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出版者:第1版 (2001年1月1日)

作者:李祖尚

出品人:

页数:385

译者:

出版时间:2001-11

价格:48.0

装帧:平装

isbn号码:9787801591722

丛书系列:

图书标签:

• 水泥
• 生产工艺
• 计算
• 工程技术
• 工业工程
• 材料科学
• 水泥行业
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• 流程计算
• 技术手册

建筑材料科学与工程：现代骨料与高性能混凝土研究 本书聚焦于建筑材料科学与工程的前沿领域，特别是针对现代工程对高性能、可持续性骨料和混凝土体系的迫切需求，系统性地阐述了从原材料特性、级配优化到新型胶凝材料应用的全过程研究与实践指导。本书旨在为结构工程师、材料研发人员以及从事土木工程建设的高级技术人员提供一本深入且具有实操价值的参考手册。 第一章：骨料的精细化控制与功能化设计 本章深入剖析了骨料在混凝土性能中起到的基石性作用，并提出了超越传统“惰性填充物”观念的功能化设计思路。 1.1 骨料的矿物学特征与物理化学性质 详细阐述了天然砂、机制砂以及回收骨料的矿物成分（如石英、长石、云母等）对混凝土强度的影响机制。重点讨论了骨料的吸水率、孔隙结构、比表面积与水泥水化速率之间的复杂关联。引入了先进的表征技术，如扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和孔隙结构分析仪，用于精确量化骨料的微观形貌和表面活性。 1.2 级配优化理论与多目标函数建模 传统级配曲线（如Füller曲线、Roth曲线）的局限性在新一代高性能混凝土中日益显现。本章提出了基于离散元法（DEM）的骨料级配模拟方法，用以预测不同级配对拌合物工作性能（如粘聚性、抗离析性）和最终力学性能的影响。引入了多目标优化算法（如遗传算法、粒子群优化算法），将“最大密实度”、“最小空隙率”与“最佳水稳定性”作为约束条件，设计出适用于超高强或自密实混凝土的理想骨料级配模型。重点讨论了粗骨料与细骨料的体积配比（V/V）在不同水胶比下的调整策略。 1.3 骨料表面改性与界面过渡区（ITZ）的强化 界面过渡区（ITZ）是影响混凝土耐久性和力学性能的关键薄弱环节。本章系统介绍了多种骨料表面改性技术，包括硅烷偶联剂处理、纳米二氧化硅（SiO2）预涂覆以及超声波活化处理。通过实验数据对比，量化了这些处理手段对降低ITZ孔隙率、提高界面粘结强度（通过拉拔试验和微区测试）的实际效果。此外，探讨了使用特定矿物掺合料（如超细粉煤灰、粒化高炉矿渣）与骨料反应，原位形成高强度反应层的机理。 第二章：新型胶凝材料体系与水化动力学 本章着眼于传统波特兰水泥的替代与补充，探讨了低碳、高反应活性胶凝体系的研究进展与应用。 2.1 地质聚合物（Geopolymer）的合成与性能调控 系统阐述了地质聚合物的分子结构基础，重点分析了富铝硅源（如粉煤灰、偏高岭土）与碱性激活剂（硅酸钠、氢氧化钠）反应的动力学过程。本章提供了不同碱度指数（$ ext{SiO}_2/ ext{Na}_2 ext{O}$摩尔比）对凝胶体形成速率、早期强度发展和长期耐久性的影响规律。详细介绍了高温养护、常温养护以及热活化等不同固化工艺对最终微观结构（如N-A-S-H凝胶的形成）的塑造作用。 2.2 高性能混凝土中的活性矿物掺合料协同效应 深入分析了微米级和纳米级矿物掺合料（如纳米二氧化硅、纳米氧化铝、高活性矿渣微粉）在水泥水化体系中的多重作用：填充效应、火山灰效应和晶核效应。