土木工程材料（叶青）课后答案

将显著减小，塑性变形急剧增加，产生―颈缩‖现象。

OA：弹性模量E，E =ζ/ε是材料抵抗变形的能力，计算变形的重要指标； AB：屈服强度ReL，钢材强度取值的依据，结构设计的重要指标； BC：抗拉强度Rm，抗裂度计算的依据，变形验算的重要指标；

屈强比ReL/Rm，评价钢材受力特征的一个重要参数，能反映钢材的利用率和结构安全可靠程度。屈强比愈小，反映钢材在应力超过屈服强度工作时的可靠性愈大，即延缓结构损坏过程的潜力愈大，因而结构愈安全。但屈强比过小时，钢材强度的有效利用率低，造成钢材浪费。

例题10-2为什么说屈服强度ReL、抗拉强度Rm和断后伸长率A是建筑用钢材重要技术性能指标？

答：屈服强度ReL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ReL；屈服点与抗拉强度的比值（ReL/Rm）称为屈强比。它反应钢材的利用率和使用中安全可靠程度；断后伸长率（A）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ReL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。但断后伸长率不能过大，否则会使钢材在使用中超过允许的变形值。

例题10-3试述冷弯性能的表示方法，及进行冷弯试验的目的是什么？

答：冷弯性能指钢材在常温下承受弯曲变形的能力。通常用弯曲角度（180°、90°、45°、23°）及弯心直径与试件厚度的比值（0、0.5、1、2、3…）这两个指标来衡量，若弯曲处的外表面无裂断、裂缝或起层，即认为冷弯性能合格。

能揭示内应力，杂质等缺陷，可用于焊接质量的检验，能揭示焊件在受弯表面裂纹，杂质等缺陷。

例题10-4钢材的主要技术性能有哪些？简述碳的含量对钢材性能的影响及钢材选用时的总要求？

答：钢材的主要技术性能有：?力学性能，包括强度、塑性、韧性和硬度。?工艺性能，包括冷弯性能和焊接性能。

碳的含量对钢材性能的影响是：当含碳量小于0.8%时，随含碳量的增加，钢的强度和硬度增大，而塑性和韧性下降。当含碳量大于1%时，随含碳量的增加，钢的强度下降，可焊性和耐蚀性降低，冷脆性和时效倾向增大。

钢材选用时的总要求：较高的强度、足够的塑性，具有良好的焊接性，必要时具有一定的冲击韧性。

例题10-5何谓钢筋的冷加工和时效处理?钢筋经冷拉后其力学性质有何变化?

答：将钢筋在常温下进行冷拉、冷拔、冷轧等，使其应力超过屈服点，然后卸荷。如果立即重新加荷，屈服点提高。如将上述经冷拉的钢筋放置一段时间（时效）后再进行拉伸，屈服点、抗拉强度明显提高，而伸长率下降。

钢筋经冷加工和时效过程，屈服点（屈服强度）可提高20%~50%，可节约钢材10%~20%，但伸长率降低，变硬、变脆，容易产生断裂。

例题10-6碳素结构钢的牌号如何表示？为什么碳素结构钢中Q235号钢被广泛应用于土木工程？

答：碳素结构钢牌号由字母和数字组合而成，按顺序为：屈服点符号、屈服强度数值、质量等级符号及脱氧方法。依据屈服强度的数值大小划分四个牌号：Q195、Q215、Q235、Q275；按质量等级分为A、B、C、D四级；按脱氧程度分为沸腾钢(F)、镇静钢(Z)、半镇静钢(b)、特殊镇静钢(TZ)四类，Z和TZ在钢号中可省略。例如：Q235-A·F表示屈服强度为235 MPa、质量等级为A的沸腾钢。

碳素结构钢中Q235号钢强度适中，有良好的承载力，又具有较好的塑性和韧性，可焊性和可加工性也较好，是钢结构常用的牌号，大量制作成钢筋、型钢和钢板用于建造房屋和桥梁等。

例题10-7建筑钢材产生锈蚀的原因有哪些？如何防锈？

答：根据钢材与周围介质作用的不同，一般把腐蚀分为化学腐蚀和电化学腐蚀两种。

化学腐蚀是指钢材与周围介质直接起化学反应而产生的腐蚀。如在高温中与干燥的O2、NO2、SO2、H2S等气体以及与非电解质的液体发生化学反应，在钢材的表面生成氧化铁、硫化铁。

电化学腐蚀的原因是钢材内部不同合金组织的电极电位不同，当钢材处于电解质溶液中时构成微原电池。铁素体呈阳极，渗碳体(或其它杂质)为阴极，在钢材内电子自铁素体移向渗碳体。铁素体发生氧化反应，生成Fe2+并不断投入溶液；渗碳体上聚集的电子与溶液中的H+作用，放出氢气，或当溶液中有氧气时，电子与

