本书主要介绍混凝土组成材料、配合比设计、拌合物性能、结构、物理力学性能和耐久性等混凝土基础知识。具体包括混凝土的定义、分类、特点、组成及各组成材料的作用、基本要求、技术标准、检验方法及应用;混凝土拌合物和易性、强度、变形性质、耐久性的概念、指标、测定方法以及影响因素;外加剂的定义、分类及使用目的,常用外加剂的作用机理及对混凝土性能的影响;普通混凝土的配合比设计方法,熟悉掺用减水剂、引气剂和粉煤灰混凝土的配合比设计;混凝土的质量控制和强度检验评定,侧重于混凝土材料的生产、技术性质、质量检验及其在工程中的应用。培养学生夯实专业知识基础,树立牢固的责任意识。
混凝土材料是现代土木、水利工程中应用最广泛的工程材料,发挥着其他材料无法替代的作用和功能。近年来中国经济快速发展,基础建设投资巨大,混凝土技术取得了很大的进步与变革。河海大学在混凝土材料的教学和科研方面已有七十年的历史,积累了丰富的教学和科研经验。河海大学是国内最早开展钢纤维混凝土、聚合物混凝土和全级配混凝土研究的单位之一,在混凝土材料特别是水工混凝土材料方面取得了可喜的研究成果,先后承担过国家“七五”“八五”和“九五”攻关项目、国家自然科学基金重大重点项目、国家科技支撑计划、国家重点研发计划课题以及三峡、二滩、东风等重大水利水电工程的混凝土研究项目,其中“高强度大体积混凝土材料研究”等3项成果获国家科技进步奖,另有12项成果获省部级科技进步奖。目前,河海大学正在工程新材料、混凝土材料的物理力学性能和耐久性、温控防裂、环境功能材料与固体废弃物利用、修复新材料新技术、高性能混凝土、墙体与节能材料等方面开展研究。
本书被列入2021年江苏省高等学校重点建设教材,为配合河海大学“材料科学与工程”国家级一流本科专业建设,同时满足材料科学与工程专业课程教学要求而编写。编者根据长期的混凝土材料教学和科研经验,将近年来混凝土科学与技术的新发现、新观点、新成果、新规范等编写入教材,主要讲述了混凝土材料的基本理论和基本知识,同时力求反映当今国际、国内混凝土材料的最新技术成果。
教材内容设置上,前十章内容为混凝土基础知识,主要介绍混凝土组成材料、配合比设计、拌合物性能、硬化混凝土结构及物理力学性能、耐久性等混凝土基础知识。第十一章介绍专用混凝土,重点介绍水工混凝土和海工混凝土原材料要求、配合比设计。第十二章为新型混凝土专题,主要聚焦混凝土科技前沿,介绍超高性能混凝土、自密实混凝土、水下不分散混凝土、纤维混凝土、喷射混凝土、碾压混凝土、生态混凝土、再生混凝土、3D打印混凝土、智能混凝土的组成、性能及应用等。
本书可作为高等学校材料科学与工程、无机非金属材料工程等专业的本科生、研究生教学用书,也可供材料科学、土木工程、水利水电工程、港口航道工程、海洋工程等领域的技术人员培训和参考使用。
全书由河海大学储洪强、蒋林华教授担任主编,徐怡副教授担任副主编。具体编写分工为:第一章由蒋林华编写,第二章由张风臣、蒋林华编写,第三章由徐怡、储洪强编写,第四章由刘小艳编写,第五章由储洪强、张风臣编写,第六章由徐怡、储洪强编写,第七章由储洪强、徐怡编写,第八章由赵素晶、蒋林华编写,第九章由蒋林华、刘小艳、赵素晶编写,第十章由宋子健、储洪强编写,第十一章由顾越、宋子健编写,第十二章由刘小艳、赵素晶、顾越编写,全书由徐怡副教授负责统稿。
在编写过程中,编者学习和参考了已出版的多种混凝土材料的专著和规范标准。这些文献的丰富内容给予编者很大的帮助,在此,谨向这些文献的作者表示衷心的感谢。
限于编者水平,本书不足与不妥之处在所难免,恳请使用本书的读者批评指正。
编者
2022年5月
储洪强,2001本科毕业于河海大学,2012年博士毕业于同济大学,东南大学博士后、师从孙伟院士,曾经在美国University of Colorado, Boulder访学1年,现为河海大学力学与材料学院教师、教授、博士研究生导师。
学术、社会兼职:
中国硅酸盐学会房材分会干混砂浆专业委员会委员;
江苏省复合材料学会理事;
江苏省硅酸盐学会房建材料专业委员会委员;
Journal of Materials Research and Technology、Construction and Building Materials等刊物的审稿人。
主要研究方向:
⑴ 高性能混凝土与混凝土耐久性;
⑵ 混凝土结构电化学修复技术;
⑶ 固体废弃物的利用与生态环境材料;
⑷ 工程结构的检测与评估。
第一章概论1
第一节混凝土的定义与分类1
第二节混凝土在工程建设中的重要性4
第三节混凝土的发展概况6
第四节混凝土的技术标准9
第二章水泥12
第一节通用硅酸盐水泥12
第二节通用硅酸盐水泥特点和应用21
第三节特种水泥25
第三章集料32
第一节集料的形成与分类32
第二节细集料37
第三节粗集料42
第四章化学外加剂48
第一节外加剂的定义与分类48
第二节减水剂49
第三节引气剂52
第四节缓凝剂55
第五节早强剂58
第六节速凝剂62
第七节其他外加剂64
第五章矿物外加剂71
第一节矿物外加剂的分类71
第二节粉煤灰72
第三节粒化高炉矿渣粉81
第四节硅灰85
第五节其他矿物外加剂87
第六章混凝土配合比设计95
第一节混凝土配合比设计要求95
第二节普通混凝土配合比设计96
第三节掺减水剂的混凝土配合比设计110
第四节有特殊要求的混凝土配合比设计112
第七章混凝土拌合物的性能117
第一节混凝土拌合物的和易性117
第二节混凝土拌合物的含气量128
第三节混凝土拌合物的凝结时间130
第八章混凝土的结构133
第一节混凝土的宏观与细观结构133
第二节硬化水泥浆体的结构135
第三节混凝土中的两相界面结构141
第九章混凝土的强度和变形性能150
第一节抗压强度150
第二节抗拉强度159
第三节复杂受力下的强度163
第四节非荷载作用下的变形166
第五节荷载作用下的变形176
第十章混凝土的耐久性190
第一节混凝土的抗渗性190
第二节混凝土的抗冻性194
第三节混凝土的抗侵蚀性203
第四节混凝土的碱集料反应210
第五节 混凝土的碳化218
第六节混凝土的抗氯离子侵蚀性221
第十一章专用混凝土227
第一节水工混凝土227
第二节海工混凝土241
第十二章新型混凝土247
第一节超高性能混凝土247
第二节自密实混凝土248
第三节水下不分散混凝土250
第四节纤维混凝土252
第五节喷射混凝土253
第六节碾压混凝土254
第七节生态混凝土256
第八节再生混凝土258
第九节3D打印混凝土259
第十节智能混凝土261
参考文献264