《土木建筑工程材料》-王会娟 （习题及解答）

《土木建筑工程材料》课后习题及参考答案

第1章绪论

一、单选题

1.以下哪项材料不属于传统土木建筑工程材料？（D）

A.砖B.石C.木材D.复合材料

2.选择材料时，如何综合考虑其性能、成本和使用寿命？（D）

A.只看材料的初始采购成本B.只看材料的耐久性C.只考虑材料的施工成本

D.需要综合考虑材料的性能、成本、施工成本和使用寿命

3.纤维增强复合材料主要应用于哪方面？（B）

A.增加建筑物的装饰性B.加固和修狂工程结构

C.提高建筑物的温控性能D.提供建筑材料的美观性

4.以下哪种材料具有自修复功能，可以在发生微裂缝时自动修复？（A）

A.自修复混凝土B,复合材料C.高强度钢材D,预应力混凝土

5.在土木建筑工程中，轻质高强复合材料的应用有助于实现以下哪项目标？（C）

A.增加工程造价B.提高施工时间

C.减少材料用量并降低结构自重D.提高建筑的外观设计

二、思考题

1.什么是土木建筑工程材料？通常是如何进行分类的？

参考答案：

（1）土木建筑工程材料是指在土木建筑工程中用于构建结构及其装饰实体的各种材料和制品。

（2）为了便于研究、设计和使用，土木建筑工程材料通常可以从不同的角度进行分类：

根据材料来源分类：

天然材料：天然存在于自然界中，经过加工或直接使用，如砂、石等。

人工材料：人工合成或加工的材料，如钢材、混凝土、沥青等。

再生材料：通过回收和再加工得到的材料，如再生混凝土、再生钢材等。

根据材料化学成分分类：

无机材料：不含有机成分的材料，包括非金属材料（如水泥、石灰、砖）和金属材料（如锯、铝）。

有机材料：以碳为主要成分的材料，如植物材料（木材）、沥青材料、高分子材料（如塑料）。

复合材料：由两种或多种不同成分组合而成，通常具有优越的性能，如钢筋混凝土、玻璃纤维增强

塑料（FRP）等。

根据材料在土木建筑工程中的应用部位分类：

结构材料：主要用于承重和支持结构的材料，如混凝土、钢材。

墙体材料：用于建造墙壁的材料，如砖、石材、砌块。

屋面材料：用于建筑屋顶的材料，如瓦片、金属板。

地面材料：用于地面铺设的材料，如瓷砖、地毯、木地板。

饰面材料：用于装饰表面和提高美观性的材料，如石膏板、瓷砖、涂料。

吊顶材料：用于建筑内的吊顶部分的材料，如铝板、石膏板。

根据材料在工程中所起的作用分类：

结构材料：主要用于承载和支撑结构，如钢材、混凝土、木材等。

功能材料：具有特定功能的材料，如防水材料（如沥青、PVC膜）、隔热保温材料（如聚苯乙烯泡

沫）、防护材料（如防火板）、智能材料（如自修复混凝土）等。

2.材料选择对土木建筑工程的安全性、寿命和经济性有怎样的综合影响？如何在选择材料时平衡其

性能、成本和使用寿命？

参考答案：

（1）土木建筑工程材料直接影响T程的安全性、使用寿命和经济性。合理的材料选择能确保工

程的长期稳定，降低建设和运维成本。

在安全性方面，材料的质量决定了土木建筑工程的安全性。材料的强度、抗变形能力和耐腐蚀

性影响建筑物的承载能力和抗灾能力。高强度、抗变形、耐腐蚀材料（如钢筋混凝土、纤维增强复

合材料）能提高建筑的安全性，减少因材料劣化引起的结构损坏。智能材料如自修复混凝土，在微

裂缝出现时可自动修复，进一步增强建筑的耐久性和安全性。

在使用寿命方面，材料的耐久性直接影响建筑物的使用寿命。耐腐蚀、耐磨损的材料能更好地

抵御环境影响（如温度变化、湿度、腐蚀介质等），延长建筑物的使用年限。例如，高性能混凝土

和高强度钢材可以减少维修频率，降低运维成本。智能材料的应用，如自修复功能，进一步提升了

建筑的长期稳定性。

在经济性方面，材料的选择显著影响工程的经济性。不同材料的初期采购成本、施工成本及维

护成本差异较大。因此，选择性价比高的材料至关重要。虽然高性能材料（如高强度钢材、优质混

凝土）的初始成本较高，但其较长的使用寿命和低维护成本在长期内更具经济性。新型材料如自密

实混凝土可降低施工成本并提高施工效率，减少人工成本和施工时间。此外，再生材料和绿色材料

不仅降低了材料成本，还能促进资源的可持续利用，符合环保要求。

（2）在材料选择时，平衡性能、成本和使用寿命是确保工程安全、经济和可持续发展的关键。

根据工程需求选择合适材料：根据工程的性质、环境条件和功能要求，选用适合的材料。伊IJ如，在

腐蚀性环境下，应优先选择耐腐蚀、高耐久性的材料；而在承重要求高的结构中，应选择强度高、

抗变形能力强的材料。

综合考虑初始成本与长期维护成本：虽然一些高性能材料的初始成本较高，但它们的使用寿命

和低维护成本使得其在长期内更具经济性。选择综合性价比优的材料，既能满足技术要求，又能降

低全生命周期成本。

优先选择可持续材料：绿色、可回收的再生材料和新型复合材料能有效降低成本，并促进资源

的可持续利用。轻质高强材料能减少材料消耗并提升整体性能。

采用创新技术：利用智能材料和新技术（如自修复混凝土、3D打印建筑技术等）不仅提升了建

筑的功能，还能有效降低修缮频率，减少维护费用，增加长期经济效益。

3.现代土木建筑工程材料的发展方向有哪些？除了课程介绍的内容外，请试着探寻一些其他案例例

证。

参考答案：

现代土木建筑工程材料的发展正朝着更高的性能、更广泛的应用和更环保的方向迈进。随着科

技的进步和社会需求的变化，土木建筑工程材料不断在功能性、耐久性和环保性等方面取得突破。

以下是几个主要发展方向：

（1）高性能与超高性能材料的研发：目前，土木建筑材料正在向更高的力学性能、耐久性、保

温隔音性以及耐火耐候性发展。例如，针对钢材易腐蚀的缺点，研发了耐锈蚀钢材和高性能防腐涂

料。普通混凝土存在臼重大、抗拉强度低的不足，改进后的材料如高强轻骨料混凝土和纤维增强水

泥基复合材料，不仅提升了强度，也改善了韧性和抗裂性。

（2）复合材料与智能材料的创新应用：复合材料和高分子材料逐渐成为土木建筑的重要组成部

分，具备轻质、高强、耐腐蚀等特性。智能材料如自修亚混凝土，能够在结构出现裂缝时自动进行

