建筑材料之问答题

1、为什么用材料的屈服点而不是其抗拉强度作为结构设计时取值的依据？

解答：屈服强度和极限抗拉强度是衡量钢材强度的两个重要指标。极限抗拉强度是试件能承受最大应力。在结构设计中，要求构件在弹性变形范围内工作，即使少量的塑性变形也应力求避免，所以规定以钢材的屈服强度作为设计应力的依据。抗拉强度在结构设计中不能完全利用，但屈服强度与抗拉强度之比（屈强比）却有一定的意义。屈强比越小，结构的安全性越高。

 

2.常言道，木材是“湿千年，干千年，干干湿湿二三年”。请分析其中的道理。

答：真菌在木材中的生存和繁殖，须同时具备三个条件，即要有适当的水分、空气和温度。但木材的含水率在35％～50％，温度在25～30℃，木材中又存在一定量空气时，最适宜腐朽真菌繁殖，木材最易腐朽。木材完全浸入水中，因缺空气而不易腐朽；木材完全干燥，亦因缺水分而不易腐朽。相反，在干干湿湿的环境中，同时满足了腐朽真菌繁殖的三个条件，木材亦就很快腐朽了。 

 

3. 为什么将钢材的伸长率作为建筑用钢材的一个重要技术性能指标？

解答：钢材在使用中，为避免正常受力时在缺陷处产生应力集中发生脆断，要求其塑性良好，即具有一定的伸长率，可以使缺陷处超过材料的屈服点时，随着发生塑性变形使应力重新分布，而避免钢材提早破坏。同时，常温下将钢材加工成一定形状，也要求钢材要具有一定塑性。但伸长率不能过大，否则会使钢材在使用中超过允许的变形值。

 

4.为何冷加工强化的钢材会有塑性降低、脆性增大的副作用？

解答：钢材加工至塑性变形后，由于塑性变形区域内的晶粒产生相对滑移，使滑移面下的晶粒破碎，晶格变形，构成滑移面的凹凸不平，从而给以后的变形造成较大的困难。所以其塑性降低、脆性增大。

 

5.什么是钢材的冷加工及时效处理？冷拉并时效处理后钢材的性能有何变化？

钢材在常温下进行冷拉、冷拔或冷轧，产生塑性变形，从而提高屈服强度，塑性、韧性降低的现象称为冷加工强化。冷加工后的钢材在常温下存放15—20天或在100—200°C条件下存放2—3小时，称为时效处理。

冷拉：是在常温下将其拉至应力超过屈服点，但远小于抗拉强度时即卸荷。

冷拉并时效处理后钢材的性能变化：屈服强度进一步提高，抗拉强度、硬度也得到提高，但塑性和韧性将进一步降低。

 

6.华南某二级公路沥青混凝土路面使用1年后就出现较多网状裂缝，其中施工厚度较薄及下凹处裂缝更为明显。据了解当时对下卧层已作认真检查，已处理好软弱层，而所用的沥青延度较低。请分析原因。
  答：沥青混凝土路面网状裂缝有多种成因。其中路面结构夹有软弱层的因素从提供的情况亦可初步排除。沥青延度较低会使沥青混凝土抗裂性差，这是原因之一。而另一个更主要的原因是沥青厚度不足，层间粘结差，华南地区多雨，于下凹处积水，水分渗入亦加速裂缝形成

 

7.某市政工程队在夏季正午施工，铺筑路面水泥混凝土。选用缓凝减水剂。浇注完后表面未及时覆盖，后发现混凝土表面形成众多表面微细龟裂纹，请分析原因。

答：由于夏季正午天气炎热，混凝土表面蒸发过快，造成混凝土产生急剧收缩。且由于掺用了缓凝减水剂，混凝土的早期强度低，难以抵抗这种变形应力而表面易形成龟裂。属塑性收缩裂缝。 
预防措施：在夏季施工尽量选在晚上或傍晚，且浇注混凝土后要及时覆盖养护，增加环境湿度，在满足和易性的前提下尽量降低塌落度。若已出现塑性收缩裂缝，可于初凝后终凝前两次抹光，然后进行下一道工序并及时覆盖洒水养护。

