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”。

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表观密度?：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：

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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、

??0?P???1?????100%??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。

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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？ 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。

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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：

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