(2025年)土木工程材料期末试题及答案

(2025年)土木工程材料期末试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.硅酸盐水泥熟料中，早期强度贡献最大的矿物成分是（）。A.C3S（硅酸三钙）B.C2S（硅酸二钙）C.C3A（铝酸三钙）D.C4AF（铁铝酸四钙）2.混凝土拌合物的和易性不包括（）。A.流动性B.保水性C.黏聚性D.抗渗性3.钢材经冷加工强化后，其（）。A.屈服强度提高，塑性降低B.屈服强度降低，塑性提高C.抗拉强度降低，塑性提高D.抗拉强度提高，塑性不变4.用于道路路面的沥青材料，其最关键的技术指标是（）。A.针入度B.延度C.软化点D.闪点5.下列材料中，属于气硬性胶凝材料的是（）。A.硅酸盐水泥B.普通铝酸盐水泥C.建筑石膏D.硫铝酸盐水泥6.混凝土立方体抗压强度标准值（fcu,k）是指按标准方法制作养护的边长为150mm的立方体试件，在（）龄期用标准试验方法测得的具有95%保证率的抗压强度值。A.3dB.7dC.14dD.28d7.测定建筑砂浆流动性的常用方法是（）。A.坍落度试验B.分层度试验C.维勃稠度试验D.沉入度试验8.下列因素中，对混凝土抗冻性影响最小的是（）。A.水胶比B.骨料含泥量C.养护温度D.水泥细度9.木材的强度中，通常最大的是（）。A.顺纹抗压强度B.顺纹抗拉强度C.横纹抗压强度D.横纹抗拉强度10.用于大体积混凝土工程的水泥，优先选用（）。A.硅酸盐水泥B.普通硅酸盐水泥C.矿渣硅酸盐水泥D.快硬硅酸盐水泥二、填空题（每空1分，共20分）1.硅酸盐水泥的初凝时间不得早于______min，终凝时间不得迟于______min。2.混凝土的耐久性主要包括抗渗性、______、抗冻性、______和抗碱骨料反应等性能。3.钢材的屈强比是指______与______的比值，其值越小，结构安全性越______。4.建筑石膏的主要成分是______，其硬化后体积会______（膨胀/收缩）。5.沥青的三大技术指标是针入度、______和______。6.混凝土配合比设计的三个基本参数是水胶比、______和______。7.石灰的熟化过程是指______与水反应提供______的过程，该过程会放出大量热量并______（体积膨胀/体积收缩）。8.用于配制高强混凝土时，通常需掺入______（如硅灰、粉煤灰）和______（如聚羧酸系）以改善性能。三、简答题（每题8分，共40分）1.简述硅酸盐水泥的水化过程及各阶段的主要特征。2.分析混凝土中骨料级配与粒径对和易性和强度的影响。3.为什么在潮湿环境或水中的混凝土工程不宜使用火山灰质硅酸盐水泥？4.比较建筑钢材冷加工强化与时效强化的异同点。5.简述沥青老化的定义、表现及减缓老化的主要措施。四、计算题（每题10分，共20分）1.某工程需配制C30混凝土，已知所用水泥为P·O42.5（实测28d抗压强度45.0MPa），碎石最大粒径31.5mm（回归系数αa=0.53，αb=0.20），施工要求坍落度为30~50mm（查表得单位用水量mw0=190kg/m³），砂率取35%，试计算1m³混凝土的初步配合比（假定混凝土表观密度为2400kg/m³）。2.某热轧带肋钢筋试件（直径20mm），拉伸试验测得屈服荷载为135kN，最大荷载为185kN，标距100mm拉断后长度为125mm，计算该钢筋的屈服强度、抗拉强度及断后伸长率（保留两位小数）。五、论述题（20分）结合工程实际，论述在海洋环境（高盐、高湿、浪溅区）中，提高混凝土耐久性应采取的材料选择与技术措施。答案一、单项选择题1.A2.D3.A4.A5.C6.D7.D8.D9.B10.C二、填空题1.45；6002.抗碳化性；抗侵蚀性3.屈服强度；抗拉强度；高4.半水硫酸钙（CaSO4·0.5H2O）；膨胀5.延度；软化点6.砂率；单位用水量7.氧化钙（CaO）；氢氧化钙（Ca(OH)2）；体积膨胀8.矿物掺合料；高效减水剂三、简答题1.硅酸盐水泥的水化过程分为五个阶段：（1）初始反应期（0~15min）：水泥颗粒表面的C3S、C3A等矿物快速溶解并与水反应，提供少量水化产物，浆体尚未凝结。（2）诱导期（1~3h）：水化反应速率显著降低，浆体保持塑性，是混凝土施工的关键阶段。（3）加速期（3~12h）：水化产物（如C-S-H凝胶、Ca(OH)2晶体）大量提供，浆体逐渐凝结硬化，强度快速增长。（4）减速期（12~24h）：水化产物在颗粒表面形成致密膜层，反应速率下降，强度增长趋缓。（5）稳定期（24h后）：水化反应主要在未水化内核表面进行，速率极低，强度增长缓慢但持续。2.