《高技術混凝土材料》是先進化工材料關鍵技術叢書的一個分冊。
本書提出高技術混凝土概念，其目的是為了構建更為科學的研究體系和評價方法。高技術混凝土材料的范疇包括：高強混凝土、高性能混凝土、超高強混凝土和超高性能混凝土，以及高性能復合結構混凝土和新型功能混凝土材料。本書以著者團隊30多年來圍繞高技術混凝土材料所開展的研究與開發(fā)工作為基礎，系統(tǒng)闡述高技術混凝土用關鍵原材料特性及其作用機理；全面介紹材料結構設計和性能提升的新方法；總結研發(fā)創(chuàng)新思路和技術特點，形成從混凝土原材料制備到應用全壽命周期過程的高性能化、多功能化、全生態(tài)化和新技術化體系。
《高技術混凝土材料》內(nèi)容豐富、體系完整，具有系統(tǒng)的理論性，廣泛的實用性，適合從事材料、化工領域，尤其是建筑材料領域科研和工程技術人員閱讀，也可供高等學校無機非金屬材料工程專業(yè)、功能材料專業(yè)及相關專業(yè)師生參考。
混凝土是當今使用廣泛的建筑材料，目前全世界的混凝土年產(chǎn)量約40億立方米，其中我國占到55%左右，混凝土材料為我國的經(jīng)濟快速發(fā)展做出了重要貢獻�，F(xiàn)代建筑工程對混凝土品質和性能要求越來越高，傳統(tǒng)混凝土材料正面臨著在使用性能、工程技術應用和生態(tài)環(huán)境等方面的嚴峻挑戰(zhàn)。因此，提升混凝土材料品質與性能，提高其利用效能，并使之成為環(huán)境友好型材料，對實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有極其重要的作用。
胡曙光教授所領導的武漢理工大學團隊數(shù)十年堅持先進混凝土材料研究和技術開發(fā)工作，其學術成果在我國乃至世界混凝土領域具有一定的影響。他是在國際上較早開展先進水泥基復合材料研究的學者之一，在高性能復合結構混凝土研究及其工程應用和新型功能混凝土材料探索創(chuàng)新等方面取得了系列引人關注的成果。
混凝土是迄今為止世界上宗的人工制備材料，是現(xiàn)代社會文明和進步的重要基石。隨著現(xiàn)代工程建設向更大規(guī)模、更長跨度、更深廣空間和更嚴酷服役環(huán)境發(fā)展，對混凝土及其制品的強度、性能和耐久性的要求越來越高，材料的制備和工程施工的難度則越來越大，既有混凝土技術不斷面臨新的挑戰(zhàn)。
實際上，從混凝土技術誕生之日起人類就沒有停止過對其探索和創(chuàng)新，特別是20 世紀末以來的三十多年間，隨著相關科學技術的快速發(fā)展，混凝土領域的科技工作者更加注重學習和引入先進理論和技術方法，積極創(chuàng)新實踐，不斷取得材料性能和制備技術的新突破，為新時代各種創(chuàng)世工程和各類高標準基礎設施建設提供了關鍵技術支撐。
與此同時，正是因為技術思想空前活躍、研究工作更為自由和廣闊，混凝土材料也從來沒有像今天這樣產(chǎn)生科技成果的繁榮，并時常會引發(fā)一些技術概念、評價體系的紛爭，在一定程度上影響了整體研究工作的效能。為此，我們應系統(tǒng)總結既往經(jīng)驗，遵循混凝土材料自身發(fā)展規(guī)律，形成科學研究方向和技術途徑的共識，提高領域的整體研發(fā)水平，實現(xiàn)混凝土技術的更大發(fā)展。
本書提出的高技術混凝土概念，不是依據(jù)混凝土強度性能指標或材料組成特征來界定，而是以混凝土制備技術結合材料性能先進性而綜合歸類。其目的是為了建立更易形成共識的技術概念，有利于促進協(xié)作和交流，提高混凝土技術創(chuàng)新的整體效率。高技術混凝土的范疇包括：高強混凝土、高性能混凝土、超高強混凝土、超高性能混凝土，以及高性能復合結構混凝土和新型功能混凝土。
