土木工程材料复习资料和试题

土木工程材料复习资料和试题一、土木工程材料概述（一）土木工程材料的定义与分类土木工程材料是用于土木工程的各种材料及其制品的总称。它可分为结构材料、墙体材料、屋面材料、地面材料、装饰材料等。例如，钢材、水泥属于结构材料；砖、砌块属于墙体材料；沥青瓦、防水卷材属于屋面材料；木地板、地砖属于地面材料；涂料、壁纸属于装饰材料。

（二）土木工程材料的作用1.满足工程结构功能要求：如钢材和混凝土用于建造高楼大厦，承受巨大的荷载，保证结构的安全性。2.影响工程造价：材料费用在工程造价中占比较大，合理选择材料能有效控制成本。3.影响工程质量：优质的材料是保证工程质量的基础，如高性能的水泥制成的混凝土耐久性更好。4.影响建筑美观：装饰材料的选择直接影响建筑的外观效果，如大理石用于墙面装饰可提升建筑档次。

二、主要土木工程材料（一）水泥1.水泥的定义与分类水泥是一种粉末状水硬性无机胶凝材料。按其主要水硬性物质名称可分为硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥等。常见的硅酸盐水泥又可分为普通硅酸盐水泥、硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥等。2.硅酸盐水泥的技术性质-细度：水泥颗粒越细，水化反应速度越快，早期强度越高，但生产成本也会增加。-凝结时间：初凝时间不宜过短，以便有足够时间进行施工操作；终凝时间不宜过长，以免影响施工进度。-安定性：安定性不良会导致水泥制品产生膨胀性裂缝，严重影响工程质量。-强度：分为抗压强度和抗折强度，是评定水泥质量的重要指标。3.水泥的特性与应用-硅酸盐水泥：早期强度高、水化热大、抗冻性好，适用于早期强度要求高的工程、冬季施工工程等。-矿渣硅酸盐水泥：水化热低、耐热性好、耐腐蚀性强，但早期强度低，适用于大体积混凝土工程、高温车间等。-火山灰质硅酸盐水泥：抗渗性好、水化热低、耐腐蚀性强，但干缩性较大，适用于有抗渗要求的工程、地下工程等。-粉煤灰硅酸盐水泥：干缩性较小、抗裂性较好，但早期强度低，适用于大体积混凝土工程、水工混凝土工程等。

（二）钢材1.钢材的分类按化学成分可分为碳素钢和合金钢；按用途可分为结构钢、工具钢和特殊性能钢。建筑工程中常用的是碳素结构钢和低合金高强度结构钢。2.钢材的主要性能-力学性能：包括强度（屈服强度、抗拉强度）、塑性（伸长率、断面收缩率）、韧性等。屈服强度是结构设计中钢材强度的取值依据。-工艺性能：如冷弯性能、焊接性能等。冷弯性能反映钢材在常温下承受弯曲变形而不破裂的能力；焊接性能则影响钢材焊接后的质量。3.钢材的锈蚀与防护钢材锈蚀会降低其力学性能，缩短使用寿命。防护方法主要有涂覆保护层（如油漆、镀锌等）、制成合金钢、采用阴极保护等。

（三）木材1.木材的分类与构造木材按树种可分为针叶树和阔叶树。针叶树树干通直，材质较软，易加工，强度较高，是建筑工程中主要的承重结构用材。阔叶树树干通直部分较短，材质较硬，强度高，纹理美观，主要用于室内装饰装修。木材由树皮、木质部和髓心组成，木质部是主要利用部分。2.木材的物理力学性质-含水率：木材的含水率对其强度和变形有很大影响。当含水率在纤维饱和点以下时，含水率降低，强度提高；当含水率超过纤维饱和点时，含水率变化对强度影响不大。-强度：木材的强度包括抗压强度、抗拉强度、抗弯强度和抗剪强度等，顺纹强度高于横纹强度。3.木材的干燥与防腐木材干燥可防止木材变形、开裂，延长使用寿命。防腐方法有涂刷防腐剂、浸注防腐剂、用化学药剂处理等。

（四）砖、砌块1.砖的分类与特点-烧结砖：如烧结普通砖、烧结多孔砖、烧结空心砖。烧结普通砖强度较高，耐久性好，广泛应用于墙体砌筑；烧结多孔砖孔洞率较大，自重较轻，保温隔热性能较好；烧结空心砖孔洞率大，自重轻，主要用于非承重墙体。-非烧结砖：如蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖等。非烧结砖生产能耗低，环保性能好，但强度相对较低。2.砌块的分类与应用砌块按尺寸和质量可分为小型砌块、中型砌块和大型砌块。常见的有混凝土小型空心砌块、加气混凝土砌块等。混凝土小型空心砌块施工方便，可用于墙体砌筑；加气混凝土砌块保温隔热性能好，质轻，可用于非承重和承重墙体。

