土木工程材料3

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r：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0r ：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： %10010 -=rrP 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？ 参考答案： 18 构造上的不均匀，使得其各方向的湿胀干缩不一样，同时其力学性能也具有明显的方向性。 2、何谓木材平衡含水率、纤维饱和点含水率？并说明区别这些概念意义何在？ 参考答案：当木材长时间处于一定温度和湿度的空气中，则会达到相对稳定的含水率，亦即水分的蒸 发和吸收趋于平衡，这时木材的含水率称为平衡含水率。当木材细胞腔和细胞间隙中的自由水完全脱去为零，而细胞壁吸附水尚为饱和，此时木材的含水率称为纤维饱和点含水率。当木材的含水率在纤维饱和点以上变化时，只会引起木材质量的变化，而对强度和胀缩没有影响。 3、试述木材含水率的变化对其强度、变形、导热、表观密度和耐久性等性能的影响？ 参考答案：木材的强度随其含水率的变化而异，含水率在纤维饱和点以上变化时，木材强度不变，在 纤维饱和点以下时，随含水率降低；木材还具有明显的湿胀和干缩变形性能；木材的表观密度随木材孔隙率和含水率变化而不同；当木材的含水率在3060之间时，真菌和昆虫很容易生长和繁殖。 4、为什么木材多用来做承受顺纹抗压和抗弯的构件，而不宜做受拉构件？ 参考答案：木材的顺纹抗压强度较高，仅次于顺纹抗拉和抗拉强度，且木材的疵病对其影响较小。木 材的抗弯强度很高，为顺纹抗压强度的1.52倍，因此在土建工程中应用很广。木材的顺纹抗拉强度虽然是木材各种力学强度中最高的，但其强度值波动范围大，木材的疵病如木节、斜纹、裂缝等都会使顺纹抗拉强度显著降低，同时木材受拉杆件连结处应力复杂，这是顺纹抗拉强度难以被充分利用的原因。 5、影响木材强度的因素有哪些？ 参考答案：影响木材强度的因素有：含水率的影响；负荷时间的影响；温度的影响；疵病的 影响。 6、试述木材腐蚀的原因及防腐措施？ 参考答案：木材是天然有机材料，易受真菌、昆虫侵害而腐朽变质。无论是真菌还是昆虫，其生存繁 殖都需要适宜的条件，如水分、空气、温度、养料等。因此将木材置于通风、干燥处或浸没在水中或深埋于地下或表面涂油漆等方法，都可作为木材的防腐措施。此外还可采用化学有毒药剂喷涂或注入木材，从而抑制或杀死菌类、虫类，达到防腐目的。 7、我国民间对于使用木材有一句谚语：“干千年，湿千年，干干湿湿两三年。”试用科学理论加以解 释。 参考答案：木材干燥或受潮时，由于各向的胀缩不同，因而有可能产生变形、翘曲和开裂等现象，如 果连续的干湿循环对木材的实际应用是非常不利的。同样，时干时湿区域，例如桩木靠近地面或与水面接触的部分，腐朽菌类最适宜生存和繁殖，因此木材最容易腐朽。 第七章 建筑高分子材料 1解释下列名词： （1）单体、链节、链段和聚合度； （2）官能团与官能度； （3）加聚反应； （4）均聚物与缩聚反应； （5）线形、支链形和体形大分子链结构； （6）玻璃化温度和粘流温度。 参考答案：单体：用来合成聚合物的简单低分子化合物 19 链节：组成大分子链的基本结构单元 聚合度：表示大分子链中链节的重复次数 官能团：在聚合反应中，参加反应的单体分子中具有反应能力的基团，参加反应的官能团数或它在聚 合反应中能具有的能链上新分子的位置数目称为官能度 加聚反应：大量一种或一种以上含有双官能度或多官能度的单体分子加成在一起，生成聚合物而没有 任何小分子释放的合成反应 缩聚反应：由一种或多种含有双官能度或多官能度的单体，经由官能团相互缩合而连接成聚合物同时 析出某种小分子化合物的聚合反应 均聚物：由同一种单体经加聚反应合成的聚合物 共聚物：由两种以上的不同单体经加聚反应合成的聚合物 缩聚物：经缩聚反应得到的聚合物 线形大分子链的结构是整个大分子链呈细长条状，通常卷成不规则的线团，但受拉时可以伸展成直线 形 支链形大分子链的结构时在大分子链上由一些长线形的小支链，整个大分子呈树枝状 体形大分子链的结构时大分子链之间通过支链或化学连接成一体的所谓交联结构，在空间呈网状链段， 由若干链节相连组成的段 玻璃化温度：在Tg温度以下，曲线基本上是水平的，变形量不大，表明此时聚合物的弹性模量较高， 变形量小，较刚硬，处于所谓的玻璃态，Tg被称为玻璃转变温度或玻璃化温度。