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第一部分 基 础篇 1

第一章 现代混凝土概述 1

1.1混凝土的发展简史 1

1.2现代混凝土的组成 3

1.2.1胶凝材料 3

1.2.2集料 3

1.2.3化学外加剂 4

1.2.4矿物掺和料 5

1.2.5水 5

1.3混凝土的种类 6

1.3.1分类方法 6

1.3.2典型的混凝土品种 6

1.4硬化混凝土的性能 8

1.4.1力学性能 8

1.4.2体积稳定性 9

1.4.3耐久性 9

1.5混凝土的多尺度结构 11

1.6混凝土的用途 12

1.7混凝土的研究方法 13

复习题 14

主要参考文献 15

第二章 硅酸盐水泥 16

2.1通用硅酸盐水泥 16

2.1.1硅酸盐水泥 16

2.1.2普通硅酸盐水泥 17

2.1.3矿渣硅酸盐水泥 17

2.1.4火山灰质硅酸盐水泥 17

2.1.5粉煤灰硅酸盐水泥 17

2.1.6复合硅酸盐水泥 18

2.2硅酸盐水泥的原料和生产 18

2.3硅酸盐水泥的化学成分和矿物组成 18

2.4基于水化热的硅酸盐水泥的水化过程 19

2.5基于电阻率方法的硅酸盐水泥水化结构形成过程 22

2.6 Powers公式及基于水化度的相组成 25

2.7硅酸盐水泥水化速率及水泥水化动力学模型 28

2.8影响硅酸盐水泥凝结硬化和强度的主要因素 30

2.8.1水泥熟料的矿物组成和矿物外加剂 30

2.8.2细度 30

2.8.3石膏的掺量 30

2.8.4水灰比 30

2.8.5养护时间 32

2.8.6养护温度和湿度 32

2.9硬化水泥浆体的组成和结构 33

2.9.1水化产物的组成、结构和性能 33

2.9.2孔和孔结构特性 36

2.9.3水的存在形态 37

复习题 38

主要参考文献 39

第三章 集料 41

3.1集料的作用 41

3.2集料的分类和命名 41

3.3天然矿物集料的矿物特性 42

3.3.1主要造岩矿物的组成和特性 42

3.3.2岩石的分类 43

3.3.3化学成分和矿物组成的分析实例 44

3.4细集料的主要技术性能 45

3.4.1砂的分类及表面特性 45

3.4.2砂的含水状态 50

3.4.3砂的技术要求 51

3.5粗集料的主要技术性能 59

3.5.1粗集料的分类 59

3.5.2粗集料的技术要求 59

3.6机制砂与机制砂混凝土的研究进展 64

3.6.1机制砂的基本特性 64

3.6.2机制砂的生产现状 65

3.6.3人工砂应用水平 65

3.6.4石粉对混凝土性能的影响 66

3.6.5国内外集料标准对石粉含量的限值 67

3.6.6存在的问题 67

复习题 68

主要参考文献 69

第四章 混凝土外加剂 70

4.1概况 70

4.1.1混凝土外加剂的发展历史 70

4.1.2混凝土外加剂的定义 71

4.1.3混凝土外加剂的分类 71

4.2表面活性剂 72

4.2.1表面活性剂的种类与结构特点 72

4.2.2表面活性剂的作用机理 73

4.3化学外加剂 77

4.3.1减水剂 78

4.3.2引气剂 92

4.3.3凝结调节剂——缓凝剂和速凝剂 94

4.3.4硬化调节剂——早强剂 97

4.3.5膨胀剂 98

4.3.6保水剂和增稠剂 100

4.3.7其他外加剂 102

复习题 106

主要参考文献 107

第五章 矿物掺和料 108

5.1粉煤灰 108

5.1.1粉煤灰的物理特性 109

5.1.2粉煤灰的化学成分和矿物组成 111

5.1.3粉煤灰的火山灰反应 112

5.1.4粉煤灰在混凝土中的作用 114

5.2粒化高炉矿渣 117

5.2.1矿渣的物理特性 117

5.2.2矿渣的化学组成 118

5.2.3矿渣的矿物组成 118

5.2.4矿渣的反应机理 119

