第一部分 硬化混凝土的微观结构和性能 1
第1章 概论 3
内容提要 3
1.1 混凝土作为一种结构材料 3
1.2 现代混凝土的组分 11
1.3 混凝土的类型 11
1.4 硬化混凝土的性质及其意义 12
1.5 计量单位 14
本章测验 15
进一步学习的文献 16
第2章 混凝土的微观结构 17
内容提要 17
2.1 定义 17
2.2 意义 17
2.3 复杂性 17
2.4 骨料相的微观结构 19
2.5 水化水泥浆体的微观结构 21
2.5.1 水化水泥浆体中的固相 22
2.5.2 水化水泥浆体中的孔 23
2.5.3 水化水泥浆体中的水分 26
2.5.4 水化水泥浆体中的微观结构-性能关系 27
2.6 混凝土中的界面过渡区 31
2.6.1 界面过渡区的重要性 31
2.6.2 微结构 32
2.6.3 强度 33
2.6.4 界面过渡区对混凝土性能的影响 33
本章测验 34
参考文献 35
进一步学习的文献 35
第3章 强度 37
内容提要 37
3.1 定义 37
3.2 重要性 37
3.3 强度与孔隙率的关系 38
3.4 混凝土的破坏方式 39
3.5 抗压强度及其影响因素 39
3.5.1 材料特性与配合比 40
3.5.2 养护条件 46
3.5.3 试验参数 48
3.6 不同应力状态下混凝土的行为 50
3.6.1 单轴压应力作用下混凝土的行为 50
3.6.2 单轴拉应力作用下混凝土的行为 52
3.6.3 抗压强度与抗拉强度的关系 56
3.6.4 大体积混凝土的抗拉强度 57
3.6.5 剪应力作用下混凝土的行为 58
3.6.6 双轴和多轴应力作用下混凝土的行为 58
本章测验 60
参考文献 61
进一步学习的文献 61
第4章 尺寸稳定性 63
内容提要 63
4.1 变形的类型及其重要性 63
4.2 弹性行为 64
4.2.1 应力应变关系的非线性 64
4.2.2 弹性模量的类型 66
4.2.3 静弹性模量的测定 67
4.2.4 泊松比 68
4.2.5 影响弹性模量的因素 69
4.3 干缩和徐变 70
4.3.1 原因 71
4.3.2 荷载和湿度条件对干缩和黏弹性行为的影响 71
4.3.3 可逆性 73
4.3.4 影响干缩和徐变的因素 74
4.4 温度收缩 80
4.4.1 影响温度应力的因素 81
4.5 混凝土的热学性质 84
4.6 延性与开裂 85
本章测验 86
参考文献 87
进一步学习的文献 87
第5章 耐久性 89
内容提要 89
5.1 定义 89
5.2 重要性 90
5.3 概述 90
5.4 水作为破坏的介质 91
5.4.1 水的结构 91
5.5 渗透性 92
5.5.1 硬化水泥浆体的渗透性 93
5.5.2 骨料的渗透性 93
5.5.3 混凝土的渗透性 94
5.6 混凝土劣化原因的分类 95
5.7 表面磨损 97
5.8 孔隙中盐类的结晶 99
5.9 冰冻作用 100
5.9.1 冰冻作用对硬化水泥浆体的影响 101
5.9.2 冰冻对骨料的作用 104
5.9.3 控制混凝土抗冻性的因素 105
5.9.4 混凝土受冻和盐剥落 108
5.10 火灾 108
5.10.1 高温对水泥浆体的影响 109
5.10.2 高温对骨料的影响 109
5.10.3 高温对混凝土的影响 110
5.10.4 高强混凝土在火灾中的表现 111
5.11 化学反应引起的混凝土劣化 112
5.11.1 水泥浆体组分的水解 114
5.11.2 阳离子交换反应 114
5.12 膨胀性产物形成的反应 115
5.13 硫酸盐侵蚀 115
5.13.1 硫酸盐侵蚀中的化学反应 116
5.13.2 延迟钙矾石的形成 117
5.13.3 案例 118
5.13.4 硫酸盐侵蚀的控制 121
5.14 碱-骨料反应 122
5.14.1 引发碱-硅反应的水泥和骨料品种 123
5.14.2 膨胀机理 125
5.14.3 案例 126
5.14.4 膨胀的控制 126
5.15 结晶MgO和CaO的水化 128
5.16 混凝土中埋入钢筋的锈蚀 128