（五）石材1.天然石材的分类与特点按地质形成条件可分为岩浆岩（如花岗岩）、沉积岩（如石灰岩）和变质岩（如大理石）。花岗岩质地坚硬，抗压强度高，耐磨性好，常用于建筑的基础、勒脚、踏步等；石灰岩硬度较低，耐久性较差，可用于一般建筑的墙体；大理石质地细腻，纹理美观，主要用于室内装饰。2.人造石材的分类与应用人造石材包括人造大理石、人造花岗岩等。人造石材强度高、重量轻、耐腐蚀、色泽均匀，可用于室内外墙面、地面、柱面等装饰。

（六）混凝土1.混凝土的组成材料由水泥、砂石、水和外加剂等组成。水泥起胶凝作用；砂石是骨料，起骨架作用；水使水泥水化；外加剂可改善混凝土的性能，如提高强度、改善和易性、提高耐久性等。2.混凝土的技术性质-和易性：包括流动性、黏聚性和保水性。良好的和易性便于施工操作，保证混凝土的均匀性。-强度：混凝土强度与水泥强度等级、水灰比、骨料性质等有关。水灰比是影响混凝土强度的关键因素。-耐久性：包括抗渗性、抗冻性、抗侵蚀性等。提高混凝土耐久性的措施有选择合适的水泥品种、控制水灰比、保证施工质量等。3.混凝土的配合比设计配合比设计的基本要求是满足混凝土的强度、耐久性和和易性要求，同时节约水泥。设计步骤包括计算初步配合比、试配调整、确定试验室配合比和施工配合比。

（七）建筑砂浆1.建筑砂浆的分类与组成按用途可分为砌筑砂浆、抹面砂浆等。砌筑砂浆由水泥、砂、水和外加剂组成；抹面砂浆由胶凝材料、细骨料、水和外加剂等组成。2.砌筑砂浆的技术性质-流动性：用沉入度表示，沉入度大，流动性好。-保水性：用分层度表示，分层度小，保水性好。-强度：分为不同强度等级，满足砌体的承载能力要求。3.抹面砂浆的特点与应用抹面砂浆具有良好的和易性和黏结性，能与基层牢固黏结，保护墙体不受外界因素侵蚀，同时起到装饰作用。如水泥砂浆用于外墙抹灰，混合砂浆用于内墙抹灰。

（八）防水材料1.防水卷材包括沥青防水卷材、高聚物改性沥青防水卷材和合成高分子防水卷材。沥青防水卷材价格低，但耐久性差；高聚物改性沥青防水卷材性能优于沥青防水卷材；合成高分子防水卷材具有强度高、延伸率大、耐老化等优点，是目前性能较好的防水卷材。2.防水涂料分为溶剂型、水乳型和反应型。防水涂料施工方便，能形成连续、致密的防水膜，适用于屋面、地下室、卫生间等防水工程。3.密封材料如建筑密封膏，用于填充建筑物的各种缝隙，保证防水效果，具有良好的黏结性、耐候性等。

（九）保温隔热材料1.保温隔热材料的分类与性能要求分为无机保温隔热材料（如岩棉、矿渣棉、膨胀珍珠岩等）和有机保温隔热材料（如聚苯乙烯泡沫塑料、聚氨酯泡沫塑料等）。保温隔热材料应具有较低的导热系数、良好的保温隔热性能、一定的强度和耐久性等。2.常用保温隔热材料的特点与应用岩棉、矿渣棉质轻、保温隔热性能好，但吸水性较大；膨胀珍珠岩保温隔热性能良好，耐高温；聚苯乙烯泡沫塑料保温性能优异，施工方便，但易燃；聚氨酯泡沫塑料保温效果好，强度高，可现场发泡施工，常用于屋面、墙体保温。

（十）装饰材料1.建筑装饰石材如天然大理石、天然花岗岩、人造石材等，用于墙面、地面、柱面等装饰，提升建筑美观度。2.建筑陶瓷包括陶瓷墙地砖、卫生陶瓷等。陶瓷墙地砖强度高、耐磨、耐污染，用于室内外墙面、地面装饰；卫生陶瓷用于卫生间、厨房等卫生洁具。3.建筑玻璃有平板玻璃、安全玻璃（如钢化玻璃、夹层玻璃）、节能玻璃（如中空玻璃、Low-E玻璃）等。平板玻璃用于一般建筑采光；安全玻璃具有较高的安全性，用于高层建筑、有安全要求的场所；节能玻璃能有效节能，广泛应用于现代建筑。4.建筑涂料分为外墙涂料、内墙涂料、地面涂料等。外墙涂料应具有耐候性、耐污染性等；内墙涂料应具有良好的装饰性和环保性；地面涂料应具有耐磨性、耐水性等。

