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《土木工程材料》复习题参考答案第一节．概述简答题1.材料的分类方法有哪些？答：按物质的属性（金属、无机非金属、有机、复合材料），按应用领域（航空航天材料、信息材料、生物材料、能源材料、轻纺材料、建筑材料等），按作用（结构材料，功能材料），按发展历史（传统材料，新型材料）。2.玻璃、复印纸、钢筋混凝土各属于哪类材料？答：无机非金属、有机、复合材料。3.材料科学的基本原理？举例说明。答：材料的组成、结构决定其性能。例：混凝土材料，通过调整原材料品种及配合比，可以获得具有不同强度、表观密度等性质的混凝土；通过抽孔、引气等措施改变其宏观结构，可改变其表观密度、渗透性等性质；通过控制微裂缝、水化程度，可改变其强度。4.开发新材料的基本思路？答：新材料可分为两类:一类是设法将以前从未结合在一起的元素结合成新材料；另一类是改进现有的材料。改进现有的材料可以有多种思路：根据使用的要求；工艺手段的进步；材料仿生；材料的复合化；材料设计。5.选用材料的基本原则？答：在选用材料的时候，应该充分了解有关材料的性能、工程应用的要求，再综合考虑各方面因素，做出有利于全局和长远发展的决定。在满足使用要求的基本前提下，做到物尽其用。6.建筑材料的分类？答：按组成，建筑材料分为金属、无机非金属、有机材料三大类以及它们的复合材料。按功能，分为结构材料、功能材料。按应用范围，分为砌体材料、墙体材料、屋面材料、路面材料等。7.我国技术标准的分级？答：我国的技术标准分为四级：国家标准（GB）、行业标准（建材JC，建工JG，交通JT，等等）、地方标准（DB）、企业标准（QB）。8.建筑材料学科的研究内容？答：材料性能研究及改进，产品开发，材料加工技术，材料检测技术，材料变形与断裂的理论研究，规范及标准，计算机技术等跨行业技术的融合。最终目标是按指定性能设计和制造新型材料。9.材料的组成是如何影响其性能的？答：对于材料研究而言，原子是材料的基本组成单位。原子间键合力的强弱，决定了材料的强度、熔点、导电性等性能。原子量的大小，决定了材料的密度。原子的外层电子，决定了材料的化学活性。10.材料的结构是如何影响其性能的？答：材料的宏观结构（孔结构、构造）与其强度、渗透性、保温性能等密切相关，在材料加工、材料宏观物理力学性能计算等方面有所应用；材料的细观结构（相组织、微裂缝等）与其使用性能（老化、断裂等）密切相关；材料的微观结构（晶体、非晶体）与其物理力学性能（强度、硬度、弹塑性、导热性等）密切相关。11.材料的性能与使用性能有何关系？答：材料在使用过程中，受到外加荷载、环境介质的作用，随着时间的增长，材料的组成、结构将发生变化，从而造成性能变化。所以，材料的性能与材料的使用性能有联系、又有区别。可以这样理解，材料的性能表示“标准状态”下、某一时刻的测试结果；材料的使用性能表示“实际使用条件”下、随着时间变化而造成的材料组成、结构的变化。12.与变形有关的材料性能包括哪些？答：弹性、塑性、粘性、蠕变、粘弹性、流变性、屈服、刚度、能量吸收等。13.与断裂有关的材料性能包括哪些？答：脆性、韧性、冲击、疲劳、腐蚀等。14.材料检测技术的内容答：在材料研究过程中，涉及的检测技术主要有：形貌观察、结构测定、化学成分分析、物理性能测定、力学性能测定、化学性能测定。15．材料科学的基本原理？举例说明。答：材料的组成、结构决定其性能。例：混凝土材料，通过调整原材料品种及配合比，可以获得具有不同强度、表观密度等性质的混凝土；通过抽孔、引气等措施改变其宏观结构，可改变其表观密度、渗透性等性质；通过控制微裂缝、水化程度，可改变其强度。第二节．材料的基本性质简答题1.材料的密度、表观密度、堆积密度是如何测定的？答：测定密度、表观密度、堆积密度时，重量指干燥至恒重时的重量（否则须注明含水情况）；体积有不同含义：绝对密实状态下，应排除材料中任何孔隙（有孔隙材料应将其磨细、干燥后，用比重瓶测定。）