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出版者:国防工业出版社

作者:张宪 编

出品人:

页数:208

译者:

出版时间:2003-1

价格:19.00元

装帧:

isbn号码:9787118031799

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现代建筑材料的创新与应用 第一章：导论：新世纪材料科学的宏观视角 随着全球化进程的加速和可持续发展理念的深入人心，建筑行业正经历一场由材料科学驱动的深刻变革。本卷聚焦于二十一世纪以来，在高性能化、绿色化、智能化三大趋势引领下，建筑材料领域涌现出的革命性创新及其在现代工程实践中的具体应用。我们将从宏观层面审视这些新材料对建筑设计范式、施工技术乃至城市生态环境产生的深远影响。 1.1 建筑材料发展的时代背景与挑战 回顾历史，建筑材料的发展始终与人类文明的进步紧密相连。从早期的粘土、石材到工业革命时期的钢铁、混凝土，材料的每一次飞跃都极大地拓展了人类的建造可能性。进入新千年，我们面临着前所未有的挑战：气候变化对能源效率的严苛要求、资源枯竭的压力以及对建筑安全性和耐久性的更高期盼。这迫使材料科学家和工程师必须超越传统材料的性能极限，寻求更轻质、更坚固、更环保的替代方案。 1.2 绿色建筑与低碳足迹的核心诉求 绿色建筑已成为全球共识。本章阐述了“从摇篮到坟墓”的生命周期评价（LCA）理念如何重塑材料的选择标准。重点探讨了如何通过优化材料的生产过程（如降低烧结温度、使用替代性胶凝材料）以及提高材料在使用阶段的性能（如优异的保温隔热性能），从根本上减少建筑物的碳排放和能源消耗。这不仅仅是选择“环保材料”的问题，而是系统性地重构材料的价值链。 第二章：高性能结构材料的革新 结构承载能力是建筑物的基本属性。本章深入剖析了大幅提升结构效率和可靠性的新型结构材料。 2.1 超高性能混凝土（UHPC）的力学飞跃 UHPC，这一兼具混凝土的可塑性与钢材般的强度，是过去二十年中最引人注目的结构材料之一。本节详细介绍了UHPC的微观结构特征，包括其极高的抗压强度（常超过150 MPa）、优异的抗拉韧性和耐久性。重点分析了UHPC中纤维增强的机理及其对材料断裂行为的控制。讨论其在超高层建筑核心筒、预制构件、以及需要承受极端荷载环境（如海洋工程）中的成功应用案例，并探讨了其成本控制与施工工艺的优化路径。 2.2 纤维增强复合材料（FRP）在结构加固与新建中的角色 碳纤维（CFRP）、芳纶纤维（AFRP）和玻璃纤维（GFRP）等高性能纤维在建筑领域的应用日益成熟。本章区别探讨了FRP材料在既有结构修复与抗震加固中的“后贴法”应用，以及在新结构体系中作为主受力构件（如FRP筋混凝土）的潜力。详细分析了FRP材料的抗腐蚀性、轻质化优势，以及在应对地震、台风等自然灾害时的优异延展性能。 2.3 先进钢材技术：高强度、耐候性的突破 传统钢材仍在不断进化。本章关注于新型高强度低合金钢（HSLA）和耐候钢（Corten Steel）的应用。分析了HSLA钢如何通过合金化设计实现强度和焊接性能的平衡，从而显著减小构件截面，节约空间。对于耐候钢，则聚焦于其表面自钝化氧化层形成机理及其在追求粗犷、自然纹理外观的公共建筑中的艺术性与功能性结合。 第三章：功能化与智能化围护系统材料 建筑围护结构是决定建筑能耗、舒适度和安全性的关键界面。