吉大11秋学期《土木工程材料》期末作业考核

吉大11秋学期《土木工程材料》期末作业考核要求 一、解释下列名词与符号【每小题3分，共30分】 1、材料的软化系数：为材料在侵水饱和状态下的抗压强与材料在干燥状态下的抗压强之比。 2、钢材的冷脆性：钢材的冲击韧性随温度的降低而下降，其规律是开始时下降平缓，当达到某一温度范围时，突然下降很多而呈脆性，这种现象称为钢材的冷脆性。 3、气硬性胶凝材料：是指只能在空气中硬化，也只能在空气中保持和发展其强度的胶凝材料。 4、水泥的终凝：为水泥加水拌和起至标准稠度净浆完全失去可塑性并开始产生强度所需的时间。 5、混凝土的和易性：是指混凝土拌合物易于施工操作（拌合、运输、浇灌、捣实）并能获得质量均匀、成型密实的性能。和易性是一项综合的技术性质，包括流动性、粘聚性和保水性等三方面的含义。 6、C30：表示立方体抗压强度标准值为30MPa的混凝土。 7、砂率：混凝土中，细骨料(粒径0.16—5mm)占粗细骨料总量的百分数。 8、木材的纤维饱和点：自由水刚刚蒸发完毕，结合水呈饱和状态，木材许多性质即将发生改变的这个含水率。 9、MU20：表示抗压强度为20Mpa的砌块。 10、沥青的软化点：沥青试件受热软化而下垂时的温度。

二、绘图说明钢材冷拉与时效处理前后钢筋的应力—应变曲线将如何变化。 【5分】

答：将钢材于常温下进行冷拉、冷拔或冷轧，使其产生塑性变形，从ഌㄊ㌰൦耊提高屈服强度，称为冷加工强化。 钢材经冷拉后的性能变化规律，可从下图中反映。图中OBCD为未经冷拉试件的应力-应变曲线。将试件拉至超过屈服极限的某一点K，然后卸去荷载，由于试件已产生塑性变形，故曲线沿KO′下降，KO′大致与BO平行。如重新拉伸，则新的屈服点将高于原来的B点达到的点。可见钢材经冷拉后屈服点将有所提高。钢筋冷拉与时效前后应力—应变曲线

产生冷加工强化的原因是：钢材在冷加工时晶格缺陷增多，晶格畸变，对为错运动的阻力增大，因而屈服强度提高，塑性和韧性降低。由于冷加工时产生的内应力，故冷加工钢材的弹性模量有所下降。 三、什么是水泥的水化？各熟料矿物单独与水作用时的水化特性各有何特点？ 【10分】 答：熟料矿物与水发生的水解或水化作用统称为水泥的水化。 各种熟料矿物单独与水作用时表现出的特性 名称 硅酸三钙 硅酸二钙 铝酸三钙 铁铝酸四钙 凝结硬化速度 快 慢 最快 快

