝内部要求更低水化热的部位。此外，它 们具有一定的抗硫酸盐侵蚀能力，可用于低硫酸盐侵蚀的工程。 例题4-17：铝酸盐水泥有何特点，应用时需要注意哪些问题？ 答：CA-50铝酸盐水泥的特性为快硬早强。早期强度增长快，24h即可达到极限强度的80%左右。故宜用 于紧急抢修工程和早期强度要求高的工程。水化热大

45、，且集中在早期放出。因此，适合于冬季施工，不适合 于最小截面尺寸超过45c m的构件及大体积混凝土的施工。 但CA-50后期强度可能会下降，尤其是在高于 30C的湿热环境下，强度下降更快，甚至会引起结构的破 坏。因此，结构工程中使用铝酸盐水泥应慎重。 CA-60水泥的熟料一般以CA和CA2为主，CA能够迅速提高早期强度， g在后期能够保证强度的发展， 因此具有较高的早期强度和后期强度。水化热较高，适合于冬季施工和紧急抢修工程以及早期强度要求高的 工程。 CA-70和CA-80属于低钙铝酸盐水泥，主要成分为 CA2，具有良好的耐高温性能，可以用来配制耐火混 凝土，广泛地用作各种高温炉衬的内衬。

46、铝酸盐水泥具有较好的抗硫酸盐侵蚀能力。故适合于有抗硫酸盐侵蚀要求的工程。 铝酸盐水泥不耐碱，不能用于接触碱溶液的工程。 铝酸盐水泥最适宜的硬化温度为 15C 左右，一般施工时环境温度不得超过 25C 。一般不宜浇筑大体积 混凝土。 铝酸盐水泥混凝土后期强度下降较大，应以最低稳定强度设计。 例题4-18：试分析水泥熟料中铝酸三钙含量对通用硅酸盐水泥硬化浆体性能的影响。 答：铝酸三钙是与水反应速度最快、 水化热最高的组分， 但对水泥硬化浆体的强度贡献低、 耐化学侵蚀性差、 收缩大，随着其含量的提高其缺点更加显著。因此，为了调节水泥的凝结硬化速度必须掺加石膏，铝酸三钙 与石膏形成的水化产物，对水泥早

47、期强度有一定的作用。 例题4-19：试分析氢氧化钙含量对通用硅酸盐水泥硬化浆体性能的影响。 答：硅酸三钙和硅酸二钙水化生成的氢氧化钙，以六方板状晶体析出，它对强度的贡献相对较弱；但它使水 泥石的碱度升到pH12以上，能保护钢筋不生锈，能提高抗碳化能力。氢氧化钙还能激发活性混合材料的水化， 使水泥硬化浆体的强度进一步提高、耐久性能得到改善。 氢氧化钙含量提高，仅对护筋和提高抗碳化能力有好处。因此宜掺加活性混合材料等来消耗部分氢氧化 钙，进而使强度提高和耐久性改善。但对于空气中使用的有护筋要求的混凝土，其氢氧化钙含量不能大幅度 地降低，不然将丧失护筋能力。 例题4-20：试分析钙矾石（三硫型水化硫

48、铝酸钙）含量对通用硅酸盐水泥硬化浆体性能的影 响。 答：为了调节水泥的凝结硬化速度必须掺加石膏，铝酸三钙与石膏形成的水化产物钙矾石，对水泥早期强度 有一定的作用。 在凝结阶段，钙矾石的形成抑制了铝酸三钙与水的反应，起到了调凝作用；相对与水化铝酸钙，钙矾石 有增强作用；钙矾石还有膨胀作用，能补偿收缩。 当水泥中掺加的石膏较多时，可生产膨胀水泥；过多时，会产生体积安定性不良。 例题4-21：试分析环境温度对铝酸盐水泥硬化浆体性能的影响。 答：由于铝酸一钙的水化反应及产物随温度变化很大。当温度在V20 C时，其水化产物为CAH10 ;当温度在 20C30 C时，其水化产物为CAHio、C2AH8和A

49、H 3 ；当温度30 C时，其水化产物为C3AH6和AH 3。 铝酸盐水泥最适宜的硬化温度为 15C左右，一般施工时环境温度不得超过 25C，否则会产生水化产物晶 型转变，导致强度降低。铝酸盐水泥的水化热集中于早期释放，从硬化开始应立即浇水养护，一般不宜浇筑 大体积混凝土。 例题4-22：下列混凝土工程中宜选用哪种水泥，不宜使用哪种水泥，为什么？ 答：高强度混凝土工程（PO、PI、PU、（ PS）宜；PF、PP、PC不宜）。与流动水接触的工程（ PS、 （PO）、PF、PP、PC宜; PI、PU不宜）。采用湿热养护的混凝土制品（ PS、PF、PP、PC、（ PO）宜; PI、PU不宜）。处于干

