湖南大学等四校合编《土木工程材料》（第2版）笔记和课后习题（含考研真题）详解

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内容简介
目录
第一章　土木工程材料的基本性质
　1.1　复习笔记
　1.2　课后习题详解
　1.3　典型习题（含考研真题）详解
第二章　建筑钢材
　2.1　复习笔记
　2.2　课后习题详解
　2.3　典型习题（含考研真题）详解
第三章　无机胶凝材料
　3.1　复习笔记
　3.2　课后习题详解
　3.3　典型习题（含考研真题）详解
第四章　水泥混凝土
　4.1　复习笔记
　4.2　课后习题详解
　4.3　典型习题（含考研真题）详解
第五章　砂　浆
　5.1　复习笔记
　5.2　课后习题详解
　5.3　典型习题（含考研真题）详解
第六章　砌筑材料
　6.1　复习笔记
　6.2　课后习题详解
　6.3　典型习题（含考研真题）详解
第七章　沥青及沥青混合料
　7.1　复习笔记
　7.2　课后习题详解
　7.3　典型习题（含考研真题）详解
第八章　合成高分子材料
　8.1　复习笔记
　8.2　课后思考题
　8.3　典型习题（含考研真题）详解
第九章　木　材
　9.1　复习笔记
　9.2　课后习题详解
　9.3　典型习题（含考研真题）详解
第十章　建筑功能材料
　10.1　复习笔记
　10.2　课后习题详解
　10.3　典型习题（含考研真题）详解
第十一章　装饰材料
　11.1　复习笔记
　11.2　课后习题详解
　11.3　典型习题（含考研真题）详解
                                                                                                                                                                                                    内容简介                                                                                            


　　本书是湖南大学等四校合编的《土木工程材料》（第2版）的配套e书，主要包括以下内容：
　　（1）梳理知识脉络，浓缩学科精华。本书每章的复习笔记均对该章的重难点进行了整理，并参考了国内名校名师讲授该教材的课堂笔记。因此，本书的内容几乎浓缩了该教材的所有知识精华。
　　（2）详解课后习题，巩固重点难点。本书参考大量相关辅导资料，对湖南大学等四校合编的《土木工程材料》（第2版）的课后思考题进行了详细的分析和解答，并对相关重要知识点进行了延伸和归纳。
　　（3）精编考研真题，培养解题思路。本书精选详析了部分名校近年来的相关考研真题，这些高校大多以该教材作为考研参考书目。所选考研真题基本涵盖了每章的考点和难点，考生可以据此了解考研真题的命题风格和难易程度，并检验自己的复习效果。
　　（4）免费更新内容，获取最新信息。本书定期会进行修订完善，补充最新的考研真题和答案。对于最新补充的考研真题和答案，均可以免费升级获得。
　　在编写过程中，该书力求突出重点，答疑难点，语言言简意赅，讲解深入浅出，希望它能得到广大土木工程专业学生和土木工程材料自学者的喜爱和认可。

内容预览
第一章　土木工程材料的基本性质
1.1　复习笔记
【知识框架】

【重点难点归纳】
一、材料科学的基本理论
1．材料科学与工程
土木工程材料学是材料科学与工程的一个组成部分。材料是指工程上把能用于结构、机器、器件或其他产品的具有某些性能的物质。材料的性能决定于材料的组成、结构和构造。
2．材料的组成（见表1-1）
表1-1材料的组成

注：自然界中的物质可分为气相、液相、固相三种形态。
3．材料的结构和构造
（1）材料的结构（见表1-2）
表1-2材料的结构分类


（2）材料的构造
①材料的构造是指具有特定性质的材料结构单元的相互搭配情况。
②材料科学是实验科学，为了准确把握真实材料的性能，必须要进行测试试验。
二、材料的基本物理性质
1．材料的密度、表观密度与堆积密度（见表1-3）
表1-3材料的密度、表观密度与堆积密度

