基本信息

書名：現代混凝土理論與技術

：150.00元

作者：孫偉,繆昌文； 孫偉,繆昌文

齣版社：科學齣版社

齣版日期：2012-03-01

ISBN：9787030303905

字數：

頁碼：708

版次：1

裝幀：精裝

開本：32開

商品重量：0.4kg

編輯

內容提要

《現代混凝土理論與技術》基於國傢自然科學基金重點項目“高性能水泥基建築材料的性能及失效機理研究”的成果，介紹瞭現代混凝土各項關鍵技術性能及在多場因素耦閤作用下不同強度等級混凝土損傷劣化時變特徵，初步建立瞭服役壽命預測模型，揭示瞭混凝土耐久性評價和服役壽命預測的科學性、可靠性與安全性。采用現代測試技術與方法，描述瞭高性能混凝土與超高性能縴維增強水泥基材料結構形成與損傷劣化過程中微結構演變的時變特徵及其與宏觀行為的本構關係。通過理論和試驗研究、製備技術、結構形成與損傷劣化機理分析及工程應用，建立瞭相應的理論模型和模擬方法，為工程應用提供瞭新理論、新方法與新技術，便於科學高效應用礦物摻閤料和化學外加劑，充分發揮其優勢，促進工業廢渣資源化和節能減排的實施。
《現代混凝土理論與技術》內容豐富，重點問題突齣，具有很好的指導應用價值，並體現瞭材料與結構必須耦閤的互動力，可供混凝土及相關的技術人員和大學師生參考。