修复，提高建筑物的耐久性和安全性。此外，自动调光玻璃和智能涂料等材料，不仅提高了建筑的

能源效率，还具备防辐射、防电磁干扰等多重功能。

（3）装配式建筑与工业化生产模式：随着土木建筑工程向工厂化、集约化发展，装配式建筑材

料逐渐兴起。通过工厂化生产的预制混凝土构件、钢结构和模块化墙体，能够提高施工效率，减少

现场作业，降低人工成本，且对质量控制更加严格。例如，钢结构建筑和预拌混凝土技术已在高层

建筑和桥梁建设中得到广泛应用。

（4）绿色建筑材料与可持续发展：在环保和可持续发展理念的推动下，绿色建材逐渐成为土木

建筑的主流方向。这些材料主要使用废弃物和副产品，如利用矿渣粉、粉煤灰等废料制成的再生混

凝土，或利用工业废弃物（如废弃玻璃、废橡胶轮胎）制成的装饰材料。此外，生态混凝土的研发，

使用城市建筑垃圾作为原料，减少了资源浪费，推动了环境友好型建筑材料的广泛应用。

（5）多功能建筑材料的发展：新型建筑材料越来越注直多功能性，能够在承重、隔音、保温、

装饰等方面实现一体化。例如，集承重、隔音和空气净化功能的多功能墙体材料，集防火、防霉、

抗菌功能的涂料等，都在现代建筑中得到应用。

4.土木建筑工程材料课程的特点有哪些？如何增强理论联系实际的工程认知和实践能力？

参考答案：

（1）土木建筑工程材料课程的几个主要特点：

内容广泛、复杂：课程涉及的材料种类繁多、概念复杂且与其他领域的联系较少，因此在学习

过程中，需要学生具备深化理解和跨学科的思维能力。学生应从工程实践的角度，结合材料性能及

试验方法，构建系统的知识体系。

工程应用性强：该课程注重材料的实际应用，涉及的技术标准层次多、种类多。课程中不仅教

授基础理论，还包括各种材料的技术标准，帮助学生了解不同标准的制定及其在工程设计、施工中

的应用。这些标准包括通用标准、产品标准和方法标准等，为学生未来的工程实践提供了坚实的技

术依据。

实践性教学环节：课程注审理论与实践的结合，尤其通过实验课来增强学生的材料实物辨识和

实际操作能力。通过实验，学生可以验证所学理论、掌握常用建筑材料的试验方法，培养分析和解

决问题的能力，并在实际操作中提升使用仪器设备的技能。

（2）增强理论联系实际的工程认知和实践能力的方法：

结合工程实例与标准学习：在学习过程中，结合现实工程实例，尤其是当前建设项目中使用的

材料与技术标准，有助于加深学生对理论的理解。例如，学习水泥、混凝土等建筑材料时，学生可

以对照实际工程中的材料使用情况，了解不同标准和方法的实际应用。

强化实验操作与数据分析能力：通过实验课，学生能够实际操作材料试验设备，验证所学知识，

培养科学严谨的态度和分析能力。学会通过实验数据分析材料性能，能帮助学生将理论转化为实际

操作技能。

培养自学与批判性思维：由于材料种类繁多且日新月异，学生应培养自学能力，能够根据工程

需要查询和理解相关标准和新材料的应用，增强自主学习和批判性思维的能力，始终保持对工程实

践的敏感性。

第2章土木建筑工程材料的基本性质

一、单选题

1.某一材料的下列指标中为常数的是（A）。

A.密度B.表观密度C.导热系数D.强度

2.材料的孔隙率较大时，则材料的表观密度（）、强度（）。（D）

A.较大，较高B.较大，较低C.较小，较高D.较小，较低

3.对于同一材料来说，三种密度大小关系正确的是（A）。

A.密度〉表观密度,毛体枳密度,堆积密度

B.密度〉毛体积密度〉表观密度,堆积密度

C.密度〉表观密度〉堆积密度〉毛体积密度

D.堆积密度〉毛体积密度〉表观密度〉密度

4.现有甲乙两种材料，密度和表观密度相同，甲的质量吸水率大于乙，则甲材料（B）。

A.比较密实B.抗冻性较差C.耐水性较好D.导热性较低

5.某材料100g,含水5g,放入水中又吸水8g后达到饱和状态，则该材料的吸水率为（D）。

A.8/100B.8/95C.13/100D.13/95

6.某材料在气干状态、绝干状态和吸水饱和状态下的抗压强度分别为128MPa、132MPa.112MPa,

则该材料的软化系数为（B）。

A.0.88B.0.85C.0.97D.0.15

二、多选题

1.材料的许多性质，如强度、吸湿性、抗冻性、吸声性等，均与材料的（CD）密切相关。

A.密度B,体积C.孔隙率D.孔隙特征

2.憎水材料具有较好的（BC）性质，可■用于亲水性材料的表面处理，以减少吸水率，提高抗渗性

能。

A.塑性B.防水C.防潮D.冲击韧性

3.材料吸水后对其性质产生的影响有（ABCD）。

A.质量增加B.体积膨胀C.导热性增大D.强度降低

4.材料的抗渗性与许多因素相关，以下哪种情况下材料的抗渗性较强。（AC）

A.孔隙率较小B.孔隙率较大C.封闭孔隙较多D.连通空隙较多

5以下叙述正确的是（BC）o

A.材料的热容性小对保持室温有利B.材料的热容性大对保持室温有利

C.非金属材料的导热性小于金属材料D.材料的孔隙率增大，导热系数变大

三、判断题

1.某些材料虽然在受力初期表现为弹性，达到一定程度后表现为塑性特征，这类材料称为塑性材料。

（X）

2.材料的渗透系数越小或抗渗等级越高，表明材料的抗渗性越好。（V）

3.常用的多孔保温隔热材料，在使用中不需要注意防潮问题也能保证其使用效果。（X）

4.在空气中吸收水分的性质称为材料的吸水性。（X）

5.在水中吸收水分的性质称为材料的吸水性。（J）

6.比强度是材料轻质高强的指标。（J）

7.软化系数越大，说明材料的抗渗性越好。（X）

8.材料的抗渗性主要决定于材料的密实度和孔隙特征。（V）

四、思考题

1.材料的密度、表观密度、毛体积密度、堆积密度有何区别？材料含水后对三者有何影响？

答：三者都是表示材料单位体积的质量。但随其存在状态的不同，计算时应取用不同的体积。具体

情况如下：

密度P=£P是材料的绝对密实体积；

丝

p-

表观密度Q七匕是材料的表观体积:

小

一

PO-

毛体积密度玲%是材料的表观体积:

堆积密度，Po=777环是材料的堆积体积。

%

含水与否对密度、表观密度、毛体积密度无影响，因密度、表观密度、毛体积密度均是针对绝

对干燥状态而言的。含水对堆积密度的影响则较为复杂，一般来说使堆积密度增大。

2.材料的孔隙率和空隙率的含义有何区别？了解它们有何意义？

参考答案：

材料的孔隙率是指材料体积内孔隙体积占总体积的百分率，根据材料内部孔隙特征，材料孔隙

率分为总孔隙率、开口孔隙率和闭口孔隙率。材料孔隙率的大小直接反映材料的密实程度，同一材

料其孔隙率越小，密实度越大，材料强度、弹性模量越高。因此，了解材料的孔隙率及孔隙特征对

了解材料的许多重要性质（如强度、吸水性、抗渗性、抗冻性、导热性、保温隔热性等）具有重要

怠义。

而材料的空隙率是指散粒材料堆积体积中，颗粒间空隙体积占堆积总体积的百分率，是反映散

粒材料的颗粒互相填充的疏密程度，如在配制混凝土时，砂、石的空隙率是作为控制混凝土中骨料

级配与计算混凝土含砂率时的重要依据。

3.材料的孔隙率、孔隙特征对材料的性质（如强度、保温、抗渗、抗冻、耐腐蚀、吸水性等）有何

影响？

参考答案：

强度随着孔隙率增大，强度减小

开口、粗大、连通孔隙增多，保温性能降低

保品闭口细小孔隙增多，保温性能提升

抗渗、抗冻、开口孔隙增多，抗渗、抗冻、耐腐蚀性均降低

耐腐蚀闭口孔隙增多，无不利影响

开口、粗大孔隙增多，吸水性降低

吸水性开口、细小孔隙增多，吸水性增大

闭口孔隙对吸水性无影响

4.材料的吸水性、耐水性、抗渗性和抗冻性各用什么指标表示？它们之间有何关系？

参考答案：

吸水性，用吸水率表示，指材料在水中吸入水分的能力。

耐水性，用软化系数表示，指材料长期在饱和水作用下不破坏，其强度也不显著降低的性质。

抗渗性，渗透系数表示，指材料抵抗压力水渗透的性质。

抗冻性，常用抗冻等级表示，指材料在饱水状态下，能经受多次冻结和融化（冻融循环）作用而不

破坏，同时强度也不严重降低的性质。

5.何为绝热材料？影响材料导热性的因素有哪些？

参考答案：绝热材料是指能阻滞热流传递的材料，用于减少设备、管道及其附件向周围环境散热，

一般常温下导热系数不超过0.12W/（m.K）o

影响材料导热性的因素主要有：

（1）材料的组成与结构：不同化学组成的材料导热系数不同，如金属材料导热系数一般较大，而无

机非金属材料相对较小。晶体结构的材料导热系数通常比非晶体结构的大，因为晶体中原子排列规

则，热传导更容易。

（2）孔隙率：孔隙率高的材料，气体填充在孔隙中，气体导热系数低，材料整体导热系数也较低。

但如果孔隙过大或贯通，会使空气对流增强，反而可能增加导热性。

（3）湿度：材料吸湿后，水分会填充孔隙，水的导热系数比空气大得多，会使材料导热系数增大,

降低绝热性能。

（4）温度：一般来说，温度升高，材料内部原子振动加剧，热传导能力增弓虽，导热系数增大。

（5）热流方向：对于各向异性材料，如木材，顺着纤维方向的热传导能力比垂直纤维方向强，热流

方向不同，导热系数也不同。

6.为什么新建房屋的墙体保暖性能差，尤其是在冬季？

参考答案：新建房屋的墙体保暖性能差，主要在于墙体材料未干燥，新建房屋墙体中水分含量较高，

像常见的红砖、混凝土等建筑材料在建造后需要一定时间干燥。水分的存在会使材料的导热系数增

大，因为水的导热能力远大于空气，会加速热量传导，降低墙体保暖性能。

7.在有冲击、振动荷载的部位宜选用具有哪些特性的材料？为什么？

参考答案：在有冲击、振动荷载的部位，宜选用具有以下特性的材料•：

（1）韧性好的材料。材料的韧性好意味着其在受到冲击和振动时，能够吸收大量的能显而不发生

脆性破坏。例如，钢材具有良好的韧性，在承受冲击荷我时，能通过发生塑性变形来消耗能量，避

免突然断裂，从而保证结构的安全性。

（2）弹性模量高的材料。弹性模量高的材料在受力时，产生的弹性变形相对较小。在冲击、振动荷

载作用下，能更好地保持其形状和尺寸，减少因变形过大而导致的结构失稳或破坏。像合金钢等材

料，弹性模量较高，适用于承受冲击、振动的关键部件。

（3）抗疲劳性能强的材料。冲击、振动荷载通常是反复作用的，容易使材料产生疲劳。抗疲劳性能

强的材料能够承受多次循环荷载而不出现疲劳裂纹或破坏。如一些经过特殊热处理的金属材料，通

过细化晶粒、改善组织结构等方法，提高了材料的抗疲劳性能，延长了在冲击、振动环境下的使用

寿命。

8.影响材料强度测试结果的试验条件有哪些？怎样影响？

参考答案：影响材料强度测试结果的试验条件主要有以下方面：