2．孔隙率
孔隙率是指材料的体积内，孔隙体积所占的比例。按下式计算：



即D＋P=1或密实度＋孔隙率=1。
（1）孔隙率的大小直接反映了材料的致密程度。材料内部孔隙的构造，可分为连通与封闭两种。连通孔隙不仅彼此连通而且与外界连通，而封闭孔不仅彼此封闭且与外界相隔绝。
（2）孔隙可按其孔径尺寸的大小分为极微细孔隙、细小孔隙和粗大孔隙。在孔隙率一定的前提下，孔隙结构和孔径尺寸及其分布对材料的性能影响较大。
3．材料的填充率与空隙率
（1）填充率。指在某堆积体积中，被散粒材料的颗粒所填充的程度。按下式计算：

（2）空隙率。指在某堆积体积中，散粒材料颗粒之间的空隙体积所占的比例。按下式计算：

即D′＋P′=1或填充率＋空隙率=1。
（3）空隙率的应用。空隙率的大小反映了散粒材料的颗粒之间互相填充的程度。空隙率可作为控制混凝土骨料的级配及计算砂率的依据。
4．材料与水相关的性质
（1）材料的亲水性与憎水性
①土木工程中的建、构筑物常与水或大气中的水汽相接触。水分与不同的材料表面接触时，其相互作用的结果是不同的。
②如图1-1，在材料、水和空气的交点处，沿水滴表面的切线与水和固体接触面所成的夹角（θ）称为润湿边角。润湿边角θ愈小，浸润性愈好。如果润湿边角θ为零，则表示该材料完全被水所浸润。
a.当θ≤90°时，水分子之间的内聚力小于水分子与材料表面分子之间的相互吸引力，此种材料称为亲水性材料，如图1-1（a）所示。
b.当θ>90°时，水分子之间的内聚力大于水分子与材料表面分子之间的吸引力，材料表面不会被水浸润，此种材料称为憎水性材料，如图1-1（b）所示。
③含有毛细孔的材料，当孔壁表面具有亲水性时，由于毛细作用，会自动将水吸入孔隙内，如图1-1（a）。当孔壁表面为憎水性时，则需施加一定压力才能使水进入孔隙内，如图1-1（b）。

图1-1材料润湿边角
（a）亲水性材料；（b）憎水性材料
（2）材料的吸水性与吸湿性
①含水率。指材料中所含水的质量与干燥状态下材料的质量之比。可按下式计算：

式中，W为材料的含水率，％；m为材料在干燥状态下的质量，g；m1为材料在含水状态下的质量，g。
②吸水性。指材料与水接触吸收水分的性质。当材料吸水饱和时，其含水率称为吸水率。在土木工程材料中，多数情况下是按质量计算吸水率。
③吸湿性。指材料在潮湿空气中吸收水分的性质。吸湿作用一般是可逆的，即材料既可吸收空气中的水分，又可向空气中释放水分。材料与空气湿度达到平衡时的含水率称为平衡含水率。吸湿对材料性能亦有显著的影响。
（3）材料的耐水性
耐水性是指材料抵抗水的破坏作用的能力。一般材料遇水后，强度都有不同程度的降低。材料的耐水性可用软化系数来表示：

软化系数的大小是选择耐水材料的重要依据，其范围在0～1之间。
（4）材料的抗渗性
抗渗性是指材料抵抗压力水渗透的性质，可用渗透系数来表示：

式中，K为渗透系数，cm／h；Q为透水量，cm3；d为试件厚度，cm；A为透水面积，cm2；t为时间，h；H为静水压力水头，cm。
渗透系数越小，抗渗性也越好。
土木工程中，对混凝土、砂浆，常用抗渗等级来评价其抗渗性。抗渗等级是以规定的试件、在标准试验方法下所能承受的最大水压力来确定。
三、材料的基本力学性质
1．材料的理论强度
（1）材料的理论强度是指材料在理想状态下应具有的强度，取决于其质点间的作用力。
①以共价键、离子键形成的结构，化学键能高，材料的理论强度和弹性模量值也高。
②以分子键形成的结构，化学键能较低，材料的理论强度和弹性模量值均较低。
③材料在理想状态下，材料破坏受力破坏的原因是实际上都是外力在材料内部产生的拉应力和剪应力而造成的。材料的理论抗拉强度，可用下式表示：