本章专注于那些赋予墙体和屋面超越传统保温隔热功能的智能材料。 3.1 气凝胶与真空绝热板：极致的保温性能 在追求“零能耗建筑”的背景下，保温材料的性能极限正在被不断挑战。本节详尽介绍了二氧化硅气凝胶（Aerogel）的超低导热系数（$lambda approx 0.013 ext{ W/(m·K)}$）的物理学原理，并讨论了其在薄型化保温解决方案中的应用优势与成本制约。同时，对真空绝热板（VIP）的结构稳定性、长期热阻衰减规律及其在对厚度敏感的改造项目中的价值进行了深入剖析。 3.2 智能调光与自清洁涂层技术 建筑表皮不再是被动的屏障。本章探讨了电致变色（Electrochromic）玻璃和热致变色材料如何实现对太阳辐射的动态控制，从而优化室内光照和热增益。此外，还分析了纳米二氧化钛（TiO2）光催化涂层在实现外墙自清洁和空气净化功能方面的技术成熟度与环境效益。 3.3 模块化与预制化所需的连接材料 现代施工向工业化、模块化发展，对连接技术提出了新要求。本章关注用于模块化建筑的特种干式连接件材料、高精度灌浆料（Self-leveling Grout）的流变学控制，以及确保结构一体化和气密性的新型密封与弹性缓冲材料。 第四章：可持续性与循环经济导向的材料 本章回归可持续性核心，探讨如何将循环经济原则融入材料的整个生命周期。 4.1 工业废渣的回收与高值化利用 煤灰、钢渣、粉煤灰等工业副产品是建筑材料领域最主要的二次资源。本节详细介绍高炉矿渣微粉（GGBS）、粒化高炉矿渣（Slag Cement）等替代性胶凝材料在水泥和混凝土中的最佳掺量设计、水化动力学变化，及其对长期耐久性的积极影响。强调了这些材料在降低熟料比例、减少CO2排放中的直接贡献。 4.2 生物基与可再生建筑材料的新兴力量 关注那些源自可再生资源的材料，例如竹材工程化产品、木塑复合材料（WPC）的改性技术，以及新型麻、秸秆等农林废弃物基复合板材的性能评估。特别分析了生物基保温材料（如纤维素、木质素基材料）在防火性和防潮性方面所做的性能提升工作。 4.3 建筑废弃物的再生骨料与再生混凝土 建筑垃圾的资源化是城市可持续发展的关键一环。本章探讨了如何通过先进的破碎、分选和处理技术，生产出符合结构或非结构用途要求的再生骨料。重点阐述了再生混凝土在强度恢复、泌水性控制以及对新拌混凝土性能影响的补偿机制研究。 第五章：材料性能的数字化表征与预测 进入信息时代，材料的研发和应用越来越依赖于先进的测试、模拟和数据分析手段。 5.1 先进无损检测技术（NDT）在材料评估中的应用 本章介绍了超声波、红外热成像、地质雷达（GPR）等NDT技术如何用于监测材料内部的缺陷、空隙和退化过程，特别是在评估UHPC构件的界面粘结和FRP加固层的完整性方面的具体操作流程和数据解读方法。 5.2 计算材料学与材料基因组计划 讨论了如何利用密度泛函理论（DFT）和分子动力学模拟来预测新合金结构、新型胶凝体系在原子层面的行为，从而加速高性能材料的研发周期。探讨了材料信息学在海量实验数据中挖掘规律、指导实验设计方面的潜力。 结论：面向未来的建筑材料集成创新 建筑材料的未来发展将是多学科交叉融合的结果。本卷总结指出，要实现真正的可持续和高性能建筑，必须打破材料、结构、环境科学之间的壁垒，形成从材料设计、智能制造到现场应用的全生命周期集成创新体系。未来的建筑将不再仅仅是材料的堆砌，而是高度集成、环境响应型的“智能生命体”。

