第1章材料的基本性質【習題】1-1材料的密度、表觀密度、堆積密度有何區別？如何測定？答：密度是指材料在絕對密實狀態下，單位體積的質量；表觀密度是指材料在自然狀態下，單位體積的質量，也稱體積密度；堆積密度是指散粒材料在自然堆積狀態下單位體積的質量。測定材料密度時，應先把材料磨成細粉（粒徑小于0.2mm），經干燥至恒重后用比重瓶（李氏瓶）測定其體積，然后將重量除以體積計算得到密度值。測定表觀密度時，對于外形規則的材料，只需要用尺測量其體積，再稱其質量，即可算得。對于不規則材料，先稱取干燥材料的重量，再采用排水法測定其體積，在測定前材料表面應預先涂上蠟，以防止水分滲入材料內部而使測值不準。對于堆積密度的測定，通過已標定容積的容器測定散粒材料的體積，再稱出材料重量，即可計算出堆積密度。1-2材料的孔隙率和空隙率有何區別？如何計算？答：孔隙率是指材料體積內，孔隙體積所占的比例。其公式表示為：P=空隙率是指散粒狀材料在某堆積體積中，顆粒之間的空隙體積所占的比例。其公式表示為：P1-3什么是耐水材料？如何表示？答：材料長期在水作用下不破壞，強度也不顯著降低的性質稱為耐水性，材料的耐水性用軟化系數表示，工程中通常將KR＞0.85的材料稱為耐水材料。1-4影響材料吸水性的主要因素有哪些？材料含水對哪些性質有影響？影響如何？答：影響材料吸水性的主要因素有：①材料本身的性質，即材料是親水性還是憎水性的；②材料孔隙率大小，材料孔隙率越大，吸水性越大；③材料孔隙特征，開口連通細孔吸水性大，當開孔孔隙率一定時，孔越細吸水率越大。材料含水會影響材料的表觀密度、堆積密度、抗凍性、導熱性和強度等。材料含水會使材料的表觀密度、堆積密度、導熱系數變大，而抗凍性和強度會下降。1-5簡述材料的吸水性、吸濕性、抗凍性、導熱性的含義及表示方法。答：材料的吸水性是指材料在水中能吸收水分的性質，材料的吸水性用吸水率來表示，包括質量吸水率和體積吸水率。材料的吸濕性是指材料在潮濕的空氣中吸收水分的性質，材料的吸濕性用含水率表示。材料的抗凍性是指材料在水飽和狀態下，能經受多次凍融循環作用而不破壞，也不嚴重降低強度的性質，材料的抗凍性用抗凍等級表示。材料的導熱性是指當材料兩面存在溫度差時，熱量將由溫度高的一側，通過材料傳遞到溫度低的一側，材料這種傳導熱量的能力，稱為材料的導熱性，材料的導熱性用導熱系數表示。1-6普通磚進行抗壓強度試驗，干燥狀態時的破壞荷載為207KN，吸水飽和時的破壞荷載為172.5KN。若試驗時磚的受壓面積均為A＝11.5×12cm，問此磚用在建筑物中常與水接觸的部位是否可行？答：干燥時的抗壓強度f吸水飽和后的抗壓強度f軟化系數K=常與水接觸的部位，材料的軟化系數要求大于0.85，該材料的軟化系數0.833<0.85，所以該材料不能滿足要求。1-7一塊標準尺寸為240×115×53mm的普通粘土磚，吸水飽和后重為2900g，烘干至恒重為2500g，將該磚磨細過篩再烘干后取50g，用李氏瓶測得其體積為18.5cm3。求磚的吸水率、密度、體積密度及孔隙率。答：質量吸水率W密度ρ=體積密度ρ孔隙率P=1-8用容積為10L，質量為6.20kg的標準容器，用規定的方法裝入干燥礫石并刮平，稱得總質量為21.30kg，然后向容器內注水至平滿，使礫石吸水飽和后，稱其總質量為26.70kg，將礫石取出擦干表面稱得質量為17.30kg(此狀態下認為開口孔飽水，飽和面干狀態)，求該礫石的體積密度、堆積密度、空隙率、開口孔隙率。