50、燥环境中的混凝土工程（ PO、PI、PU、PS宜; PF、PP、PC不宜）。大体积 基础工程，水坝混凝土工程（中热水泥、低热水泥、PS、PF、PP、PC宜；PI、PU、PO不宜）。水下混 凝土工程（PS、PF、PP、PC、（ PO）宜；PI、PU不宜）。高温设备或窑炉的基础（铝酸盐水泥、PS宜）。 严寒地区受冻融的混凝土工程（ PO、PI、PU宜）。有抗渗要求的混凝土工程（ PP、PO宜）。混凝 水泥混凝土 混凝土的配合比设计 混凝土强度主要与胶材(水泥+掺和料等)强度、水胶比(或水灰比)和粗骨料品种有关，其强度公式 为： f cu,28 =8 fb (B/W Gb)上述强度公式仅适用于 C6

51、0以下采用天然砂作为细骨料的普通混凝土。 其中a、b与粗骨料有关：采用碎石时a=0.53，b=0.20 ；采用卵石时a=0.49，b=0.13o fb为 所用胶凝材料28d胶砂抗压强度实测值(MPa) o 当没有所用胶材实测强度 fb时，取fb=Y YlfcFY YYfce,g,其中Y和Yl为粉煤灰影响系数和粒化高炉矿渣粉 影响系数，可按表5-1选用；fce为水泥实测强度；Y为水泥的强度富余系数，一般根据实际水泥的质量和存 放时间长短在1.001.16中取值，质量好、存放时间短时取较大值。fce,g为水泥的强度等级值，如强度等级为 42.5 的水泥，fce,g= 42.5MPa。 表5-1粉煤

52、灰影响系数(f)和粒化高炉矿渣粉影响系数(s) 7种类 粉煤灰影响 粒化高炉矿渣粉 注： 掺量( 系数f 影响系数 sl 采用I级、H级粉煤灰宜取上限值； 0 1.00 1.00 采用S75级粒化高炉矿渣粉宜取下限值， 10 0.90 0.95 1.00 采用S95级粒化高炉矿渣粉宜取上限值，采 20 0.80 0.85 0.95 1.00 用S105级粒化高炉矿渣粉可取上限值加 30 0.70 0.75 0.90 1.00 0.05o 40 0.60 0.65 0.80 0.90 当超岀表中的掺量时，粉煤灰和粒化高炉 50 - 0.70 0.85 矿渣粉影响系数应经试验确定。 混凝土配合比设

53、计的步骤： 当混凝土的设计强度等级小于C60时，应根据混凝土强度等级要求和混凝土强度标准差(标准差未知 时可查表5-2得到)按下式确定混凝土配制强度： fcu,0 =fcu,k T645b表 5-2 标准差訂直(MPa) 混凝土强度标准值 C20 C25C45 C50 C55 a 4.0 5.0 6.0 fcu,0 =1.15 fcu,k 当设计强度等级大于或等于 C60时，配制强度应按下式计算: 根据混凝土配制强度fcu,o、所用胶凝材料28d胶砂抗压强度实测值fb和粗骨料品种估算混凝土计算水 胶比：(W B)计並 。计算得到满足强度要求的水胶比后，还应根据混凝土所处环境条件确定满 fcu,

54、0fb 足混凝土耐久性要求的最大水胶比限值(W/B)max，取两者中较小值，即可初步确定混凝土水胶比为 (W/B)o=min(W/B)计,(W/B)max)。 根据混凝土拌合物的坍落度要求、所用粗骨料品种和最大粒径、所用细骨料品种和细度模数，查表 确定混凝土单位用水量。坍落度要求低于90mm的混凝土，不掺加减水剂时直接查表确定；掺加减水剂时， 在查表基础上根据合理掺量条件下减水剂的减水率(B确定混凝土单位用水量：mw0 = mw l(1 A) o坍落度要 求大于90mm的混凝土，则在查表基础上，以表中坍落度为90mm的用水量(mwb)为基础，按坍落度每增大 20mm用水量增加5kg，计算出未掺

