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第1篇 混凝土材料学基础 1

第1章 水泥材料学概论 1

1.1 硅酸盐水泥的生产 2

1.1.1 硅酸盐水泥熟料的组成 2

1.1.2 硅酸盐水泥熟料矿物 4

1.1.3 生产水泥熟料的原料 6

1.1.4 水泥熟料的生产过程 7

1.2 硅酸盐水泥的水化 12

1.2.1 水泥熟料单矿物的水化反应 12

1.2.2 硅酸盐水泥的水化 17

1.3 硅酸盐水泥的性能和标准 20

1.3.1 凝结时间 21

1.3.2 水泥浆体的强度 21

1.3.3 水泥浆体的体积变化 28

1.3.4 水泥浆体的耐热性 30

1.3.5 水泥的标准 31

1.4 硬化水泥浆体的结构 32

1.4.1 硬化水泥浆体结构的特点 33

1.4.2 硬化水泥浆体中的固相 34

1.4.4 硬化水泥浆体的孔隙和孔结构 39

1.4.3 水泥石中的液相 39

1.4.5 硬化水泥浆体结构与力学性能的关系 42

1.4.6 硬化水泥浆体的体积稳定性 43

1.4.7 硬化水泥浆体的渗透性 44

1.5 混合硅酸盐水泥 44

1.5.1 矿渣硅酸盐水泥 45

1.5.2 火山灰硅酸盐水泥 52

1.5.3 粉煤灰硅酸盐水泥 53

1.5.4 石灰石作硅酸盐水泥的混合材料 58

1.5.5 复合混合材料水泥 59

1.6 改性硅酸盐水泥 60

1.6.1 快凝和快硬水泥 60

1.6.2 高强硅酸盐水泥 61

1.6.3 其他性能和用途的水泥 62

1.6.4 白色和彩色水泥 63

1.7 非硅酸盐体系水泥 64

1.7.1 铝酸盐水泥 64

1.7.2 贝利特水泥 67

1.7.3 贝利特-铝酸盐水泥 68

1.7.4 硫铝酸盐水泥和铁铝酸盐水泥 70

1.7.5 碱胶凝材料 73

第2章 集料 80

2.1 集料的分类 80

2.2 集料性质对混凝土性能的影响 81

2.2.1 集料性质对新拌混凝土工作性的影响 82

2.2.2 集料对硬化混凝土力学性能的影响 84

2.2.3 集料对混凝土耐久性的影响 88

2.3 特殊集料 88

2.3.1 轻集料 89

2.3.2 重集料 90

2.3.3 利用工业废料制成的集料 90

第3章 混凝土外加剂 93

3.1 概述 93

3.2 早强剂 94

3.2.1 氯化钙 94

3.2.2 硫酸钠 96

3.2.3其他早强剂 100

3.3.1 概述 101

3.3.2 缓凝机理 101

3.3 缓凝剂 101

3.3.3 缓凝剂的应用 102

3.4 普通减水剂 103

3.4.1 概述 103

3.4.2 减水剂的组分 104

3.4.3 减水机理 105

3.4.4 水泥中石膏的形态对减水剂作用的影响 106

3.4.5 水泥适应性问题 107

3.4.6 减水剂对混凝土性能的影响 107

3.5.1 概述 109

3.5 高效减水剂 109

3.5.2 高效减水剂的组分 110

3.5.3 掺高效减水剂的混凝土的性能 110

3.6 引气剂 114

3.6.1 概述 114

3.6.2 引气剂的种类 115

3.6.3 引气原理 116

3.6.4 影响引气的因素 116

3.6.5 引气对新拌混凝土性能的影响 117

3.6.7 引气剂的应用 118

3.6.6 引气对硬化混凝土性能的影响 118

3.7.1 泵送剂 120

3.7 其他用途的外加剂 120

3.7.2 防水外加剂 122

3.7.3 阻锈剂 123

3.7.4 速凝剂 124

附录3.1 掺外加剂混凝土性能指标 127

附录3.2 几种典型的国产减水剂和引气剂(不含复合型外加剂) 129

