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2025环球网校一级建造师《矿业工程管理与实务》考点精讲-第3讲
第2章 矿业工程材料
2.1 混凝土材料
2.1.1 水泥的性能及其应用
1.水泥的基本组成及其分类
水泥是一种水硬性胶凝材料，加入适量水后，成为塑性浆体，既能在空气中硬化，又能在水中硬
化，并能将砂、石等散粒或纤维材料牢固地胶结在一起。水泥中的混合材有提高水泥产量、降低水泥
强度等级、减少水化热、改善水泥性能等作用。
水泥品种可按用途及性能或其主要水硬性物质进行分类。
1）按用途及性能分类
（1）通用水泥，一般土木建筑工程通常采用的水泥。通用水泥主要有六大类水泥，即硅酸盐水
泥（P•Ⅰ、P•Ⅱ）、普通硅酸盐水泥（P•O）、矿渣硅酸盐水泥（P•S•A、P•S•B）、火山灰质硅酸盐
水泥（P•P）、粉煤灰硅酸盐水泥（P•F）和复合硅酸盐水泥（P•C）。
表2.1-1 通用水泥的成分、技术特性及用途
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题
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【例题·多选】硅酸盐水泥的特性包括（ ）。
A.强度高
B.凝结硬化快
C.抗冻性好
D.不透水性强
E.水化热较低
【答案】ABCD
【解析】硅酸盐水泥的特性包括强度高、凝结硬化快、抗冻性好、耐磨性好和不透水性强；水化
热较高、抗水性差；耐酸碱和硫酸盐类的化学腐蚀性较差
2）按其主要水硬性物质名称分类
（1）硅酸盐水泥是以硅酸盐为主要成分的水泥熟料、一定量的混合材料和适量石膏，经共同磨
细而成。
„„„„
2.水泥的性能指标
水泥的性能主要取决于水泥熟料的组成与质量，水泥硬化后的强度则由熟料的主要矿物与水反应、
凝结所提供。与水泥有关的性能指标包括细度、凝结时间、体积安定性、强度和水化热等方面。
【例题·多选】与水泥有关的性能8 指标包括（ ）。
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1
A.细度 4 9
8
3
B.凝结时间 信
微
C.体积安定性 系
联
D.强度 题
押
E.和易性 准
精
【答案】ABCD
【解析】与水泥有关的性能指标包括细度、凝结时间、体积安定性、强度和水化热等方面。
1）细度
水泥细度表示水泥被磨细的程 度或水泥分散度的指标，水泥颗粒粒径愈细，与水起反应的表面积
愈大，水化愈快，其早期强度和后期强度都较高。
2）凝结时间
水泥的凝结时间分初凝时间和终凝时 间。初凝时间是从水泥加水拌和起至水泥浆开始失去可塑性
所需的时间；终凝时间是从水泥加水拌和起至水泥浆完全失去可塑性并开始产生强度所需的时间。水
泥初凝时间不宜过短，终凝时间不宜太长。六大 通用水泥的初凝时间均不得短8于 45min；硅酸盐水泥
1
7
9
的终凝时间不得长于6.5h，其他五类常用水泥的终 凝时间不得长于10h。
8
4
信
3
3）体积安定性（水泥安定性）
微
水泥的体积安定性是指水泥在凝结硬化过程中，体积 变化的均匀性
系
。水泥中如含有过量的游离石
联
一
灰、氧化镁或三氧化硫，在凝结硬化时会出现龟裂、弯曲、 松脆和
唯
崩溃等不安定现象。水泥硬化后产
生不均匀的体积变化，即体积安定性不良，会使混凝土构件产生 膨胀性裂缝，降低建筑工程质量，甚
至引起严重事故。体积安定性不合格的水泥属于废品，工程中不得使用体积安定性不合格的水泥。
【例题·单选】硅酸盐水泥的终凝时间不得长于（ ）。
A.10h
B.9h
C.8h
D.6.5h
【答案】D
【解析】六大通用水泥的初凝时间均不得短于45min；硅酸盐水泥的终凝时间不得长于6.5h，其
他五类常用水泥的终凝时间不得长于10h。
4）强度
根据受力形式的不同，水泥强度通常分为抗压强度、抗折强度和抗拉强度三种。水泥胶砂硬化试
体承受压缩破坏时的最大应力，称为水泥的抗压强度；水泥胶砂硬化试体承受弯曲破坏时的最大应力，
称为水泥的抗折强度；水泥胶砂硬化试体承受拉伸破坏时的最大应力，称为水泥的抗拉强度。
水泥强度是表示水泥力学性能的一种量度，是划分水泥强度等级的技术依据，按照其标准试验和
