土木工程材料习题答案.doc

11土木工程材料的基本性质习题解答

一、名词解释

1.密度、表观密度、体积密度、堆积密度

密度：材料在绝对密实状态下单位体积的质量。

表观密度：材料在包含内部闭口孔隙体积在内的单位体积的质量。

体积密度：材料在自然状态下单位体积的质量。

堆积密度：散粒状或粉状材料在堆积状态下单位体积的质量。

2.亲水性材料、憎水性材料

亲水性材料：当润湿角θ≤90°时，水分子之间的内聚力小于水分子与材料分子之间的相互吸引力，此种材

料称为亲水性材料。

憎水性材料：当润湿边θ<90°时，水分子之间的内聚力大于水分子与材料分子之间的相互吸引力，此种材料

称为憎水性材料。

3.吸水率、含水率

吸水率：当材料吸水饱和时，材料中所含水的质量与干燥状态下的质量比称为吸水率。

含水率：材料中所含水的质量与干燥状态下的质量之比，称为材料的含水率。

4.耐水性、软化系数

耐水性：材料抵抗水破坏作用的性质称为耐水性，用软化系数表示。

软化系数：材料在吸水饱和状态下的抗压强度与材料在干燥状态下的抗压强度之比。

5.抗渗性：材料抵抗压力水渗透的性质称为抗渗透性，用用渗透系数或抗渗等级表示。

6.抗冻性：材料在水饱和状态下，经过多次冻融循环作用，能保持强度和外观完整性的能力。

7.强度等级、比强度

强度等级：指按材料强度值的大小划分的若干等级。

比强度：按材料单位质量计算的强度，其值等于材料的强度值与其体积密度之比。

8.弹性、塑性

弹性：材料在外力作用下产生变形，当外力取消后，变形能完全消失的性质

塑性：材料在外力作用下产生变形，当取消外力后，仍保持变形后的形状，并不产生裂缝的性质。

9.脆性、韧性

脆性：材料在外力作用下，当外力达到一定限度后，材料突然破坏，而破坏时无明显的塑性变形的性质。

韧性：材料在冲击、振动荷载作用下，能过吸收较大的能量，同时也能产生一定的变形而不被破坏的性质。

10.热容量、导热性

热容量：指材料受热时蓄存热量或冷却时放出热量的性能，其大小等于比热容与质量的乘积。

导热性：反映材料传递热量的能力。其大小用导热系数表示。

11. 耐燃性、耐火性

耐燃性：指材料能够经受火焰和高温作用而不破坏，强度也不显著降低的性能。根据耐燃性不同，可分为易

燃材料、难燃材料和不燃材料三类。

耐火性：指材料长期在高温作用下，保持其结构和工作性能基本稳定而不破坏的性质，用耐火度表示。根据

耐火度不同，可分为易熔材料、难熔材料和耐火材料三类。

12..耐久性：是材料在使用过程中抵抗其自身及环境因素的长期破坏作用，保持其原有性能而不变质、不破坏

的能力，即材料保持工作性能直到极限状态的性质。

二、填空：

１.吸水率，软化系数，抗渗等级或渗透系数，抗冻等级，导热系数；2.高，好，愈好；3.小，大；4.质量，

强度，保温性能，抗冻性能，体积；5.较小，较低，较大，较差，较差，较大，较好；6. 好，0.85；7.比强度，

材料的强度与体积密度之比，越轻质高强；8.静压力；9.抵抗变形；10.孔隙率，孔隙特征，孔隙率，细小开口，

连通；11不燃材料，难燃材料，易燃材料，热变质，热变形；12.物理作用，化学作用，生物作用；13.形状，尺

寸，表面状态，含水率，加荷速度，温度；14.微观，亚微观（细观），宏观

三、选择题：

1.C 提示：由含水率公式可求得干砂的质量为96.15克。

2.C 提示：材料的导热系数越小，保温隔热性越好，热容量大对保持室内温度的稳定有良好的作用。

23.(1)BDF；(2)BD；(3)BDF；(4)ADF；(5)ACF 提示：一般来说，材料的孔隙率小、开口连通孔少且为微细孔

时，其强度较高（材料承受荷载的截面增大，内部产生缺陷的几率减小），抗渗性与抗冻性较好（材料孔隙内的充

水程度较低，对结冰产生的体积膨胀的缓冲能力较大）；含有大量封闭微孔的材料导热性较低，保温隔热性较好