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这本书的装帧设计相当有意思，封面采用了深沉的墨绿色，配上烫金的字体，显得既古典又专业。我注意到内页的纸张质量非常好，即便是长时间阅读，眼睛也不会感到疲劳。油墨印刷的清晰度令人印象深刻，那些复杂的电路图和示意性插画，线条分明，即便是初学者也能轻易辨认出各个元件的连接关系。而且，书中对基础理论的阐述深入浅出，比如对欧姆定律和基尔霍夫定律的推导过程，作者似乎很懂得读者的困惑点，总能在关键步骤进行细致的注解。我特别欣赏它在章节末尾设置的“思考与拓展”部分，它不仅仅是简单的习题汇总，更像是引导你进行更深层次的逻辑构建。比如，它会引导你去思考，如果一个元件的参数发生微小变化，对整个系统的性能会产生何种连锁反应。这使得阅读过程不再是被动接受知识，而更像是一场主动的探索之旅。唯一的小遗憾是，某些高级模块的示例代码部分，如果能增加更多现代化的仿真软件操作步骤截图，对于实践操作的帮助会更大一些。总而言之，这本书在视觉和触觉上都提供了一种高品质的阅读体验，是工具书中的佳作。

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从内容组织和知识体系的逻辑性来看，这本书展现出了极其严谨的学术结构。它采取了一种自底向上构建知识体系的策略，从最基础的电荷、电流定义开始，稳步过渡到磁场、电磁感应，最后才触及到复杂的控制回路和功率转换。我注意到，作者非常重视概念之间的关联性，比如在讲解磁路时，会时刻提醒读者回顾前面学过的电路定律，强调它们之间的类比关系，这种跨章节的知识串联能力非常出色。尤其是在处理系统集成和故障诊断那一章节，书中的流程图设计简直是教科书级别的标准。它不是简单地罗列故障现象，而是提供了一套系统化的排除流程，从电源部分开始排查，逐级深入到负载和控制单元，每一步都有明确的判断依据和操作指导。这种结构化的思维训练，对于培养一名合格的技术人员至关重要。我尝试按照书中的步骤去分析一个模拟的系统问题，发现效率比我以往零散学习要高出至少三成。这表明，编写者在编排知识顺序时，是站在一个非常高远的教学设计角度来规划的，而非仅仅是知识点的堆砌。

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我个人更看重的是这本书在面向未来技术发展方面的视野和前瞻性。虽然它扎实地覆盖了传统电工技术的基础，但作者并没有止步于此。在探讨了传统的继电器控制和PLC基础应用之后，它非常自然地将笔锋转向了现代工业物联网（IIoT）中的传感器数据采集和边缘计算的基本概念。虽然这些内容只是蜻蜓点水，但它成功地为读者指明了后续学习的方向。比如，它在介绍变频器原理时，不仅讲解了传统的PWM调制，还简要提及了先进的磁场定向控制（FOC）的思想，并且说明了这种先进控制如何提高电机效率。这种既能“扎根传统”又能“眺望未来”的平衡感，让这本书的价值超越了一本单纯的参考手册，更像是一份职业发展的路线图。它让读者明白，电工技术不是一门停滞的学科，而是与信息技术深度融合的前沿领域。阅读完后，我感觉自己不仅巩固了旧知识，还获得了对新技术的初步认知框架，这对于职业生涯的长期发展是非常宝贵的投资。

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这本书的行文风格简直是一股清流，完全不像传统技术手册那样枯燥乏味，反而充满了叙事性和启发性。作者似乎非常擅长用生活中的实例来类比抽象的电学概念，这对我这种更偏向文科背景的读者来说，简直是救星。举个例子，它解释电容充放电过程时，竟然拿水箱的注水和排水做比喻，让我瞬间就抓住了那个核心的“时间常数”概念。更值得称赞的是，它对历史脉络的梳理非常到位。在介绍半导体器件的发展历程时，没有仅仅停留在参数罗列上，而是讲述了科学家们在哪个阶段遇到了什么样的瓶颈，又是如何一步步攻克的。这种“讲故事”的方式，极大地激发了我继续深入学习的兴趣。我甚至发现，书中的某些段落读起来，就像是在听一位经验丰富的老工程师在与你私下交流心得体会，语调平和却充满力量。它巧妙地平衡了理论的严谨性与表达的趣味性，使得即便是面对复杂的傅里叶分析或交流电的相量法，读者也不会感到强烈的排斥感。这本书无疑为那些对硬核技术感到畏惧的潜在学习者打开了一扇友好的大门。

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这本书的翻译质量和专业术语的统一性，是它在我心中留下深刻印象的另一个关键点。我阅读的是引进版，通常翻译过来的技术书籍，很容易出现术语前后不一致或者表述生硬的问题，但这本处理得非常专业。无论是“瞬态响应”还是“反馈机制”，每一个核心概念都有一个固定的、在全书中保持一致的中文对应词汇，这极大地减少了理解上的歧义。此外，书中配图的质量也值得称赞。它们不仅仅是功能性的插图，更是提升理解的有力工具。例如，那些三维立体图，用不同的颜色和阴影清晰地勾勒出电流流向和电磁场的分布，这比单纯的二维平面图要直观得多。特别是关于三相交流电的矢量图部分，作者用了非常精妙的动画化描述思路（虽然是静态图，但通过图示设计让人产生动态联想），使得那些看似抽象的旋转磁场变得具体可感。这种对细节的精雕细琢，体现了出版社和作者团队对“专业”二字的深刻理解，确保了技术交流的准确性，避免了因术语混乱而导致的误操作或误判。

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