目錄

作者介紹

文摘

第1章概述
1.1現代混凝土材料的定義
早在1959年，我國混凝土科學的奠基人吳中偉在其發錶的“中心質效應假說”中，就對水泥基復閤材料進行瞭分析。吳中偉認為，水泥基復閤材料的每一層次包容瞭下一個層次，各級中心質是分散相，分散在介質（連續相）中，形成上一級的介質，各層次之間通過界麵聯係成整體。各層次的行為是相互影響的，例如，混凝土的行為受水泥行為影響，但水泥的行為是在混凝土中産生的，因此應當把水泥放在混凝土中進行研究，把混凝土放在鋼筋混凝土構件中研究，鋼筋混凝土構件應當放在工程中研究。
水泥是混凝土的膠凝材料，盡管隨著混凝土技術的發展，水泥已不是當今社會可使用的膠凝材料，但無論如何，使用量大的膠凝材料仍是水泥。為瞭滿足混凝土結構設計的要求，為瞭提高混凝土的抗裂能力和耐久性，在混凝土中摻加一些混閤材料，改善混凝土性能，是很必要的。這些混閤材料，有的是在水泥生産過程中就加進去瞭，有的則是在混凝土生産過程中加進去的。因此，除粗集料、細集料、水泥和水之外，凡含有礦物摻閤料和化學外加劑的混凝土材料均稱為現代混凝土材料。
1.2混凝土材料的發展簡史
混凝土材料的發展可以追溯到水硬性石灰的誕生。希臘和羅馬人用煆燒含有泥土夾雜物（黏土質）的石灰石生産齣瞭水硬性石灰。經過中世紀，煆燒石灰的技術幾乎失傳。到14世紀又恢復瞭火山灰的使用。直到18世紀，纔有瞭波特蘭水泥。英國學者派剋（Parker）在1796年提齣一項關於天然水硬性膠凝材料（誤稱為羅馬水泥）的，該水泥用含有黏土的不純石灰石岩球煆燒製成。1824年，英國利茲的一個施工人員亞斯普丁（Aspdin）提齣“波特蘭”水泥的一個，盡管按照這一技術未必能製造齣真正的波特蘭水泥，但後來人們還是沿用瞭“波特蘭”水泥這一術語至今。
波特蘭水泥的應用，很快在世界迅速傳播，尤其是在歐洲和北美。與此同時，一項項新的改進技術誕生瞭。對於波特蘭水泥的研究，可以說自它問世後就沒有停止過。
波特蘭水泥的應用，為人類進步作齣瞭巨大貢獻，因其具有凝結較快、強度高等特點，而被工程界廣泛采用。當今建築，無論是高聳雲天的摩天大樓，還是令人驚嘆不已的標誌性建築，無論是核電工程還是水利大壩，無論是地上建築還是地下工程，無處不顯波特蘭水泥的優勢和重要性。
水泥産生的水化産物均是自然界中沒有的礦物組分，因此它存在耐蝕性差、水化熱大等缺陷。水泥的強度主要來自於水泥水化後的水化産物，同時水泥水化又會放齣大量的熱量。由此引起混凝土內部産生大量的微裂縫，給水泥混凝土帶來天生的缺陷。
為瞭降低水泥早期的水化熱，提高混凝土的抗裂性能，人們總是試圖通過在混凝土中摻礦物細摻料的辦法來減少水泥熟料的用量，改善水泥的水化熱性能。例如，在混凝土的製備過程中，摻磨細礦渣、粉煤灰、矽灰等，使混凝土的耐蝕性提高，水化熱性能也有瞭明顯改善，但隨之而來的早期強度發展緩慢、易碳化、混凝土抗凍時錶麵易剝落等缺陷也給人們帶來憂慮。
為瞭提高混凝土的強度，高強度等級的水泥也應運而生瞭，它滿足瞭建築施工中縮短工期、加快模闆周轉、早期強度發展快的要求，但仍存在耐蝕性差、水化熱更大的缺陷。
20世紀90年代，以耐久性為主要設計指標的高性能混凝土問世瞭。混凝土要實現高性能化，發展高性能水泥基膠凝材料首當其衝。由東南大學、江蘇省建築科學研究院、南京大學等單位承擔的國傢自然科學基金重點項目“高性能水泥基建築材料的性能及失效機理研究”，對高性能水泥基建築材料的配製，關鍵技術性能及在使用過程中的損傷劣化失效機理進行瞭的研究，取得瞭許多令人矚目的可喜成果，為現代混凝土材料理論與技術的發展與創新奠定瞭基礎。
1.3現代混凝土材料的高性能化
一般混凝土建築物的服役壽命都要求大於50年。一些重點工程（如橋梁、水利大壩等）則要求100年或100年以上的服役壽命。但在近半個世紀內，混凝土結構因材質劣化造成過早失效或提前退齣服役的事故常有發生。據英國1979年調查，全國混凝土結構有36%需重建或改建；美國公路總局1969年用於公路橋梁路麵修補的經費達26億美元，1979年達63億美元。美國1991年在提交國會的報告《國傢公路和橋梁現狀》中指齣，美國現存的全部混凝土工程價值約6萬億美元，而每年用於維修的費用達300億美元。英國1980年的建築維修費用占建築總費用的2／3。在我國，由於正處於建設高峰期，工程維修的問題未引起人們重視。事實上，工程維修的壓力相當巨大，有些工程使用不到10年就齣現瞭各種各樣的病害。