（静态空气的导热系数很小）；含有大量连通开口微孔的材料吸声性能较好（声波可深入材料内部，与孔壁摩擦转

化成热能而消耗掉）。

4.B 提示：根据计算，材料的软化系数为0.90，大于0.85，为耐水。

5.B 提示：材料的密度是一定值，不随环境的变化而改变。

6.B 提示：无机非金属材料的抗冻性反映了其抗风化性的好坏，与耐久性关系密切。一般而言，无机非金属

材料的抗冻性越高，则材料的其它的耐久性也越高。

7.A 提示：除了密度外，其它性质均与孔隙率有关。

8.C提示：软化系数为材料在吸水饱和状态下的抗压强度与材料在干燥状态下的抗压强度之比，该值越小，说

明材料吸水饱和后强度降低越多，耐水性越差，通常软化系数大于0.85的材料可以认为是耐水的。

9.D 提示：石英矿物的硬度应用刻划法测定。

10.B提示：韧性材料在冲击、振动荷载作用下，能够吸收较大的能量，同时也能产生一定的变形而不破坏，

因为韧性材料的变形值越大，而抗拉强度越接近或高于抗压强度，所以承受冲击和振动荷载的能力强。如钢材、

木材、沥青混凝土等。

11、A 提示：脆性材料在外力作用下，直至断裂前只发生很小的弹性变形，不出现塑性变形而突然破坏。这

是脆性材料的一个特征。而这类材料的抗压强度比抗拉强度大得多，可达几倍到几十倍。因此，其抗冲击和振动

荷载的能力较差。大部分无机非金属材料如石材、砖、水泥、混凝土、砂浆、陶瓷及玻璃等属于这类材料。

12、D 提示：材料吸水后，将使材料的体积密度和导热系数提高，因为材料的体积密度是指材料在自然状态

下单位体积的质量。材料吸水后，其质量加入了含水的质量，这样总质量提高了，虽然体积也增加，但增幅小，

故体积密度提高。而材料导热是通过材料实体与孔隙内的空气，而吸水后传热介质变成了材料实体及水和空气

（水占有了部分或全部空气的体积），而水的导热系数（λ=0.58W/m·K）是空气的导热系数（λ=0.023W/m·K）

的25倍左右，故材料的导热系数提高了。

13、C 提示：材料吸水后，将使材料的强度和保温性降低。由于水会以不同方式使材料软化，破坏材料内部

结构的结合力，因此材料吸水后会使其强度降低；另外，材料吸水后导热系数将明显提高，使材料的保温性降低。

14、C 提示：材料的抗渗性和抗冻性的好坏与材料的孔隙率及孔隙特征有关。一般来说，孔隙率大且为开口

连通孔时材料的抗渗性与抗冻性较差；密实的以及具有闭口孔（不论孔隙率大小）的材料抗渗性与抗冻性较好。

如在混凝土工程中常掺入引气剂改善混凝土的孔结构，以提高其抗渗性和抗冻性。

15、D 提示：通常，固体物质比液态物质导热系数大，液态比气态导热系数大。当材料的孔隙率约大即体积

密度约小时，由于孔隙中空气传热较差，因此导热系数越小。当孔隙率相同时，若孔隙间连通也会使孔中空气流

通而传热，使材料的导热系数增大。

16、D 提示：建筑材料中，各种胶凝材料、混凝土、天然石材、砖瓦、钢材、木材等均为亲水性材料。而沥

青、油漆、塑料等为憎水性材料，它们常用作防潮、防水和防腐材料，也可以对亲水性材料进行表面处理，用以

降低吸水性。

四、判断题：

1×2√3×4×5×6×7×8×9×10√11×12√13√14√15√16√17√18√19√20√

五、简答题：

1.答：质量吸水率和体积吸水率都是反映材料吸水性能的指标，但含义不同。质量吸水率是指材料在吸水饱

和状态下所吸入水的质量占材料干燥质量的百分率；而体积吸水率是指材料在吸水饱和状态下所吸入水的体积占

干燥材料在自然状态下体积的百分率。前者适宜于表示具有封闭孔隙或极大开口孔隙的材料的吸水性；后者适宜

于表示具有很多微小开口孔隙的轻质材料（如加气混凝土、软木等）的吸水性。

2. 答：材料在外力作用下抵抗破坏的能力，称为材料的强度；按其强度值的大小划分为若干个等级，则是材