（1）试件形状与尺寸。试件形状不同，其受力状态和应力分布会有差异。如同样材料制成的立方

体和圆柱体试件，在压缩试验中，立方体因棱角处应力集中，可能导致测得的强度与圆柱体有所不

同。尺寸方面，一般来说，小尺寸试件的强度测试值可能比大尺寸试件高。因为小试件内部缺陷相

对较少，而大试件出现缺陷的概率更大，缺陷会降低材料的实际承载能力。

（2）加载速度。加载速度过快，材料来不及充分变形和内部结构调整，会使测得的强度值偏高。

例如金属材料在快速拉伸时，材料的应变率增加，位错运动来不及适应，导致材料抵抗变形的能力

增强，强度测试值升高。加载速度过慢，材料可能会发生蠕变等现象，尤其是对于高分子材料等粘

性较大的材料•，会使测得的强度值偏低。

（3）试验温度。温度升高，材料内部原子热运动加剧，原子间结合力减弱，材料的强度通常会降低。

例如，金属材料在高温下会出现软化现象，其屈服强度和抗拉强度都会明显下降。温度降低，材料

可能会变脆，韧性降低，在冲击等试验中表现出较低的强度。如一些塑料在低温下会变得易碎，冲

击强度大幅降低。

（4）支撑条件。对于弯曲等试验，支撑点的间距和支撑方式会影响试件的受力状态。支撑点间距过

大，试件跨中弯矩增大，可能导致测得的弯曲强度偏低；支撑点间距过小，试件可能受到额外的约

束，影响其自由变形，使强度测试结果不准确。支撑方式不同，如简支支撑和固支支撑，试件的边

界条件不同，应力分布也不同，会导致强度测试值有差异。

9.材料比强度的含义是什么？它是评价材料什么性能的指标？

参考答案：

材料比强度是指材料的强度与其表观密度（或体积密度）之比。它是评价材料在承载能力方面

轻质高强性能的指标。

比强度高的材料，在相同质量下能承受更大的荷载，意味着在满足同等力学性能要求的条件下,

使用比强度高的材料可减轻结构自重。在建筑中，采用比强度高的钢材和新型轻质高强混凝土，能

在减少建筑材料用量的情况下，依然保证建筑物的安全性和稳定性。

10.材料的环境协调性都表现在哪些方面？如何正确理解材料的环境协调性？

参考答案：

材料的环境协调性主要表现在自然资源消耗与可再生性、生产过程中的环境影响、材料使用过程中

的性能、废弃与回收。

材料从原材料开采、生产、运输、使用到废弃处理的全过程中，每个阶段都会对环境产生不同程度

的影响，因此应通过定量分析，明确材料在各个阶段在资源消耗、温室气体和污染物排放等的环境

负荷，以及材料回收再利用产生的资源节约和环境效益，全面识别材料在其生命周期各阶段的环境

影响、找出环境热点，从有针对性地优化材料选择和使用策略。

五、计算题

I.已测得陶粒混凝土的导热系数入=0.35W/（m・K）,普通混凝土的导热系数九=1.40W/（m-K）,在传热

面枳、温差、传热时间均相同的情况下，要使与厚度为200mm的陶粒混凝土墙所传导的热量

相等，则普通混凝土墙的厚度应为多少？

解：根据材料的导热系数2=77%可知，当其他条件一定时，材料的导热系数与传导厚度成正比

（71一72）4£

因此:

人陶人混

200=d混

035=L40

d*=1.4x200/0.35=800mm

2.某岩石试样干燥时的重量为250g,将该岩石试样放入水中，待岩石试样吸水饱和后，排开水的体

积为lOOcn?。将该岩石试样用湿布擦干表面后，再次投入水中，此时排开水的体积为125cm3。试

求该岩石的表观密度、吸水率及开口孔隙率。

解：已知：

干燥质量m(=250g

3

表观体积Va=100cm

毛体积Vo=125cm3

因此：

3

表观密度〃产mt/Va=250/lOO=2.5g/cm

3

毛体积密度po=mt/Vo=250/125=2.0g/cm

开口空隙率PK=空x100%=空x100%=(1一为x100%

V。%Pa

=(1-2.0/2.5)x100%

=20%

或者开口空隙率=-7X100%=X100%

=(125-100)/125X100%

=20%

3.一块尺寸标准的砖(240mmX115mmX53mm),干燥质量m=2500g,饱和面干状态质量m=2900g：

敲碎磨细过筛(0.2mm)烘干后，取样55.48g,测得其排水体积V排水=20.55cm3.求该砖的密度、体

积密度、开口孔隙率、闭口孔隙率、孔隙率、体积吸水率。

解：

密度：p=m/V=55.48/20.55=2.70(g/cm3)

3

体枳密度：po=7n/l/o=25OO/(24.OX11.5X5.3)=1.71(g/cm)