5.2.5影响矿渣活性的因素 120

5.2.6水泥-矿渣复合体系的水化性能 121

5.2.7矿渣对混凝土性能的影响 123

5.3硅灰 125

5.3.1硅灰的物理特性 125

5.3.2硅灰的化学成分和矿物组成 126

5.3.3硅灰在混凝土中的作用机理 127

5.3.4硅灰对混凝土性能的影响 128

5.4其他矿物掺和料 130

5.4.1石灰石粉 130

5.4.2钢渣 133

5.4.3磷渣 137

5.4.4偏高岭土 138

复习题 140

主要参考文献 140

第二部分 科 学篇 142

第六章 混凝土微结构及其表征 142

6.1概述 142

6.2多尺度的微结构 144

6.2.1水泥基复合材料的多尺度划分 145

6.2.2界面过渡区微结构 148

6.3微观结构测试及表征方法 152

6.3.1 X射线衍射分析 152

6.3.2孔结构分析技术 153

6.3.3压汞孔结构分析 155

6.3.4扫描电镜分析技术 157

6.3.5低温量热技术 159

6.3.6气体吸附法 161

6.3.7核磁共振技术（1H NMR技术） 162

6.3.8 X射线CT技术 163

6.3.9纳米压痕 164

6.3.10光学显微镜分析技术 167

6.4微结构模拟研究进展 168

复习题 172

主要参考文献 173

第七章 混凝土的力学性能 176

7.1混凝土的强度性质 176

7.1.1混凝土强度的种类 176

7.1.2强度与孔隙 177

7.1.3强度的影响因素 178

7.1.4决定混凝土强度的微观结构因素 182

7.1.5混凝土强度的尺寸效应 183

7.2混凝土在不同受力状态下的特性 185

7.2.1应力-应变关系 185

7.2.2混凝土的弹性模量 187

7.2.3抗拉强度与抗压强度的关系 188

7.3混凝土的疲劳特性 190

7.3.1混凝土疲劳的有关概念 190

7.3.2混凝土疲劳破坏的过程及特征 190

7.3.3混凝土疲劳性能试验和理论 191

7.3.4改善混凝土疲劳性能的措施 194

7.4混凝土的断裂特性 194

7.4.1混凝土断裂的基本概念 194

7.4.2混凝土断裂试验方法 195

7.4.3断裂模型理论 196

复习题 197

主要参考文献 197

第八章 混凝土体积稳定性 199

8.1变形的类型 199

8.2化学收缩 199

8.2.1化学收缩的概念和测试方法 199

8.2.2化学收缩与水化过程的关系 202

8.2.3化学收缩与电阻率的关系 203

8.3自收缩 205

8.3.1自收缩的概念 205

8.3.2自收缩的测试方法 206

8.3.3起点测定时间对自收缩结果的影响 208

8.3.4自收缩机理 208

8.3.5自收缩和化学收缩的内在关系 209

8.3.6自收缩的影响因素 209

8.3.7粉煤灰对水泥浆体的电阻率与自收缩的影响 213

8.4干燥收缩 214

8.4.1干燥收缩的概念和测试方法 214

8.4.2干燥收缩的开裂 215

8.5温度变形 217

8.6弹性变形和弹性行为 218

8.6.1应力和应变关系的非线性 218

8.6.2混凝土弹性模量的分析 220

8.7徐变 222

8.7.1荷载作用下材料的黏弹性及模型 222

8.7.2徐变度和任意应力条件下应变响应的叠加法 226

8.7.3混凝土徐变的特性 226

8.7.4影响混凝土徐变的因素 228

8.7.5徐变的试验方法和结果分析举例 229

8.7.6用于预测混凝土徐变的ACI公式 231

复习题 232

主要参考文献 235

第九章 混凝土耐久性 236

9.1概述 236

9.1.1混凝土耐久性的概念 236

9.1.2混凝土腐蚀类型 237

9.1.3混凝土耐久性环境条件分级 238

9.1.4影响现代混凝土耐久性问题突出的原因 242