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标准养护后所测得，单位为MPa。硅酸盐水泥分三个强度等级6个类型，即42.5、42.5R、52.5、52.5R、
62.5、62.5R；其他五大水泥分三个强度等级6个类型，即32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R。
如，42.5级水泥的28d抗压强度应不小于42.5MPa。
5）水化热
水泥与水作用放出的热，称为水化热，单位为 J/g。水化放热量与放热速度主要取决于水泥熟料
的矿物成分、水泥细度、水泥中掺合料和外加剂性能。
3.矿业工程中水泥品种的选用
矿业工程涉及地面工程和井下工程，项目和所处环境条件较复杂，应根据具体情况选择合适的水
泥品种。选择水泥品种时，可参考表2.1-3。
表2.1-2水泥品种使用条件表
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题
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准
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3
微
系
联
一
唯
【例题·多选】硅酸盐水泥的缺点包括（ ）。
A.耐热性较差
B.耐腐蚀性较差
C.快硬早强
D.水化热
E.抗冻性
【答案】AB
【解析】1.快硬早强；2.水化热较高；3.抗冻性较好；４.耐热性较差；5.耐腐蚀性较差；6.干
缩性较小
2.1.2 混凝土的组成和技术要求
1.混凝土的基本性能
1）混凝土的基本组成
混凝土是由胶凝材料、水和粗、细骨料及具有特定性能的外加剂，按适当比例配合、拌制成拌合
物，经一定时间硬化而成具有一定强度的人造石材。胶凝材料主要是水泥，也可采用石膏等无机材料
或沥青、聚合物等有机材料，作用是把松散的骨料胶结成整体。骨料以砂（细骨料）、石子（粗骨料）
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为主，砂石骨料在混凝土中主要起骨架作用承受外力。
在混凝土拌和时或拌和前还可以掺入一定量的外加剂和矿物掺合料以改善混凝土的性能。
（1）水泥（见本书2.1.1）
（2）骨料
混凝土用砂按0.630mm筛孔的累计筛余量（以质量百分率计）可分为三个级配区，砂的颗粒级配
应处于级配区表中的任何一个区域内。制备混凝土拌合物时，宜选用级配良好、质地坚硬、颗粒洁净
的天然砂、人工砂和混合砂。配制混凝土时宜优先选用Ⅱ区砂。Ⅱ区砂宜用于强度等级 C30～C60 及
有抗冻、抗渗或其他要求的混凝土；I 区砂宜用于强度等级大于 C60的混凝土；Ⅲ区砂宜用于强度等
级小于C30的混凝土和建筑砂浆。对于泵送混凝土用砂，宜选用中砂。
混凝土用的粗骨料，宜选用粒形良好、质地坚硬、颗粒洁净的碎石或卵石。石子有最大粒径的要
求。混凝土用的碎石或卵石，其最大颗粒粒径不得超过构件截面最小尺寸的 1/4，且不得超过钢筋最
小净间距的 3/4；对实心混凝土板，泵送混凝土用碎石的最大粒径不应大于输送管内径的 1/3，卵石
的最大粒径不应大于输送管内径的2/5。
（3）水
混凝土拌和用水按其来源不同分为饮用水、地表水、地下水、再生水、混凝土企业设备洗涮水和
海水等。符合国家标准的生活饮用水是最常用的混凝土拌和水，可直接用于拌制、养护各种混凝土。
地表水和地下水首次使用前，应按有关8 标准进行检验后方可使用。海水可用于拌制素混凝土，但不得
7
1
用于拌制钢筋混凝土和预应力混凝土4 9。
8
3
【例题·单选】最大颗粒粒信径不得超过钢筋最小净间距的3/4（ ）。
微
A.1/4 系
联
B.2/4 题
押
C.3/4 准
精
D.1
【答案】C
【解析】混凝土用的碎石 或卵石，其最大颗粒粒径不得超过构件截面最小尺寸的 1/4，且不得超
过钢筋最小净间距的3/4
（4）矿物掺合料
矿物掺合料是混凝土的主要组成材 料，它起着改善混凝土性能的作用。矿物掺合料是具有火山灰
活性的粉体材料，以氧化硅、氧化铝为主 要成分，在混凝土中可以代替部分水泥、改善混凝土性能，
且掺量不小于5%。常用的矿物掺合料有粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、沸石粉和硅灰。掺加适量的粉煤灰