全書的邏輯線條是：以著者團隊的研究工作為背景，圍繞材料科學設計原理，系統(tǒng)闡明高技術混凝土用關鍵材料特性及其作用機理，全面介紹材料結構設計和性能提升的新方法，總結提煉材料研發(fā)的創(chuàng)新思路和技術特點；形成從材料制備到應用全壽命周期過程的高性能化、多功能化、全生態(tài)化和新技術化體系。在此基礎上，重點介紹了高性能復合結構混凝土方面的技術開發(fā)和工程應用經(jīng)驗，以及近年來在功能混凝土新技術方面的探索創(chuàng)新成果。
本書是著者團隊30多年來在高技術混凝土方面研究與應用成果的總結，內(nèi)容包括：①國家科技進步二等獎高性能水泥基復合材料的研究及其工程應用開發(fā)、混凝土耐久性關鍵技術研究及工程應用、鋼管高強混凝土膨脹控制與制備技術及其在大跨度結構的應用、深水大斷面盾構隧道結構/功能材料制備與工程應用成套技術；②功能性水泥基材料設計制備及其性能調控、高耐久性鋼箱梁橋面鋪裝結構設計材料制備及施工技術開發(fā)、利用淤污泥生產(chǎn)環(huán)保型優(yōu)質輕集料及其混凝土的應用技術等各類省部級科技一等獎十多項；③國家重點基礎研究發(fā)展計劃（973計劃）專題水泥水化機理及過程控制、現(xiàn)代混凝土膠凝漿體微結構形成機理、嚴酷環(huán)境下混凝土材料損傷演化與退化機理；④國家高技術研究發(fā)展計劃（863計劃）高性能輕質結構混凝土用于大跨徑橋梁的研究、高抗?jié)B長壽命大管徑隧道管片材料結構設計與工程應用、抗滑、阻燃、降噪多功能隧道路面結構設計與鋪裝技術、高速鐵路無碴軌道用CA砂漿研究與應用、具有高抗震性能的鋼筋高強輕質混凝土制備及強韌化技術；⑤國家科技攻關（支撐）計劃課題混凝土安全性專家系統(tǒng)、高性能輕集料混凝土的研究與應用、高性能水泥綠色制造工藝和裝備、長壽命混凝土制品關鍵材料及制備技術；⑥國家自然科學基金新型無機-有機復合水泥的研究、基于集料功能設計與界面結構優(yōu)化的高技術混凝土研究、具有高抗裂吸振功能混凝土的材料設計與制備方法、高強輕集料混凝土的脆性特征與增韌技術研究、水泥-瀝青-環(huán)氧樹脂復合膠結硬化機理及其微結構與性能研究、可循環(huán)水泥混凝土材料設計、制備及其性能調控、基于應力誘導的水泥石微結構形成機理與調控技術、導電功能集料及其復相水泥基材料技術原理與制備研究、基于電磁防護的功能集料設計制備原理及其混凝土應用基礎研究等30多項；⑦百余篇研究生學位論文、百余項國家授權發(fā)明專利和數(shù)百篇研究論文；⑧各類重點工程應用案例。在此衷心感謝國家科技部、國家自然科學基金委、各省部級科技部門的資助，以及眾多工程業(yè)主單位、設計單位和建設單位的大力支持。
本書著者團隊丁慶軍、王發(fā)洲、何永佳、呂林女、姜從盛、何真等教授參加了主要研究工作，劉志超、楊露、劉云鵬、何永佳、張云升、劉鵬、饒美娟、張文芹、胡傳林、楊進、張運華等博士參加了相關研究和書稿撰寫、編校工作。特別感謝中國化工學會、化學工業(yè)出版社的鼎力支持。此外，本書撰寫過程中還得到了一些專家和同行的幫助及指導，在此一并表示衷心感謝。
由于著者學識水平所限，書中內(nèi)容難免疏漏和不足，懇請業(yè)界專家、同仁及廣大讀者不吝賜教。
胡曙光
2022年1月