式中，ft为材料的理论抗拉强度；E为材料的弹性模量；γ为单位表面能；d为原子间的距离。
（2）应力集中对材料的影响
①实际材料与理想材料的差别在于实际材料中存在许多缺陷，例如微裂纹、微孔隙等。
②当材料受外力作用时，在微裂纹的尖端部位会产生应力集中现象，使其局部应力大大超过材料的理论强度，而引起裂纹不断扩展、延伸；以至相互连通，最后导致材料的破坏。
③材料的理论强度远远大于其实际强度。而消除工程材料内部的缺陷，则会大大提高材料的强度。
2．材料的强度
（1）强度是指材料在外力（荷载）作用下，抵抗破坏的能力，即材料所承受的极限应力值。
（2）根据外力作用方式的不同，材料强度分为抗压强度（图1-2a）、抗拉强度（图1-2b）、抗弯强度（图1-2c）及抗剪强度（图1-2d）等。

图1-2材料受力示意图
材料的抗压强度、抗拉强度、抗剪强度的计算公式如下：

式中，f为材料的强度，N／mm2或MPa；Fmax为材料破坏时的最大荷载，N；A为受力截面的面积，mm2。
材料的抗弯强度与加荷方式有关，单点集中加荷和三分点加荷的计算公式如下

式中，f为材料的抗弯强度，N／mm2或MPa；Fmax为破坏时的最大荷载，N；L为两支点的间距，mm；b、h为试件横截面的宽与高，mm。
（3）相同种类的材料，随着其孔隙率及构造特征的不同，各种强度也有显著差异。一般地说孔隙率越大的材料，强度越低，其强度与孔隙率有近似直线的关系。
3．弹性与塑性
（1）弹性是指材料在外力作用下产生变形，当外力除去后变形随即消失，完全恢复原来形状的性质。这种可完全恢复的变形称为弹性变形，如图1-3（a）。

图1-3材料的变形曲线
（a）弹性材料；（b）塑性材料；（c）弹塑性材料
（2）塑性是指材料在外力作用下，当应力超过一定限值时产生显著变形，且不产生裂缝或发生断裂，外力取消后，仍保持变形后的形状和尺寸的性质。这种不能恢复的变形称为塑性变形，如图1-3（b）。
（3）有的材料在低应力作用下，主要发生弹性变形；而在应力接近或高于其屈服强度时，则产生塑性变形。有的材料在受力时，弹性变形和塑性变形同时发生如图1-3（c），这种弹塑性变形在取消外力后，弹性变形可以恢复，而塑性变形则不能恢复。混凝土材料的受力变形就属于这种类型。
4．脆性与韧性
（1）脆性是指当外力达到一定限度后，材料突然破坏，且破坏时无明显的塑性变形，材料的这种性质。脆性材料的变形曲线如图1-4所示。

图1-4脆性材料的变形曲线
①脆性材料的特点是材料在外力作用下，达到破坏荷载时的变形很小。
②脆性材料不利于抵抗振动和冲击荷载，会使结构发生突然性破坏，是工程中应避免的。
③陶瓷、玻璃、石材、砖瓦、混凝土、铸铁等都属于脆性较大的材料。
（2）韧性（亦称冲击韧性）是指在冲击、振动荷载作用下，材料能够吸收较大的能量，不发生破坏的性质。材料的韧性常用冲击试验来检验。建筑钢材（软钢）、木材等属于韧性材料。在桥梁、吊车梁及有抗震要求的土木工程结构中，应考虑材料的韧性。
四、材料的耐久性
材料的耐久性是指材料在使用中，抵抗其自身和环境的长期破坏作用，保持其原有性能而不破坏、不变质的能力。
具有良好耐久性的土木工程材料修筑的工程结构，会具有较长的使用寿命。因此，提高材料耐久性可延长工程结构的使用寿命，节约能源和材料等自然资源。
在考虑材料的耐久性时，既要考虑耐久性的综合性，又要注意其具体的特殊性。

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