可以改善混凝土的流动性、可塑性，提高混凝土 的抗裂性和耐久性等；粉煤灰掺8入混凝土可以替代部
1
7
9
分水泥，降低混凝土的成本，同时也有利于环境保 护。沸石粉主要用于高性
8
4能混凝土，以降低新拌混
信
3
凝土的泌水与离析，提高混凝土的密实性，改善混凝土的力学性能和耐久性能；硅灰主要用于高强度
微
混凝土，能显著提高混凝土的强度和耐久性能。
系
联
一
（5）外加剂
唯
在混凝土拌和过程中掺入少量物质便能按要求改善混凝土性 能的材料称为混凝土外加剂。外加剂
的掺量一般不超过水泥质量5%。
改善混凝土拌合物流动性能的外加剂有各种减水剂、引气剂和泵送剂等；调节混凝土凝结时间、
硬化性能的外加剂有缓凝剂、早强剂和速凝剂等；改善混凝土耐久性的外加剂有引气剂、防水剂和阻
锈剂等；改善混凝土其他性能的外加剂有加气剂、膨胀剂和防冻剂等。
【例题·多选】混凝土外加剂包括（ ）。
A.减水剂
B.泵送剂
C.早强剂
D.缓凝剂
E.抗冻剂
【答案】ABCD
【解析】混凝土外加剂包括：①减水剂，②引气剂及引气减水剂
③泵送剂，④早强剂，⑤缓凝剂
2）混凝土的性能及技术要求
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混凝土的性能包括混凝土拌合物的和易性、混凝土强度、变形及耐久性等。常用混凝土的基本性
能和施工中的技术要求包括：各组成材料经拌和后形成的拌合物应具有一定的和易性，以满足拌和、
浇筑等工作要求；混凝土应在规定龄期达到设计要求的强度；硬化后的混凝土应具有适应其所处环境
的耐久性；经济合理，在保证质量前提下，降低造价。
（1）和易性
混凝土的和易性是指混凝土混合料的成分能不能保持均匀，以及在生产操作时是否容易浇灌、振
捣的性能。混凝土的和易性是一项综合指标，它包括混凝土的流动性、黏聚性和保水性。流动性反映
混凝土拌合物受重力或机械振捣时能够流动的性质。黏聚性反映混凝土拌合物抵抗离析的能力。所谓
离析，是指粗骨料与水泥砂浆分离，形成拌合料中的粗骨料下沉的分层现象。保水性反映混凝土拌合
物中的水不被析出的能力。拌合物中的水被析出，会使骨料颗粒下沉，水分浮于拌合料上部，出现所
谓的泌水情况。
影响混凝土和易性的主要因素包括水泥品种、水灰比、水泥和水的用量、砂率等。
【例题·多选】影响混凝土和易性的主要因素包括（ ）。
A.水泥品种
B.水灰比
C.水泥和水的用量
D.砂率 8
7
1
9
E.抗冻剂 4
8
3
信
【答案】ABCD
微
系
【解析】影响混凝土和易性的主要因素包括水泥品种、水灰比、水泥和水的用量、砂率等
联
题
（2）混凝土强度
押
准
混凝土的强度包括混凝土立方体抗压强度、混凝土轴心抗压强度、混凝土的劈裂强度、与钢筋的
精
粘结强度。混凝土的强度 等级是指混凝土的抗压强度，在一定养护条件下（温度为 20±2℃，周围介
质的相对湿度大于 95%，龄期 28d）根据其立方体抗压强度值确定。混凝土强度等级采用符号 C 与立
方体抗压强度表示。例如：C3 0表示混凝土立方体抗压强度标准值f =30MPa。
cu，k
响混凝土强度的因素有材料 组成（水泥强度等级、水胶比及骨料的性质等）、外加剂、掺合料、
施工方法（人工、机械等）、养护条件（温度、湿度等）、试验条件（试件尺寸、加荷速度等）等。
（3）混凝土的体积变形
混凝土的体积变形包括收缩变形、干 缩变形、温度变形等内容。混凝土的变形又分为非荷载作用
下和荷载作用下两种，非荷载作用下的变形包 括化学收缩、自收缩、塑性收缩；而荷载作用下的变形
包括弹性变形和塑性变形。混凝土的体积变形会 导 致混凝土出现裂缝。影响混
1
7凝8土体积变形的因素除
9
水泥自身的性质外，其浇筑体积大小是重要的一方 面，故控制大体积混凝土8 4变形裂缝、提高结构耐久
信
3
性是其施工的一个关键。 微
系
（4）混凝土耐久性 联
一
混凝土耐久性指的是混凝土抵抗环境介质作用并长期保 持其良唯好的使用性能和外观完整性，从而
维持混凝土结构的安全和正常使用的能力。影响混凝土耐久性的 因素有水泥含量、骨料质量、水质、
化学外加剂和其他物理原因等。混凝土耐久性包括抗渗性、抗冻性、抗侵蚀性、抗碳化性和碱-骨料
反应特性等要求。