5.16.1 埋设钢筋锈蚀引发混凝土劣化的机理 129
5.16.2 案例选析 131
5.16.3 锈蚀的控制 133
5.17 混凝土劣化整体模型 134
5.18 海洋环境中的混凝土 137
5.18.1 理论方面 137
5.18.2 劣化混凝土的案例 139
5.18.3 来自案例的教训 141
本章测验 142
参考文献 143
进一步学习的文献 145
总论 145
暴露在高温中的混凝土 146
耐久性的化学问题 146
硫酸盐侵蚀 146
碱-骨料膨胀 146
钢筋的锈蚀 146
海水侵蚀 147
冰冻与火灾 147
第二部分 混凝土原材料、配合比和早龄期性能 149
第6章 水硬性水泥 151
内容提要 151
6.1 水硬性和非水硬性胶凝材料 151
6.1.1 石膏和石灰中的化学 151
6.2 硅酸盐水泥 152
6.2.1 生产过程 152
6.2.2 化学组成 154
6.2.3 由化学分析结果计算熟料矿物组成 155
6.2.4 熟料矿物的晶体结构和活性 156
6.2.5 细度 158
6.3 硅酸盐水泥的水化 158
6.3.1 意义 158
6.3.2 水化机理 159
6.3.3 铝酸盐的水化 161
6.3.4 硅酸盐的水化 163
6.3.5 C-S-H的结构模型 164
6.4 水化热 165
6.5 凝结、硬化过程的物理特性 166
6.6 水泥特性对强度和水化热的影响 167
6.7 硅酸盐水泥的种类 169
6.8 特种水硬性水泥 172
6.8.1 分类和术语 172
6.8.2 混合硅酸盐水泥 173
6.8.3 膨胀水泥 177
6.8.4 快凝和快硬水泥 179
6.8.5 油井水泥 179
6.8.6 白水泥和彩色水泥 180
6.8.7 铝酸钙水泥 181
6.9 水泥标准的发展趋势 184
本章测验 187
参考文献 188
进一步学习的文献 189
第7章 骨料 191
内容提要 191
7.1 意义 191
7.2 分类和命名 191
7.3 天然矿物骨料 192
7.3.1 岩石分类 192
7.3.2 矿物类型 193
7.4 轻骨料 196
7.5 重骨料 197
7.6 高炉矿渣骨料 198
7.7 粉煤灰烧结骨料 198
7.8 再生混凝土骨料 198
7.9 骨料的生产 201
7.10 骨料特性及其意义 202
7.10.1 密度和视比重 202
7.10.2 吸水性和表面水分 203
7.10.3 压碎强度、耐磨性和弹性模量 204
7.10.4 坚固性 204
7.10.5 粒径和级配 205
7.10.6 形状和表面构造 205
7.10.7 有害物质 208
本章测验 210
参考文献 211
进一步学习的文献 212
第8章 外加剂 213
内容提要 213
8.1 意义 213
8.2 命名、规范和分类 213
8.3 表面活性剂 215
8.3.1 术语和化学组成 215
8.3.2 作用机理 215
8.3.3 应用 217
8.3.4 超塑化剂 219
8.3.5 减缩剂 221
8.4 调凝剂 224
8.4.1 术语和组成 224
8.4.2 作用机理 225
8.4.3 应用 226
8.5 矿物外加剂 229
8.5.1 意义 229
8.5.2 分类 229
8.5.3 天然火山灰材料 231
8.5.4 工业副产品 233
8.5.5 应用 238
8.6 结语 241
本章测验 242
参考文献 243
进一步学习的文献 245
第9章 混凝土的配合比 247
内容提要 247
9.1 意义和目的 247
9.2 总则 248
9.2.1 成本 248
9.2.2 工作性 249
9.2.3 强度和耐久性 249
9.2.4 理想的骨料级配 250
9.3 具体原则 250
9.3.1 工作性 250
9.3.2 强度 251
9.3.3 耐久性 251
9.4 设计步骤 251
9.5 计算实例（采用国际单位制） 257
9.6 高强和高性能混凝土的配合比设计 259
附录：由规定强度确定平均抗压强度的方法 260
本章测验 262
参考文献 263
进一步学习的文献 263