－

O2及H+作用结合成水。溶液中OH和Fe2+作用生成Fe(OH)2，进而又被氧化成Fe(OH)3，附着在钢材表面， - 28 -

即为铁锈。钢材中渗碳体及杂质含量较多时，腐蚀较快。

防锈的方法：①采用耐候钢；② 涂敷保护层；③掺入阻锈剂。

例题10-8：直径为25mm的钢筋试件，做拉伸试验，测得屈服点和最大破坏荷载分别为210 kN和290kN，拉断后，测得标距增量( ΔL=L1－L0)为25.0mm。试求该钢材的屈服强度和断后伸长率。

解：ReL=ζs=Fs/A=210×1000/（3.142×12.5×12.5）=427.8=430MPa。

A=δ5=（L1－L0）/L0=25.0/（5×25）=20.0%。

例题10-9：直径为20mm的钢筋（HRB335）试件，做拉伸试验，测得最大荷载为168kN。试求该钢材的抗拉强度、（预测）屈服点荷载的最小值、（预测）达到合理屈强比（0.65~0.75）最小值时的屈服点荷载、并预测拉断后试件标距增量(ΔL=L1－L0)的最小值（注：伸长率为δ5）。

解：抗拉强度=168×1000/（3.142×10×10）=534.7=535MPa （预测）屈服点荷载的最小值=335×（3.142×10×10）/1000=105.3kN。 （预测）达到合理屈强比（0.65~0.75）最小值时的屈服点荷载

=535×0.65×（3.142×10×10）/1000=109.3kN。 预测拉断后试件标距增量(ΔL=L1－L0)的最小值=17%×5×20=17.0mm。

（取整数并将个位数修约为5-----计算至5。402.5=400，402.6=405，407.4=405，407.5=410）

例题10-10：一根总长度为360mm、重量为1388g的钢筋试件（密度为7.85g/cm3）。做拉伸试验，测得屈服点和最大破坏荷载分别为200和250kN，拉断后，测得标距增量(ΔL= L1-L0)为23.0mm。求该钢材的屈服强度、抗拉强度和断后伸长率。

解：ρ=m/V=1388/（36×3.142r2）=7.85 2r=25 mm

ReL=ζs=Fs/A=200×1000/（3.142×12.5×12.5）=407.4=405 MPa。 Rm=ζb=Fb/A=250×1000/（3.142×12.5×12.5）=509.2=510 MPa。 A=δ5=（L1－L0）/L0=23.0/（5×25）=18.4%=18.0%。

§11 墙体材料

例题11-1：烧结普通砖的技术要求有哪几项？如何评价烧结普通砖的质量等级？

答：烧结普通砖的技术要求包括尺寸偏差、外观质量、强度、抗风化性能、泛霜和石灰爆裂。根据尺寸偏差、外观质量、泛霜和石灰爆裂分为优等品（A）、一等品（B）、合格品（C）三个质量等级。

例题11-2：如何判定烧结普通砖的强度等级?

答：烧结普通砖根据10块砖样的抗压强度平均值和标准值或10块砖样的抗压强度平均值和单块最小抗压强度值分为MU30、MU25、MU20、MUl5、MU10五个强度等级。当变异系数≤0.21时，按抗压强度的平均值和标准值来评定砖的强度等级；当变异系数＞0.21时，按抗压强度的平均值和单块最小值来评定砖的强度等级。

例题11-3：为什么不经焙烧，蒸压灰砂砖也能产生强度？

答：蒸压灰砂砖是以石灰和砂为主要原料，经坯料制备、压制成型、蒸压养护而成的。在常温常压下砂（晶态二氧化硅）几乎不与Ca(OH)2反应。而在蒸压养护条件（温度175℃左右和0.8～1.0MPa压力）下，经过数小时的养护，砂与Ca(OH)2反应生成水化硅酸钙或称托勃莫来石，从而使砖产生强度。

例题11-4：混凝土多孔砖为什么要控制相对含水率？

答：相对含水率指混凝土多孔砖含水率与混凝土多孔砖的吸水率之比值，是影响混凝土多孔砖收缩的主要因素。混凝土多孔砖的收缩会使砌体较易产生裂缝，混凝土多孔砖的干燥收缩率不应大于0.045%，因此控制相对含水率对防止砌体开裂十分重要。

例题11-5：烧结多孔砖、烧结空心砖以及砌块与烧结普通砖相比，在使用上有何技术经济意义?