孑L隙率：P=l—po/p=l-l-71/2.7O=36.7%

质量吸水率：W=(mb-m)/m=(2900-2500)/2500=16.0%

体积吸水率：陷=%xpo=16.O%X1.71=27.4%

开口孔隙率：Po^VK，=27.4%

闭口孔隙率：

pc=P-P0=36.7%-27.4%=9.3%

第3章土木建筑工程用钢材

一、单选题

1.钢材按脱氧程度分类时，镇静钢的代号是（B）

A.FB.ZC.TZD.B

2.低碳钢的含碳量范围为（A）

A.<0.25%B.0.25%〜0.6%C.>0.6%D.>1.0%

3.钢材的冷脆性是指（B）

A.低温下强度降低B.低温下冲击韧性显著下降

C.高温下塑性增加D.高温下硬度升高

4.低碳钢拉伸时的应力-应变曲线分为哪几个阶段？（B）

A.弹性阶段、强化阶段、颈缩阶段

B.弹性阶段、屈服阶段、强化阶段、颈缩阶段

C.屈服阶段、强化阶段、颈缩阶段

D.弹性阶段、屈服阶段、颈缩阶段

5.钢材的屈强比（%/%）越大，说明（A）

A.钢材的利用率高，但安全性降低B.钢材的利用率低，但安全性高

C.钢材的塑性和韧性更好D.钢材的疲劳极限强高

6.下列哪种元素会显著增加钢材的热脆性？（B）

A.硅（Si）B.硫（S）C.镭（Mn）D,钛（Ti）

7.冷弯试验主要用于检验钢材的（B）

A.抗拉强度B.塑性变形能力和内部缺陷

C.冲击韧性D.耐疲劳性

8.钢材经冷加工强化后，其性能变化为（A）

A.屈服强度提高，塑性降低B.抗拉强度降低，塑性提高

C.硬度和韧性均提高D.弹性模量显著增加

9.Q235钢牌号中的“235”表示（B）

A.抗拉强度为235MP”B.屈服强度为235Mpu

C.伸长率为23.5%D.含碳量为0.235%

10.下列哪种钢材适合用于预应力混凝土结构？（D）

A.HPB300B.HRB400C.CRB550D.高强钢丝

11.钢材的时效现象会导致（B）

A.强度降低，塑性提高B.强度和硬度提高，塑性和韧性降低

C.耐腐蚀性增强D.焊接性能改善

12.热轧带肋钢筋HRB400中的中00”表示(B)

A.抗拉强度为400MPaB.屈服强度为4()()MPa

C.断后伸长率为40%D.冷弯性能指标

13.钢材的疲劳破坏通常发生在(B)

A.静荷载作用下B.交变荷载反复作用下

C.高温环境下D.低温环境下

14.下列防腐方法中，属于电化学保护的是(C)

A.涂刷防锈漆B.热浸锌C.阴极保护D.使用耐候钢

15.钢结构防火涂料中，膨胀型防火涂料的特点为(B)