答：堆積密度ρV含水=(26.7V空隙=5.4-體積密度ρ空隙率P開口孔隙率P1-9當某一材料的孔隙率增大時，下表內其他性質將如何變化？孔隙率密度表觀密度強度吸水率抗凍性導熱性增大不變變小變小不確定不確定變小解析：材料的吸水率和抗凍性除了受孔隙率影響，還跟孔隙特征有密切關系。如果僅是因為閉口孔隙導致的孔隙率增加，吸水率和抗凍性不發生變化。1-10什么叫材料的耐久性？提高材料的耐久性有何意義？答：材料的耐久性泛指材料在使用條件下，受各種內在或外來自然因素及有害介質的作用，能長久地不改變其原有性質、不破壞，長久地保持其使用性能的性質。在設計建筑物使用材料時，必須考慮材料的耐久性問題，因為只在選用耐久性好的材料，才能保證材料的經久耐用。提高材料的耐久性，可以節約工程材料、保證建筑物長期安全、減少維修費用、延長建筑物使用壽命。第2章氣硬性膠凝材料【習題】2-1何謂氣硬性膠凝材料、水硬性膠凝材料？兩者差異是什么？答：所謂氣硬性膠凝材料，是指只能在空氣中硬化并保持或繼續提高其強度的膠凝材料，氣硬性膠凝材料一般只適合用于地上或干燥環境，不宜用于潮濕環境，更不可用于水中。水硬性膠凝材料是指不僅能在空氣中硬化，而且能更好地在水中硬化并保持或繼續提高其強度的膠凝材料，水硬性膠凝材料既適用于地上，也適用于地下或水中。2-2生石灰、熟石灰、建筑石膏的主要成分是什么？答：生石灰的主要成分是CaO；熟石灰的主要成分是為Ca（OH）2；建筑石膏的主要成分是β型的CaSO4·0.5H2O。2-3石灰漿體是如何硬化的？石灰有哪些特性？其用途如何？答：石灰漿在空氣中的硬化是物理變化（干燥結晶作用）和化學反應（碳化作用）兩者同時進行的過程。結晶過程是指石灰膏中的游離水分一部分蒸發掉，一部分被砌體吸收。氫氧化鈣從過飽和溶液中結晶析出，晶相顆粒逐漸靠攏結合成固體，強度隨之提高。碳化過程是指氫氧化鈣與空氣中的二氧化碳反應生成不溶于水的、強度和硬度較高的碳酸鈣，析出的水分逐漸蒸發。石灰具有以下特性：（1）保水性、可塑性好；（2）硬化慢、強度低；（3）體積收縮大；（4）耐水性差；（5）吸濕性強。石灰的用途：（1）拌制灰漿、砂漿；（2）拌制灰土、三合土；（3）加固含水的軟土地基；（4）磨制生石灰粉；（5）生產硅酸鹽制品。（6）制作碳化石灰板材。2-4石灰在使用前為什么要“過篩和陳伏”？答：生石灰中不可避免含有過火石灰及其他雜質，過火石灰因為隨煅燒溫度的提高和時間的延長，已分解的CaO體積收縮，CaO晶粒粗大，毛體積密度增大，質地致密，表面常被粘土雜質融化形成的玻璃釉狀物包覆，因此過火石灰與水反應速度慢，熟化速度慢。當過火石灰用于工程中，其顆粒會在石灰漿硬化后才吸收水分發生水化作用，于是會產生體積膨脹引起局部鼓泡或脫落，影響工程質量。為消除這類雜質的危害，石灰在使用前應進行過篩和陳伏。2-5某建筑內墻面使用石灰砂漿，經過一段時間后發生了這些情況：（1）墻面出現了開花和麻點；（2）墻面出現了不規則的裂紋。試分析原因。答：墻面出現了開花和麻點的原因主要是石灰尚未完全熟化就用于抹面，經過一段時間后，抹灰層中的這些未熟化的石灰會吸收空氣中的水分繼續熟化，體積膨脹，致使抹灰層出現開花和麻點。墻面出現了不規則的裂紋主要是石灰硬化過程中體積大量收縮所致。2-6建筑石膏與高強石膏有何不同？答：建筑石膏是以β型半水硫酸鈣為主要成分，是將天然二水石膏(或主要成分為二水石膏的化工石膏)加熱，溫度為65～75℃時，開始脫水，至107～170℃時，脫去部分結晶水而得。