2.混凝土配合比
混凝土配合比是指混凝土各组成材料数量之间的比例关系，混凝土的强度、耐久性等各种性能都
直接受其成分配合比的影响。
常用的表示配合比的方法有两种：一种是以1m³混凝土中各组成材料的质量表示，如水泥336kg、
砂 654kg、石子 1215kg、水 195kg；另一种方法是以水泥为基数 1，用各项材料相互间的质量比来表
示。设试验室配合比为：水泥：水：砂子：石子=1:x:y:z，现场砂子含水率为 m，石子含水率为 n，
则施工配合比调整为：1:（x-y•m-z•n）:y•（1+m）:z•（1+n）。将上述配合比换算成水泥：砂子：
石子：水，即是1:1.95（654/336）:3.62（1215/336=3.6）:0.58（195/336）。（其中m=0；n=0）
【例题·单选】如水泥 336kg、砂 654kg、石子 1215kg、水 195kg，m=0；n=0，则换算成水泥：
砂子：石子：水施工配合比为（ ）。
A.1:1.95:0.58:3.62
B.1:3.62:1.95:0.58
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C.1:0.58:1.95:3.62
D.1:1.97:3.62:0.57
【答案】D
【解析】设试验室配合比为：水泥：水：砂子：石子=1:x:y:z，现场砂子含水率为 m，石子含水
率为 n，则施工配合比调整为：1:（x-y•m-z•n）:y•（1+m）:z•（1+n）。将上述配合比换算成水泥：
砂子：石子：水，即是1:1.97（654*1.01/336）:3.62（1215/336=3.6）:0.57（195*0.99/336）。（其
中m=0.01；n=0）
混凝土水灰比（W/C=水：水泥）是决定混凝土强度及其和易性等性质的重要指标。当混凝土以胶
凝材料用量取代水泥用量时，则应采用水胶比[混凝土中水与胶凝材料的质量比，W/B=水/胶凝材料=
水/（水泥+矿物掺合料）]的概念取代水灰比。如果混凝土中不掺矿物掺合料，则该混凝土的水胶比
就是通常说的水灰比，此时，水胶比也成为影响混凝土结构密实等混凝土性能的一个重要参数。
混凝土的砂率（砂与砂石总和的质量比）也是影响混凝土浇筑及其工作性能的重要参数。
3.矿业工程对混凝土性能的要求
矿山工程的施工环境比较恶劣，受场地的限制比较严重，可是强度要求越来越高，如为降低井壁
厚度宜采用C80甚至更高强度等级的混凝土。根据不同矿业工程的施工特点，矿业工程施工还应考虑
对混凝土的一些特殊要求，主要有：
（1）在井下空气、水具有更严重7的8腐蚀作用下的混凝土耐久性要求。
1
9
（2）井筒施工采用吊桶或溜灰8 4管输运混凝土时的流动性和均匀性要求；用于锚喷网支护的喷射
3
信
混凝土的骨料和拌合物的要求。微
系
（3）冻结法凿井施工时联的低温混凝土要求等。
题
【例题·多选】根据不押同矿业工程的施工特点，矿业工程施工还应考虑对混凝土的一些特殊要求，
准
包括（ ）。 精
A.腐蚀作用下的混凝 土耐久性
B.流动性
C.均匀性
D.低温混凝土
E.低温混凝土
【答案】ABCD
【解析】根据不同矿业工程的施工特点 ，矿业工程施工还应考虑对混凝土的一些特殊要求，包括：
（1）腐蚀作用下的混凝土耐久性要求。（2） 井筒施工采用吊桶的流动性和均匀性；喷射混凝土的骨
料和拌合物的要求。（3）冻结法凿井施工时的 低 温混凝土
1
7 8
9
以低温混凝土施工为例，混凝土在低温条件下凝 结不仅强度增长缓慢，而8 4且可能引起其内部结冰，
信
3
导致混凝土疏松，强度和耐久性受到严重损失。《煤矿 井巷工程施工标微准》GB/T50511-2022规定，采
系
用冻结法凿井时，混凝土的入模温度以15℃为宜；低温季 节施工时的联入模温度应不低于10℃。
一
４.提高混凝土性能的方法 唯
提高混凝土性能包括强度、变形和耐久性几个方面。
1）提高混凝土强度
提高混凝土强度可提高水泥强度等级；尽量降低水胶比（如掺加减水剂，采用级配和质地良好的
砂、石等）；以及采用高强度石子；„„„..
2）提高混凝土抗变形性能
变形控制主要包括对干缩变形、温度变形的控制等。
干缩变形指在混凝土凝结硬化初期，如空气过于干燥或风速大、蒸发快，可导致混凝土出现塑性
收缩裂缝。„„„„„„„..