当温度高于Tf后，变形量随着温度升高进一步迅速增加，聚合物开始产生粘流运动，处于所谓的粘流态，此时的变形已经成为不可逆，Tf为高弹态与粘流态的转变温度，叫粘流温度 2高分子材料的结构特点有哪些？ 参考答案：1、大分子和大分子间的相互作用 大分子链中原子间及链节间均为共价键结合，不同的化学组成，链长和键能不同。这种结合力为聚合 物的主价力，对聚合物的熔点、强度有重要影响。 大分子链间的结合力为范德华键和氢键，这类结合力为次价力，但由于分子链特别长，而且次价力具 有加和性，所以有事次价力会超过主价力，次价力对聚合物的力学性能有很大影响。 2、大分子的近程结构 （1）化学组成 化学组成是聚合物的基础，主要是指链节的化学组成，主链有无侧基或支链，侧基或支链的化学组 成。它们对聚合物的性能均有较大影响 （2）链接方式 链节方式是指链节在主链上的连接方式和顺序，这取决于单体和聚合反应的性质。 （3）空间结构 大分子链中链节由共价键缩构成的空间排布成为分子链的构型。 3试述高分子材料的结构与性能的关系。 参考答案：大分子链的远程结构 （1）大分子链的几何形状 大分子链的几何形状有三种：线形、支链形、体形 （2）大分子链的构象 组成大分子链 的每个单链，都有一定的键长和键角，并且能在保持键长和键角不变的情况下旋转。每 个单键围绕相邻单键按一定角度进行的旋转运动成为单键的内旋。原子围绕单键内旋的结果导致了原子排布的多样化。 （3）大分子链的柔顺性 大分子链由于构象的变化，获得不同卷曲程度的特性成为大分子链的柔顺性。柔顺性与大分子链中单 键内旋的难易程度有关。其难易程度一方面与主链上的原子种类有关；另一方面，各单键的内旋彼此之间也会受到牵制。 20 4多组分塑料的主要组成有哪些？其作用如何？ 参考答案：大分子链的聚集态结构 （1）无定形聚合物的结构 无定形聚合物中大分子链松散、无规、混乱地堆聚在一起，就像一个无规杂乱的线团，但在大分子无规线团的结构间，也存在着一些排列比较规整的大分子链段折叠区，只是这些折叠区较小，含量较少。 （2）晶态聚合物的结构 聚合物中大分子链或链段有规则地排列或折叠构成晶态结构。线形、支链形和交联较稀的网状聚合物固化时可以部分结晶，典型的结晶聚合物一般只有5080的结晶度。 3、高分子材料的性能与其组成的聚合物的结构密切相关，聚合物的链结构和聚集结构不同，则高分子材料的性能各异，所以聚合物结构与性能的规律也适用于高分子材料性能与结构的关系，同样，温度对聚合物性能也适合于高分子材料 4、1）树脂 通常是指受热后有软化或融化范围，软化时在外力作用下有流动倾向，常温下是固态、半固态，树脂是塑料的基体材料，塑料的物理、力学性能和加工成型工艺主要取决于所采用的树脂。 2）填料或增强材料 为提高塑料制品的强度和刚度，可以加入各种纤维状增强材料，填料一般是固态粉末，其主要作用是降低塑料成本和收缩率，同时也能对某些物理性能起到改善作用 3）增塑剂 为了制备室温下软质塑料制品和改善加工时的熔融流动性能，需要加入一定量的增塑剂 4）固化剂 对于热固性树脂，需要加入固化剂，通过交联作用使大分子链具有体形网状结构，成为坚固的有固定形状的热固性塑料制品 5）防老化剂（防止老化） 6）润滑剂 防止塑料在成型过程中产生粘膜问题 7）着色剂（染色 8）阻燃剂 防止燃烧或造成自燃 9）抗静电剂（减少火花和放静电的性能） 5热固性与热塑性塑料的主要不同点有哪些？ 参考答案：热塑性塑料：不论加热和冷却重复多少次，这种受热软化，冷却硬化的性能不改变 热固性塑料：再次受热不会软化也不会溶解，只会在高温下炭化 6塑料的主要特性有哪些？参考答案：1)密度小，比强度高2）导热性低3）耐腐蚀性好4）良好的耐水性和耐水蒸汽性5）点绝缘性好6）耐磨性好 23 大气稳定性：是指石油沥青在很多不利因素的综合总用下，性能稳定的程度，用蒸发损失率和针入度表示 3沥青按用途分为几类？