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第一篇 硬化混凝土的微结构和性能3

第1章 绪论3

本章提要3

1.1混凝土：一种结构材料3

1.2现代混凝土的组分9

1.3混凝土的类型9

1.4硬化混凝土的性能及其重要性10

1.5计量单位12

知识考察13

进一步学习的建议13

第2章 混凝土的微结构14

本章提要14

2.1定义14

2.2重要性14

2.3复杂性14

2.4骨料相的微结构16

2.5水化水泥浆体的微结构17

2.5.1水化水泥浆体中的固相18

2.5.2水化水泥浆体里的孔20

2.5.3水化水泥浆体中的水分21

2.5.4水化水泥浆体中的微结构—性能关系22

2.6混凝土中的过渡区26

2.6.1过渡区的重要性26

2.6.2微结构26

2.6.3强度27

2.6.4过渡区对混凝土性能的影响28

知识考察29

参考文献29

进一步学习的建议29

第3章 强度31

本章提要31

3.1定义31

3.2重要性31

3.3强度与孔隙率的关系32

3.4混凝土的破坏方式33

3.5抗压强度及其影响因素33

3.5.1材料特性与配合比33

3.5.2养护条件38

3.5.3试验参数40

3.6不同应力状态下混凝土的行为41

3.6.1单轴压缩作用下混凝土的行为41

3.6.2单轴拉应力作用下混凝土的行为43

3.6.3抗压强度与抗拉强度的关系46

3.6.4大体积混凝土的抗拉强度48

3.6.5剪应力作用下混凝土的行为48

3.6.6双轴和多轴应力作用下混凝土的行为49

知识考察50

参考文献51

进一步学习的建议51

第4章 尺寸稳定性53

本章提要53

4.1变形的类型及其重要性53

4.2弹性行为54

4.2.1应力—应变关系的非线性54

4.2.2弹性模量的类型56

4.2.3静弹模的测定57

4.2.4泊松比58

4.2.5影响弹性模量的因素59

4.3干缩和徐变60

4.3.1原因61

4.3.2荷载和湿度条件对干缩和黏弹性行为的影响61

4.3.3可逆性63

4.3.4影响干缩和徐变的因素63

4.4热收缩69

4.4.1影响热应力的因素69

4.5混凝土的热学性能73

4.6延伸性与开裂74

知识考察75

参考文献76

进一步学习的建议76

第5章 耐久性77

本章提要77

5.1定义77

5.2重要性77

5.3概述78

5.4水作为破坏的介质78

5.4.1水的结构79

5.5渗透性80

5.5.1硬化水泥浆体的渗透性80

5.5.2骨料的渗透性81

5.5.3混凝土的渗透性82

5.6混凝土劣化原因的分类83

5.7表面磨损84

5.8孔隙中盐类的结晶86

5.9冰冻作用86

5.9.1冰冻作用对硬化水泥浆体的影响87

5.9.2冰冻对骨料的作用90

5.9.3控制混凝土抗冻性的因素90

5.9.4混凝土受冻和盐剥落93

5.10火灾的影响93

5.10.1高温对水化水泥浆体的影响94

5.10.2高温对骨料的影响94

5.10.3高温对混凝土的影响94

5.10.4高强混凝土在火灾中的表现95

5.11混凝土由于化学反应造成的劣化97

5.11.1水泥浆体组分的水解98

5.11.2阳离子交换反应98

5.12形成膨胀产物的反应99

5.13硫酸盐侵蚀100

5.13.1硫酸盐侵蚀中的化学反应100

5.13.2延迟钙矾石的形成101

5.13.3案例选引102

5.13.4硫酸盐侵蚀的控制105

5.14碱—骨料反应106

5.14.1对碱—硅反应起作用的水泥和骨料品种106

5.14.2膨胀机理108

5.14.3案例选引109

5.14.4膨胀的控制109

5.15结晶MgO和CaO的水化110

5.16混凝土中埋入钢筋的腐蚀111

5.16.1埋设钢筋锈蚀而引起混凝土劣化的机理111

5.16.2案例选引113

5.16.3锈蚀的控制114

5.17混凝土劣化整体模型的发展115

5.18海水中的混凝土118

5.18.1理论方面118

5.18.2已劣化混凝土的案例120

5.18.3从案例中得到的教训121

知识考察123

参考文献124

进一步学习的建议126

第二篇 混凝土原材料、配合比和早龄期性能131

第6章 水硬性水泥131

本章提要131

6.1水硬性和非水硬性胶凝材料131

6.1.1石膏和石灰的化学反应131

6.2硅酸盐水泥131

6.2.1生产过程132

6.2.2化学组成134

6.2.3通过化学分析确定熟料矿物组成135