3）提高混凝土耐久性
混凝土的耐久性包含抗渗、抗侵蚀、抗腐蚀、抗冻性。影响混凝土耐久性的关键因素，是其密实
程度和组成的材质好坏。
2.2 金属材料
2.2.1 建筑钢材的性能及使用要求
1.建筑钢材及其类型
钢是含碳量在0.04%～2.3%之间的铁碳合金。
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1）常用建筑钢材
钢筋混凝土工程用钢筋主要有热轧光圆钢筋、热轧带肋钢筋、冷轧扭钢筋、冷拔螺旋钢筋、冷拉
低碳钢丝等。
2）矿山专用钢材
矿山常用的还有矿用工字钢、矿用特殊型钢（U 型钢）、轻轨等。矿用工字钢是专门设计的翼缘
宽、小高度、厚腹板的工字钢，它的几何特性既适于作梁，也适于作柱腿。U 型钢可以制作具有可缩
性的支架，竖向抗弯能力与横向抗弯能力强，横向稳定性较好。而轻便钢轨是专为井下1～3t矿车运
输提供的，也可在巷道支护中用于制作轻型支架，但承载性能较差。
【例题·多选】矿用工字钢特点包括（ ）。
A.翼缘宽
B.小高度
C.厚腹板
D.薄腹板
E.大高度
【答案】ABC
【解析】矿用工字钢是专门设计的翼缘宽、小高度、厚腹板的工字钢
2.钢材的特点及工作性能 8
7
1
建筑钢材是一种主要的受力结构4 9材料，钢材的主要优点是：强度高，塑性、耐热性、韧性好；材
8
3
质均匀，工作可靠性高；钢结构制信作简便，施工周期短，具有良好的装配性；钢具有可焊性，易于连
微
接和拼接；钢材具有不渗漏性系，便于做成密闭结构；钢材更接近于匀质和各向同性体。钢材同时也具
联
有相应的缺点：耐腐蚀性差题；耐热但不耐火；保温效果差；易产生扭曲；特有的冷桥问题。
押
建筑钢材主要工作性准能有力学性能、冲击韧性、耐疲劳性能、可焊性及耐腐蚀性。
精
【例题·多选】建筑 钢材主要工作性能包括（ ）。
A.力学性能
B.冲击韧性
C.耐疲劳性能
D.各向异性
E.耐热性
【答案】ABC
【解析】建筑钢材主要工作性能有力学性能、冲击韧性、耐疲劳性能、可焊性及耐腐蚀性。
1）力学性能 8
1
7
9
钢材抵抗外力作用的能力中，力学性能是钢材 最重要的使用性能，是衡
8
4量钢材质量好坏的最重要
信
3
指标之一。钢材力学性能指标包括：强度、塑性、硬度、冷弯性能等。一般情况下多以抗拉强度作为
微
判别钢材强度高低的指标。
系
联
一
（1）强度
唯
强度指钢材在外力作用下，抵抗永久变形和断裂的能力，分 为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、
抗剪强度和抗扭强度5种。
（2）塑性
塑性指钢材在荷载（外力）作用下，断裂前经受永久变形的能力，钢材受力所产生的永久形变，
就叫塑性形变。
（3）硬度
硬度是表示钢材表面局部体积范围抵抗外物压入能力的指标，是评价部件承受磨损作用的重要参
数。
（4）冷弯性能
冷弯性能是指钢材在常温下加工时抵抗裂缝产生的能力，由冷弯试验检验。
2）冲击韧性
冲击韧性是指钢材抵抗冲击荷载的能力。钢材的冲击韧性随温度的降低而下降，其规律是开始冲
击韧性随温度的降低而缓慢下降，但当温度降至一定的范围（狭窄的温度区间）时，钢材的冲击韧性
骤然下降很多并呈脆性，即冷脆性，这时的温度称为脆性转变温度。
3）耐疲劳性能
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钢筋的疲劳是指钢筋在承受重复、周期性的动荷载作用下，经过一定次数后突然脆性断裂的现象。
钢材在交变荷载反复作用下，在远小于抗拉强度时发生突然破坏，称疲劳破坏。耐疲劳性能对于承受
反复荷载的结构是一种很重要的性质。
4）可焊性
可焊性是指采用一般焊接工艺就可完成合格的焊缝的性能，用以评价钢材受焊接热作用的影响。
可焊性好表示焊接安全、可靠，焊时不易形成裂纹、气孔、夹渣等缺陷，焊后接头强度等力学性能不
低于母材。钢材的可焊性受碳含量和合金含量的影响，碳含量在0.12%～0.20%范围内的碳素钢，可焊
性最好；提高钢材强度的合金元素大多对可焊性有不利影响。
5）耐腐蚀性
耐腐蚀性差是钢结构的一大弱点。钢的腐蚀包括干腐蚀和湿腐蚀（指现有湿度影响下的腐蚀）。
