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1、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
2、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
3、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 P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
4、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
5、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
6、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
7、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
8、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；（
9、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
10、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，
11、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
12、 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
13、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
14、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
15、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
16、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