胡曙光，湖北武漢人，工學博士，武漢理工大學首席教授，博士生導師，硅酸鹽建筑材料國家重點實驗室副主任，國家新世紀百千萬人才工程（層次）人選，享受國務院政府特殊津貼。從事教學科研工作40年，主持和承擔國家自然科學基金、863計劃、973計劃、國家科技攻關計劃、國家科技支撐計劃以及各類部省級科研30多項。主要研究領域和方向：先進水泥基復合材料設計理論與制備技術，高技術混凝土研究與工程應用，環(huán)境與生態(tài)建筑材料制備原理與應用技術，特種水泥與混凝土制品研究開發(fā)，數(shù)字與信息技術在水泥混凝土領域的研究應用。參加各種國家重點工程混凝土材料研究與技術開發(fā)應用百余項，在鋼管混凝土組合材料應用于大跨度拱橋工程、鋼-混凝土/瀝青復合材料應用于橋面鋪裝結構工程、混凝土結構/功能一體化材料應用于深水大斷面盾構隧道工程、水泥-瀝青復合砂漿材料應用于高速鐵路軌道板工程、高強輕集料混凝土材料應用于混凝土結構工程、低溫升抗裂混凝土材料應用于超大體積混凝土工程，以及水泥與混凝土高效生態(tài)化利用固廢技術、新型功能混凝土材料研發(fā)和技術探索應用等方面取得了有影響的成果。獲國家技術發(fā)明二等獎1項、國家科技進步二等獎5項，省部級科技進步和發(fā)明一等獎12項，授權國家發(fā)明專利110項，發(fā)表SCI、EI 學術論文180余篇，出版著作7部，培養(yǎng)研究生100余名。
章 緒論 001
節(jié) 概述 002
第二節(jié) 高技術混凝土發(fā)展簡史 003
一、普通混凝土 003
二、高強混凝土 004
三、高性能混凝土 005
四、超高強混凝土 006
五、超高性能混凝土 008
六、高性能復合結構混凝土和新型功能混凝土 008
第三節(jié) 混凝土材料面臨的挑戰(zhàn)與機遇 009
第四節(jié) 高技術混凝土的技術特點與研究內(nèi)容 011
參考文獻 012
第二章 高技術混凝土用膠凝材料 017
節(jié) 高技術混凝土用膠凝材料的特征 018
第二節(jié) 高技術混凝土用膠凝材料的種類 019
一、水泥 019
二、輔助膠凝材料 020
第三節(jié) 高技術混凝土用膠凝材料作用機理與性能 025
一、單組分輔助膠凝材料作用機理與性能 026
二、雙組分輔助膠凝材料作用機理與性能 034
三、多組分輔助膠凝材料作用機理與性能 042
第四節(jié) 復合膠凝材料設計與開發(fā)展望 046
參考文獻 048
第三章 高技術混凝土用功能材料 051
節(jié) 混凝土外加劑 052
一、混凝土外加劑的種類 052
二、混凝土外加劑的功能原理 053
三、混凝土的主要膨脹類型與作用機理 053
四、高能復合膨脹材料設計與制備 057
第二節(jié) 聚合物材料 058
一、聚合物的種類 058
二、聚合物的作用 059
第三節(jié) 纖維材料 064
一、纖維的種類與特性 064
二、纖維的作用 065
第四節(jié) 超細粉材料 066
一、常用超細粉材料 066
二、超細粉材料的作用 067
第五節(jié) 納米晶種 069
一、納米晶種及其作用機理 069
二、C-S-H納米晶種的制備 070
三、C-S-H納米晶種對膠凝材料水化歷程的影響 071
第六節(jié) 內(nèi)養(yǎng)護功能材料 073
一、概述 073
二、有機高吸水樹脂材料 074
三、無機釋水因子材料 080
第七節(jié) 功能集料 085
一、功能集料的作用 086
二、功能集料設計與制備 087
三、功能集料的研究開發(fā) 089
參考文獻 095
第四章 超高強混凝土 099
