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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 2.8 g/cm3。
11.含水率为5%的中砂 2000g,其干燥时的质量为 1905 g。
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)= 1.709 g/cm3