28d水化放热量 多 少 最多 中 强度 高 早期低、后期高 低 低

四、绘图说明混凝土在荷载作用下的破坏过程。 【12分】 答：凝土内部结构中含有砂石骨料、水泥石、游离水分和气泡，这就决定了混凝土本身的不匀质性。它不是一种完全的弹性体，而是一种弹塑性体。它在受力时，既会产生可以恢复的弹性变形，又会产生不可恢复的塑性变形，其应力与应变之间的关系不是直线而是曲线。 在静力试验的加荷过程中，若加荷至应力为σ应变为ξ的A点，然后将荷载逐渐卸去，则卸荷时的应力-应变曲线如曲线AC所示。卸荷后能恢复的应变ξ弹是由混凝土的弹性作用引起的，称为弹性应变；剩余的不能恢复的应变ξ塑则是由于混凝土的塑性性质引起的，称为塑性应变。 在重复荷载作用下的应力—应变曲线，因作用力的大小而有不同的形式。当应力小于（0.3～0.5）fcp时，每次卸荷都残留一部分塑性变形，但随着重复次数的增加，残留的塑性变形逐渐减小，最后曲线稳定于A｀C｀线。它与初始切线大致平行，如图2所示。若所加应力在（0.5～0.7） fcp以上重复时，随着重复次数的增加，塑性应变逐渐增加，将导致混凝土疲劳破坏。 五、混凝土的耐久性包括哪些内容？影响混凝土耐久性的主要因素有哪些？ 【8分】 答：混凝土抵抗环境介质作用并长期保持其良好的使用性能和外观完整性，从而维持混凝土结构的安全、正常使用的能力称为耐久性。混凝土的耐久性能主要包括抗渗性、抗冻性、抗侵蚀、抗碳化、耐碱骨料反应及混凝土中的钢筋锈蚀等性能。 影响混凝土耐久性的主要因素有：1）水灰比。2）骨料的最大粒径。3）养护方法。4）水泥品种。5）外加剂。6）掺合料。7）龄期。8）混凝土的密实度。9）孔隙构造和数量。10）孔隙的充水程度 六、混凝土配合比设计的基本要求有哪些？混凝土配合比设计要解决的三个比例关系是什么？ 【10分】 答：混凝土配合比设计的基本要求是：1.满足混凝土结构设计的强度等级；2.满足施工所要求的混凝土拌合物的和易性；3.节约水泥和降低混凝土成本。 混凝土配合比设计，实质上就是确定水泥、水、砂与石子这四项基本组成材料用量之间的三个比例关系。即：水与水泥之间的比例关系，常用水灰比表示；砂与石子之间的比例关系，常用砂率表示；水泥浆与骨料之间的比例关系，常用单位用水量来反映 七、烧结普通砖的主要技术性质有哪些？ 【5分】 答：根据国家标准《烧结普通砖》（GB5101-98）的规定，烧结普通砖的主要技术要求包括尺寸、外观质量、强度等级、抗风化性能、泛霜和石灰爆裂，并规定产品中不允许有欠火砖、酥砖和螺旋纹砖。根据抗压强度分为MU30、MU25、MU20、MU15、MU10五个等级，强度、抗风化性能合格的砖，根据尺寸偏差、外观质量、泛霜和石灰爆裂等分为优等品（A）、一等品（B）和合格品（C）三个质量等级。 ⑴外形尺寸：烧结普通砖为矩形体，其标准尺寸为240mm×115 mm×53mm。考虑10mm厚的砌筑灰缝，则4块砖长，8块砖宽或16块砖厚均为1m，1m3砌体需用512块。尺寸允许偏差应符合《烧结普通砖》（GB5101-98）的规定。 ⑵外观质量：烧结普通砖的优等品颜色应基本一致，合格品颜色无需求。外观质量包括两条面高度差、弯曲程度、杂质凸出高度、缺棱掉角、裂纹长度和完整面的要求。 ⑶强度等级：烧结普通砖强度等级是通过取10块砖试样进行抗压强度试验，根据抗压强度平均值和强度标准值来划分的 烧结普通砖强度等级划分规定（MPa） 如下表：

强度等级 抗压强度平均值f≥ 变异系数≤0.21 变异系数δ>0.21 强度标准值fk≥ 单块最小抗压强度fmin≥ MU30 30.0 22.0 25.0 MU25 25.0 18.0 22.0 MU20 20.0 14.0 16.0 MU15 15.0 10.0 12.0 MU10 10.0 6.5 7.5