節(jié) 無宏觀缺陷水泥 100
一、配制原理與制備工藝 100
二、性能與開發(fā)應用前景 101
第二節(jié) 均布超細顆粒致密體系 102
一、配制原理與制備工藝 102
二、性能與開發(fā)應用前景 103
第三節(jié) 密實配筋復合材料 105
一、配制原理與制備工藝 105
二、性能與開發(fā)應用前景 106
第四節(jié) 活性粉末混凝土 107
一、配制原理與制備工藝 107
二、性能與開發(fā)應用前景 108
第五節(jié) 超高強水泥基復合材料增強機理 110
一、低水膠比超高強水泥基材料組成與結構特征 111
二、影響低水膠比超高強水泥基材料強度的因素 112
三、超高強水泥基材料增強機理 113
參考文獻 115
第五章 超高性能混凝土 119
節(jié) 概述 120
第二節(jié) 超高性能混凝土的設計 122
一、超高性能混凝土的制備準則 122
二、基于響應面法超高性能混凝土材料體系設計方法 123
第三節(jié) 超高性能混凝土的物理力學性能 132
一、工作性能 132
二、水化與微結構演變 135
三、力學性能 140
第四節(jié) 超高性能混凝土的體積穩(wěn)定性 144
一、超高性能混凝土的收縮特性 145
二、超高性能混凝土的收縮機理 146
三、鋼纖維對超高性能混凝土自收縮的影響 148
四、內(nèi)養(yǎng)護對超高性能混凝土收縮的影響 152
第五節(jié) 超高性能混凝土的耐久性能 154
一、抗凍融耐久性 154
二、抗硫酸鹽侵蝕 158
三、抗氯離子滲透 160
第六節(jié) 新型超高性能混凝土 161
一、綠色超高性能混凝土 161
二、輕質超高性能混凝土 165
第七節(jié) 超高性能混凝土的應用 169
一、生活垃圾預處理工廠用超高性能混凝土 169
二、鋼橋面鋪裝用可泵送輕質超高性能混凝土 171
參考文獻 172
第六章 高性能復合結構混凝土 175
節(jié) 鋼管混凝土組合材料 176
一、概述 176
二、鋼管混凝土膨脹性能設計與控制 177
三、膠凝材料組成匹配設計 184
四、鋼管混凝土在大跨徑拱橋的工程應用 189
第二節(jié) 鋼-混凝土/瀝青復合橋面鋪裝結構材料 196
一、概述 196
二、新型鋼箱梁鋪裝結構設計 198
三、鋪裝材料與結構的設計與性能 206
四、鋼橋面鋪裝施工技術與工程應用 211
第三節(jié) 抗侵徹與抗爆炸混凝土 218
一、概述 218
二、抗侵爆混凝土的組成設計與制備技術 219
三、抗侵徹性能 224
四、抗爆炸性能 228
五、抗侵爆混凝土的工程應用與展望 232
第四節(jié) 隧道混凝土結構/功能復合材料 234
一、概述 234
二、隧道混凝土管片與襯砌的結構設計 235
三、混凝土管片性能 241
四、功能復合混凝土管片的制備與工程應用 247
第五節(jié) 水泥-瀝青復合砂漿材料 254
一、概述 254
二、水泥與乳化瀝青的膠結硬化機理 256
三、水泥瀝青復合砂漿的制備 261
四、水泥瀝青復合砂漿的性能 264
五、水泥瀝青復合砂漿的工程應用 274
第六節(jié) 高強輕集料混凝土結構材料 276
一、概述 276
二、高強輕集料混凝土設計與制備關鍵技術 278
三、高強輕集料混凝土性能設計與改性技術 284
四、高強輕集料混凝土結構和構件的設計與制備技術 288
五、高強優(yōu)質輕集料混凝土施工技術與工程應用 294
第七節(jié) 低溫升抗裂大體積混凝土 299
一、概述 299