A.涂层厚度大，耐火极限高B.遇火膨胀形成多孔隔热层

C.仅适用于室外环境D.主要成分为无机材料

二、填空题

1.钢材的含碳量增加时，其强度和硬度会_______,但塑性和韧性会________。

答案：增加，降低

2.钢材的热处理方法主要包括退火、正火、和o

答案：淬火，回火

3.钢材的冷加工强化处理包括冷拉、和。

答案：冷拔，冷轧

4.钢材的冲击韧性是指钢材抵杭荷载而不被破坏的能力，通过试验测定。

答案：冲击，冲击韧性试验

5.钢材的腐蚀类型主要包括和,其中是在钢材与电解质溶液接触时产生

电流而引起的锈蚀。

答案：化学腐蚀，电化学腐蚀，电化学腐蚀

三、简答题

1陆述钢材按化学成分分类的主要类型及其特点。

答案：分为碳素钢和合金钢。碳素钢以铁碳为主，性能主要取决于含碳量；合金钢添加合金元

素以获得特殊性能，如高强度、耐腐蚀等。

2.解释钢材的时效现象及其对性能的影响。

答案：时效是钢材随时间延长，强度硬度升高而塑性韧性降低的现象。分为自然时效和人工时

效，会提高屈服强度但降低延展性。

3.说明钢材冷加工强化的原理及常用方法。

答案：通过冷拉、冷拔、冷轧等塑性变形使晶格滑移产生位错，阻碍进一步变形。常用方法包

括冷拉（提高屈服强度20-25%）、冷拔（提高40-60%）等。

4.比较沸腾钢与镇静钢的主要区别。

答案：沸腾钢脱氧不完全（加镒铁），含杂质多、偏析大：镇静钢用硅铁等强脱氧剂，组织致

密均匀，性能更优但成本较高。

5.列举影响钢材焊接性能的三大因素

答案：①含碳量（＞0.3%时焊接性差）；②硫磷等杂质含量；③合金元素含量（如铝、铝等会

降低焊接性）。

6.说明低合金高强度结构纲相比碳素结构钢的优势。

答案：①强度提高20-30%；②更好的低温韧性；③更高的耐腐蚀性；④可节约钢材用量20-30%o

7.简述钢材防火保护的三种主要方法。

答案：①包覆法（防火涂料、不燃板材）；②水冷却法；③采用混凝土组合结构。其中膨胀型

防火涂料最常用。

g.解释应力-应变曲线中屈强比（。$/。口的工程意义。

答案：反映钢材强度利用率与安全性的平衡。比值大则材料利用率高但安全储备低，适宜范围

0.6-0.75o

9.说明钢材热处理中淬火与回火的区别及联合应用效果c

答案：淬火是快速冷却获得马氏体，提高硬度但脆性大；回火是中温加热消除内应力。联合质

处理，可获得高强度与良好韧性的结合。

10.列举钢结构用钢材的三种主要类型及典型用途。

答案：①热轧型钢（工字钢用于梁柱）；②冷方薄壁型钢（轻型钢结构）；③钢板（厚度＞4mm用

于焊接结构）。

四、计算题

1.某钢筋试件,直径为20mm,原标距为100mm,做拉伸试验，屈服点荷载为157.0kN,达到最

大荷载为196.3kN,拉断后测的标距长为120mm“求该钢筋的屈服强度、抗拉强度及断后冲长率。

答案：

屈服强度：。=P/A=157000N/（Ji*（20/2）A2）250MPa

抗拉强度：o_b=P_b/A=196300N/（n*（20/2）A2）%310MPa

断后伸长率：6=（L_b-Lo）/Lo*100%=（120-100）/100*100%=20%

2.某钢结构柱要求耐火极限2.5小时，选用膨胀型防火涂料（膨胀倍率8倍）。若未膨胀时涂层

厚度为3mm,验算是否满足要求。（注：该涂料耐火极限经验公式t=0.12d2,小时，膨胀后厚

度mm）

答案：

膨胀后厚度=3X8=24mm

计算耐火极限1=0.12X242=0.12X576=69.12小时＞＞2.5小时

3mm厚度完全满足要求

3.从一批钢筋中抽样，并截取两根钢筋做拉伸试验，测得如下结果：屈服下限荷载分别为46.3kN,

46.9kN；抗拉极限荷载分别为62.0kN,63.4kN,钢筋公称直径为12mm,标距为60mm,拉断时长

度分别为70.6mm、71.4mm.请评定其级别，并说明其利用率及使用中安全可靠程度如何？

答案：

钢筋的公称直径为12mm,其横截面积A为113.10mm2；

屈服强度是屈服荷载与横截面积的比值：钢筋一为409.4MPa,钢筋二为414.7MPa；

抗拉强度是极限荷载与横截面积的比值：钢筋一为548.2MPa,钢筋二为560.6MPa；

断后伸长率是拉断后标距的伸长量与原始标距的比值：钢筋一为17.67%,钢筋二为19.00%；

根据《钢筋混凝土用钢第2部分：热轧带肋钢筋》（GB“149922024）：

HRB400：屈服强度2400MPa,抗拉强度2540MPa,断后伸长率216%

HRB500：屈服强度＞500MPa,抗拉强度＞63OMPa,断后伸长率＞15%

评定结果：两根钢筋均符合HRB400级钢筋的要求。

屈强比是衡量钢材利用率和安全性的重要指标：钢筋一为74.68%,钢筋二为73.97%；

利用率：屈强比为74.68%和73.97%,说明钢材的利用率较高（接近75%）,材料强度发挥较

充分。

安全可靠程度：屈强比在合理范围内（通常要求W0.80）,但仍保留一定安全储备。伸长率17.67%

和19.00%；表明塑性较好，能够承受一定变形而不突然断裂，安全可靠程度较好。

最终答案：

钢筋级别：HRB400

利用率：较高（材料强度发挥较充分）

安全可靠程度：较好（塑性满足要求，有一定安全储备）

第4章混凝土

一、单选题

1.关于气硬性胶凝材料和水硬性胶凝材料，以下说法正确的是（A）。

A.气硬性胶凝材料只能在空气中硬化，也只能在空气中保持或继续发展其强度

B.气硬性胶凝材料无论单独使用或与其他材料混合，只适用于地上或干燥环境，不宜用于潮湿环境

C.水硬性胶凝材料只能在水中硬化，并保持和继续发展其强度

D.水硬性胶凝材料不会受到水的侵蚀

2.以下工程适合使用硅酸盐水泥的是（D）。

A.大体积的混凝土工程B.受化学及海水侵蚀的工程

C.耐热混凝土工程D.早期强度要求较高的工程

3.干燥环境中有抗裂要求的混凝土宜选择的水泥是（B）。

A.矿渣水泥B.普通水泥

C.粉煤灰水泥D.火山灰水泥

4.下列水泥中，耐磨性最好的是（A）。

A.硅酸盐水泥B.粉煤灰水泥

C.矿渣水泥D.火山灰水泥

5.以下哪些不属于混凝土的耐久性（C）

A.抗冻性B.抗渗性

C.和易性D.抗腐蚀性

6.下列不属于高性能混凝土特点的是（D）。

A.高强度B.高流动性

C.高耐久性D.经济合理性

7.冬季混凝土施工时为保证混凝土质量，通常加入以下哪种（B）外加剂。

A.缓凝剂B.早强剂

C.膨胀剂D.阻锈剂

8.有抗冻要求的混凝土施工时宜选择的外加剂为（C）。

A.缓凝剂B.阻锈剂

C.引气剂D.速凝剂