料的强度等级。材料的强度与材料的含水率状态及温度有关，含有水分的材料其强度较干燥时低；一般温度高时

材料的强度降低。材料的强度还与其测试的所用的试件形状、尺寸有关，与实验时的加荷速度、试件的表面性状

有关，相同材料采用小试件测得的强度较大，试件高，加荷速度快者强度偏高，试件表面不平或表面涂润滑剂时

所测得的强度偏低。

3.答：材料的耐久性是材料的一种综合性质，诸如：抗渗性、抗冻性、抗风化性、抗老化性、抗化学侵蚀性、

耐热性、耐火性及耐磨性等均属于耐久性的范围。对不同的材料有不同的耐久性要求。

影响材料耐久性的破坏因素主要有物理因素、化学因素、物理化学因素、机械因素及生物因素等几方面。

不同的材料或相同的材料使用在不同的环境中，所受到的破坏作用有可能不同。为提高材料的耐久性，以利

3于延长土木工程结构物的使用寿命和减少维修费用，可根据工程环境和材料特点从以下方面采取相应的措施；

（1）提高材料自身对环境破坏因素的抵抗性（如提高材料的物理力学及化学性能等）；

（2）设法减轻环境介质对材料的破坏作用（如排除或降低破坏因素对材料的作用等）；

（3）用其它材料保护主体材料免受破坏（如覆面、抹灰、刷涂料等）。

4.答：

（1）证明：设材料在干燥状态下的自然体积为；材料在干燥和吸水饱和时的质量分别为m

1和m

2，则有：

0V

①21

01

100%

v

wmm

W

V



则 ②21

1100%

mmm

W

m

1

21

100%mWm

mm



将②代入①得：11

0011

m

vm

wwWmm

WW

VV



而，

w =1，故有：W

v =W

m·ρ

01

0

0m

V



（2）公式中的的单位为g/cm3

。

0vmWW



0

（3）若材料的孔隙率为P，体积吸水率为W

v，则材料的闭口孔隙率。

BkvPPPPW

5.答：评价材料热工性能的常用参数有材料的导热系数、热容量与比热，材料的导热系数和热容量是设计建筑

物围护结构进行热工计算时的重要参数，要保持建筑物室内温度的稳定性并减少热损失，应选用导热系数小而热

容量较大的建筑材料。

6.答：干燥墙体由于其孔隙被空气所填充，而空气的导热系数很小，只有0.023W/（m·K）。因而干墙具有良

好的保暖性能。而新建房屋的墙体由于未完全干燥，其内部孔隙中含有较多的水分，而水的导热系数为

0.58W/（m·K），是空气导热系数的近25倍，因而传热速度较快，保暖性较差。尤其在冬季。一旦湿墙中孔隙水

结冰后，传导热量的能力更加提高，冰的导热系数为2.3W/(m·K).是空气导热系数的100倍，保暖性就更差。

7.答：材料的孔隙率和孔隙构造对材料的体积密度、强度、吸水性、吸湿性、抗渗性、抗冻性、导热性及吸

音性等性质均会产生影响，其影响如下：（1）孔隙率越大，其体积密度越小；（2）孔隙率越大其强度越低；

（3）密实材料及具有闭口孔的材料是不吸水和不吸湿的；具有粗大孔的材料因其水分不易存留，其吸水率常小于

孔隙率；而那些孔隙率较大 且具有开口连通孔的亲水性材料具有较大的吸水与吸湿能力；（4）密实的或具有闭

口孔的材料是不会发生透水现象的。具有较大孔隙率且为开口连通大孔的亲水性材料往往抗渗性较差；（5）密实

材料及具有闭口孔的材料具有较好的抗冻性；（6）孔隙率越大，导热系数越小，导热性越小，绝热性越好；孔隙

率相同时，具有较大孔径或连通孔的材料，导热系数偏大，导热性较大，绝热性较差；（7）孔隙率较大且为细小

连通孔时，材料的吸音性较好。

六.计算题

1、解：该岩石的软化系数为：K

R = 168/178 = 0.94>0.85

答：此岩石可用于水下工程。

2、 解：已知：3'

03

/1560%,5.1,/75.2mkgPcmg