目前防止钢材腐蚀的主要办法是采用防腐涂料，也已经有专门的耐腐蚀钢材出现，称为“耐候钢”。
3.常用钢材加工方法及技术要求
常用钢材的加工包括钢材的冷加工强化、时效强化、热处理和焊接等几种方法。钢材加工不仅用
于改变尺寸，而且可以改善如强度、韧度、硬度等性质。
1）冷加工强化
冷加工强化是将建筑钢材在常温下进行冷拉、冷拔和冷轧，提高其屈服强度，相应降低了塑性和
韧性。 8
7
1
【例题·多选】建筑钢材冷加工4 9强化性能包括（ ）。
8
3
A.提高其屈服强度 信
微
B.降低了塑性 系
联
C.降低了韧性 题
押
D.提高了韧性 准
精
E.提高了塑性
【答案】ABC
【解析】冷加工强化是将 建筑钢材在常温下进行冷拉、冷拔和冷轧，提高其屈服强度，相应降低
了塑性和韧性。
2）时效强化
时效强化是指钢材经冷加工后，屈 服强度和极限强度随着时间的延长而逐渐提高，塑性和韧性逐
渐降低的现象。因此，可将经过冷拉的钢 筋在常温下或加热到 100~200℃并保持一定时间，实现时效
处理。
3）钢材热处理 8
1
7
9
热处理的方法有退火、正火、淬火和回火。在 施工现场，有时需对焊接
8
4件进行热处理。
信
3
4）钢筋的连接
微
钢筋的连接方法有焊接、机械连接和绑扎连接。
系
联
一
5）钢筋代换
唯
当钢筋的品种、级别或规格需要变更时，应办理设计变更文件 。代换钢筋，应征得设计单位同意。
钢筋代换可参照的原则有：
（1）等强度代换。当构件受强度控制时，钢筋可按强度相等的原则进行代换。
（2）等面积代换。当构件按最小配筋率配筋时，钢筋可按面积相等的原则进行代换。
（3）当构件受抗裂、裂缝宽度或挠度控制时，钢筋代换应进行抗裂、裂缝宽度或挠度验算。
2.2.2 金属材料制品的类型及其应用
矿业工程常用金属材料制品主要是钢索和钢丝绳，钢索主要用于各类岩土锚固工程，钢丝绳常用
作矿井提升和悬吊工作等。
1.锚索结构用材
锚索是由钻孔穿过软弱岩层或滑动面，把一端（锚杆）锚固在坚硬的岩层中（称内锚头），然后
在另一个自由端（称外锚头）进行张拉，从而对岩层施加压力，对不稳定岩体进行锚固。锚索结构一
般由内锚头、锚索体和外锚头三部分共同组成。内锚头又称锚固段或锚根，是锚索锚固在岩体内提供
预应力的根基，按其结构形式分为机械式和胶结式两大类，胶结式又分为砂浆胶结和树脂胶结两类。
【例题·多选】锚索胶结式包括（ ）。
A.砂浆胶结
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B.树脂胶结
C.机械式
D.拉拔式
E.预应力式
【答案】AB
【解析】锚索胶结式又分为砂浆胶结和树脂胶结两类。
外锚头又称外锚固段，是锚索借以提供张拉吨位和锁定的部位，其种类有锚塞式、螺纹式、钢筋
混凝土圆柱体锚墩式、墩头锚式和钢构架式等。锚索体是连结内外锚头的构件，也是张拉力的承受者，
通过对锚索体的张拉来提供预应力，锚索体由高强度钢筋、钢绞线或螺纹钢筋构成。
2.提升和悬吊钢丝绳
1）按钢丝机械特性分类
按钢丝机械特性有特级、I级和Ⅱ级钢丝绳。特级的钢丝绳韧性最好，用于提升人员。
2）按钢丝断面分类
按钢丝断面有圆形、异形钢丝绳。异形钢丝绳用不规则钢丝构成密封结构，具有抗弯、抗扭及耐
磨性能好的特点，可用作钢丝绳罐道等。
3）按内芯材料分类
按内芯材料有纤维芯和钢芯两种。8 纤维芯采用黄麻、合成纤维及其他能符合要求的纤维制成，钢
7
1
芯采用独立的钢丝绳芯和钢丝股芯。4 9纤维芯钢丝绳柔软，弯曲后易恢复；钢芯钢丝绳强度大，适用于
8
3
有冲击负荷的条件。 信
微
4）按钢丝绳断面形状分类系
联
按钢丝绳断面形状有圆题形、扁形钢丝绳。扁形钢丝绳不扭转打结，可作为摩擦轮提升的尾绳。
押
5）按旋捻方向分类准
精
按旋捻方向有顺捻、 交互捻、混合捻。顺捻时较柔软，受力条件好，常用于提升和运输，但其断
丝后易发散。交互捻的刚性大，不易发散，多用于起重及需要摘挂钩的斜井提升。
（1）提升用钢丝绳：吊 桶提升宜选用多层异形股或多层股不旋转钢丝绳，斜井提升宜选用三角
股钢丝绳。
（2）悬吊用钢丝绳：悬吊设施宜采用 6 股 19 丝或每股 19 丝以上的钢丝绳；稳绳宜采用三角股
钢丝绳或椭圆股钢丝绳；双绳悬吊时， 应采用捻向相反的钢丝绳。