其牌号是如何划分的？牌号大小与其性质有何关系？ 参考答案：可分为道路石油沥青、建筑石油沥青、普通石油沥青 沥青的牌号主要是根据针入度、延度、软化点等划分，同种石油沥青中牌号越大，针入度越大（粘性越小）延度越大（塑性越大）软化点越低（温度稳定性越差）使用寿命越长 4 实验室有A、B、C三种石油沥青，但不知其牌号。经过性能测试，针入度（0.1mm）、延度、软化 点（）结果分别如下： （1） A：70、50、45 （2） B：100、90、45 （3） C：15、2、100。 请确定三种石油沥青的牌号。 参考答案：查p204表8-2得 A：道路石油沥青 60 B：道路石油沥青 100 C：建筑石油沥青 10 5、某工程欲配制沥青胶，需软化点不低于85的混合石油沥青15t，现有10号石油沥青10.5t，30号石油沥青3t和60乙石油沥青9t。试通过计算确定出三种牌号的沥青各需多少吨？ 参考答案：查表8-2，30号石油沥青得软化点为70，10号石油沥青得软化点为95，60石油沥青的软 化点为50从而得 1、P1=（T-T2）/(T1-T2)100% =(85-50)/(95-50)100% =35/45100% =77.7% P2=1-77.7%=22.3% 从而得当用60石油沥青和10号石油沥青配置时10号石油沥青77.7，60石油沥青22.3 2、P1=（85-70）/(95-70) 100% =15/25100% =60% P2=1-60%=40% 从而得当用30石油沥青和10号石油沥青配置时,10号石油沥青60，30石油沥青40 设60号石油沥青用量为x，10号石油沥青用量为y，30石油沥青用量为z从而得 X:y1=22.3:77.7, Y2:z=60:40 x+y1+y2+z=15 y1+y210.5 条件x9 z3 Y23.92, Y16.58, X1.89, Z2.61 6某建筑物的屋面防水拟采用多层油毡防水方案。已知这一地区年极端最高温度为42，屋面坡度为12，问应选用哪一标号的石油沥青胶？配制该沥青胶时，最好选用哪种牌号的石油沥青。 参考答案：选用建筑石油沥青牌号为30，在夏日太阳直射，屋面沥青防水层得温度高于环境气温25 30oc。为避免夏季流淌，所选沥青得软化点应高于屋面温度2025 oc,所以选用建筑石油沥青牌号为30 7某工地运来两种外观相似的沥青，可不知是什么种类，只知一种是石油沥青，另一种是煤沥青，为了不造成错用，请用两种方法鉴别？ 24 参考答案：可通过测量密度，密度大得为煤沥青 燃烧有臭味得是煤沥青 8高聚物改性沥青的主要品种有哪些？常用高聚物改性材料及其对沥青主要性能的影响如何？ 参考答案：1）主要有橡胶改性沥青、树脂改性沥青、橡胶和树脂改性沥青、矿物填充料改性沥青、共 聚物改性沥青 橡胶改性改善其气密性、低温柔性、耐化学腐蚀性、耐气候性、耐燃烧性、 树脂改性沥青：改善耐寒性、耐热性、粘结性和不透水性 矿物填充料改性沥青：提高粘结力，耐热性，温度稳定性 共聚物改性沥青具有改善沥青得高温性能和低温性能 第九章 其它材料 1我国墙体材料的改革趋势是什么？墙体材料有哪几大类？ 参考答案：发展轻质、高强、大尺寸、耐久、多功能、利废节土、低能耗、机械化施工的新型墙体材 料 墙体材料主要包括砖、砌块、墙板三大类。 2砖有几大类？是按照什么划分的？ 参考答案：根据生产工艺的不同砖可分为烧结砖和非烧结砖 3烧结普通砖划分为优等品一等品和合格品的依据是什么？ 参考答案:根据尺寸偏差、外观质量、泛霜和石灰爆裂程度可以分为优等品、一等品、合格品 4有一批烧结普通砖经抽样检验，其抗压强度分别为14.3、10.4、19.2、17.3、18.3、15.2、11.3、16.7、17.1、13.6MPa，试确定该批砖的强度等级。 参考答案：=fk f-s8.1s S= =-10 1 ) (9/1iffi2 fs/=d 根据统计计算的f15.3Mpa s2.93Mpa =fk f-s8.1s=15.3-1.82.93=10.02 Mpa 从而得这批砖的等级为MU10 5依据砌块的外部尺寸划分，砌块有几大类？按照所用原材料划分，砌块有多少品种？分别是哪些？ 