而高強石膏是以α型半水硫酸鈣為主要成分，是將二水石膏置于蒸壓釜中，在0.13MPa的水蒸汽中（124℃）加熱脫水而成生α型半水石膏晶粒較β型半水石膏粗大、比表面積小，使用時拌和用水量少（石膏用量的35%～45%），硬化后有較高的密實度，所以強度較高。2-7簡述建筑石膏水化、凝結與硬化的過程。建筑石膏加水后，首先溶于水，隨后與水發生水化反應生成二水石膏，由于水化產物二水石膏在水中的溶解度比β型半水石膏小得多，因此，β型半水石膏的飽和溶液對于二水石膏就成了過飽和溶液，從而逐漸形成晶核，晶核達到某一臨界值以后，二水石膏就結晶析出。這時溶液濃度降低，使得新的一批半水石膏又繼續溶解和水化。如此循環進行，直到β型半水石膏全部消盡。隨著水化的進行，析出的二水石膏膠體晶體的不斷增多，水分逐漸減少，漿體開始失去可塑性，此時稱為初凝。隨著漿體稠度繼續增加，顆粒之間的摩擦力、粘結力逐漸增大，彼此互相聯結，使石膏開始產生結構強度，表現為終凝。石膏終凝后，其晶粒仍在逐漸長大、連生和互相交錯，使其強度不斷增長，直至完全干燥，強度停止發展，最后成為堅硬的固體。2-8建筑石膏的等級是依據什么劃分的？答：根據國家標準GB9776-88的規定，建筑石膏按其凝結時間、細度、強度指標分為三級，即優等品、一等品、合格品。2-9為什么建筑石膏是一種很好的室內裝飾材料，但不適用于室外？答：建筑石膏硬化后表面細膩，呈白色，是一種很好的室內裝飾材料，建筑石膏加砂、緩凝劑和水拌合成石膏砂漿，用于室內抹灰，其表面光滑、細膩、潔白、美觀。石膏砂漿也可作為膩子用作油漆等的打底層。建筑石膏加緩凝劑和水拌合成石膏漿體，可作為室內粉刷的涂料。由于硬化后建筑石膏的孔隙率較大，二水石膏又微溶于水，具有很強的吸濕性和吸水性，如果處在潮濕環境中，晶體間的粘結力削弱，強度顯著降低，遇水則晶體溶解而引起破壞，所以石膏及制品的耐水性較差，不能用于潮濕室外環境中。2-10什么是水玻璃的模數？水玻璃的模數與水玻璃的性質有何關系？答：水玻璃分子式中SiO2和Na2O的分子比n稱為水玻璃模數，即二氧化硅與氧化鈉的摩爾數比，一般在1.5～3.5之間。水玻璃的模數的大小決定水玻璃的性質。n值越大，水玻璃的粘度越大，粘結能力愈強，易分解、硬化，但也難溶解，體積收縮也大。2-11水玻璃有哪些用途？答：水玻璃的用途包括：（1）配制快凝防水劑；（2）配制耐熱砂漿、耐熱混凝土或耐酸砂漿、耐酸混凝土；（3）涂刷建筑材料表面,可提高材料的抗滲和抗風化能力；（4）加固地基，提高地基的承載力和不透水性。

第3章水泥【習題】3-1生產硅酸鹽水泥的主要原料有哪些？答：生產硅酸鹽水泥的主要原料有：石灰質原料，主要提供CaO；粘土質原料，主要提供SiO2、Al2O3、Fe2O3；還有鐵礦粉作為輔助原料。3-2生產硅酸鹽水泥為什么要摻入適量石膏？答：加入適量石膏是為了延緩水泥的凝結時間。若水泥中無石膏存在或摻量太少，C3A會使水泥瞬間產生凝結（閃凝）。石膏摻量過多，會引起水泥體積安定性不良。3-3試述硅酸鹽水泥的主要礦物成分及其對水泥性能的影響。答：硅酸三鈣水化速度快、水化熱大，強度高；硅酸二鈣水化速度慢、水化熱少、早期強度低，后期強度高；鋁酸三鈣水化速度最快、水化熱也最大，但強度低；鐵鋁酸四鈣水化速較快，水化熱中等、強度發展也較快，但強度較低。3-4硅酸鹽水泥的主要水化產物有哪幾種？水泥石的結構如何？