 

8. 为何说屈服点（бs）、抗拉强度（бb）和伸长率（δ）是建筑用钢材的重要技术性能指标。

答：屈服点（бs）是结构设计时取值的依据，表示钢材在正常工作承受的应力不超过бs；屈服点与抗拉强度的比值（бs∕бb）称为屈强比。它反应钢材的利用率和使用中安全可靠程度；伸长率（δ）表示钢材的塑性变形能力。钢材在使用中，为避免正常受力时在缺陷处产生应力集中发生脆断，要求其塑性良好，即具有一定的伸长率，可以使缺陷处超过бs时，随着发生塑性变形使应力重分布，而避免钢材提早破坏。同时，常温下将钢材加工成一定形状，也要求钢材要具有一定塑性。但伸长率不能过大，否则会使钢材在使用中超过允许的变形。

 

9.为何混凝土不是水泥的用量越多越好？

解答：水泥用量过大，混凝土干缩较大，且水化热较大，易导致混凝土的开裂。同时浪费水泥，加大工程成本。 

 

10.某厂钢结构屋架使用中碳钢，采用一般的焊条直接焊接。使用一段时间后屋架坍落，请分析事故的可能原因。

答：A.钢材选用不当。中碳钢塑性、韧性差于低碳钢，且焊接时温度高，热影响区的塑性及韧性下降较多，从而易于形成裂纹。
　　B.焊条选用及焊接方式亦有不妥。中碳钢由于含碳较高，焊接易产生裂缝，最好采用铆接或螺栓连接。若只能焊接，应选用低氢型焊条，且构件宜预热。 

 

11.配制砂浆时，为什么除水泥外常常还要加入一定量的其它胶凝材料？

解答：因使用水泥配制砂浆时，一般水泥的标号远大于砂浆的强度等级，因而用少量的水泥即可满足强度要求。但水泥用量较少时（如少于350 kg时），砂浆的流动性和保水性往往很差，特别是保水性。因此，严重地影响砂浆的施工质量，故常加入一些廉价的其它胶凝材料来提高砂浆的流动性，特别是保水性。 

 

12.合成高分子材料的性能优点

①优良的加工性能。如塑料可以采用比较简便的方法加工成多种形状的产品

②质轻。如大多塑料密度在0.9～2.2g/m3之间，平均为1.45g/cm3，约为钢的1/5。
③导热系数小。如泡沫塑料的导热系数只有0.02～0.046W/（m·K），约为金属的1/1500，混凝土的1/40，砖的1/20，是理想的绝热材料。
④化学稳定性较好。一般塑料对酸、碱、盐及油脂均有较好的耐腐蚀能力。其中最为稳定的聚四氟乙烯，仅能与熔融的碱金属反应，与其它化学物品均不起作用。
⑤电绝缘性好。
⑥功能的可设计性强。可通过改变组成配方与生产工艺，在相当大的范围内制成具有各种特殊性能的工程材料。如强度超过钢材的碳纤维复合材料、密封、防水材料等。
⑦出色的装饰性能。如各种塑料制品不仅可以着色，而且色彩鲜艳耐久，并可通过照相制板印刷，模仿天然材料的纹理（如木纹、花岗石、大理石纹等），达到以假乱真的程度。装饰涂料可根据需要调成任何颜色，甚至多彩。

 