6.2.4熟料矿物的晶体结构和活性136

6.2.5细度138

6.3硅酸盐水泥的水化138

6.3.1意义138

6.3.2水化机理139

6.3.3铝酸盐的水化139

6.3.4硅酸盐的水化142

6.4水化热143

6.5凝结、硬化过程的物理特性144

6.6水泥特性对强度和水化热的影响145

6.7硅酸盐水泥的种类146

6.8特种水硬性水泥149

6.8.1分类和术语149

6.8.2混合硅酸盐水泥150

6.8.3膨胀水泥155

6.8.4快凝、快硬水泥155

6.8.5油井水泥156

6.8.6白水泥和彩色水泥157

6.8.7铝酸钙水泥158

6.9水泥标准的发展趋势161

知识考察162

参考文献164

进一步学习的建议164

第7章 骨料165

本章提要165

7.1意义165

7.2分类和命名165

7.3天然矿物骨料166

7.3.1岩石分述166

7.3.2矿物分述167

7.4轻骨料170

7.5重骨料170

7.6高炉矿渣骨料171

7.7从粉煤灰制得的骨料172

7.8从再生混凝土和城市垃圾所制得的骨料172

7.9骨料的制备173

7.10骨料的特性及其意义174

7.10.1密度和视比重175

7.10.2吸水性和表面潮湿状态175

7.10.3压碎强度、耐磨性和弹性模量176

7.10.4体积稳定性176

7.10.5粒径和级配177

7.10.6粒形和表面织构180

7.10.7有害物质181

知识考察182

参考文献183

进一步学习的建议183

第8章 外加剂185

本章提要185

8.1意义185

8.2术语、规范和分类185

8.3表面活性剂187

8.3.1术语和化学组成187

8.3.2作用机理187

8.3.3应用188

8.3.4超塑化剂190

8.4调凝剂191

8.4.1术语和组成191

8.4.2作用机理192

8.4.3应用193

8.5矿物外加剂195

8.5.1意义195

8.5.2分类196

8.5.3天然火山灰材料197

8.5.4工业副产品199

8.5.5应用202

8.6结语205

知识考察206

参考文献207

进一步学习的建议208

第9章 混凝土的配合比209

本章提要209

9.1意义和目的209

9.2基本考虑210

9.2.1成本210

9.2.2工作性210

9.2.3强度和耐久性211

9.2.4理想的骨料级配211

9.3具体原则212

9.3.1工作性212

9.3.2强度212

9.3.3耐久性213

9.4设计步骤213

9.5计算实例217

9.6ACI用公制单位的表格219

9.7高强和高性能混凝土的配合比设计220

附录：由规定强度确定平均抗压强度的方法221

知识考察223

参考文献224

进一步学习的建议224

第10章 早龄期混凝土225

本章提要225

10.1定义和意义225

10.2配料、拌合与运输226

10.3浇灌、捣实和抹面229

10.4混凝土的养护和脱模232

10.5工作性233

10.5.1定义和意义233

10.5.2测量233

10.5.3影响工作性的因素及其控制235

10.6坍落度损失237

10.6.1定义237

10.6.2重要性237

10.6.3原因和控制237

10.7离析和泌水240

10.7.1定义和重要性240

10.7.2测定240

10.7.3原因和控制240

10.8早期的体积变化241

10.8.1定义和重要性241

10.8.2原因和控制241

10.9凝结时间242

10.9.1定义和重要性242

10.9.2测定和控制243

10.10混凝土的温度244

10.10.1意义244

10.10.2寒冷气候中浇筑混凝土245

10.10.3炎热气候中浇筑混凝土246

10.11混凝土质量的测试和控制248

10.11.1方法及其意义248

10.11.2快速强度实验248

10.11.3钻芯试件试验249

10.11.4质量控制图249

10.12混凝土的早期开裂252

10.13结语254

知识考察255

参考文献256

进一步学习的建议256

第11章 无损检测258

本章提要258

11.1表面硬度的测试方法259

11.2抗渗性测试技术260

11.3拔出法测试261

11.4成熟度测试方法261

11.5通过吸附和渗透性试验评估混凝土的质量263

11.6应力波传播检测方法264

11.6.1应力波在固体的传播理论264