第4章 新拌混凝土的性能 131

4.1 概述 131

4.2.1 测试方法评述 132

4.2 流动性 132

4.2.2 影响流动性的因素 134

4.2.3 温度和时间对流动性的影响--坍落度损失 135

4.3 粘聚性(离析和泌水) 137

4.4 可泵性 138

4.4.1 什么是可泵性 139

4.4.2 可泵性的评价方法 140

4.4.3 泵送混凝土设计要点 141

4.5 混凝土的塑性收缩和最早期裂纹 143

4.4.4 小结 143

4.6 新拌混凝土的流变性 144

第5章 硬化混凝土的结构 148

5.1 概述 148

5.2 集料相的结构 148

5.3 水泥浆体与集料间的过渡区结构 149

5.3.1 过渡区的结构 149

5.3.2 过渡区的强度 149

5.3.3 过渡区对混凝土性能的影响 150

5.4.1 中心质假说 151

5.4 国内学者有关硬化混凝土结构的论述 151

5.4.2 硬化混凝土的4个结构层次 156

第6章 混凝土的力学性能 159

6.1 混凝土的抗压强度及其主要影响因素 159

6.1.1 水灰比与强度的关系 159

6.1.2 孔隙率与强度的关系 160

6.1.3 养护条件对强度的影响 161

6.1.5 影响混凝土强度诸因素的综合示意图 163

6.2 混凝土的其他强度 163

6.1.4 试验参数对强度的影响 163

6.2.1 抗拉强度 164

6.2.2 抗剪强度 164

6.2.3 冲击强度 165

6.2.4 疲劳强度 165

6.2.5 混凝土与钢筋的粘结强度 166

6.3 混凝土的断裂与破损 167

6.3.1 国内外有关混凝土强度理论的研究概况 167

6.3.2 在压应力状态下混凝土的力学行为 169

6.4.2 弹性变形 171

6.4 混凝土的变形 171

6.4.1 混凝土变形的类型 171

6.4.3 收缩变形 172

6.4.4 徐变 179

第7章 混凝土的耐久性 183

7.1 概论 183

7.1.1 混凝土耐久性问题不容忽视 183

7.1.2 钢筋混凝土结构的安全性随时间的变化 184

7.1.3 按耐久性设计混凝土 185

7.2 使用环境对混凝土破坏原因的分析和分类 186

7.1.4 我国混凝土耐久性的研究现况 186

7.3 表面磨损 188

7.3.1 机械磨耗 188

7.3.2 冲刷磨损和气蚀 190

7.4 混凝土的渗透性 190

7.5 冻融对混凝土的破坏 193

7.5.1 混凝土中水的冻结 193

7.5.2 冻融交替对混凝土破坏的动力 194

7.5.3 平均气泡间距 196

7.5.4 极限饱水程度 197

7.5.5 影响混凝土抗冻性的因素分析 199

7.5.6 抗冻性试验和评价方法 202

7.6 除冰盐对混凝土的破坏--冻结和盐的综合作用 204

7.6.1 破坏原理 205

7.6.2 破坏特征及测试方法 206

7.6.3 影响因素及防止措施 207

7.7 环境化学侵蚀对混凝土的破坏 208

7.7.1 水泥浆体组分的浸出 208

7.7.2 酸的侵蚀 208

7.7.3 硫酸盐侵蚀 209

7.8.1 概述 212

7.8 碱-集料反应 212

7.8.2 产生碱-集料反应破坏的条件 213

7.8.3 碱-集料反应的膨胀机制 214

7.8.4 集料碱活性的检验方法 216

7.8.5 碱-集料反应破坏的工程诊断和预防措施 218

7.9 混凝土中钢筋的锈蚀 219

7.9.1 钢筋锈蚀的电化学原理 220

7.9.2 混凝土的碳化 221

7.9.3 氯离子引起的锈蚀 225

7.9.4 钢筋锈蚀的防护措施 230

第2篇 混凝土技术的新进展 233