通过量热法和电导率法，精确测定了不同掺量下矿物掺合料对水泥水化热释放速率和早期钙矾石（C-S-H）生成速率的调控机制。特别探讨了掺入特定比例的超细矿渣粉如何有效抑制混凝土的碱骨料反应（AAR）。 2.3 膨胀水泥体系与自应力技术 针对预应力结构和需要精确尺寸控制的构件，本章详细论述了利用硫铝酸钙相（AFm相）膨胀实现结构自应力的方法。内容涵盖了补偿收缩剂（如硫铝酸钙、氧化镁）的选择、掺量控制以及在不同环境湿度下的膨胀速率曲线预测模型。提供了精确控制早期膨胀应力，避免结构破坏的关键工艺参数窗口。 第三章：高性能混凝土的流变学与泵送性能分析 本章将流变学理论应用于实际工程问题，解决高粘度、高密实性混凝土的施工难题。 3.1 混凝土拌合物的本构关系与触变性 超越传统的坍落度指标，本章采用流变仪（如旋转流变仪、振动流变仪）对混凝土进行了详细的流变学表征。重点分析了洪堡模型（Humboldt Model）和拜因汉姆模型（Bingham Model）在描述高粘度自密实混凝土（SCC）剪切变稀行为中的适用性。讨论了粉煤灰、超塑化剂和纤维在改变屈服应力与塑性粘度中的相对贡献。 3.2 纤维对流变性能和抗裂性的影响机制 系统研究了钢纤维、聚丙烯纤维、玄武岩纤维等不同类型纤维对混凝土工作性能的影响。阐述了纤维在高剪切速率下的取向性变化，以及其对拌合物粘聚系数和泵送阻力的影响。通过数值模拟，预测了纤维长度、体积掺量与混凝土内部应力场分布的相关性，从而优化纤维的均匀分散，确保其在抗拉和抗冲击性能中的有效发挥。 3.3 泵送性能的数值模拟与管道摩擦阻力 开发了基于流体力学的混凝土管道输送模型，精确计算了不同管径、不同泵送压力下，高粘度混凝土在垂直和水平管道中的沿程摩擦损失。该模型结合了混凝土的局部剪切特性，为大型工程的超高程、超远距离泵送提供了精确的能耗和压力预测工具，避免了因压力波动导致的堵管事故。 第四章：先进结构的耐久性设计与寿命预测 本章侧重于工程结构在极端环境下的长期服役性能评估与寿命周期管理。 4.1 氯离子侵蚀与碳化深度模型 基于非稳态扩散理论，本章提供了适用于考虑了微观孔隙结构（特别是ITZ影响）的高性能混凝土的氯离子渗透系数计算方法。重点介绍了电迁移加速测试（NordTest NT Build 492）的标准化操作流程及其数据反演分析，用于精确预测结构暴露于海洋环境或除冰盐环境下的服役寿命。同时，深入分析了碳化过程中，由于高碱度矿物掺合料的存在如何影响碳化前沿的推进速率。 4.2 冻融循环与抗硫酸盐侵蚀的微观机制 详细阐述了混凝土内部毛细孔水在冻融循环中的相变压力对结构完整性的破坏机理。通过核磁共振（NMR）技术，追踪了不同抗冻外加剂（引气剂、减水剂）对可冻水含量和冰晶形态的影响。在抗硫酸盐侵蚀方面，本章对比了波特兰水泥与高矿渣地聚合物体系在硫酸盐溶液中的质量变化和微观结构劣化情况，提出了针对高硫酸盐环境的优化胶凝体系设计路径。 4.3 混凝土的长期体积稳定性与应力控制 深入探讨了混凝土的干燥收缩、自生应力与温度应力之间的耦合作用。提出了考虑初期水化热释放曲线与环境湿度梯度的三维有限元模型，用于预测厚大截面构件（如大体积基础、核电结构）内部的温度应力和应力集中区域。提供了基于内部养护技术（如饱和吸水轻骨料）和湿度控制膜的应用指南，以有效控制早期干缩应变。 本书特色： 本书强调从材料的微观结构到宏观工程性能的完整链条分析。内容涵盖了大量第一手的实验数据和先进的计算模型，特别适合于寻求解决现代复杂工程挑战（如超高性能混凝土UHPC、海洋工程结构、超长寿命桥梁）的专业技术人员。书中包含大量计算示例和工程案例分析，便于读者将理论知识快速转化为实际操作能力。