答：硅酸鹽水泥的水化產物是：水化硅酸鈣、水化鐵酸鈣凝膠；氫氧化鈣晶體、水化鋁酸鈣晶體、水化硫鋁酸鈣晶體。水泥石的結構：凝膠體、晶體，和未水化的水泥顆粒及孔隙。3-5試述水泥細度對水泥性質的影響，怎樣檢驗？答：（1）水泥顆粒的細度直接影響水泥的水化、凝結硬化、強度、干縮及水化熱等。（2）水泥顆粒越細，水化作用發展迅速充分，使凝結硬化的速度加快，早期強度越高。（3）水泥顆粒過細，容易與空氣中的水分和二氧化碳發生反應，使水泥不易久存，過細的水泥硬化時產生的干縮大，且生產能耗高，使成本提高。國家標準規定：硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥的細度通過勃氏透氣儀測定比表面積確定，要求比表面積不小于300m2/kg；而其他水泥的細度用篩析法，要求在80μm的方孔篩上的篩余不大于10%，45μm方孔篩上的篩余不大于30%。3-6造成硅酸鹽水泥體積安定性不良的原因有哪幾種，怎樣檢驗？答：造成水泥體積安定性不良，一般是由熟料中所含游離氧化鈣、游離氧化鎂過多或摻入石膏過多等原因所造成。國家標準規定，由游離的氧化鈣過多引起的水泥體積安定性不良可用雷氏法或試餅法檢驗。試餅法是用標準稠度的水泥凈漿做成試餅，經恒沸3小時后用肉眼觀察未發現裂紋，用直尺檢驗沒有彎曲；雷氏法是用雷氏夾中的水泥漿經沸煮三小時后，測定雷氏夾指針尖端的距離。3-7試述硅酸鹽水泥的強度發展規律及影響因素。答：強度發展規律為：水泥的水化和凝結硬化從顆粒表面深入到內部是有一個時間過程的，水化速度開始比較快，強度發展也比較快，以后逐漸減慢。不同水泥的強度發展不完全相同，摻較多活性混合材料的硅酸鹽水泥早期強度比較低，后期增長率高。3-8在下列工程中適宜選擇哪些水泥品種？現澆混凝土梁、板、柱，冬季施工；高層建筑基礎底板（具有大體積混凝土特性和抗滲要求）;南方受海水侵蝕鋼筋混凝土工程；高爐煉鐵爐基礎；高強度預應力混凝土梁；地下鐵道工程；冬季施工的東北某大橋的沉井基礎及橋梁墩臺。eq\o\ac(○,8)緊急搶修的軍事工程答：①現澆混凝土梁、板、柱，冬季施工，選擇硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥；②高層建筑基礎底板（具有大體積混凝土特性和抗滲要求），選擇礦渣水泥和粉煤灰水泥③南方受海水侵蝕鋼筋混凝土工程，選擇礦渣水泥和火山灰水泥④高爐煉鐵爐基礎，選擇鋁酸鹽水泥⑤高強度預應力混凝土梁，選擇硅酸鹽水泥和普通水泥⑥地下鐵道工程，選擇普通硅酸鹽水泥、火山灰水泥和粉煤灰水泥⑦冬季施工東北某大橋的沉井基礎及橋梁墩臺，選擇礦渣水泥、火山灰水泥和粉煤灰水泥⑧緊急搶修的軍事工程，選擇鋁酸鹽水泥3-9某工程用一批普通水泥，強度檢驗結果如下，試評定該批水泥的標號。齡期抗壓強度/MPa抗壓破壞荷載/KN3d4.05，4.20，4.1041.0，42.5，46.0，45.5，43.0，43.528d7.00，7.50，8.50112，115，114，113，108，115解：根據GBT