第8章 高强混凝土和高性能混凝土 233

8.1 概述 233

8.1.1 历史的回顾及其发展 233

8.1.2 高强和高性能混凝土的定义 234

8.2 高强混凝土 236

8.2.1 应用高强混凝土的必然性及其不足之处 236

8.2.2 高强混凝土在国内外的应用概况及其应用范围 237

8.2.3 高强混凝土的技术特性与物理力学性能 242

8.2.4 高强混凝土结构设计中有关材料力学性能的取值 246

8.2.5 高强混凝土的工艺原理与配制技术 249

8.2.6 高强混凝土的质量控制与质量保证 251

8.2.7 高强混凝土的技术发展要求 256

8.3 高性能混凝土 257

8.3.1 高性能混凝土的技术特性与物理力学性能 257

8.3.2 高性能混凝土的工艺原理与配制技术 267

8.3.3 高性能混凝土的工程应用 269

第9章 聚合物混凝土 272

9.1.1 聚合物胶乳水泥混凝土 273

9.1 聚合物水泥混凝土(砂浆) 273

9.1.2 再分散聚合物粉末水泥混凝土 284

9.1.3 水溶性聚合物水泥混凝土 284

9.1.4 液体树脂水泥混凝土 284

9.2 树脂混凝土(砂浆) 285

9.2.1 树脂混凝土的制作方法 285

9.2.2 新拌树脂混凝土的性能 287

9.2.3 硬化树脂混凝土的性能 287

9.3 聚合物浸渍混凝土(砂浆) 290

9.3.1 聚合物浸渍混凝土的制作方法 291

9.3.2 聚合物浸渍混凝土的性能 292

9.4 聚合物混凝土复合材料的应用 293

9.4.1 聚合物水泥混凝土的应用 293

9.4.2 树脂混凝土的应用 295

9.4.3 聚合物浸渍混凝土的应用 295

第10章 膨胀混凝土 297

10.1 概述 297

10.2 膨胀水泥和膨胀混凝土的沿革 297

10.3.1 以硅酸盐水泥或熟料为基础的膨胀水泥 299

10.3 膨胀水泥 299

10.3.2 以铝酸盐水泥熟料为基础的膨胀水泥 303

10.3.3 以硫、铁铝酸盐水泥熟料为基础的膨胀水泥 305

10.3.4 以高炉矿渣为基础的膨胀水泥 305

10.4 膨胀剂 306

10.4.1 U型混凝土膨胀剂 306

10.4.2 铝酸盐膨胀剂 307

10.4.3 复合膨胀剂 308

10.4.4 明矾石膨胀剂 308

10.5 膨胀混凝土变形的限制 309

10.5.2 膨胀混凝土不同限制程度的补偿收缩模式 310

10.5.1 限制变形概念 310

10.5.3 限制程度与自应力的关系 313

10.6 膨胀混凝土的特性 314

10.7 膨胀混凝土使用注意事项和应用实例 316

10.7.1 膨胀混凝土使用注意事项 316

10.7.2 膨胀混凝土应用实例 318

第11 章 钢纤维混凝土 321

11.1 钢纤维混凝土的增强机理 322

11.1.1 复合力学理论 322

11.1.2 纤维间距理论 327

11.1.3 多缝开裂理论* 329

11.2 钢纤维混凝土基体及其界面特性 330

11.2.1 钢纤维特性 330

11.2.2 混凝土基体特性 332

11.2.3 钢纤维与水泥基的界面 333

11.3 钢纤维混凝土的性能 335

11.3.1 钢纤维混凝土的力学性能 335

11.3.2 钢纤维混凝土的收缩与徐变 347

11.3.3 钢纤维混凝土的耐久性 348

11.4 钢纤维混凝土配合比设计与制备工艺 352

11.4.1 钢纤维混凝土的配合比设计 352

11.4.2 钢纤维混凝土的制备工艺 353

11.5 钢纤维混凝土在工程中的典型应用实例 355

11.5.1 钢纤维混凝土在公路路面工程中的应用 355

11.5.2 钢纤维高强混凝土在特种轨枕中的应用 357