答：与烧结普通砖相比，烧结多孔砖、烧结空心砖及砌块可节约粘土与燃料，烧成率高，保温隔热性能好，抗震性能好，施工效率高，符合节能建筑要求。

例题11-6：简述常用砌块的特性。

答：砌块是用于砌筑的、规格尺寸比砖大的块材，一般为直角六面体，也有各种异形的。它原材料丰富，制作简单，施工效率高，且适用性强，具有自重轻、保温性能好、抗震性能好、防火隔音性能好等特点。 - 29 -

例题11-7：一组砖的抗压破坏荷载分别为150、165、178、181、192、203、214、225、236和270kN。该组砖尺寸标准（假设受压面积均为120×115mm2）。试确定该组砖的强度等级，并选择该试样所用试验机的吨位。

解：用计算器算得， 1 2 3 4 5 6 F/kN 150 165 178 181 192 203 F/MPa 10.87 11.96 12.90 13.12 13.91 14.71 f平均 =14.60MPa，s =2.61MPa。δ=s/ f平均=2.61/14.60=0.18 ＜ 0.21 fk=f平均－1.80s =14.60－1.80×2.61=9.9MPa 查表后评定改组砖的强度等级为MU10。

选择该试样所用试验机的吨位为600 kN或500 kN。

7 214 15.51 8 225 16.30 9 236 17.10 10 270 19.57

§12 木材

例题12-1 木材按树种分为哪几类？其特点如何？答： 树种 针叶树 阔叶树 特 点 材质 树干直而高，材质均匀，纹理平顺、质软 树干通直较短、质硬 性能 强度较高、耐腐蚀性好、胀缩变形小、易加工 强度高、胀缩变形大、难加工 应 用 结构构件装饰、门窗 装饰、家具、板材 例题12-2何为木材的纤维饱和点、平衡含水率和标准含水率？它们在土木工程实际应用中有何意义？答： 含水量种类 平衡含水率 纤维饱和点 标准含水率 含义 木材含水率与环境温度平衡 细胞壁中吸附水饱和，自由水为零时 木材含水率为15% 特点 随空气湿度而变化 平衡时与空气湿度相等 木材性质变化的转折点一般为30% 衡量木材强度时的标准含水率 意义 间接反映空气湿度 对木材变形、强度等性能有着不同的影响 为了对不同树种在强度上具有可比性、耐久性的含水率 例题12-3木材含水率对其物理力学性能有哪些影响？工程中可采取哪些措施来消除木材中含水造成的不利影响？

答：木材的强度受含水率的影响很大，其规律是：含水率在纤维饱和点以下时，随含水率降低，即吸附水减少，细胞壁趋于紧密，木材强度增大；反之，则强度减小。当含水率在纤维饱和点以上变化时，木材的强度基本不变。

木材的湿涨干缩，其规律是：在纤维饱和点以上，木材水分的增减只是自由水的增减，对木材体积变化无影响。在纤维饱和点以下，木材水分的增减是吸附水的增减。含水率增

大，吸附水增多，木材体积膨胀；含水率减小，则吸附水减小，木材体积将收缩。

木材干燥的方法：①自然堆放干燥；②热气流循环窑干。干燥的基本要求是：木材干燥至其含水率与当地环境的湿度相适应的平衡含水率。

例题12-4木材的强度有哪几种？影响木材强度的因素有哪些？

答：木材不仅有抗拉、抗压、抗弯和抗剪四种强度，而且均具有明显的方向性。 抗拉强度——顺纹方向最大，横纹方向最小。 抗压强度——顺纹方向大，横纹方向小。 抗剪强度——横纹方向大，顺纹方向小。

抗弯强度——很大。因中性轴以上为顺纹抗压，以下为顺纹抗拉，都是很强的，所以抗弯很好。

影响木材强度因素：①构造因素：细胞壁增加，材质均匀、强度增加；②负荷时间：负荷时间越长，变形越大，强度降低；③环境温度：长期温度超过30℃、不应采用木结构；④缺陷：缺陷造成材质不连续、不均匀、强度降低。

例题12-5造成木材腐蚀的原因有哪些？如何防止这些腐蚀？

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答：木材是天然生长的有机材料，易受真菌、昆虫侵害而腐朽变质。影响木材的真菌有霉菌和腐朽菌。木材防腐的途径是破坏真菌生存和繁殖条件。

常见的防腐措施有：

①干燥法。采用蒸汽、微波、超高温处理等方法将木材干燥至含水率20℅以下，并长期保持干燥。 ②水浸法。将木材浸没在水中或深埋地下。

③化学防腐法。将木材用化学防腐剂涂刷或浸渍，从而起到防腐、防虫的目的。常用的防腐剂有水溶性和油溶性两类。水溶性防腐剂有氟化钠、硼铬合剂、氯化锌及铜铬合剂等。油溶性防腐剂有林丹、五氯酚合剂等。