骨料级配与粒径对混凝土性能的影响：（1）和易性：良好的级配（连续级配或间断级配）可减少骨料间空隙，降低需水量，提高流动性；较大粒径的骨料总表面积小，需水量少，流动性更好，但过大粒径可能导致离析。（2）强度：级配良好时，骨料骨架更密实，界面过渡区缺陷减少，强度提高；较小粒径骨料与水泥浆粘结面积大，界面强度更高，但需水量增加可能降低强度；过大粒径骨料易产生应力集中，降低强度。3.火山灰质硅酸盐水泥的特性及适用环境限制：火山灰水泥的熟料含量低（20%~40%），混合材（火山灰质材料）需在Ca(OH)2激发下二次水化，早期强度低，且水化产物中Ca(OH)2含量少。在潮湿或水中环境中，虽然后期强度可增长，但早期强度不足易导致结构在养护期间受水侵蚀，且火山灰材料的多孔性会降低抗渗性，加剧水分渗透，加速内部侵蚀（如硫酸盐侵蚀），因此不宜用于潮湿或水中的混凝土工程。4.冷加工强化与时效强化的异同：相同点：均通过改变钢材内部结构提高强度，降低塑性。不同点：（1）原理：冷加工强化是通过冷拉、冷拔等塑性变形使钢材内部位错密度增加，阻碍滑移；时效强化是钢材在常温（自然时效）或加热（人工时效）下，碳、氮原子向位错处聚集，钉扎位错。（2）效果：冷加工强化主要提高屈服强度；时效强化可同时提高屈服强度和抗拉强度。（3）时间：冷加工强化即时完成；时效强化需一定时间（自然时效数月，人工时效1~2h）。5.沥青老化的定义、表现及减缓措施：定义：沥青在热、氧、光、水等作用下，组分（油分、树脂、沥青质）发生转化，性能逐渐劣化的过程。表现：针入度减小（变硬）、延度降低（变脆）、软化点升高（耐热性下降），低温易开裂，高温易脆断。减缓措施：（1）添加抗老化剂（如胺类、酚类抗氧化剂）；（2）采用改性沥青（如SBS改性、橡胶改性）提高稳定性；（3）施工中控制加热温度和时间，避免过度氧化；（4）表面覆盖保护层（如沥青混合料表面封层）减少紫外线照射。四、计算题1.混凝土初步配合比计算：（1）计算配制强度fcu,0=fcu,k+1.645σ=30+1.645×5=38.225MPa（σ取5MPa）。（2）计算水胶比w/b=αa·fce/(fcu,0+αa·αb·fce)=0.53×45/(38.225+0.53×0.20×45)≈23.85/42.975≈0.555（取0.56）。（3）单位水泥用量mc0=mw0/(w/b)=190/0.56≈339kg/m³（取340kg/m³）。（4）砂石总质量ms0+mg0=ρ0,h-mc0-mw0=2400-340-190=1870kg/m³。（5）砂率βs=35%，则ms0=1870×35%=654.5kg/m³（取655kg/m³），mg0=1870-655=1215kg/m³。初步配合比（水泥:砂:石:水）=340:655:1215:190（质量比约1:1.93:3.57:0.56）。2.钢筋性能计算：（1）屈服强度σs=Fs/A=135×10³/(π×(20/2)²)=135000/314.16≈429.72MPa。（2）抗拉强度σb=Fb/A=185×10³/314.16≈588.86MPa。（3）断后伸长率δ=(L1-L0)/L0×100%=(125-100)/100×100%=25.00%。五、论述题海洋环境混凝土耐久性提升措施：海洋环境中，混凝土面临氯盐侵蚀（引起钢筋锈蚀）、硫酸盐侵蚀（导致膨胀开裂）、冻融循环（高湿环境加剧破坏）及碳化（降低碱度）等多重破坏。提高耐久性需从材料选择和技术措施两方面入手：1.材料选择：（1）水泥：优先选用低碱、低C3A的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥（C3A含量＜8%），减少硫酸盐侵蚀风险；限制水泥中碱含量（＜0.6%），避免碱骨料反应。（2）骨料：选用非活性骨料（避免碱骨料反应），严格控制含泥量（砂含泥量＜3%，石含泥量＜1%），减少孔隙率；粗骨料宜用连续级配，提高密实度。（3）掺合料：大量掺入矿物掺合料（如粉煤灰、矿渣粉、硅灰），替代部分水泥。粉煤灰可降低水化热，减少裂缝；矿渣粉可提高抗氯离子渗透能力；硅灰可填充孔隙，细化孔径，形成致密结构。（4）外加剂：采用高性能减水剂（如聚羧酸系），降低水胶比（≤0.4），减少毛细孔数量；添加阻锈剂（如亚硝酸钙），在钢筋表面形成钝化膜，抑制氯离子侵蚀。2.技术措施：（1）优化配合比：降低水胶比（≤0.35），提高胶凝材料总量（≥360kg/m³），采用高砂率（40%~45%）提高密实度；使用引气剂（含气量4%~6%），引入微小气泡缓解冻融压力。（2）加强施工控制：严格控制搅拌时间（≥2min），确保匀质性；采用分层浇筑（每层≤300mm），充分振捣（避免漏振或过振），减少内部缺陷；延长养护时间（≥14d），采用覆盖保湿或蒸汽养护，促进水