11.5.3 钢纤维混凝土的经济性评价 359

第12章 钢管混凝土 362

12.1 概述 362

12.2 钢管混凝土的理论依据 364

12.2.1 混凝土受压破损的本质 365

12.2.2 混凝土受压后的变形与破损的关系 366

12.2.3 混凝土受压破损的力学特征 369

12.2.4 钢管混凝土的理论基础 370

12.3 钢管混凝土的结构特性及其适用范围 370

12.3.1 钢管混凝土的结构特性 370

12.3.2 钢管混凝土结构的适用范围 371

12.4 钢管混凝土结构设计的主要参数、设计原则与规定 371

12.4.1 钢管混凝土结构设计的主要参数 372

12.4.2 钢管混凝土结构的主要设计原则与规定 373

12.5.1 钢管的制作 374

12.5.2 空钢管的组装 374

12.5 钢管混凝土结构的施工 374

12.5.3 钢管内核心混凝土的浇灌 375

12.5.4 施工质量的检查 375

12.6 国内钢管混凝土结构的应用 376

12.6.1 工程实例 376

12.6.2 技术经济分析 380

第13章 粉煤灰混凝土 383

13.1 概述 383

13.2 粉煤灰的组成和特性 384

13.2.1 粉煤灰的化学成分和矿物组成 384

13.2.2 粉煤灰的火山灰活性 385

13.2.3 粉煤灰的物理性能 386

13.3 硬化粉煤灰-水泥浆体的组成、结构与性能 386

13.3.1 硬化粉煤灰水泥浆体的组成 387

13.3.2 粉煤灰水泥浆体的孔结构和显微结构 388

13.3.3 粉煤灰水泥浆体的性能 392

13.4 粉煤灰混凝土的性能与应用 393

13.4.1 粉煤灰混凝土的特性 393

13.4.2 粉煤灰混凝土的应用 395

13.4.3 对粉煤灰在混凝土中所起作用(效应)的认识和探讨 396

14.1 概述 399

第14章 冬季施工混凝土 399

14.2.1 早期冻结造成的强度损失 400

14.2.2 早期冻结引起混凝土结构受损的机理 400

14.2 早期冻结对混凝土性能的影响 400

14.2.3 临界强度和安全养护龄期的讨论 401

14.3 防冻外加剂及其及作用原理 403

14.3.1 历史 403

14.3.2 防冻剂的降低冰点作用 404

14.3.3 防冻剂与水泥及其水化生成物的作用 406

14.4.2 强度 407

14.4 掺防冻剂混凝土的性能 407

14.4.1 拌合料性能 407

14.4.3 耐久性 408

14.5 掺防冻剂混凝土的使用 410

14.5.1 使用范围 410

14.5.2 防冻剂的剂量和与其他外加剂的复合 410

14.5.3 施工要点及安全 411

第15章 水下不分散混凝土 412

15.1 概述 412

15.2.1 絮凝剂的种类 413

15.2 水下不分散混凝土的制备 413

15.2.2 配合比设计 414

15.3 水下不分散混凝土的性能 417

15.3.1 新拌混凝土的性能 417

15.3.2 硬化混凝土的性能 419

15.4 抗分散作用机理浅析 421

15.5 水下不分散混凝土施工要点 421

15.6 适用范围与工程实例 421

16.1 概述 423

第16章 真空脱水混凝土 423

16.2 真空处理原理 424

16.2.1 真空处理脱水密实三个阶段 424

16.2.2 真空混凝土结构的形成特点 425

16.3 真空混凝土性能 426

16.3.1 真空混凝土的力学性能 426

16.3.2 真空混凝土的耐久性与体积稳定性 429

16.4 真空处理技术的应用 432

16.4.1 真空处理设备 433

16.4.2 真空处理流程与参数 434

16.4.3 工程应用实例 436