；自然状态下，应包含材料内部孔隙（用排水法测定）；堆积状态下，应包含材料内部孔隙及颗粒间空隙（用容量筒测定）。2.什么是孔隙特征（也称孔结构）？答：有关材料内部孔隙的大小、形状、数量、分布、连通与否等，统称为孔隙特征。工程上主要指孔的大小及连通性。3.材料中的孔隙是如何影响材料性能的？答：孔隙率越大，表观密度越小、强度越低。开孔能提高材料的吸水性、透水性、吸声性，降低抗冻性。细小的闭孔能提高材料的隔热保温性能和耐久性。4.与水有关的材料性能有哪些？答：润湿角，亲水性、憎水性，吸水性（吸水率）、吸湿性（含水率），耐水性（软化系数），抗渗性（渗透系数、抗渗标号），抗冻性（抗冻标号）。5.与热有关的材料性能有哪些？答：导热性（导热系数，热阻），热容量（比热），热稳定性（热膨胀系数，耐热温度，软化点）等。6.导热系数受哪些因素的影响？简述原因。答：材料的组成（钢铁比木材易导热）、孔隙率（空气的导热系数很小）、含水率（水的导热系数比空气大）等。7.与声有关的材料性能有哪些？答：吸声性（吸声系数），隔声性（隔声量）。8.材料的力学性质有哪些？答：强度，弹性模量，延伸率，徐变（蠕变），韧性，硬度，耐磨性等。9.脆性材料的特点？答：脆性材料在外力作用下，无明显塑性变形而突然破坏。脆性材料承受冲击或振动荷载的能力很差。脆性材料的抗压强度远大于其抗拉强度。脆性材料中，裂缝容易扩展。10.材料的耐久性包括哪些内容？答：耐久性表示材料在长期使用过程中，能保持其原有性能而不变质、破坏的性质。材料在使用过程中所受的破坏作用包括：物理作用（外力、干湿交替、冷热变化、冻融循环）、化学作用（大气和环境水中的酸、碱、盐等有害物质的侵蚀，日光、紫外线的作用等）、生物作用（虫蛀、菌类腐朽）。耐久性是一种综合性质，包括：抗冻性、耐热性、耐光性、大气稳定性、抗化学腐蚀性等。11.材料的宏观结构包括哪些类型？举例说明：如何在材料加工中，利用改变宏观结构来改变材料的性能？答：材料的宏观结构包括：致密结构、多孔结构、纤维结构、层状结构、散粒材料、堆聚结构、复合材料等。例如，将材料加工成多孔结构，可提高保温性能、减轻自重。12．土木工程材料的耐久性主要包括哪些性能指标？举例说明：物理作用造成的材料耐久性破坏？答：耐水性、抗渗性、抗冻性、耐候性、耐化学腐蚀性等。例：干湿交替易使木地板产生翘曲、开裂。13．试分析：出厂检验合格的材料，为什么在使用一定时间后，性能会退化？答：材料在使用过程中，受到外加荷载、环境介质的作用，随着时间的增长，材料的组成、结构将发生变化，从而造成性能变化。所以，材料的性能与材料的使用性能有联系、又有区别。填空题1．材料的吸水性用吸水率表示，耐水性用软化系数表示，抗渗性用渗透系数或抗渗标号表示，抗冻性用抗冻标号表示，导热性用导热系数表示。2．选用墙体材料时，应选择导热系数较小，热容量较大的材料，才能使室内尽可能冬暖夏凉。3．普通粘土砖多为开口孔，若增大其孔隙率，则会使砖的密度不变，吸水率增大，抗冻性变差，强度降低，保温性能提高。4．材料的吸水性主要取决于孔隙率及孔隙特征。孔隙率较大，且具有细小而又连通孔隙的材料，其吸水率往往较大。5.小的闭孔对材料的保温、抗冻性能有利，对材料的强度性能不利。6.衡量材料抵抗变形能力的指标是弹性模量；衡量材料轻质高强性能的指标是比强度。7.脆性材料承受冲击或振动荷载破坏作用的能力很差。8．材料在使用环境中，除受荷载作用外，还会受到周围环境的物理、化学、生物等因素的作用而影响其耐久性。9．材料的密实度降低，则其抗冻性不一定降低。10．1m3自然状态下的某种材料，质量为2100kg，孔隙体积占25％，其密度是2.8g/cm3。11．含水率为5％的中砂2000g，其干燥时的质量为1905g。12．某材料的表观密度为1800kg/m3，密度为2000kg/m3，其孔隙率为10%。13．在工程上，润湿角大于90度的材料称为憎水性材料。14．衡量材料塑性变形能力的指标是延伸率；衡量材料在潮湿空气中吸收水分的性能指标是含水率。