   合成高分子材料的性能缺点

①易老化：所谓老化是指高分子化合物在阳光、空气、热以及环境介质中的酸、碱、盐等作用下，分子组成和结构发生变化，致使其性质变化，如失去弹性、出现裂纹、变硬、脆或变软、发粘失去原有的使用功能的现象。塑料、有机涂料和有机胶粘剂都会出现老化。目前采用的防老化措施主要有改变聚合物的结构，加入各种防老化剂的化学方法和涂防护层的物理方法。 
②可燃性及毒性：高分子材料一般属于可燃的材料，但可燃性受其组成和结构的影响有很大差别。如聚苯乙烯遇火会很快燃烧起来，聚氯乙烯则有自熄性，离开火焰会自动熄灭。部分高分子材料燃烧时发烟，产生有毒气体。一般可通过改进配方制成自熄和难燃甚至不燃的产品。不过其防火性仍比无机材料差，在工程应用中应予以注意。
③耐热性差：高分子材料的耐热性能普通较差，如使用温度偏高会促进其老化，甚至分解；塑料受热会发生变形，在使用中要注意其使用温度的限制。

 

13.有不少住宅的木地板使用一段时间后出现接缝不严，但亦有一些木地板出现起拱，请分析原因。

答：木地板接缝不严的成因是木地板干燥收缩。若铺设时木板的含水率过大，高于平衡含水率，则日后特别是干燥的季节，水份减少、干缩明显，就会出现接缝不严。但若原来木材含水率过低，木材吸水后膨胀，或温度升高后膨胀，亦就出现起拱。接缝不严与起拱是问题的两个方面，即木地板的制作需考虑使用环境的湿度，含水率过高或过低都是不利的，应控制适当范围，此外应注意其防潮。对较常见的木地板接缝不严，选企口地板较平口地板更为有利。 

 

14.为什么石油沥青与煤沥青不能随意混合？

答：煤沥青与矿料的粘结较强，适量掺入石油沥青中，可增强石油沥青的粘结力，但不应随意混合，否则产生沉渣、变质现象，其粘结性急剧下降甚至完全失去粘结力。

15.土木工程中选用石油沥青牌号的原则是什么？在地下防潮工程中，如何选择石油沥青的牌号？

答：土木工程选用石油沥青的原则包括工程特点、使用部位及环境条件要求，对照石油沥青的技术性能指标在满足主要性能要求的前提下，尽量选用较大牌号的石油沥青，以保证有较长的使用年限。
　　地下防潮防水工程要求沥青粘性较大、塑性较大，使用时沥青既能与基层牢固粘结，又能适应建筑物的变形，以保证防水层完整。 

 

16.某工程队于7月份在湖南某工地施工，经现场试验确定了一个掺木质素磺酸钠的混凝土配方，经使用一个月情况均正常。该工程后因资金问题暂停5个月，随后继续使用原混凝土配方开工。发觉混凝土的凝结时间明显延长，影响了工程进度。请分析原因，并提出解决办法。

答：因木质素磺酸盐有缓凝作用，7—8月份气温较高，水泥水化速度快，适当的缓凝作用是有益的。但到冬季，气温明显下降，故凝结时间就大为延长，解决的办法可考虑改换早强型减水剂或适当减少减水剂用量。 

 

17.豫西水利枢纽工程"进水口、洞群和溢洪道"标段（Ⅱ标）为提高泄水建筑物抵抗黄河泥沙及高速水流的冲刷能力，浇筑了28天抗压强度达70MPa的混凝土约50万m3。但都出现了一定数量的裂缝。裂缝产生有多方面的原因，其中原材料的选用是一个方面。请就其胶凝材料的选用分析其裂缝产生的原因。水泥：采用了早强型普通硅酸盐水泥

答：对于大体积泄水建筑物，设计和选用无水化热控制要求的普通硅酸盐水泥，不利于混凝土温度控制。早强型普通硅酸盐水泥水化速度快，其早期温度拉应力增长往往大于其带来的抗拉强度增长。此类混凝土宜选用中热硅酸盐水泥。 

　

计算题

 

18.测得一松木试件，其含水率为11％，此时其顺纹抗压强度为64.8 MPa，试问：（1）标准含水量状态下其抗压强度为多少？（2）当松木含水率分别为20％，30％,40％时的强度各为多少？（该松木的纤维饱和点为30％，松木的α为0.05）