例题12-6举例说出至少5种人造板材的用途，并分析人造板材与天然板材在应用中的优缺点？

答：①胶合板：原木旋切成薄片、经干燥、奇数层数胶结、各层纤维互相垂直、经粒合热压。特点：板材幅面大，易加工；板的纵向和横向抗拉强度和抗剪强度均匀，板面平整，吸湿变形小，不易开裂翘曲。胶合板在室内装饰中可用来作天棚面、墙面、墙裙面、造型面，也可用来作家具的侧板、门板、顶板、底板、脊板以及用厚夹板制成板式家具；胶合板面上可油漆成各种类型的漆面，可裱贴各种墙纸、墙布，可粘贴各种塑料装饰板，可进行涂料的喷涂处理。

②细木工板：芯板为木板拼接、两面胶粘一层或两层单板。特点：细木工板集实木板和胶合板之优点于一身，具有较大的硬度和强度，质轻，耐久且易加工。应用于家具面板、门窗套框部位的装饰材料

③纤维板：以植物纤维为原料，经破碎、浸泡、研磨、加压成型、干燥处理而成。特点：材质构造均匀，强度高，耐磨性好，不腐朽、无木节、无虫眼缺陷。缺点是吸水率较大，易受潮变形。硬质纤维板用于建筑物的室内装修、车船装修和制作家具，也可用于制造活动房屋；半硬质纤维板可作为其他复合板材的基材及复合地板；软质纤维板用于建筑物的吸声、保温及装修。

④刨花板：属于中低档次装饰材料，将木材加工后的剩余物、木屑等，经切碎、筛选后拌入胶料、硬化剂、防水剂等经成型、热压而成的一种人造板材。特点：具有板面平整挺实，强度高，板幅大，质轻，保温，较经济，加工性能好等特点。一般主要用作绝热、吸声材料，也可用于吊顶、隔墙等。

⑤木丝板：是将木材碎料刨锯成木丝，经化学处理，用水泥、水玻璃胶结压制而成，表面木丝纤维清晰，有凹凸，呈灰色。特点：具有质轻，隔热，吸声，隔音，韧性强，美观，可任意粉刷、喷漆，不易变质腐烂，防火性能好，施工简便，成本低等特点。主要用于：天花板，壁板，隔断，家具装饰侧板，广告或浮雕底板等。

§13 绝热材料和吸声材料

例题13-1：什么是绝热材料？影响材料绝热性能的主要因素有哪些？

答：绝热材料是用于减少建筑物室内与环境热交换的一种功能材料，把用于控制室内热量外流的材料叫

做保温材料，把用于防止环境热量进入室内的材料叫做隔热材料。影响材料绝热性能的主要因素有（1）分子结构；（2）表观密度；（3）湿度；（4）温度；（5）热流方向。

例题13-2：工程上对绝热材料有哪些要求？常用绝热材料品种有哪些？

答：工程上使用的绝热材料，要求其导热系数不大于0.23W/(m·K)，表观密度不大于600kg/m3，抗压强度不小于0.3MPa。常用绝热材料有矿棉、石棉、玻璃棉及其制品，膨胀蛭石、膨胀珍珠岩及其制品，微孔硅酸钙制品、泡沫玻璃、加气混凝土等。

例题13-3：绝热材料与吸声材料在结构上有何区别？

答：吸声材料与绝热材料，都属于多孔性材料，但在材料的孔隙特征上有着完全不同的要求。绝热材料要求具有封闭的不相连通的气孔，这种气孔愈多其绝热性能愈好；而吸声材料则要求具有开放的互相连通的气孔，这种气孔愈多其吸声性能愈好。

例题13-4：什么是吸声材料？材料的吸声性能用什么指标表示？

答：吸声材料是能在空气中有效地吸收声能的材料。当声波遇到材料表面时，被吸收声能与入射声能之比，称为吸声系数，吸声系数越高，则吸声性能越好。

例题13-5：使用绝热材料和吸声材料时各应注意哪些问题？

答：使用绝热材料时，应首选导热系数小的材料。同时要注意防水处理得当，以免吸水后降低绝热性。使用吸声材料时，要选用吸声系数大的材料，尤其吸收中、低声频能力强的材料。材料应设在接触声波多和避免使用中不易碰撞的高度以上墙面和天棚。同时要防止灰尘、水气的孔内堵塞而降低吸声效果。

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