第10章 早龄期混凝土 265
内容提要 265
10.1 定义和意义 265
10.2 配料、拌合与运输 266
10.3 浇筑、捣实和抹面 270
10.4 混凝土的养护和脱模 273
10.5 工作性 274
10.5.1 定义和意义 274
10.5.2 测量 275
10.5.3 影响工作性的因素及其控制 277
10.6 坍落度损失 279
10.6.1 定义 279
10.6.2 重要性 279
10.6.3 原因和控制 280
10.7 离析和泌水 281
10.7.1 定义和重要性 281
10.7.2 测定 282
10.7.3 原因和控制 282
10.8 早期的体积变化 283
10.8.1 定义和重要性 283
10.8.2 原因和控制 283
10.9 凝结时间 285
10.9.1 定义和重要性 285
10.9.2 测定和控制 285
10.10 混凝土的温度 286
10.10.1 意义 286
10.10.2 寒冷天气下的混凝土浇筑 287
10.10.3 炎热气候中的混凝土浇筑 289
10.11 混凝土质量的检测和控制 290
10.11.1 方法及其意义 290
10.11.2 快速强度试验 291
10.11.3 抽芯试验 292
10.11.4 质量控制图 292
10.12 混凝土的早期开裂 294
10.13 结语 297
本章测验 297
参考文献 298
进一步学习的文献 299
第11章 无损检测方法 301
内容提要 301
11.1 表面硬度法 302
11.2 贯入阻力检测技术（混凝土强度枪击检测） 303
11.3 拔出法检测试验 304
11.4 成熟度方法 304
11.5 通过吸水和渗透性试验评估混凝土质量 306
11.6 应力波传播法 308
11.6.1 应力波在固体传播的理论概念 308
11.6.2 超声波脉冲速率法 310
11.6.3 冲击方法 314
11.6.4 声发射 316
11.7 电学方法 318
11.7.1 电阻 318
11.8 电化学方法 321
11.8.1 钢筋混凝土的电化学介绍 321
11.8.2 腐蚀电势 323
11.8.3 极化电阻 324
11.8.4 电化学阻抗谱 326
11.9 电磁学方法 330
11.9.1 保护层厚度仪 330
11.9.2 探地雷达 331
11.9.3 红外热成像法 334
11.10 钢筋混凝土的层析成像 335
11.10.1 X射线计算机层析成像 336
11.10.2 三维世界压缩成二维平面图像 337
11.10.3 电阻层析成像 338
本章测验 340
参考文献 341
进一步学习的文献 343
总论 343
声发射 343
电化学方法 344
层析成像 344
第三部分 混凝土技术进展 345
第12章 特种混凝土 347
内容提要 347
12.1 结构轻混凝土 348
12.1.1 定义和规范 348
12.1.2 配合比设计准则 349
12.1.3 性能 349
12.1.4 应用 353
12.2 高强混凝土 354
12.2.1 发展简史 354
12.2.2 定义 355
12.2.3 意义 356
12.2.4 材料 357
12.2.5 配合比 358
12.2.6 微观结构 361
12.2.7 新拌和硬化混凝土性能 361
12.2.8 高强、轻骨料混凝土 366
12.3 自密实混凝土 368
12.3.1 定义及意义 368
12.3.2 发展简史 368
12.3.3 材料及配合比 369
12.3.4 自密实混凝土的性能 370
12.3.5 应用 371
12.4 高性能混凝土 371
12.4.1 发展简史 371
12.4.2 ACI关于高性能混凝土的定义和条文说明 371
12.4.3 现场经验 372
12.4.4 应用 372
12.4.5 高性能、大掺量粉煤灰混凝土 375
12.5 补偿收缩混凝土 380
12.5.1 定义与概念 380
12.5.2 意义 381
12.5.3 原材料及配合比 382
12.5.4 性能 383
12.5.5 应用 385
