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土木工程材料习题集与参考答案

第一章

土木工程材料的基本性质

1. 试述材料成分、结构和构造对材料性质的影响？ 参考答案：

材料的成分对性质的影响：材料的组成及其相对含量的变化，不仅会影响材料的化学性质，还会影响材料的物理力学性质。材料的成分不同，其物理力学性质有明显的差异。值得注意的是，材料中某些成分的改变，可能会对某项性质引起较大的改变，而对其他性质的影响不明显。

材料的结构对性质的影响：材料的结构是决定材料物理性能的重要因素。可分为微观结构和细观结构。材料在微观结构上的差异影响到材料的强度、硬度、熔点、变形、导热性等性质，可以说材料的微观结构决定着材料的物理力学性能。

材料的构造对性质的影响：材料的构造主要是指材料的孔隙和相同或不同材料间的搭配。不同材料适当搭配形成的复合材料，其综合性能优于各个单一材料。材料的内部孔隙会影响材料的强度、导热性、水渗透性、抗冻性等。

总之，材料的组成、结构与构造决定了材料的性质。材料的组成、结构与构造的变化带来了材料

世界的千变万化。

2．试述材料密度、表观密度、孔隙率的定义、测定方法及相互关系。密度与视密度的区别何在？ 参考答案：

密度?：是指材料在密实状态下单位体积的质量。测定方法：将材料磨细成粒径小于0.25mm的粉末，再用排液法测得其密实体积。用此法得到的密度又称“真密度”。

?表观密度0：是指材料在自然状态下单位体积的质量。测定方法：对于外形规则的块体材料，测其外

观尺寸就可得到自然体积。对于外观不规则的块体材料，将其加工成规则的块体再测其外观尺寸，或者采用蜡封排液法。

孔隙率P：材料中的孔隙体积与总体积的百分比。 相互关系：

??0?P???1?????100%??

密度与视密度区别：某些散粒材料比较密实，其内部仅含少量微小、封闭的孔隙，从工程使用角度来

说，不需磨细也可用排液法测其近似的密实体积，这样测得的密度称为“视密度”。

3．孔隙率及孔隙特征对材料的表观密度、强度、吸水性、抗渗性、抗冻性、导热性等性质有何影响？ 参考答案：

对表观密度的影响：材料孔隙率大，在相同体积下，它的表观密度就小。而且材料的孔隙在自然状态下可能含水，随着含水量的不同，材料的质量和体积均会发生变化，则表观密度会发生变化。

对强度的影响：孔隙减小了材料承受荷载的有效面积，降低了材料的强度，且应力在孔隙处的分布会发生变化，如：孔隙处的应力集中。

对吸水性的影响：开口大孔，水容易进入但是难以充满；封闭分散的孔隙，水无法进入。当孔隙率大，且孔隙多为开口、细小、连通时，材料吸水多。

对抗渗性的影响：材料的孔隙率大且孔隙尺寸大，并连通开口时，材料具有较高的渗透性；如果孔隙率小，孔隙封闭不连通，则材料不易被水渗透。

对抗冻性的影响：连通的孔隙多，孔隙容易被水充满时，抗冻性差。

对导热性的影响：如果材料内微小、封闭、均匀分布的孔隙多，则导热系数就小，导热性差，保温隔热性能就好。如果材料内孔隙较大，其内空气会发生对流，则导热系数就大，导热性好。

