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内容简介 本书在国家自然科学基金重点项目、教育部新世纪优秀人才项目、江苏省“333工程”项目、江苏省交通科技计划项目、铁道部和上海铁路局科技开发项目以及十余项重点工程科技攻关项目的资助下，对水泥混凝土的体积稳定性和抗裂性的核心理论及应用技术开展了大量研究，并在工程建设中得到了成功应用。全书共11章，内容主要包括混凝土原材料、功能组分、配合比、环境温湿度等对体积稳定性和抗裂性的影响规律及机理，体积变形和开裂风险的定量预测方法，抗裂混凝土的设计方法和裂缝修复技术，以及相应技术在典型工程中的成功应用。 本书可供土木建筑、工程材料、桥梁市政、隧道机场、道路与铁道工程等专业的科研人员与工程技术人员从事科研、工程设计、检测、维护与管理时参考，也可供大专院校的教师、研究生及高年级本科生阅读使用。 目 录 1绪论1 1.1水泥混凝土的使用历史和现状1 1.2发展面临的挑战2 1.3可持续发展与体积稳定性、抗裂性和耐久性4 1.4本书主要内容6 参考文献6 2常温湿热耦合体积稳定性机理与变形预测8 2.1混凝土的多孔介质特性与湿热耦合变形机理8 2.1.1混凝土的多孔介质特性8 2.1.2混凝土湿热耦合变形机理10 2.2混凝土内部湿热传输机理13 2.2.1混凝土多孔介质的湿传输机理13 2.2.2混凝土中的热传输机理14 2.3混凝土湿热耦合传输数值模型15 2.3.1混凝土内部湿传输基本模型15 2.3.2水泥石内部热传输基本模型18 2.3.3混凝土湿热耦合传输模型19 2.4混凝土湿热耦合体积稳定性计算方法27 2.4.1湿热耦合体积稳定性计算的方法体系27 2.4.2温、湿度分布的解析法求解27 2.4.3湿度分布的应力转化法35 2.4.4湿热耦合变形的有限元分析方法37 2.5混凝土湿热耦合变形数值模拟计算的软件开发38 2.5.1基于Visual Basic调用Matlab及ANSYS的软件开发策略38 2.5.2CTMSoft软件开发关键问题及其实现40 2.5.3软件操作界面及使用简介43 2.6混凝土湿热耦合变形数值模拟方法的实例验证45 2.6.1数值模拟分析建模45 2.6.2边界条件选择确定45 2.6.3基本参数的确定48 2.6.4利用CTMSoft对混凝土变形进行数值模拟49 2.6.5数值模拟结果及其比较分析50 2.7材料和结构参数对体积稳定性影响的数值分析55 2.7.1材料参数对混凝土变形影响的模拟实验分析55 2.7.2结构参数对混凝土变形影响的初步分析57 参考文献58 3化学外加剂对塑性收缩、干缩和徐变的作用及机理64 3.1概述64 3.2高效减水剂及功能组分对混凝土塑性收缩和抗裂性的影响64 3.2.1不同高效减水剂及功能组分对混凝土塑性抗裂的影响65 3.2.2塑性收缩变形68 3.3不同减水剂对混凝土干缩、自收缩、徐变的影响规律74 3.3.1外加剂对混凝土干燥收缩和自收缩的影响规律79 3.3.2外加剂对混凝土干燥徐变和基本徐变的影响规律83 3.4减水剂对混凝土中水分传输的影响及其与收缩徐变的关系89 3.4.1混凝土内部相对湿度的经时变化89 3.4.2不同减水剂对砂浆失水率的影响97 3.4.3不同减水剂对混凝土湿含量的影响97 3.5减水剂对混凝土组成和结构的影响及其与收缩徐变的关系98 3.5.1不同外加剂对非蒸发水含量的影响99 3.5.2不同外加剂对水泥浆体固相成分的影响102 3.5.3不同外加剂对混凝土孔溶液的影响108 3.5.4不同外加剂对混凝土和砂浆孔结构的影响110 3.5.5低收缩低徐变混凝土减水剂分子结构112 3.6减缩剂对收缩徐变的作用及机理113 3.6.1对塑性开裂的影响113 3.6.2减缩剂对干燥收缩的影响114 3.6.3减缩剂对徐变的影响116 3.6.4作用机理分析117 参考文献118 4纤维的作用及机理121 4.1钢纤维混凝土的静态力学性能121 4.1.1钢纤维混凝土轴心抗拉性能121 4.1.2钢纤维混凝土轴心抗压性能127 4.1.3钢纤维钢筋混凝土梁抗弯性能131 4.2混杂纤维混凝土的断裂力学性能137 