二、大體積混凝土的開裂敏感性 300
三、大體積混凝土低溫升抗裂技術 302
四、大體積混凝土低溫升抗裂技術工程應用 316
參考文獻 323
第七章 新型功能混凝土 333
節(jié) 導電混凝土 334
一、概述 334
二、導電功能集料混凝土的設計與制備 334
三、導電混凝土的發(fā)展趨勢 338
第二節(jié) 水泥基壓電復合材料 338
一、概述 338
二、0-3型水泥基壓電復合材料的制備和性能 339
三、水泥基壓電復合材料的發(fā)展趨勢 342
第三節(jié) 吸波混凝土 343
一、概述 343
二、電磁波吸收與屏蔽機理 344
三、吸波功能集料混凝土的制備與性能 344
四、吸波功能集料混凝土的發(fā)展趨勢 348
第四節(jié) 防輻射混凝土 348
一、概述 348
二、基于功能集料防輻射混凝土 349
三、功能集料防輻射混凝土的發(fā)展趨勢 352
第五節(jié) 儲熱混凝土 353
一、概述 353
二、儲熱混凝土制備關鍵技術 354
三、儲熱混凝土材料開發(fā) 354
四、儲熱混凝土的發(fā)展趨勢 358
第六節(jié) 高熱阻混凝土 359
一、概述 359
二、高熱阻混凝土設計與制備技術 359
三、高熱阻混凝土的性能 362
四、高熱阻混凝土的發(fā)展趨勢 363
第七節(jié) 高阻尼混凝土 363
一、概述 363
二、高阻尼混凝土的設計與制備 364
三、高阻尼混凝土的性能 365
四、高阻尼混凝土的發(fā)展趨勢 368
第八節(jié) 聲障混凝土 368
一、概述 368
二、淤污泥集料的聲屏障材料制備技術 369
三、輕集料聲屏障材料的性能 370
四、輕集料聲屏障材料的發(fā)展趨勢 373
第九節(jié) 超疏水混凝土 374
一、概述 374
二、超疏水混凝土設計和制備技術 375
三、超疏水混凝土的性能和應用效果 377
四、超疏水混凝土的發(fā)展趨勢 379
第十節(jié) 空氣凈化混凝土 379
一、概述 379
二、空氣凈化混凝土應用存在的問題 380
三、光催化功能集料空氣凈化混凝土 381
四、空氣凈化混凝土的發(fā)展趨勢 382
第十一節(jié) 可循環(huán)水泥混凝土 383
一、概述 383
二、可循環(huán)水泥混凝土設計理念 384
三、可循環(huán)水泥混凝土的性能 384
四、可循環(huán)水泥混凝土的發(fā)展趨勢 387
第十二節(jié) 樹脂集料混凝土 388
一、概述 388
二、樹脂集料混凝土的設計思路 388
三、樹脂集料混凝土的性能 390
四、樹脂集料混凝土的發(fā)展趨勢 398
第十三節(jié) 海島快速搶修混凝土 398
一、概述 398
二、基于功能集料的海島混凝土創(chuàng)新構思 399
三、功能集料海島快速搶修混凝土技術 399
四、海島快速搶修混凝土應用與展望 401
第十四節(jié) 基于氣體驅動的3D打印混凝土 403
一、概述 403
二、基于氣體驅動的3D打印混凝土的制備 405
三、基于氣體驅動的3D打印混凝土的性能 405
四、3D打印混凝土的發(fā)展趨勢 410
第十五節(jié) 轉印混凝土 411
一、概述 411
二、多色調轉印混凝土的制備技術 412
三、多色調轉印混凝土性能研究 412
四、轉印混凝土的發(fā)展趨勢 420
參考文獻 420
索 引 425
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