延長混凝土的服役壽命是有效的節能、節材、減少環境汙染的途徑。近年來，我國水泥産量增長非常迅速。統計資料顯示，20世紀80年代我國水泥産量的年平均增長率為10.2%，90年代則已上升到17.5%。2000年我國共生産水泥5.97億t，2003年水泥産量高達8.63億t，2010年我國水泥産量已超過18億t，居世界首位，占世界總産量的50%。有人曾經計算過，像現在這樣無限製地生産水泥，我國的水泥資源也隻能滿足幾十年。眾所周知，水泥廠曆來就是汙染源，現代水泥廠雖然采取瞭密閉和負壓等措施以減少粉塵的排放量，但有害氣體，如CO2、NOx和SO2，以及部分粉塵仍是通過高煙囪排放到大氣中。有關資料錶明，每生産1t熟料將排放約1t的CO2。2003年我國生産的8.63億t水泥中，從低估計熟料約6億t，也就是說，2003年我國僅水泥生産就為大氣增加瞭超過6億t的CO2。另外，水泥生産中還要排放齣大量的NOx、SO2等有害氣體，以及大量粉塵，也將嚴重汙染我們的生存環境，破壞生態平衡，使人類的生存受到威脅。執行可持續發展戰略是21世紀世界各國的重要任務，我國國民經濟和社會發展“九五”計劃，以及2010年遠景目標綱要在將建築業和建材行業列為支柱産業的同時指齣，“建材工業應以調整結構、節能、節地、節水、減少汙染為重點，大力增加産品，發展商品混凝土，積極利用工業廢渣，走可持續發展的道路”。顯然，如果我國的水泥按照現在的速度生産和發展下去，不僅會消耗大量的資源和能源，而且將給整個地球的環境增加不可想象的負擔，這與走可持續發展的道路是嚴重相悖的。因此，發展現代環保節能型混凝土材料勢在必行，迫在眉睫。
大力發展環保節能型高性能水泥基建築材料，充分利用活性摻閤料（工業廢渣），一方麵可以減少水泥熟料的需求量，減少資源和能源的消耗，減少CO2等有害物質的排放；另一方麵，如果我們能夠充分利用活性摻閤料優化混凝土的膠結料化學組分，將混凝土的服役壽命從現在的50～60年延長至100～150年，乃至更長時間，不僅能化廢為寶，從根本上大幅度地減少水泥熟料的需求量，起到保護環境的作用，而且能夠因建築物耐久性的提高、壽命的延長而帶來巨大的社會和經濟效益。
上，一些發達國傢，如美國、日本、加拿大等對開發環保節能混凝土高度重視，主要采用以下技術：①采用環保型膠凝材料，在水泥中摻入的一種或幾種活性摻閤料，替代水泥，節約熟料；②研發與使用各種化學外加劑。
用於配製環保型膠凝材料的礦物細摻料包括磨細礦渣、矽灰、石英砂粉、粉煤灰和石灰石粉等，目前用得比較多的是矽灰、磨細礦渣和粉煤灰。英國教授Swany用細度為453m2／kg、786m2／kg和1160m2／kg的礦渣取代水泥熟料，分彆製得強度為60～100MPa的環保節能混凝土。俄羅斯水泥科學研究院用磨細礦渣、粉煤灰、石英砂粉等復閤取代50%～70%的熟料製得環保型膠凝材料，用這種膠凝材料製成的混凝土具有良好的耐久性、優異的工作性、水化熱低等優點。日本配製環保節能混凝土時一般從礦渣、矽粉、石英砂粉、粉煤灰、石灰石粉等礦物細摻料中選擇1～3種，並加入高效減水劑，有時還加入增稠劑、膨脹劑等有機或無機添加劑，由於外加組分多，使用這種方法要求施工部門同時采購多種原材料，在施工現場或混凝土攪拌站多次計量和加料，工藝復雜，成本也較高。另外，為瞭避免計量和加料的差錯，對施工人員的要求也較高。
我國清華大學、同濟大學、重慶大學等也對開發利用活性摻閤料進行瞭一些有益的工作。清華大學用摻比錶麵積400m2／kg的磨細礦渣配製的混凝土，3d、7d強度低於摻比混凝土，用比錶麵積800m2／kg的礦渣配製的混凝土早期強度和後期強度均高於摻比混凝土，但碳化深度比同水膠比的摻比混凝土略大，抗氯離子滲透性，以及對堿-集料反應的能力較普通矽酸鹽水泥強。同濟大學用48%的P.O42.5矽酸鹽水泥熟料摻4%的石膏，與48%礦渣分彆磨細後，混閤配製成環保型膠凝材料，與同標號矽酸鹽水泥相比，這種膠凝材料不僅水化熱低，而且抗化學侵蝕能力大大提高。天津市建築材料科學研究所通過磨細技術與復閤技術，生産齣超細礦物摻閤料，等量取代20%～50%的水泥，可提高混凝土強度10%～30%，用它可以配製齣流動性好、水化熱低的C50～C80的高強、環保節能混凝土，但其早期收縮及自收縮較純水泥大。東南大學孫偉和江蘇省建築科學研究院繆昌文等采用二元激發和多元復閤技術，僅用15%～30%的水泥熟料，采用75%左右的工業廢渣，通過功能性改性劑配製齣瞭性能指標達到或超過目前常用的P.O32.5、P.O42.5、P.O52.5級水泥的低熟料、低能耗、低收縮、高耐久的現代混凝土材料，並解決瞭大摻量活性摻閤料水泥基材料長期存在的早期強度低、泌水大、收縮大、易碳化和凍害時錶麵易剝落的技術難題，使我國現代高性能混凝土材料的研究與應用嚮前邁進瞭一大步。
……

序言