17671-1999水泥膠砂強度檢驗方法(ISO法)（1）該水泥3d的平均抗折強度（4.05+4.20+4.10）/3=4.12MPa平均值的±10%的范圍為：上限：4.12×（1＋10%）＝4.53MPa下限：4.12×（1－10%）＝3.71MPa顯然，三個試件抗折強度值中無超過平均值±10%的，因此3d抗折強度應取三個試件抗折強度值的算術平均值，即：4.12MPa（2）該水泥3d的抗壓強度根據公式fc0.625×41.0=25.63MPa0.625×42.5=26.56MPa0.625×46.0=28.75MPa0.625×45.5=28.44MPa0.625×43.0=26.88MPa0.625×43.5=27.19MPa（25.63+26.56+28.75+28.44+26.88+27.19）/6=27.24MPa平均值的±10%的范圍為：上限：27.24×（1＋10%）＝29.96MPa下限：27.24×（1－10%）＝24.52MPa顯然，三個試件抗壓強度中無超過平均值±10%的，因此3d抗壓強度應取六個試件抗壓強度值的算術平均值，即：27.24MPa（3）該水泥28d的平均抗折強度（7.00+7.50+8.50）/3=7.67MPa平均值的±10%的范圍為：上限：7.67×（1＋10%）＝8.44MPa下限：7.67×（1－10%）＝6.90MPa當三個強度值中有超出平均值士10%時，應剔除后再取平均值作為抗折強度試驗結果。（7.00+7.50）/2=7.25MPa因此28d抗折強度應取兩個試件抗折強度值的算術平均值，即：7.25MPa（4）該水泥28d的抗壓強度根據公式fc0.625×112=70MPa0.625×115=71.88MPa0.625×114=71.25MPa0.625×113=70.63MPa0.625×108=67.50MPa0.625×115=71.88MPa（70+71.88+71.25+70.63+67.50+71.88）/6=70.52MPa平均值的±10%的范圍為：上限：70.52×（1＋10%）＝77.57MPa下限：70.52×（1－10%）＝63.47MPa顯然，三個試件抗壓強度中無超過平均值±10%的，因此28d抗壓強度應取六個試件抗壓強度值的算術平均值，即：70.52MPa（5）判定根據測定計算結果，該水泥3d的抗折強度和抗壓強度分別為4.12MPa和27.24MPa，該水泥28d的抗折強度和抗壓強度分別為7.25MPa和70.52MPa，所以該水泥強度等級為52.5。3-10現有甲、乙兩個水泥廠生產的硅酸鹽水泥熟料，其礦物成分如下表所示：生產廠C3S（%）C2S（%）C3A（%）C4AF（%）甲54201016乙4528720若用上述熟料分別制成硅酸鹽水泥，試估計這兩個廠生產的水泥性能有何差異？為什么？答：強度方面：由于水化硅酸鈣是影響強度的主要因素，而C3S的含量甲>乙，C3S和C2S的總量上甲<乙，因而甲的早期強度高于乙，但后期強度乙有可能和甲相當甚至超過甲；水化熱方面：水泥熟料中放熱量主要受C3S和C3A的影響，而C3S和C3A的含量，甲>乙，因而甲的水化熱高于乙；凝結時間方面：影響凝結時間的主要是C3S和C3A的含量，而C3S和C3A的含量，甲>乙，因而甲的凝結速度高于乙；抗侵蝕能力方面：影響水泥抗侵蝕能力的是水化產物Ca(OH)2和C3AH6的含量，這主要受C3S和C3A的含量的影響，C3S和C3A的含量，甲>乙，因而甲的抗侵蝕能力低于乙。3-11硅酸鹽水泥石腐蝕的類型主要有哪幾種？產生腐蝕的主要原因是什么？防止腐蝕的措施有哪些？