三、土木工程材料复习试题

（一）单项选择题1.以下哪种水泥的水化热最大（）A.硅酸盐水泥B.矿渣硅酸盐水泥C.火山灰质硅酸盐水泥D.粉煤灰硅酸盐水泥答案：A

2.钢材的屈服强度是结构设计中钢材强度的（）A.设计取值依据B.最高取值依据C.最低取值依据D.参考取值依据答案：A

3.木材的纤维饱和点含水率一般为（）A.20%-30%B.30%-40%C.25%-35%D.15%-25%答案：C

4.混凝土的和易性不包括以下哪一项（）A.流动性B.黏聚性C.耐久性D.保水性答案：C

5.以下哪种砖属于非烧结砖（）A.烧结普通砖B.蒸压灰砂砖C.烧结多孔砖D.烧结空心砖答案：B

（二）多项选择题1.影响水泥安定性的因素有（）A.水泥中游离氧化钙含量B.水泥中游离氧化镁含量C.石膏掺量D.水泥细度答案：ABC

2.钢材的工艺性能包括（）A.冷弯性能B.焊接性能C.抗拉性能D.抗压性能答案：AB

3.混凝土耐久性包括（）A.抗渗性B.抗冻性C.抗侵蚀性D.碳化答案：ABCD

4.建筑砂浆的技术性质有（）A.流动性B.保水性C.强度D.黏聚性答案：ABC

5.常用的保温隔热材料有（）A.岩棉B.聚苯乙烯泡沫塑料C.膨胀珍珠岩D.聚氨酯泡沫塑料答案：ABCD

（三）判断题1.水泥的细度越细，其水化反应速度越慢。（×）2.钢材的抗拉强度是结构设计中钢材强度的取值依据。（×）3.木材的含水率越高，其强度越高。（×）4.混凝土的水灰比越大，其强度越高。（×）5.建筑密封膏用于填充建筑物的各种缝隙，保证防水效果。（√）

（四）简答题1.简述硅酸盐水泥的技术性质及其对工程质量的影响。答：硅酸盐水泥的技术性质包括细度、凝结时间、安定性和强度。细度影响水化反应速度和早期强度；凝结时间初凝不宜过短，终凝不宜过长，否则影响施工操作和进度；安定性不良会导致水泥制品产生膨胀性裂缝，严重影响工程质量；强度是评定水泥质量的重要指标，分为抗压强度和抗折强度，影响混凝土等制品的承载能力。

2.钢材的锈蚀有哪些类型？如何防护？答：钢材锈蚀类型有化学锈蚀和电化学锈蚀。防护方法有涂覆保护层（如油漆、镀锌等），制成合金钢，采用阴极保护等。

3.简述混凝土配合比设计的基本要求和步骤。答：基本要求是满足混凝土的强度、耐久性和和易性要求，同时节约水泥。步骤包括计算初步配合比，根据经验确定水泥、砂石、水的用量；试配调整，制作试块，测定坍落度等和易性指标，调整配合比；确定试验室配合比，根据试配结果确定最终配合比；施工配合比，考虑砂石含水率对配合比进行调整。

4.建筑砂浆的流动性和保水性用什么指标表示？对施工有何影响？答：流动性用沉入度表示，沉入度大，流动性好，便于施工操作，能保证砂浆均匀铺展。保水性用分层度表示，分层度小，保水性好，可防止砂浆在运输和停放过程中分层离析，保证施工质量，使砂浆与基层黏结良好。

5.简述常用防水卷材的特点及适用范围。答：沥青防水卷材价格低，但耐久性差，适用于一般防水要求的工程；高聚物改性沥青防水卷材性能优于沥青防水卷材，适用于屋面、地下室等防水工程；合成高分子防水卷材强度高、延伸率大、耐老化等优点，适用于重要建筑的防水工程。

（五）计算题1.已知混凝土设计强度等级为C30，水泥强度等级为42.5，碎石，回归系数αa=0.46，αb=0.07，标准差σ=5.0MPa，试计算混凝土的初步配合比。（假定单位用水量为190kg/m³，砂率为35%）解：（1）计算水灰比（W/C）：根据公式$f_{cu,o}=α_{a}f_{ce}(C/W-α_{b})$$f_{ce}=γ_{c}f_{ce,g}=1.13×42.5=48.025MPa$$30=0.46×48.025×(C/W-0.07)$$C/W-0.07=30÷(0.46×48.025)$$C/W=30÷(0.46×48.025)+0.07$$C/W=1.43$$W/C=0.699$

（2）计算单位水泥用量（$m_{c}$）：$m_{c}=m_{w}/(W/C)=190÷0.699≈272kg/m³$

（3）计算单位砂用量（$m_{s}$）和单位石子用量（$m_{g}$）：$m_{s}+m_{g}=m_{cp}-m_{c}-m_{w}=2400-272-190=1938kg/m³$$m_{s}=β×(m_{s}+m_{g})=0.35×1938=678.3kg/m³$$m_{g}=1938-678.3=1259.7kg/m³$

初步配合比为：水泥$m_{c}=272kg/m³$，水$m_{w}=190kg/m³$，砂$m_{s}=678.3kg/m³$，石子$m_{g}=1259.7kg/m³$，水灰比$W/C=0.699$，砂率