⑷泛霜：当砖的原料总含有硫、镁等可溶性盐类时，砖在使用过程中，这些盐类会随着砖内水分蒸发而在砖表面产生盐析现象，一般为白色粉末，常在砖表面形成絮团状斑点，严重点会起粉、掉角或脱皮。 ⑸石灰爆裂：当原料土中夹杂有石灰石时，将被烧成生石灰留在砖中。生石灰有时也会由掺入的内燃料带入，这些常为过烧的生石灰。生石灰吸水消化时产生体积膨胀，导致砖发生胀裂破坏。石灰爆裂对砖砌体影响较大，轻者影响外观，重者将使砖砌体强度降低直至破坏。 ⑹抗风化性能：抗风化性能是烧结普通砖重要的耐久性之一，对砖的抗风化性要求应根据各地区风化程度的不同而定。烧结普通砖的抗风化性能通常以其抗冻性、吸水率及饱和系数等指标判别。 八、石油沥青的组分有哪些？各起什么作用？ 【10分】 答：⑴油分：油分为淡黄色至红褐色的油状液体，是沥青中分子最小和密度最小的组分，密度介于0.7～1g/cm3之间。在170℃较长时间加热，油分可以挥发。油分可以溶于大部分的有机溶剂中，但不溶于酒精。油分赋予沥青以流动性。 ⑵树脂（沥青脂胶） 沥青脂胶为黄色至黑褐色粘稠状物质（半固体），分子量比油分大（600～1000），密度为1.0～1.1g/cm3。਍〱昳਍沥青脂胶中绝大部分属于中性树脂。中性树脂能溶于三氯甲烷、汽油和苯等有机溶剂，但在酒精和丙酮中难溶解或溶解度很低，它赋予沥青以良好的粘结性、塑性和可流动性。中性树脂含量增加，石油沥青的 延度和粘结力等品质愈好。另外，沥青树脂中还含有少量的酸性树脂，即地沥青酸和地沥青酸酐，颜色较中性树脂深，是油分氧化后的产物，具有酸性。它易溶于酒精、氯仿而难溶于石油醚和苯，能为碱皂化，是沥青中的表面活性物质。它改善了石油沥青对矿物材料的浸润性，特别是提高了对碳酸盐类岩石的粘附性，并有利于石油沥青的可乳化性。沥青脂胶使石油沥青具有良好的塑性和粘结性。 ⑶地沥青质（沥青质） 地沥青质为深褐色至黑色固态无定型物质，分子量比树脂更大（1000以上），密度大于1g/cm3，不溶于酒精、正戊烷，但溶于三氯甲烷和二硫化碳，染色力强，对光的敏感性强，感光后就不能溶解。地沥青质是决定石油沥青温度敏感性、粘性的重要组成部分，其含量愈多，则软化点愈高，粘性愈大，即愈硬脆。 ⑷其他成分 石油沥青中还含有2%～3%的沥青碳和似碳物，同时还含有一定的蜡。蜡会降低石油沥青的粘结性和塑性，同时对温度特别敏感，所以蜡是石油沥青中的有害成分 九、何为木材平衡含水率？影响木材强度主要因素有哪些？ 【10分】 答：木材在一定的空气状态下，最后达到的吸湿稳定含水率或解吸稳定含水率，叫做木材的平衡含水率。 影响木材强度的主要因素：⑴含水量的影响；木材的含水率对木材强度影响很大，当细胞壁中水分增多时，木纤维相互间的连接力减小，使细胞软化。含水率在纤维饱和点以上变化时，只有自由水的变化，因而不影响木材强度，在纤维饱和点以下时，随含水率降低，吸附水减少，细胞壁趋于紧密，木材强度增大。木材含水率的变化，对木材各种强度的影响程度是不同的，对抗弯和顺纹抗压影响较大，对顺纹抗剪影响较小，而对顺纹抗拉几乎没有影响。 ⑵负荷时间的影响；木材抵抗长期荷载的能力低于抵抗短期荷载的能力。木材在长期荷载下不致引起破坏的最大强度，称为持久强度。木材的持久强度比短期荷载作用下的极限强度小得多，一般仅为极限强度的50%～60%。 ⑶温度的影响；当环境温度升高时，木材中的胶结物质处于软化状态，其强度和弹性均降低。当温度降到0℃以下时，其中水分结冰，木材强度增大，但木材变得较脆。一旦解冻，各项强度都将比未解冻时的强度低。 ⑷疵病的影响木材在生长、采伐、保存过程中，所产生的内部和外部的缺陷，统称为疵病。木材的疵病主要有木节、斜纹、裂纹、腐朽和虫害等。木节是木材中最常见的疵病。木节分为活节、死节、松软节和腐朽节几种。裂纹、腐朽、虫害等疵病，会造成木材构造的不连续或其组织的破坏，严重影响木材的力学性质，有时甚至能使木材完全丧失使用价值。