55、减水剂时混凝土单位用水量(mwH)，然后再根据合理掺量条件下减水剂的 减水率确定掺加减水剂时混凝土的单位用水量：mw0 mwH(1 !： ) o 根据初步确定的混凝土水胶比和单位用水量，计算单位胶凝材料用量：mmw0 ，同时，根 11Ih0 计 (W/B)。 据混凝土所处环境条件查表确定满足耐久性要求的胶凝材料用量最低限值mb,min，取两者中较大值，即可确 定混凝土单位胶凝材料用量为：mb0=max(mb0,计,mmin)。普通混凝土的最小胶凝材料用量见表5-3 o -10 - 根据胶凝材料中矿物掺合料掺量计算水泥和矿物掺合料用量：mco= mboX （1-甘-国）；mto= mbx mso

56、= mtb）x 也。 最大水胶比 最小胶凝材料用量（kg/m3） 不含C15 及以下的 混凝土。 素混凝土 钢筋混凝土 预应力混凝土 0.60 250 280 300 0.55 280 300 300 0.50 320 0.45 330 表5-3普通混凝土的最小胶凝材料用量 根据减水剂合理掺量（J%）计算减水剂用量：mj =mb0 ”氏。 根据初步确定的混凝土水灰比、所用粗骨料品种和最大粒径、所用细骨料品种和细度模数，查表确 定混凝土的合理砂率。坍落度要求大于5570mm时，在查表基础上，按坍落度每增大20mm ,砂率增大1% 的幅度予以调整。 用体积法或质量法计算砂石用量 ： 体积法： -

57、呛0 tmf0 tmsi0 trng0 十血十僦01 RRRlRgRs fw.，对普通混凝土，其中的含气量a般取1。 ms0X100% ms0 地。 质量法： mc0 +mf0 +msi0 +mg0 +ms0 +mw0 = Rc ，对于普通混凝土，其中的pc一般取2400。 口ms0 R =X100% mg0 如0 最终可确定混凝土的初步配合比。 根据初步配合比试拌 2025L混凝土拌合物，测定混凝土拌合物坍落度，观察混凝土拌合物粘聚性和 保水性。 若测得混凝土拌合物坍落度偏低，则应在保持水胶比不变的条件下，分别增加510%的水泥和水； 若测得混凝土拌合物坍落度偏大，则应在保持砂率不变的条件下

58、分别增加510%的砂和石子。 若观察发现混凝土拌合物粘聚性和保水性不良，则单独增加510%的砂。 重新搅拌均匀后重新测定坍落度，观察粘聚性和保水性，直至满足要求为止。记录调整量，并根据调整 量计算满足和易性要求的混凝土基准配合比。 在试拌（基准）配合比基础上，取三组的配合比检验混凝土的强度，其中一组为试拌配合比，另两 组水胶比分别比试拌配合比增加或减小0.05，用水量应与试拌配合比相同，砂率可分别增加或减小1%。分 别搅拌、成型、标准养护 28d后，测定抗压强度，绘制混凝土抗压强度-灰水比关系图，由图确定满足混凝土 配制强度fcu,0的胶水比B/W。若满足强度要求的混凝土胶水比与试拌（基准）配

59、合比相同，则基准配合比即 为实验室配合比。若不同，则可根据基准配合比中的混凝土用水量和满足强度要求的混凝土胶水比计算得到 水泥用量，再次采用质量法或体积法计算得到混凝土的实验室配合比。 （11）工程现场或混凝土搅拌站应根据实测的细骨料含水率a%和粗骨料含水率b%,将实验室配合比换算 为施工配合比： 叫 =mc，mf =mf，msmSl ms =ms 仇 a% = mg mg b% mw =mw -ms a% - mg b% mJ 二 mj 若不经换算直接用于工程施工，则配制的混凝土水胶比将增大，硬化混凝土强度将下降。 例题5-1:普通混凝土的主要组成材料有哪些？在混凝土中的主要作用是什么？ 答

60、：混凝土主要组成材料有：水泥、水、细骨料和粗骨料、化学外加剂和矿物掺合料。 细骨料和粗骨料的作用： 骨架作用；抑制收缩。 水泥、掺合料、化学外加剂和水的作用： 形成水泥浆，包裹骨料表面并填充骨料间空隙；混凝土 硬化前起润滑作用，赋予混凝土拌合物流动性，便于施工；硬化后起胶结作用，使混凝土产生强度，成 为坚硬的人造石材。 外加剂的作用：调整混凝土拌合物和硬化混凝土性能。 矿物掺合料的作用：降低成本；改善混凝土性能。 例题 5-2： 什么叫骨料的级配？骨料级配良好的标准是什么？ 答：骨料的颗粒级配是指粒径大小不同的骨料之间的搭配情况。 骨料级配良好的标准是：骨料堆积密度小，堆积空隙率小。 例题5-