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说实话，我购买这本书的初衷是想解决日常工作中遇到的一些棘手的配料和能耗核算问题，期望它能提供一套“拿来即用”的计算模板。然而，深入阅读后发现，它更像是一部学术性的参考书，而非快餐式的操作指南。它的优势在于对参数敏感性的分析做得极其到位，比如在讲解水泥标准稠度的测定和影响因素时，它不仅给出了标准流程，还深入剖析了细度、水灰比变化对最终强度曲线的影响机制，这种深度解析对于需要进行质量控制和研发的工程师来说，价值无可替代。我特别欣赏其中关于生料均化和研磨效率评估的那几章，作者显然对回料率和磨机台时产量之间的非线性关系有着深刻的理解，给出了一系列可用于建立预测模型的参数集。不过，对于我们这些一线操作人员而言，书中引用的许多专业术语和复杂的数学符号需要频繁地对照附录进行查阅，这在车间环境下，操作便利性上打了折扣。如果能增加更多与主流DCS系统数据接口相关的计算示例，那就更完美了。

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这本书的厚度和内容的密度简直成正比，每一次翻阅都像是在进行一次知识的“负重训练”。我最欣赏的是它对“杂项损失”这块内容的细致入微的探讨。在水泥生产中，我们知道物料衡算总是存在一些无法完全解释的损耗，这本书系统地将这些损失分解为渗漏、挥发、储存差异等多个维度，并给出了不同设备区域的典型损失百分比范围，这极大地拓宽了我对“物料平衡”概念的理解。它不是简单地告诉你“损耗是5%”，而是告诉你“为什么会是5%”。这种对工艺深层次机理的挖掘，是很多市面上只关注流程图的教材所不具备的。但我要指出，这本书的语言风格略显老派，有些句子结构冗长，对于习惯了简洁明快表达的年轻一代读者来说，可能需要投入更多的耐心去消化。例如，书中对特定温度梯度下硅酸三钙形成的动力学描述，如果能结合更现代的图示方法来呈现，我想会更容易被接受。

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这本书给我的感觉是，它试图涵盖从原料破碎到成品包装整个流程的所有量化环节，其广度令人敬佩。尤其是关于能源管理的章节，它不仅停留在热量计算层面，还触及到了电能消耗的优化模型，比如如何通过调整磨机转速和选粉机效率来实现单位产品电耗的最低点，这在当前能源成本高企的背景下，显得尤为重要。我曾尝试用书中的方法对现有生产线进行一次全面的能效诊断，结果发现有几个关键节点的能耗基准值设定得偏保守了，通过调整参数，我们成功地在不影响质量的前提下，略微提升了台时产量。然而，这本书在“数字化转型”和“大数据应用”方面的论述明显滞后了，它更多是基于传统的、单点测量的计算模式，缺乏如何将这些计算模型嵌入到实时监控和预测性维护系统中的指导性内容。对于面向未来的水泥厂设计者来说，这部分内容的缺失是一个明显的遗憾。

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从专业工具书的角度来看，这本书的可靠性是毋庸置疑的。它就像是水泥行业的一部“宪法”，其中关于矿渣、粉煤灰等混合材掺量对水泥性能影响的计算模型，考虑了多种复杂的化学反应和晶体结构变化，远超一般的经验法则。我曾用书中的模型去验证我们新上的一个高掺量矿渣水泥项目，发现计算结果与实际出厂检验数据吻合度非常高，这极大地增强了我对这个模型的信心。它对于各种标准（如ASTM, EN, GB）中涉及到的计算方法的对比和适用性分析也做得十分到位，清晰地指出了在不同标准体系下，同一批物料的最终计算结果可能出现的偏差。不过，这本书的索引系统略显不足，当你想快速定位某个特定参数的计算公式时，需要花费不少时间在目录和章节标题之间跳转，如果能有一个更精细的关键字索引，那将会大大提升其作为“手册”的实用价值。

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这本书的封面设计得相当朴实，那种略带磨砂质感的纸张，让人一上手就感觉到了它作为一本工具书的“分量”。我刚拿到手的时候，主要的印象是它排版紧凑，但字体选择得当，即便是那些复杂的化学方程式和工程图表，看起来也不会让人感到眼花缭乱。书中收录了大量的基础理论知识，虽然我主要关注的是实际操作中的应用，但回顾这些理论背景，还是非常有帮助的。尤其是在讲解那些涉及到高温反应和物料平衡的章节时，作者似乎非常注重逻辑的严密性，每一步推导都清晰可循，很少有跳跃性的结论。我记得有一次我在处理一个关于熟料煅烧热耗的优化问题时，翻阅到其中一个专门的案例分析，那里面详细列举了不同燃料配比下的热平衡模型，这比我过去依赖的经验公式要精确得多。唯一的遗憾是，对于一些新兴的节能技术，比如碳捕集与封存（CCS）在水泥行业的应用前景，书中似乎着墨不多，也许是受限于资料的更新速度吧。总的来说，它像一位经验丰富的老工程师，用最扎实的语言，为你铺好了一条通往精确计算的康庄大道，而不是那些浮夸的口号。

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