12.6 纤维增强混凝土 387
12.6.1 定义和意义 387
12.6.2 增韧增强机理 388
12.6.3 纤维拔出机理 391
12.6.4 原材料及配合比 394
12.6.5 性能 399
12.6.6 超高性能纤维增强复合材料 403
12.6.7 钢纤维水泥复合材料的分类 406
12.6.8 应用 407
12.7 含聚合物的混凝土 409
12.7.1 命名和意义 409
12.7.2 聚合物混凝土（PC） 409
12.7.3 乳胶改性混凝土 410
12.7.4 聚合物浸渍混凝土 412
12.8 喷射混凝土 413
12.8.1 定义和简史 413
12.8.2 喷射工艺 414
12.8.3 拌合物配合比 414
12.8.4 性质 415
12.8.5 现场应用 416
12.8.6 纤维增强喷射混凝土 416
12.9 防辐射重混凝土 417
12.9.1 意义 417
12.9.2 作为屏蔽材料的混凝土 418
12.9.3 原材料和配合比 418
12.9.4 重要性能 419
12.10 透水混凝土 419
12.10.1 定义和规范 419
12.10.2 透水混凝土的益处 420
12.10.3 配合比 421
12.10.4 应用 422
12.10.5 透水混凝土的性质 422
12.10.6 透水混凝土的潜在缺点和挑战 425
12.11 大体积混凝土 425
12.11.1 定义及其意义 425
12.11.2 一般考虑 425
12.11.3 原材料和配合比 426
12.11.4 大体积混凝土温控原理的应用 431
12.12 碾压混凝土 432
12.12.1 材料和配合比 434
12.12.2 实验室试验 436
12.12.3 性能 436
12.12.4 施工方法 439
12.12.5 应用 440
本章测验 442
参考文献 443
进一步学习的文献 449
轻混凝土 449
高强混凝土 449
自密实混凝土 449
膨胀水泥混凝土 450
纤维增强混凝土 450
含聚合物的混凝土 450
重混凝土 450
大体积混凝土和碾压混凝土 451
喷射混凝土 451
透水混凝土 451
第13章 混凝土力学 453
内容提要 453
13.1 弹性行为 454
13.1.1 Hashin-Shtrikman （H-S）边界 459
13.2 黏弹性 460
13.2.1 基本流变学模型 461
13.2.2 广义流变学模型 468
13.2.3 时变流变学模型 470
13.2.4 叠加原理和积分表达 472
13.2.5 徐变的数学表达 473
13.3 大体积混凝土温度分布 474
13.3.1 热传导分析 475
13.3.2 初始条件 476
13.3.3 边界条件 476
13.3.4 有限元法 477
13.3.5 应用举例 479
13.3.6 案例：美国洛杉矶天使之女天主教大教堂的施工 481
13.4 断裂力学 486
13.4.1 线弹性断裂力学 487
13.4.2 混凝土断裂力学 490
13.4.3 断裂过程区 493
13.4.4 纳米尺度的断裂 498
13.5 混凝土暴露在冰冻温度下的多孔介质力学 499
13.5.1 孔径分布对低于熔点的液体饱和曲线的影响 499
13.5.2 冰冻材料的非饱和多孔介质弹性力学 501
13.5.3 冰冻过程应变的发展 502
13.5.4 引气气泡的作用 505
13.6 受碱硅反应作用的混凝土力学 508
本章测验 512
参考文献 513
进一步学习的文献 515
弹性行为 515
黏弹性 516
大体积混凝土的温度应力 516
混凝土断裂力学 516
第14章 全球变暖和可持续发展时代的混凝土 519
内容提要 519
14.1 塑造我们这个世界的力量——概述 519
14.2 不远将来的混凝土需求 521
14.3 全球混凝土行业对环境的影响 522
14.4 全球变暖——简介 523
14.5 增强混凝土耐久性 525
14.6 气候快速变化时代的水泥加速生产 526
14.7 混凝土行业的可持续性——整体论方法 527
参考文献 528