4.2.1混杂纤维混凝土基本性能138 4.2.2混杂纤维混凝土断裂力学性能研究142 4.2.3混杂纤维混凝土的声发射特性150 4.3PVA纤维的力学性能151 4.3.1PVA纤维对混凝土抗压强度的影响151 4.3.2纤维对混凝土抗折强度的影响152 4.3.3纤维对混凝土静弹性模量的影响153 4.3.4纤维对混凝土抗拉强度和极限延伸率的影响153 4.3.5PVA纤维影响混凝土力学性能的机理154 4.4PP纤维混凝土的抗塑性开裂性能155 4.4.1塑性抗裂性能的试验方法155 4.4.2塑性抗裂性能的评价方法158 4.4.3PP纤维混凝土的抗塑性开裂性能162 4.4.4PP纤维改善抗塑性开裂性能的机理167 4.5纤维混凝土的体积稳定性172 4.5.1钢纤维和PP纤维混凝土的干缩性能172 4.5.2PVA纤维混凝土的收缩徐变性能176 4.5.3钢纤维对AAR膨胀的限制作用180 参考文献186 5矿物掺合料对收缩徐变的影响及机理188 5.1概述188 5.2低收缩徐变水泥石微观结构特征189 5.2.1试验原材料与方法189 5.2.2水泥石的纳米表征197 5.2.3低收缩徐变水泥石的微观结构模型211 5.3基于低收缩徐变的胶凝材料强度设计方法211 5.3.1灰色系统理论与试验方法212 5.3.2胶凝材料强度与影响因素分析220 5.3.3基于低收缩徐变的胶凝材料强度设计模型228 5.4等强度低收缩徐变胶凝材料设计方法231 5.4.1研究方案231 5.4.2胶凝材料干燥收缩和徐变与影响因素分析234 5.4.3等强度低收缩徐变胶凝材料设计模型242 5.5低收缩徐变混凝土的制备与机理分析247 5.5.1基于胶凝材料设计的低收缩徐变混凝土247 5.5.2低收缩徐变混凝土的力学性能、干燥收缩和徐变度247 5.5.3低收缩徐变混凝土的机理分析252 参考文献255 6热变形机理和相变材料调控260 6.1概述260 6.2混凝土胶凝材料基体相的热变形性能研究261 6.2.1固相组分对水泥石热膨胀系数的影响261 6.2.2水对水泥石热变形性能的影响262 6.2.3孔对水泥石热变形性能的影响263 6.3混凝土组成对热变形性能的影响264 6.3.1浆体对混凝土热膨胀系数的影响264 6.3.2骨料对混凝土热膨胀系数的影响265 6.3.3含气量对混凝土热膨胀系数的影响267 6.4常规组成对混凝土热变形调控的比较分析及内部温升控制技术的提出268 6.4.1混凝土热膨胀系数的可调控幅度分析268 6.4.2混凝土导热性能的影响因素与调控效果分析270 6.5封装填埋相变材料对水泥基材料内部温升的影响273 6.5.1用于降低大体积混凝土水化热温升的相变材料的性能要求273 6.5.2采用封装填埋PCM降低水泥基材料水化热温升274 6.6采用相变导热流体降低混凝土的内部温升279 6.6.1相变导热流体的组成279 6.6.2相变导热流体的性能279 6.6.3相变导热流体的导热机理分析284 6.6.4相变导热流体降低混凝土的水化热温升的效果285 参考文献299 7高温爆裂体积稳定性301 7.1高温爆裂的现象、定量表征与危害301 7.2水泥基材料高温爆裂的条件302 7.2.1受火制度与爆裂的关系303 7.2.2净浆、砂浆和混凝土的区别305 7.3基于蒸汽压理论的混凝土爆裂分析306 7.3.1混凝土高温作用下的物理化学变化307 7.3.2高温下混凝土内部水的汽化对温度场的影响308 7.3.3高温下混凝土内部的湿迁移与气压场的形成309 7.4基于湿热耦合传输的气压场计算与爆裂特性分析311 7.4.1一维传输下的气压场计算311 7.4.2受火制度、材料参数与爆裂特性的进一步分析315 7.5预防爆裂的方法318 7.5.1外涂防火涂层318 7.5.2内掺低熔点有机物319 7.5.3机理分析321 7.5.4单丝纤维直径和掺量影响爆裂的定量分析322 7.5.5预防爆裂措施的其他影响与修复323 参考文献327 8碱集料反应膨胀329 8.1碱集料反应的发现与研究329 8.2碱330 8.2.1水泥中的碱330 8.2.2集料中的碱332 