【例题·多选】吊桶提升宜选用（ ）。
A.多层异形股钢丝绳
B.多层股不旋转钢丝绳 8
1
7
9
C.三角股钢钢丝绳
8
4
信
3
D.椭圆股钢丝绳
微
E.捻向相反的钢丝绳
系
联
一
【答案】AB
唯
【解析】吊桶提升宜选用多层异形股或多层股不旋转钢丝绳 。
2.3.1 防治水工程材料及其应用
1.防治水工程材料的类型
矿业工程的防治水工程主要是各种形式的注浆，一般来说注浆耗材比较多，注浆工程材料应来源
丰富、制浆性能好、价格低廉、无毒无污染。常用的防治水工程材料有普通硅酸盐水泥、超细水泥、
黏土、水玻璃以及化学注浆材料等。
1）普通硅酸盐水泥
水泥作为注浆材料经常在矿业工程注浆中使用。
水泥作为注浆材料的特点有：
（1）高强度。（2）良好的渗透性。（3）施工便利。（4）成本较低。
2）超细水泥
超细水泥是一种水泥基注浆材料，是将水泥进行特殊的磨制和处理，使其颗粒尺寸更加细小的水
泥。它通常在注浆工程中，用于加固地层、填充裂隙和密封水源。超细水泥作为注浆材料有以下特点：
（1）高度精细。（2）强度和耐久性。（3）较低的收缩性。（4）成本较高。
3）黏土
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黏土作为注浆材料来源广泛，价格低廉，堵水效果好，因此也是经常作为注浆材料使用，一般来
说黏土的细度比水泥细，因此其可注性优于水泥。
黏土作为注浆材料有以下特点：
（1）高吸水性。（2）密封性能。（3）经济性。
4）水玻璃
注浆用水玻璃学名硅酸钠，俗称泡花碱，是一种无机物，化学式为Na₂O•nSiO₂。它是一种可溶性
的无机硅酸盐，具有广泛的用途。水玻璃的技术指标主要有模数和浓度。
模数 n 是水玻璃中 SiO₂含量与 Na₂O 含量之比值，水玻璃模数的大小对注浆影响很大。注浆工程
使用的水玻璃要求模数为2.4～3.4。
【例题·单选】注浆工程使用的水玻璃要求模数为（ ）。
A.2.4～3.4
B.3.4～４.4
C.４.4～5.4
D.5.4～6.4
【答案】A
【解析】模数 n 是水玻璃中 SiO₂含量与 Na₂O 含量之比值，水玻璃模数的大小对注浆影响很大。
注浆工程使用的水玻璃要求模数为2.48～ 3.4。
7
1
5）化学注浆材料 4 9
8
3
由于化学注浆材料用量少、信见效快，在比较紧急的情况下，常被用于工作面注浆，随着制造技术
微
的进步、成本的降低，其应用系越来越广泛。下面介绍3种矿业工程中最常用的化学注浆材料。
联
（1）玛丽散 题
押
玛丽散是一种低黏度准、双组分合成高分子聚亚胺胶脂材料。采用高压注浆进行堵水时，玛丽散和
精
催化剂掺在一起反应或遇 水产生膨胀，本身反应或发泡生成多元网状密弹性体的特征。当被高压推挤
注入煤岩层或混凝土裂缝后会膨胀，把缝隙填满达到止漏目的。
（2）聚氨酯
聚氨酯浆液是一种防渗堵漏能 力较强、固结强度较高的注浆材料，遇水发生反应，交联生成不溶
于水的聚合体，因此能达到防渗、堵漏和加固的目的。
聚氨酯浆液可分为水溶性聚氨酯和 油溶性聚氨酯两种浆液，两种浆液都有使用。
（3）环氧树脂
环氧树脂注浆材料也是一种常用的化学注浆材料，它由环氧树脂和相应的固化剂组成。
2.注浆材料的选用 8
1
7
9
要求如下：
8
4
信
3
（1）浆液结石体具有一定的抗压强度，以及与骨料、岩石的粘结能力。
微
（2）浆液可注性好。
系
联
一
（3）浆液的凝胶时间可控，浆液一经凝胶就在瞬间完成 。
唯
（4）浆液配制工艺简单。
（5）浆液无腐蚀性，对人体无害，无毒无污染。
（6）非易燃易爆物品。
（7）材料来源丰富、价格低廉。
一般来说，浆液品种的选择，应适应受注岩层的渗透性。当含水岩层的裂隙开度大于 0.15mm 且
水流速度小于200m/d时，宜用水泥浆液或黏土水泥浆
【例题·单选】用水泥浆液或黏土水泥浆时，含水岩层的裂隙开度应大于（ ）。
A.0.05mm
B.0.08mm。
C.0.1mm。
D.0.15mm。
【答案】D
【解析】一般来说，浆液品种的选择，应适应受注岩层的渗透性。当含水岩层的裂隙开度大于
0.15mm且水流速度小于200m/d时，宜用水泥浆液或黏土水泥浆。