参考答案：按砌块的外部尺寸可分为小型砌块、中型砌块、大型砌块 按砌块所用的主要材料及生产工艺可分为水泥混凝土砌块、粉煤灰硅酸盐混凝土砌块、多孔混 凝土砌块、石膏砌块、烧结砌块。 6砌块的基本技术性能指标有那些？ 参考答案：主要有强度、密度、相对含水率、干缩率、空隙率、热阻、隔声和抗冻性等等 7轻制墙板有那些品种？它们公共的特点是什么？ 参考答案：薄板、条板、轻型复合板等类型 共同特点：单位面积质量轻，隔音隔热效果好，表面平整度好，抗震性能好，安装施工时基本上是干 25 作业操作，施工现场较干净，安装快捷，施工效率高，主要用作非承重内隔墙，也可用作公共建筑，住宅建筑和工业建筑的外围护结构，使用时应采取防裂措施，确保墙体无裂缝。 8为什么轻制墙体材料的干燥收缩值较大？ 参考答案：因为其孔隙率较大，易失去毛细孔中的水分，从而导致湿胀干缩，影响其在建筑行业中的 应用。 9材料可通过哪些途径降低传导热？ 参考答案：1）降低材料的表观密度，使其表观密度达到绝热的最佳密度 2）在其它条件允许的条件下，尽量使用有机高分子材料或无定形无机材料 3）在表观密度一定的条件下应使得材料的内部空袭数量尽量多，尺寸尽可能的小，且互不连通。使用纤维材料时，应尽量减少纤维的直径，并使得纤维径向垂直于传热方向 4）利用空气夹层制成材料的复合体，夹层的厚度应尽量小，以防止空气对流的发生。 5）在可能的条件下，采用真空化处理或充填导热系数小于空气的气体，可使得多孔材料的热传量降到最低 6）当使用遮热板绝热时，应选择反射率高、发射率低的材料，且与导热系数较小的材料复层使用，效果更佳。 10影响材料导热系数的因素有哪些？ 参考答案：1）材料的组成和结构 2）材料的表观密度 3）孔隙的大小和特征 4）湿度和含水率 5）热流方向 6）温度。 11常用的绝热材料有哪几类？有哪些品种？ 参考答案：详见p247表9-14。 12选用绝热材料的原则是什么？ 参考答案：选用绝热材料时，除首先应考虑其绝热性能外，还应根据使用条件和施工要求，考虑绝热 材料的强度、耐久性、耐热性、耐腐蚀性等。 13多孔吸声材料与绝热材料在构造上有何异同？ 参考答案：多空吸声材料的构造特征是内部含有大量互相贯通的大孔。 14天然石料按照成因分为哪几类？各类有何异同？ 参考答案：详见p251表9-17。 15天然石料等级如何确定？分为几级？ 参考答案：根据强度可分为MU100 80 60 50 40 30 20 七个等级。 16天然石料应具有哪些技术性质？选用天然石料的原则是什么？ 参考答案：天然石料应具有 1）物理性质（表观密度、吸水性、耐水性、抗冻性、耐热性、导热性） 2）力学性质（抗压强度、冲击韧性、硬度、耐磨性） 3）工艺性质（加工性、磨光性、抗钻性） 根据建筑物的类型，使用要求和环境条件、再结合地方资源进行综合考虑，使得石材满足适用、经济、美观的要求。 26 17建筑装饰材料的作用有哪些？ 参考答案：美化、保护、改善吸声、隔音、保温隔热的性能 18装饰材料的性能要求有哪些？如何选用装饰材料？ 参考答案：具体要求有1）色彩 2）质感 3)光泽 4）透明性 5）形状与花纹样式 2、物理力学性质 3、耐久性。 根据不同的使用功能、不同的用途选择不同的装饰材料 19建筑陶瓷的生产原料是什么？品种有哪些？ 参考答案：建筑陶瓷的原料主要是黏土。品种主要有陶、炻、瓷。 20陶瓷外墙面砖、内墙面砖和地面砖的性能要求有那些共同点和不通点？ 参考答案：详见p258外墙面砖、内墙面砖、地面砖的类型与规格、技术性能、特点及应用。 21玻璃的主要组成是什么？品种有哪些？玻璃在建筑上有哪些应用？ 参考答案：玻璃的主要组成是SiO2 CaO Na2O AL2O3 MgO 按化学组成品种主要有纳玻璃、钾玻璃、硅酸盐玻璃、石英玻璃、硼硅酸盐玻璃、钾铅硅酸盐玻璃 按用途分为建筑玻璃、器皿玻璃、光学玻璃、防辐射玻璃、窗用玻璃 按功能分普通玻璃、吸热玻璃、防火玻璃、装饰玻璃、安全玻璃、漫射玻璃、镜面玻璃、低辐射玻璃、热反射玻璃、隔热玻璃 按形状分平面玻璃、曲面玻璃、空心玻璃、实心玻璃、槽式U型玻璃和波形瓦 按玻璃的形成方法分垂直引上法、水平拉引法、压延法、浮法 玻璃在建筑中主要用于控制光线、调节热量、控制噪音、降低建筑物的自重、改善室内环境和增强建筑物的外观