8.2.3矿物掺合料中的碱334 8.2.4化学外加剂的碱340 8.2.5环境中的碱342 8.3活性集料中的碱及其时空演化343 8.3.1混凝土基体中碱的演化与状态343 8.3.2有效碱新析344 8.3.3孔溶液中碱的测量方法345 8.3.4活性集料中反应碱（新有效碱）的测量方法346 8.3.5基于菲克定律的活性集料中反应碱计算方法347 8.3.6反应性碱的影响因素、定量预测与试验验证356 8.4碱集料反应膨胀的计算359 8.4.1基于扩散理论和弹性力学的膨胀计算359 8.4.2基于固相反应理论和弹塑性力学的膨胀计算363 8.4.3计算结果与试验比较370 8.5碱集料反应防治措施373 8.5.1内掺短纤维373 8.5.2外裹连续纤维374 8.5.3外部加载376 8.5.4添加矿物掺合料377 参考文献381 9变形和裂缝对传输性能和耐久性的影响与缺陷修复386 9.1体积稳定性与传输性能和耐久性的关系386 9.2应力和裂缝对水传输的影响386 9.2.1水在混凝土中的非达西渗流386 9.2.2水在混凝土裂缝中的渗流方程393 9.2.3拉应力作用下混凝土的抗渗透性402 9.3应力对气体传输和碳化的影响405 9.3.1拉应力对空气渗透系数的影响405 9.3.2拉应力对混凝土材料碳化的影响407 9.3.3拉应力对混凝土构件碳化的影响409 9.4裂缝和缺陷修复方式与水的传输411 9.4.1外贴定形材料411 9.4.2外涂涂层412 9.4.3渗透性材料413 9.4.4三种方法的比较414 9.5其他几种修复材料介绍415 9.5.1连续纤维增强热塑性树脂基复合材料415 9.5.2磷酸钾镁水泥423 9.5.3微生物水泥432 参考文献442 10地下工程应用443 10.1南京长江隧道工程443 10.1.1工程简介443 10.1.2隧道混凝土服役条件与关键技术问题443 10.1.3体积稳定性和抗裂性设计446 10.1.4抗中性化设计455 10.1.5防水耐久性设计463 10.1.6管片混凝土微观结构演化466 10.2南京玄武湖隧道476 10.2.1工程概况476 10.2.2混凝土关键技术问题及解决方案477 10.2.3实际效果477 10.3南京九华山隧道工程478 10.3.1工程简介478 10.3.2混凝土关键技术问题及解决方案478 10.4苏州独墅湖隧道和无锡蠡湖隧道479 10.4.1工程简介479 10.4.2混凝土关键问题480 10.4.3基于现场混凝土质量的抗碳化耐久性评估480 10.5南京地铁一号线工程485 参考文献48511交通枢纽工程应用486 11.1苏通大桥辅桥航道桥486 11.1.1工程简介486 11.1.2混凝土关键技术问题487 11.1.3高强混凝土收缩的尺寸效应及预测模式的修正方法487 11.1.4基于混凝土短期试验结果修正的徐变预测模型492 11.2沪杭高铁特大桥499 11.2.1工程简介499 11.2.2跨沪杭高速公路特大桥499 11.2.3现场收缩徐变监测499 11.2.4现场收缩徐变监测502 11.2.5收缩徐变对混凝土结构挠度分析507 11.2.6上海横潦泾特大桥513 11.2.7上海松江特大桥518 11.3安庆长江公路大桥520 11.3.1工程简介520 11.3.2混凝土关键技术问题与实践经验520 11.3.3索塔清水混凝土外观质量评价方法522 11.3.4混凝土外观图像的获取要求525 11.3.5混凝土外观质量的评价525 11.3.6混凝土外观质量评价应用举例531 11.3.7安庆长江公路大桥索塔清水混凝土研究与应用经验533 11.4南京禄口国际机场二期工程535 11.4.1工程简介535 11.4.2抗裂性设计536 11.4.3抗碳化性能设计541 11.4.4现场结构混凝土评估543 11.4.5抗碳化与超声波速关系545 11.4.6现场混凝土钢筋保护层厚度跟踪546 11.4.7混凝土碳化寿命预测547 参考文献551 |
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