9.混凝土用水的质量要求是不影响混凝土的凝结和（），无损于混凝土的强度和（）。C

A.水化，变形B.水化，安定性

C.硬化，耐久性D.硬化，和易性

10.欲增大混凝土拌合物的流动性，下列措施中最有效的为：D）。

A.增大砂率B.增加用水量

C.增加水泥用量D.加减水剂

二、判段题

1.拌制混凝土时，在水泥浆用量一定的条件下，砂率过小和过大都会使混合料的工作性变

差。（J）

2.年平均气温在零下20度地区的混凝土结构，因为气温较低，比年平均气温在5度左右地区

的混凝土结构出现冻害的可能性更大。（X）

3.设计强度等于配制强度时，混凝土的强度保证率为95%。（X）

4.在其他条件相同的情况下，采用硅酸盐水泥制作的混凝土比采用粉煤灰水泥制作的混凝土耐

磨性好。（J）

5.高铝水泥的水化热大，不能用于大体积混凝土施工。•V）

6.混凝土的流动性用沉入度来表示。（X）

7.有抗渗性要求的混凝土不宜选用矿渣硅酸盐水泥。（J）

8.在其它条件相同时，用卵石代替碎石配置混凝土，可使混凝土强度得到提高，但流动性减小。

（X）

9.用同样配合比的混凝土拌和物浇筑的混凝土试件，尺寸偏大时测定的强度偏低，尺寸偏小时

测定的强度偏高，因此，应采用标准尺寸进行测定。（J）

10.混凝土的立方体抗压强度高于轴心抗压强度。（V）

11.硫化物于水泥石中固态水化铝酸钙反应生成钙阻石引起混凝土膨胀开裂。（J）

12.普通混凝土的用水量增尢会导致混凝土的干缩增大。（J）

三、简答题

1.硅酸盐水泥熟料的矿物成分主要有哪些？它们在水化时各有何特性？它们的水化产物是什么？

参考答案：硅酸盐水泥熟料主要由以下四种矿物组成：硅酸三钙（C：S）、硅酸二钙（C£）、铝酸三

钙（GA）、铁铝酸四钙（3AF）。

硅酸三钙：水化反应快，水化热高，对水泥的早期（3~7天）强度贡献最大，也是后期强度的

主要来源。水化产物为水化硅酸钙凝胶（C-STI）和氢氧化钙Ca（0II）2°

硅酸二钙：水化特性为水化速度慢，水化热低，早期强度低但对后期（28天后至1年）强度起

关键作用。水化产物为水化硅酸钙凝胶（C-S-H）和氢氧化苗Ca（0H）2。

铝酸三钙：水化特性为水化速度最快，水化热集中且高，早期强度贡献明显，水化产物为水化

铝酸钙和钙机石（AFt）,后期可能转化为单硫型硫铝酸钙（AFm）。

铁铝酸四钙：水化特性为水化速度较快但水化热较低，对抗折强度和抗硫酸盐侵蚀能力贡献显

著。水化产物为水化铝酸钙和水化铁酸钙的混合物。

2.影响硅酸盐水泥强度的主要因素有哪些？

参考答案：影响硅酸盐水泥强度的主要因素有熟料组成、水泥细度、储存时间、养护条件、龄期等。

3.水泥有哪些主要技术性质？如何测试与评定？

参考答案：技术性质有以下几种：①细度：常用的检测方法有负压筛析仪法和勃氏法。②标准稠度

用水晶的检测方法有调整水晶法和不变水晨法。③凝结时间：采用试针贯入水泥净浆的方法测定初

凝和终凝。④时间安定性：国家标准规定用沸煮法检验水泥的安定性。⑤强度测试通常采用试块的

方法，如压缩试验、拉伸试验等。

4.为什么生产硅酸盐水泥时掺适量石膏对水泥不起破坏作用，而硬化水泥石遇到有硫酸盐溶液的环

境产生出石膏时就有破坏作用？

参考答案：生产硅酸盐水泥时掺加适量石膏就是为了调节水泥的凝结时间，且石膏与水泥组分反应

生成钙帆石的过程就是在水泥硬化过程中完成，其体积就是均匀地发生膨胀。而硬化后的水泥石遇

到硫酸盐溶液的环境时，同样水泥石组分与硫酸盐反应生成钙锐石而产生结晶压力，伴随有体积不

均匀的变化，造成膨胀开裂，破坏水泥硬化浆体结构.

5.何谓水泥混合材料？常用类型有哪些？它们掺入水泥中有何作用？

参考答案：水泥混合材料是在生产水泥时，为改善水泥性能，调节水泥标号，而加到水泥中去的人

工的和天然的矿物材料。

常用类型有活性混合材料和非活性混合材料7

活性混合材料；提高产量，降低成本；改善水泥的性能，调整强度等级，降低水化热，减少碱

骨料反应的发生，扩大应用范围；充分利用工业废渣，保护环境。

非活性混合材料：掺入硅酸盐水泥中仅起提高水泥产量和降低水泥强度、减少水化热等作用。

当采用高强度等级水泥拌制强度较低的砂浆或混凝土时，可掺入非活性混合材料以代替部分水泥，

起到降低成本及改善砂浆或混凝土和易性的作用。

6.常用特性水泥主要有哪些？它们各有何特性和用途？

参考答案：常用特性水泥有硅酸盐水泥、矿渣水泥、火山灰水泥和复合水泥。其中硅酸盐水泥早期

强度高，抗冻性好。矿渣水泥凝结硬化慢，早期强度低，后期强度增长较快，水化热较低，耐冻性

较差。火山灰水泥早期发展慢，后期发展较快粉煤灰水泥水化硬化较慢，早期强度较低，但后期强

度可以赶上甚至超过普通水泥。复合水泥特性取决于其所掺两种混合材的种类、掺量及相对比例。

7.什么是水泥混凝土？有什么特点？应具备哪些技术性质？

参考答案：水泥混凝土是以水泥为混合胶凝材料的混合物.具有抗压强度高耐久性好可塑性好等特点,

水泥混凝土的技术性质应具备和易性、强度和耐久性。

8.试述混凝土拌合物工作性的含义？影响工作性的主要因素有哪些？

参考答案：工作性（又称和易性），是指混凝土拌合物易于施工操作并能获得质量均匀，成型密实的

混凝土性能。包括流动性，黏聚性和保水性。影响因素包括:水泥浆数量，水灰比，砂率，环境条件，

水泥品种及掺量，骨料种类及颗粒级配，混凝土外加剂以及混凝土搅拌工艺和搅拌后拌合物停置时

间的长短。

9.试述混凝土立方体抗压强度、立方体抗压强度标准值与强度等级有什么关系？

参考答案：立方体抗压强度是基础实测数据，标准值是其统计特征值，强度等级则是基于标准值的

工程分类。三者形成“实测一统计一分级”的递进关系，共同构成混凝土质量控制体系的核心。

10.土木工程用水泥混凝土的耐久性有哪些要求？碱一骨料反应对土木工程混凝土有何危害？应如

何控制？

参考答案：混凝土耐久性指标有抗渗性抗冻性抗侵蚀性抗碳化性等，碱-骨料反应是水泥中的碱性氧

化物（N&O、K.O）与骨料中的活性成分（SiS）发生化学反应生成的碱-硅酸凝胶吸水膨胀，导致混

凝土内部产生裂缝。碱-骨料反应需从源头控制水泥中的碱含量和骨料中的活性物质含量。

11.影响混凝土强度的因素有哪些？采用哪些措施可以提高混凝土强度？

参考答案：混凝土强度影响因素有：水泥强度等级、水灰比、粗骨料质量、养护条件、龄期和施工

条件；提高混凝土强度的措施：选用高强度水泥、低水灰比、掺加外加剂和机械搅拌加强很捣。

12.什么是减水剂？简述减水剂的作用机理和掺入减水剂的技术经济效果？

参考答案：减水剂是混凝土外加剂，主要成分为阴离子表面活性剂，可以在保持坍落度不变情况卜.