9.1.5混凝土耐久性劣化的整体模型 243

9.2渗透性及其对混凝土耐久性的影响 245

9.2.1混凝土渗透性及其影响因素 245

9.2.2毛细孔渗透压力与混凝土渗透性 249

9.2.3离子在混凝土中的渗透性 250

9.2.4混凝土渗透性评价方法 251

9.2.5渗透性与混凝土耐久性之间的关系 255

9.2.6混凝土的开裂对耐久性的影响 257

9.3抗冻性 258

9.3.1混凝土中水的冻结 258

9.3.2混凝土抗冻性经典理论 258

9.3.3影响混凝土抗冻性的主要因素 261

9.3.4混凝土冻融损伤模型 263

9.3.5混凝土抗冻性试验方法 264

9.3.6混凝土盐冻 266

9.3.7提高混凝土抗冻性的技术措施 267

9.4耐化学侵蚀性 268

9.4.1水泥浆体组分的浸出 268

9.4.2酸的侵蚀 268

9.4.3硫酸盐侵蚀 269

9.4.4酸雨侵蚀 273

9.5碱-集料反应 275

9.5.1碱-集料反应的分类与特点 275

9.5.2碱-集料反应的膨胀机理 276

9.5.3碱-集料反应的影响因素 277

9.5.4碱-集料反应的预防措施 280

9.6混凝土的碳化 281

9.6.1碳化机理与特点 281

9.6.2碳化效应 283

9.6.3碳化影响因素 284

9.6.4碳化程度检验与估计 287

9.6.5减少与预防碳化的措施 288

9.7混凝土中钢筋的锈蚀 288

9.7.1混凝土中钢筋锈蚀的电化学原理 288

9.7.2混凝土“中性化”对混凝土中钢筋锈蚀的影响 290

9.7.3氯盐对混凝土中钢筋锈蚀的影响 290

9.7.4混凝土钢筋锈蚀的其他影响因素 291

9.7.5混凝土中钢筋锈蚀的防护措施 293

9.7.6混凝土中钢筋锈蚀的检测方法 294

9.8混凝土耐久性设计及防护 294

9.8.1混凝土耐久性设计 295

9.8.2混凝土耐久性防护 296

9.8.3混凝土耐久性评价 297

9.8.4混凝土耐久性研究的发展与展望 298

复习题 299

主要参考文献 299

第十章 混凝土的性能设计 302

10.1常规混凝土与高性能混凝土设计方法 302

10.1.1常规混凝土设计方法及其特点 302

10.1.2高性能混凝土配合比设计原则 304

10.1.3高性能混凝土的设计方法 305

10.1.4现有高性能混凝土设计方法的不足 307

10.2基于性能的高性能混凝土设计方法 307

10.2.1基于性能的混凝土设计方法简介 308

10.2.2基于性能设计方法与传统指令式设计的区别 309

10.2.3基于性能设计方法的优点 311

10.2.4混凝土性能设计的内容 312

10.3基于性能的混凝土质量控制体系 315

10.3.1质量控制体系的构成与策略 315

10.3.2混凝土抗碳化能力检测方法 316

10.3.3混凝土抗氯离子渗透性检测方法 318

10.4混凝土性能设计体系与应用现状 319

复习题 320

主要参考文献 321

第三部分 技 术篇 323

第十一章 混凝土配合比设计 323

11.1混凝土拌和物配制的目标和影响因素 323

11.1.1强度 323

11.1.2工作性 324

11.1.3耐久性 324

11.1.4经济性 324

11.2混凝土拌和物参数的选择 324

11.2.1水胶比 325

11.2.2浆集比 325

11.2.3砂石比 325

11.2.4外加剂用量 325

11.3混凝土拌和物配合比设计的方法 326

11.3.1传统塑性混凝土配合比设计 326

11.3.2 Mehta和Aitcin推荐的高强、高性能混凝土配合比确定方法 331

11.3.3法国路桥实验中心建议的方法 333

11.3.4基于最大密实度理论的方法 335

11.3.5吴中伟高性能混凝土简易配合比设计方法 335