15．材料的结构可分为三个层次：宏观结构例如混凝土中的孔洞，细观结构例如混凝土中的微裂纹，微观结构例如混凝土中的水化产物。16．材料的结构可分为三个层次，宏观结构的尺寸范围在10-3m以上，细观结构的尺寸范围在10-3~10-6m，微观结构的尺寸范围在10-6~10-10m。17．从材料组成的角度考虑，原子间键合力的强弱，决定了材料的强度。计算题1．一块普通粘土砖，外形尺寸240*115*53（mm），从室外取来称得重量为2550g，烘干后称得重量为2500g，吸水饱和后称得重量为2900g，其密度为2.7g/cm3。求该砖的表观密度、孔隙率、吸水率、含水率。答：表观密度ρ0=2500/（24*11.5*5.3）=1.709g/cm3孔隙率P=(1-1.709/2.7)*100%=36.7%吸水率Wm=(2900-2500)/2500*100%=16%含水率W含=（2550-2500）/2500*100%=2%2．将卵石洗净并吸水饱和后，用布擦干表面，称得重量为1005g，将其装入总重量为1840g的盛满水的广口瓶内，称得重量为2475g，经烘干后称得重量为1000g。该试验可求得卵石的哪些数据？分别是多少？答：吸水率Wm=(1005-1000)/1000*100%=0.5%表观密度ρ0=1000/（1840+1005-2475）=2.70g/cm3第三节．无机气硬性胶凝材料简答题1.胶凝材料的定义？答：通过自身的物理化学反应，该材料由浆体变成坚硬的固体，并能将散粒材料或块状材料胶结成一个整体。建筑用胶凝材料按组成分为两大类：有机胶凝材料，无机胶凝材料。无机胶凝材料按硬化条件分为两类：气硬性胶凝材料，水硬性胶凝材料。2.石膏的分类？答：石膏胶凝材料的种类有：建筑石膏、高强石膏、无水石膏水泥、高温煅烧石膏。建筑工程中最常用的是建筑石膏。3.石膏的几种名称及其含义？答：生产石膏胶凝材料的原料是：天然二水石膏（又称软石膏或生石膏，主要成分CaSO4·2H2O，用于生产建筑石膏、高强石膏。）、天然无水石膏（又称硬石膏，主要成分CaSO4，用于生产硬石膏水泥及用作水泥调凝剂。）、化工石膏（含CaSO4·2H2O的化工副产品，经适当处理后可代替天然二水石膏，如：磷石膏、氟石膏、脱硫排烟石膏等）。石膏胶凝材料包括：建筑石膏（又称熟石膏，主要成分为β型半水石膏（β-CaSO4·0.5H2O）），高强石膏（又称α石膏，主要成分为α型半水石膏（α-CaSO4·0.5H2O）），无水石膏水泥（又称硬石膏水泥，主要成分为不溶性硬石膏（CaSO4）），高温煅烧石膏（又称地板石膏、水硬石膏，主要成分为CaSO4、CaO）。4.石膏的凝结硬化机理？答：建筑石膏与适量水混合，成为具有一定流动性和可塑性的石膏浆。此时，半水石膏与水反应，生成二水石膏并放出热量。二水石膏从过饱和溶液中不断以胶体微粒析出，半水石膏不断水化，浆体中水分逐渐减少，使浆体失去可塑性，产生凝结；随着水分进一步减少，石膏胶体凝聚并逐渐转变成晶体，晶体长大并相互搭接、交错、连生，使浆体产生强度并不断增长，称为硬化。无水石膏水泥（又称硬石膏水泥）是将硬石膏加入适量激发剂共同磨细所制得。激发剂使不溶性硬石膏遇水后表面生成不稳定的复杂水化物，这些水化物随后分解成二水石膏和含水盐类，二水石膏再不断结晶析出使浆体凝结硬化。5.建筑石膏的性能特点？答：生产能耗低，凝结硬化快，硬化后体积微膨胀，孔隙率较大，具有调节室内湿度的作用，防火性能良好，耐水性、抗冻性差，塑性变形大，不宜用作结构材料，宜用作室内装饰材料。6.工业附产石膏有哪些种类？答：按产出行业和品种，我国目前产生的工业附产石膏分为9种：烟气脱硫石膏、磷石膏、柠檬酸石膏、盐石膏、味精石膏、铜石膏、氟石膏、钛石膏、添加剂石膏。7．考古发现，古罗马现存建筑上的石灰砂浆强度比现代的石灰砂浆强度高，是否表明古代的石灰砂浆配制技术比现代的好？试分析原因。答：石灰产生强度，包括两方面：结晶、碳化。碳化过程很慢，因此通常忽略不计