减少拌合用水量，改善混凝土工作性能。减水剂作用机理为分散作用和润滑作用。技术效果：改善

流动性，增强密实性，减少孔隙率，提高抗渗性。经济效果：节约用水量，节省水泥用量，降低材

料成本。

13.混凝土配合比设计中有哪些关键参数？各参数对性能有何影响？

参考答案：混凝土配合比的三个基本参数是水灰比、砂率和单位用水量。①水灰比直接影响混凝土

的强度和耐久性。水灰比越小，混凝土的强度越高，耐久性也越好。②砂率影响混凝土的和易性。

合适的砂率可以使混凝土拌合物具有良好的流动性、粘聚性和保水性。③单位用水量影响混凝土的

坍落度和工作性。足够的用水量可以保证混凝土拌合物具有良好的流动性，过多的用水量会导致混

凝土的强度和耐久性下降，因此需要根据混凝土的设计要求和施工条件来确定合适的用水量:。

14.有下列混凝土构件工程，请分别选用合适的水泥，并说明其理由：

（1）大体积混凝土工程；（2）紧急抢修工程；（3）高炉基础；（4）现浇楼板、梁、柱；（5）采

取蒸汽养护的预制构件；（6）有硫酸盐腐蚀的地下工程；（7）抗冻性要求较高的混凝土；（8）公

路路面工程。

参考答案：①大体积混凝土工程。推荐水泥：粉煤灰硅酸盐水泥；理由：大体积混凝土因水化热集

中易导致温度裂缝，需选用低热水泥。粉煤灰水泥掺入大量混合材，显著降低水化热，减少内外温

差。

②紧急抢修工程。推荐水泥：快硬硅酸盐水泥；理由：抢修工程需早期强度高、凝结时间短,快硬

硅酸盐水泥3天强度可达普通水泥28天水平，适合快速修复。

③高炉基础，推荐水泥：矿渣硅酸盐水泥；理由：矿渣水泥耐高温性能优异。

④现浇楼板、梁、柱。推荐水泥：普通硅酸盐水泥、硅酸盐水泥；理由：干燥环境中普通水泥硬化

后干缩性小，不易开裂，且强度发展稳定，适合普通建筑结构。

⑤蒸汽养护预制构件。推荐水泥：矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥：理由：蒸汽养护高温高湿

环境会加速硅酸盐水泥水化，但矿渣水泥和粉煤灰水泥的二次水化反应更适应湿热条件，强度发展

更均匀。

⑥硫酸盐腐蚀地下工程。推荐水泥：火山灰质硅酸盐水泥；理由：火山灰水泥水化产物致密，抗硫

酸盐侵蚀能力强。

⑦抗冻性要求高的混凝上。推荐水泥：硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥；理由：硅酸盐水泥密实度高，

抗冻性好。

⑧公路路面工程。推荐水泥：道路硅酸盐水泥：理由：道路水泥耐磨性、抗折强度高，适应车辆荷

载和温度变化；适用于一般公路。

四、计算题

1.用500g干砂做筛分试验，各筛筛余晨如表所示。

筛孔尺寸/mm9.504.752361.180.60.30.15

筛余量/g025707898124103

（1）求各分计筛余百分比;

（2）求累记筛余百分比:

（3）求出细度模数。

解：

筛孔尺寸（mm）9.504.752.361.180.600.300.15

分计筛余百分比Qi05%12%15.6%19.6%24.8%20.6%

累计筛余A05%17%32.6%52.2%77%97.6%

+4+/4+4+4)-541(17+32.6+52.2+77+97.6)-5x5

MY=------------------------------------------=--------------------------------------------------------------------=2.65

X100—4100-5

2.经过测定，某普通硅酸盐水泥标准胶砂试件的抗折和抗压荷载如下表所示，试评定其强度等级。

抗折荷载/kN抗压荷载/kN

3d28d3d28d

2976

1.53.0

3078

3268

1.82.8

3372

3070

1.62.9

3272

参考答案:

根据抗折和抗压荷载数据计算后，该普通硅酸盐水泥的强度等级评定如卜.:

3d抗折强度:

最大值与中间值差值：1.8-1.6=0.2MPa（超10%中间值）

最小值与中间值差值：1.5-L6=0.1MPa（未超10%中间值）

7(1.5+1.6)X0.0023X103-.一、

r=------------------------------=3.6MPa

2

则3d抗折强度为：19.4MPa

同理可得28d抗折强度：6.8MPdo

3d抗压强度：

/i=29x103/1600=18.1MPa

f2=30x103/1600=18.8MPa

后=32x103/1600=20.0MPa

4=33x103/1600=20.6MPa

718.1+18.8+20+20.6._,一「

f=------------------------=19.4MPa

4

则3d抗压强度为：19.4MPa

同理可得28d抗压强度：45.4MPao

根据《通用硅酸盐水泥》（GB175-2007）标准：3d强度：抗折3.6MPa（23.5MPa）、抗压19.4

MPa(217.0MPa)。28d强度：抗折6.8MPa(26.5MPa)、抗压45.4MPa(242.5MPa)。结论:

该水泥满足42.5强度等级要求。

3.采用矿渣水泥、卵石和天然砂配制混凝土，水灰比为05制作lOcmxlOcmxlOcm试件三块，在

标准养护条件下养护7d后，测得破坏荷载分别为140kN、135kN、142kNo试估算该混凝土28d的标

准立方体抗压强度。

参考答案:

最大值与中间值差值:142-140=2MPa（未超15%中间值）

最小值与中间值差值:135-140=5MPa（未超15%中间值）

则试件7天抗压强度计算

f二笔田=09MPa

100mm试件强度需转换为标准150mm试件强度，换算系数为0.95.