答：硅酸鹽水泥石腐蝕的類型有：軟水侵蝕（溶出性侵蝕）：軟水能使水化產物中的Ca(OH)2溶解，并促使水泥石中其它水化產物發生分解；鹽類腐蝕：硫酸鹽先與水泥石結構中的Ca(OH)2起置換反應生產硫酸鈣，硫酸鈣再與水化鋁酸鈣反應生成鈣釩石，發生體積膨脹；鎂鹽與水泥石中的Ca(OH)2反應生成松軟無膠凝能力的Mg(OH)2；酸類腐蝕：CO2與水泥石中的Ca(OH)2反應生成CaCO3，再與含碳酸的水反應生成易溶于水的碳酸氫鈣，硫酸或鹽酸能與水泥石中的Ca(OH)2反應；強堿腐蝕：鋁酸鹽含量較高的硅酸鹽水泥遇到強堿也會產生破壞。腐蝕的防止措施：①根據工程所處的環境，選擇合適的水泥品種；②提高水泥石的密實程度；③表面防護處理。3-12試說明下列原因：（1）生產硅酸鹽水泥必須摻入適量石膏；（2）水泥出廠前嚴格控制水泥熟料中的MgO和SO3；（3）測定凝結時間時，應采用標準稠度的水泥凈漿。（1）生產硅酸鹽水泥必須摻入適量石膏；答：由于硅酸鹽水泥熟料的重要組成之一——鋁酸三鈣在純水中反應非常快，會發生“閃凝”現象，影響水泥的正常使用，而加入石膏后，由于石膏優先與鋁酸三鈣反應生成鈣礬石，從而阻止了“閃凝”的發生，因此加入石膏可以緩凝，保證水泥的正常使用。但若石膏摻量過少，緩凝效果不明顯；而石膏過量時，將造成水泥體積安定性不良，因此摻入必須適量。（2）水泥出廠前嚴格控制水泥熟料中的MgO和SO3；答：反映水泥硬化后體積變化均勻性的物理性質指標。水泥水化硬化過程往往伴隨體積變化。如果這種變化是熟料礦物水化過程發生的均勻的體積變化，或伴隨水泥石凝結硬化過程中進行，則對建筑物質量沒有什么影響。如果在水泥混凝土硬化后由于水泥中某些有害成分的作用，在水泥石內部產生了劇烈的不均勻體積變化，就會在建筑物內產生破壞應力而導致建筑物質量下降，甚至會使建筑物開裂與崩塌。引起水泥體積安定性不良的主要因素有水泥中SO3含量過高，水泥熟料中的MgO含量過高，水泥熟料中的游離CaO含量過高。（3）測定凝結時間時，應采用標準稠度的水泥凈漿。答：水泥凝結時間與水泥漿的水灰比有關。例如，用水量過多，水泥水化速度雖然加快，但水泥顆粒間距加大，凝結時間反而延長；用水量的多少對水泥的性質影響很大，故測定凝結時間時必須測試標準稠度用水量，這樣的測定結果才有可比性。3-13什么是活性混合材料和非活性混合材料？摻入硅酸鹽水泥中能起到什么作用？答：活性混合材料中有一定的活性組分，常溫下能與水泥熟料水化時析出Ca(OH)2或在硫酸鈣的作用下生成具有膠凝性質的穩定化合物。非活性混合材料與水泥礦物成分不起化學反應或化學反應很弱，在水泥石中主要起填充作用，摻入硅酸鹽水泥中主要調節水泥強度等級，增加產量，降低水化熱等。3-14為什么摻較多活性混合材的硅酸鹽水泥早期強度比較低，后期強度發展比較快，長期強度甚至超過同標號的硅酸鹽水泥？答：摻較多活性混合材的硅酸鹽水泥中水泥熟料含量比較少，加水拌和后，熟料先水化，水化后析出的Ca(OH)2作為堿性激化劑激化活性混合材料水化，生成水化硅酸鈣和水化硫鋁酸鈣等水化產物。水化過程分兩步進行，早起強度較低而后期強度發展較快。3-15與普通水泥相比較，礦渣水泥、火山灰水泥和粉煤灰水泥在性能上有哪些不同，并分析這四種水泥的適用和禁用范圍。答：礦渣水泥保水性差、泌水性大。在施工中由于泌水而形成毛細管通道及水囊，水分的蒸發又易引起干縮，影響混凝土的抗滲性、抗凍性及耐磨性，適用于溫度較高和軟水、海水、硫酸鹽腐蝕的環境中；火山灰質水泥特點是易吸水，易反應。在潮濕條件下養護可以形成較多的水化產物，水泥石結構比較致密，從而具有較高的抗滲性和耐久性。如在干燥環境中，所吸收的水分會蒸發，體積收縮，產生裂縫，因而不宜