11.6.2超声波脉冲速率检测方法266

11.6.3冲击方法270

11.6.4声发射271

11.7电学方法274

11.7.1电阻274

11.8电化学方法276

11.8.1钢筋混凝土的电化学介绍276

11.8.2腐蚀电势278

11.8.3极化电阻279

11.8.4电化学阻抗谱281

11.9电磁学方法284

11.9.1面层测厚仪284

11.9.2探地雷达286

11.9.3红外热成像法289

11.10钢筋混凝土的X光断层摄影289

11.10.1X射线断层数码摄影290

11.10.2压缩三维世界成平面二维图像291

11.10.3反向散射微波断层摄影292

知识考察293

参考文献294

进一步学习的建议296

第三篇 最近进展和展望301

第12章 混凝土技术进展301

本章提要301

12.1结构轻质混凝土302

12.1.1定义和标准302

12.1.2配合比设计准则302

12.1.3性能303

12.1.4应用306

12.2高强混凝土307

12.2.1发展简史307

12.2.2定义307

12.2.3意义308

12.2.4材料308

12.2.5配合比309

12.2.6微观结构312

12.2.7新拌合硬化混凝土性能312

12.2.8高强、轻骨料混凝土317

12.3自密实混凝土318

12.3.1定义及意义318

12.3.2发展简史318

12.3.3材料及配合比319

12.3.4自密实混凝土（简称SCC）的性能320

12.3.5应用320

12.4高性能混凝土321

12.4.1发展简史321

12.4.2ACI关于高性能混凝土的定义与注释321

12.4.3现场经验321

12.4.4应用322

12.4.5高性能、高掺量粉煤灰混凝土325

12.5补偿收缩混凝土328

12.5.1定义与概念328

12.5.2意义329

12.5.3原材料及配合比329

12.5.4性能330

12.5.5应用332

12.6纤维增强混凝土334

12.6.1定义和意义334

12.6.2增韧机理336

12.6.3原材料及配合比337

12.6.4性能341

12.6.5超高性能纤维增强复合材料的开发344

12.6.6应用347

12.7含聚合物的混凝土348

12.7.1命名和意义348

12.7.2聚合物混凝土（PC）348

12.7.3乳胶改性混凝土349

12.7.4聚合物浸渍混凝土350

12.8防辐射重混凝土352

12.8.1意义352

12.8.2作为屏蔽材料的混凝土352

12.8.3原材料和配合比353

12.8.4重要性能353

12.9大体积混凝土354

12.9.1定义及其意义354

12.9.2一般考虑354

12.9.3原材料和配合比354

12.9.4原理的应用358

12.10碾压混凝土360

12.10.1材料和配合比362

12.10.2实验室测试363

12.10.3性能364

12.10.4施工工艺366

12.10.5应用367

知识考察369

参考文献370

进一步学习的建议374

第13章 混凝土力学的发展377

本章提要377

13.1弹性行为377

13.1.1Hashin-Shtrikman（H-S）限值382

13.2黏弹性383

13.2.1基本流变学模型384

13.2.2广义流变学模型390

13.2.3时变流变学模型392

13.2.4叠加原理和积分表达394

13.2.5徐变的数学表达395

13.2.6徐变和收缩的预测方法396

13.2.7收缩398

13.3大体积混凝土温度分布400

13.3.1热传导分析400

13.3.2初始条件402

13.3.3边界条件402

13.3.4有限元法403

13.3.5应用举例405

13.3.6案例分析：美国加利福尼亚“我们的天使姑娘”大教堂的施工407

13.4断裂力学410

13.4.1线弹性断裂力学411

13.4.2混凝土断裂力学414

13.4.3断裂过程区415

知识考察421

参考文献422

进一步学习的建议423

第14章 混凝土技术未来面临的挑战425

本章提要425

14.1塑造我们世界的力量——概述425

14.2未来对混凝土的需求427

14.3混凝土结构相对于钢结构的优势427

14.3.1工程考虑428

14.4环境考虑428

14.5混凝土的耐久性与可持续性430

14.6隧道尽头是光明430

14.7针对可持续发展的技术431

参考文献432

作者简介434