2.3.2 其他材料的性能及其应用
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1.砌筑材料
构成砌体结构的材料主要包括块材、砂浆，必要时还需要混凝土和钢筋。
1）普通砖
评价普通砖质量好坏的内容包括砖的强度等级、抗风化能力、尺寸偏差与外观。砖根据抗压强度
通常分为MU30、MU25、MU20、MU15、MU10等5个强度等级，MU30表示砖的平均抗压强度不低于30MPa。
2）砌块
砌块包括水泥混凝土砌块、粉煤灰硅酸盐砌块、多孔混凝土砌块、石膏砌块等。
3）石材
根据石材形状和加工程度分为毛石和料石（六面体）两大类，料石又分为细料石半细料石、粗料
石和毛料石。
4）建筑砂浆
砂浆的主要成分是砂、胶结材料和水。砂浆用砂的基本要求与混凝土类似，受砌筑要求的限制，
砂浆的最大粒径较混凝土更小，因此，砂浆的用砂通常要求过筛。砂浆的胶结材料有水泥、石灰、石
膏、水泥石灰混合物、水泥黏土混合物等。
2.气硬性材料
1）石膏
建筑石膏是一种气硬性无机胶凝材8 料，具有良好的装饰性和抗火性，但石膏具有很强的吸湿性，
7
1
易造成粘结力削弱，强度明显降低；4 9石膏的耐水性和抗冻性也较差。因此，建筑石膏不宜用于潮湿和
8
3
温度过低的环境；石膏也不适宜信使用在温度过高的环境。
微
2）石灰 系
联
建筑工程中所用的石灰题，分成3个品种：建筑生石灰、建筑生石灰粉和建筑消石灰粉。用生石灰
押
配制建筑砂浆可显著提高准砂浆的和易性。
精
3）水玻璃
水玻璃是一种碱金属硅酸盐，一般在空气中硬化较慢。水玻璃具有良好的粘结性能和很强的耐酸
腐蚀性；
3.防水材料
1）防水材料要求
对防水材料的基本要求是其应有较 高的抗渗性和耐水性。为满足工程或施工要求，防水材料还应
有一定的强度、粘结力、柔性与延性，以 及抗冻耐高温、耐腐蚀性和耐久性等特性。
2）常用防水材料
（1）沥青 8
1
7
9
沥青属有机胶凝材料，憎水、不易溶水，具有 较强的耐酸、碱、盐的腐
8
4蚀性；它与主要建筑材料
信
3
（钢材、混凝土、石材、木材）的粘结性几乎都很好。沥青是当前有机防水材料的主体。此外，沥青
微
还作为胶结材料用于建筑工程的其他方面。
系
联
一
石油沥青根据用途分为道路沥青、建筑沥青和普通沥青 。道路
唯
沥青除适宜于道路铺筑外，也可以
作为屋面防水的粘结剂、防水纸材料；建筑沥青主要用于建筑防 水胶结料、涂料，用于制造油毡等。
（2）沥青基和改性沥青基防水材料
常用的沥青基和改性沥青基防水材料包括用于防水工程底层的冷底子油、乳化沥青；用于防水卷
材或密封材料的沥青玛脂、树脂沥青、橡胶沥青等。
（3）防水卷材
防水卷材分为沥青基、塑料基、橡胶基卷材。
（4）防水涂料
建筑工程的防水涂料主要有沥青涂料和高分子涂料，用于屋面、墙面、水池、沟槽、下水管及地
下结构等工程的防水。
（5）建筑密封材料
建筑密封材料用于有一定宽度的建（构）筑物的间隙，采用填塞、灌注或在铺设盖布的局部浇涂
密封等方法防水。评价建筑密封材料的性能好坏，主要应考虑其粘结性、延性、耐热性、低温柔性以
及施工要求等；对于一些特殊环境，如路、桥等受振动、循环荷载的建（构）筑物密封，应满足特殊
性能的要求。
４.竹、木材料
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1）木材
木材轻质高强，加工方便，导电和导热性能低，有很好的弹性和塑性，能承受冲击和振动等作用。
2）竹材
竹材可以作为木材的部分替代品。
5.其他矿用材料
矿用建筑材料还有菱苦土、橡胶、建筑塑料等。
1）菱苦土
菱苦土是一种气硬性无机胶凝材料，主要成分是氧化镁（MgO），属镁质胶凝材料。用氯化镁溶
液调和菱苦土，硬化后其抗压强度可达40～60MPa，但其吸湿性较大，耐水性较差。
2）橡胶
橡胶是一种玻璃化转变温度Tg较低，在室温下具有高弹性的高聚物。
3）建筑塑料
建筑塑料是以合成树脂为主要原料，加入填充剂、增塑剂、稳定剂等添加剂，在一定温度和压力
下制成的一种有机高分子材料。
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