4．材料的耐水性、吸水性、吸湿性、抗冻性、导热性、热容、抗渗性的含义是什么？

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参考答案：

耐水性： 材料抵抗水破坏作用的能力称为耐水性，即材料经水浸泡后，不发生破坏，同时强度也不显著降低的性质。指标：软化系数

吸水性：材料与水接触时其毛细管会吸收水分的性质。指标：吸水率 吸湿性：材料在潮湿空气中吸收水分的性质。指标：平衡含水率

抗冻性：材料在吸水饱和状态下，能经受多次冻融循环作用而不被破坏，强度也不严重降低的性质。指标：抗冻等级，其划分取决于材料在一定条件下经受冻融而不被破坏的次数。

导热性：当材料两面存在温度差时，热量会从温度较高的一面传导到温度较低的一面的性质。指标：

导热系数

热容：某块材料在温度升降1K时所放出或吸收的热量。 指标：C（热容）＝c（比热容）?m（材料质量）

抗渗性：材料抵抗压力水或液体渗透的性质。指标：渗透系数

5．材料的导热系数、比热容和热容与建筑物的使用功能有什么关系？

参考答案：材料的导热系数小，建筑物的保温隔热性能就好。如果建筑物围护结构的热容越大，则在气温变化较大时，能较好地保持室内温度。

6．试述材料的弹性、朔性、脆性和弹性磨量的意义？ 参考答案：

弹性：当撤去外力或外力恢复到原状态，材料能够完全恢复原来形状的性质。

塑性：当撤去外力或外力恢复到原状态，材料仍保持变形后的形状和尺寸，并不产生裂缝的性质。

脆性：是材料在外力作用下不产生明显变形而突然发生破坏的一种性能。

弹性模量：晶体材料如金属材料表现为线弹性，一些非晶体材料如玻璃等也表现为线弹性，其应力与

应变之比为常数，比值称为弹性模量，它是衡量材料抵抗外力使其变形能力的一个指标。

7．影响材料强度试验结果的因素有哪些？强度与强度等级是否不同，试举例说明。 参考答案：

试验条件对材料强度试验结果有较大的影响，其中主要有试件的形状和尺寸、试验机的加载速度、试验时的温度和湿度，以及材料本身的含水状态等。

强度与强度等级不一样。强度是一个具体值，而强度等级是一个等级范围。如：混凝土的强度等级为

C30，那么属于C30强度等级的混凝土的实际强度值有可能是30MPa或与30MPa接近的强度值。

8．某地红砂岩，已按规定将其磨细，过筛。烘干后称取50g，用李氏瓶测得其体积为18.9cm3。另有卵石经过清洗烘干后称取1000g，将其浸水饱和后用布擦干。又用广口瓶盛满水，连盖称得其质量为790g，然后将卵石装入，再连盖称得其质量为1409g，水温为25℃，求红砂岩及卵石的密度或视密度，并注明哪个是密度或视密度。 参考答案： 红砂岩的密度：

50???2.646(g/cm3)18.9 卵石的视密度：

790?1000?1409V??381(cm3)1

1000???2.625(g/cm3)381

9．某多孔材料的密度为2.59g/cm3。取一块称得其干燥时质量为873g，同时量得体积为480cm3。浸水饱和后取出擦干表面水分称得质量为972g。求其质量吸水率、闭口孔隙率及开口孔隙率。 参考答案： 质量吸水率：

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m1?m972?873?100%??100%?11.34%m873

873V??337.0(cm3)2.59密实体积：

??3480?337?143(cm) 孔隙体积：

3972?873?99(cm) 开口孔隙体积：

3143?99?44(cm) 闭口孔隙体积：

99?100%?20.6%开口孔隙率：480

44?100%?9.17%闭口孔隙率：480

第二章 无机胶凝材料

1、什么是气硬性胶凝材料？什么是水硬性胶凝材料？

参考答案：气硬性胶凝材料只能在空气中硬化，并且只能在空气中保持或发展其强度，如石膏、石灰等；水硬性胶凝材料则不仅能在空气中而且能更好地在水中硬化，保持并发展其强度，如水泥。

2、为什么说石膏是有发展前途的建材？

参考答案：石膏的主要优点是原料丰富、生产能耗低、不污染环境等，作为一种绿色建材已大量用于室内的空间分隔和装饰；建筑石膏硬化时体积略有膨胀，这一性能使得石膏制品表明光滑细腻线条清晰，具有很好的装饰艺术效果；建筑石膏还具有隔热、保温、不燃、不蛀、隔声、可锯、可钉、污染小等良好性能，所以石膏是很有发展前途的建材。

3、石膏制品有哪些？

参考答案：建筑石膏制品的种类较多，主要有：纸面石膏板、空心石膏条板、纤维石膏板、石膏砌块

和装饰石膏制品等。

4、过火石灰、欠火石灰对石灰性能有什么影响？如何消除？

参考答案：欠火石灰的产浆量较低，质量较差；欠火石灰的密度较大，表面常被黏土杂质溶化时所形成的玻璃釉状物包覆，因而消解很慢，在工程中过火石灰颗粒往往会在正常石灰硬化后继续吸湿消解而发生体积膨胀，降低石灰品质，影响工程质量。消除方法有：将石灰经陈伏处理后再使用于工程，控制煅烧温度在1000℃～1200℃之间，岩块尺寸不宜过大。

5、水玻璃的模数、浓度与性能有何关系？

参考答案：水玻璃中氧化硅和氧化钠的分子数比称为水玻璃的模数，模数愈大，水玻璃的黏度和粘结

力愈大，也愈难溶解于水；同一模数水玻璃溶液浓度越高，则粘结力也越大。 6、水玻璃的硬化有何特点？

参考答案：水玻璃能与空气中的二氧化碳反应生产无定形的硅酸凝胶，随着水分的挥发干燥，无定形硅酸脱水转变成二氧化硅而硬化。由于空气中二氧化碳较少，反应进行很慢，因此水玻璃在实际使用时常加入促硬剂以加速硬化。

7、为什么菱苦土在使用时不能单独用水拌和？

参考答案：菱苦土是以天然菱镁矿（主要成分为碳酸镁）为主要原料，经煅烧后磨细而得到的以氧化镁为主要成分的白色或浅黄色粉末，当其单独与水拌和时会生产不溶于水的氢氧化镁，而且氧化镁也不溶于水，一般常用氯化镁（MgCl2·6H2O）水溶液作为调和剂，掺量为菱苦土的50％～60％，生成一种易溶于水的氧氯化镁复盐(xMgO·y MgCl2·8H2O)和氢氧化镁。

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