11.4高性能混凝土全计算配合比设计 336

11.4.1普遍适用的混凝土体积模型 337

11.4.2混凝土配合比设计中的两个基本关系式 337

11.4.3混凝土全计算配合比设计步骤 339

11.4.4高性能混凝土（HPC）全计算配合比设计 340

11.4.5高性能混凝土（HPC）全计算配合比设计的实例 342

11.4.6总结 344

复习题 345

主要参考文献 346

第十二章 早龄期混凝土技术 347

12.1混凝土工作性的评价技术 347

12.1.1工作性的定义和意义 347

12.1.2工作性的测定 349

12.1.3流动性的分类及选择 351

12.1.4影响工作性的主要因素 352

12.1.5改善新拌混凝土工作性的措施 355

12.2混凝土的凝结特性及其评价 356

12.2.1凝结的定义和重要性 356

12.2.2贯入阻力法测量凝结时间 356

12.2.3用电阻率表征凝结时间 358

12.2.4混凝土的非正常凝结 361

12.3混凝土的温度控制技术 363

12.3.1意义 363

12.3.2寒冷气候中混凝土浇筑技术 363

12.3.3大体积混凝土温度控制技术 364

12.4混凝土拌和物的其他性能和新拌混凝土的快速分析技术 365

复习题 366

主要参考文献 366

第十三章 混凝土无损检测技术 367

13.1混凝土无损检测技术的定义与分类 367

13.1.1混凝土无损检测技术的定义 367

13.1.2混凝土无损检测的发展趋势 367

13.1.3混凝土无损检测的种类 367

13.2混凝土结构的应力波检测法 369

13.2.1混凝土结构的超声波检测法 369

13.2.2混凝土结构的冲击回波检测法 371

13.2.3混凝土结构的声发射检测法 371

13.3混凝土结构的电学检测方法 373

13.3.1电阻率法检测钢筋锈蚀 373

13.3.2电位法检测钢筋锈蚀 374

13.3.3线性极化法检测钢筋锈蚀 375

13.3.4电阻率法在混凝土水化监测过程中的应用 376

13.4混凝土结构检测的电磁波法 377

13.4.1电磁波在混凝土结构检测中的应用 377

13.4.2探地雷达在混凝土结构检测中的应用 378

13.5混凝土的红外成像法检测技术 379

13.6混凝土结构的断层扫描法 382

13.6.1 X射线断层扫描法原理 382

13.6.2反向散射微波断层扫描法的应用 382

13.7混凝土无损检测案例 383

13.7.1超声法检测混凝土裂缝 383

13.7.2雷达法检测楼板钢筋直径和分布 384

13.7.3电位法检测混凝土内部钢筋锈蚀 385

复习题 386

主要参考文献 386

第十四章 轻集料混凝土及抛填集料混凝土技术 387

14.1轻集料混凝土的概念 387

14.2轻集料混凝土的特性 388

14.2.1轻质高强 388

14.2.2保温隔热性能 388

14.2.3耐火性能 388

14.2.4抗震性能 388

14.2.5耐久性能 388

14.3轻集料混凝土的发展与研究 389

14.3.1轻集料混凝土的发展 389

14.3.2轻集料混凝土的研究 389

14.4轻集料混凝土的应用实例 395

14.4.1工程简介 395

14.4.2原材料和配合比 395

14.4.3轻集料混凝土施工情况 396

14.5轻集料混凝土的应用拓展 397

14.5.1内养护混凝土 397

14.5.2次轻混凝土 404

14.6抛填集料混凝土 407

14.6.1引言 407

14.6.2集料嵌锁型混凝土施工工艺剖析 409

14.6.3抛填集料混凝土方法与研究进展 410

14.6.4抛填集料混凝土的绿色高性能化机理 411

14.6.5抛填集料混凝土的应用及优点 412

14.6.6结语 413

复习题 414

主要参考文献 414