  (1)标准含水量状态下的抗压强度
　　　　　　　　　　　　　　　　 

  已知：W＝11％，σ11=64.8 MPa,  α=0.05。则　
　　　　　　　　 　 　　　　

 

 (2) 当W＝20％时
　　　　　　　　
　 

      当W＝30％时
　　　　　　　　

 当W＝40％时
　　　　　　　 　σ40=σ30=32.4 Mpa　

（3）当含水率由11％上升至12％、15％、20％、30％、40％时，其顺纹抗压强度变化规律为：在含水率小于30％时，随着该木材含水率的增大，木材的抗压强度明显降低；当含水率增大到３0％后，其抗压强度不再下降。

 

19.某岩石在气干、绝干、水饱和状态下测得的抗压强度分别为172、178、168MPa。该岩石可否用于水下工程？

 

 

 

 

 

[评注] 软化系数为材料吸水饱和状态下的抗压强度与材料在绝对干燥状态下的抗压强度之比。与材料在气干状态下的抗压强度无关。

  20.从新进货的一批钢筋中抽样，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42.4 kN，41.5 kN；抗拉极限荷载分别为60.0 kN，61.6 kN,钢筋公称直径为12 mm，标距为60 mm，拉断时长度分别为66.0 mm，67.0 mm。计算该钢筋的屈服强度，抗拉强度及伸长率。 

 

 钢筋的屈服强度　
　　　　　　　　　　

 钢筋的抗拉强度

  

 钢筋的伸长率 
    

和易性不良的混凝土拌合物，施工后会出现什么情况？

答：填充不密实，产生蜂窝、麻面、空洞等缺陷。表面出现疏松层，粗骨料颗粒和水平钢筋的下面会出现水囊或水膜等，界面结构不密实。造成组成不均匀，上层水泥浆多于底层，下层骨料多于上层，表面水泥浆中含水量多于内部。

 

    为什么混凝土拌合物会出现和易性不良？

答：混凝土拌合物由固相与液相组成，二者的比例不当影响拌合物的和易性。

固相与液相的密度相差较大，而且骨料粒径较大，容易在自重作用下，发生层析。

 

     在水泥浆用量一定的条件下，为什么砂率过小和过大都会使混合料的流动性变差？

答：在水泥浆用量一定的条件下，当砂率很小时砂浆数量不足以填满石子的空隙体积或甚少富余，在此情况下，石子接触点处的砂浆太少，混合料的流动性很小。当砂率过大时，集料的总表面积及空隙率增大，耗用于包裹细集料表面的水泥砂浆数量增多，砂粒接触点处的水泥浆不足，甚至水泥浆不足以包裹所有砂粒，使砂浆干涩，混合料的流动性随之变差。

 

    水泥浆用量越多越好吗？ 

答：NO.增加水泥浆用量，就增加了骨料表面包裹层的厚度，增大了润滑作用，这有利于拌和物的和易性。但水泥浆过多，超过了骨料表面包裹层所需的量，则不仅使拌和物的流动性无明显增加，而且会出现流淌和泌水现象，同时会造成水泥浆的浪费，是不利的。 

 

某混凝土搅拌站原使用砂的细度模数为2.5，后改用细度模数为2.1的砂。改砂后原混凝土配方不变，发觉混凝土坍落度明显变小。请分析原因。
答：因砂粒径变细后，砂的总表面积增大，当水泥浆量不变，包裹砂表面的水泥浆层变薄，流动性就变差，即坍落度变小。 

 

    某工地现配C20混凝土，选用42.5硅酸盐水泥，水泥用量260kg/m3，水灰比0.50，砂率30％，所用石20～40mm，为间断级配，浇注后检查其水泥混凝土，发现混凝土结构中蜂窝、空洞较多，请从材料方面分析原因。

答:①采用高强度等级水泥配制较低强度等级的水泥混凝土，水泥用量少; 
　  ②石的级配不好，而砂率又偏小，故空隙率大，不易将混凝土振捣密实。