Durability of Materials and Structures in Building and Civil Engineering pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:CRC Pr I Llc

作者:Yu, C. W. 编

出品人:

页数:462

译者:

出版时间:2006-12

价格:$ 225.94

装帧:HRD

isbn号码:9780849392399

丛书系列:

图书标签:

• 材料耐久性
• 结构耐久性
• 土木工程
• 建筑工程
• 材料科学
• 结构工程
• 混凝土耐久性
• 钢结构耐久性
• 腐蚀防护
• 工程材料

现代土木工程材料的长期性能与应用 本书聚焦于现代土木工程结构中常用材料的长期耐久性、老化机制及其在不同环境条件下的性能衰减规律。 本书旨在为结构工程师、材料科学家以及从事基础设施维护与管理的专业人士提供深入的理论指导和实用的工程案例分析，以期优化材料选择、延长结构使用寿命并降低全生命周期成本。 第一部分：材料耐久性的基本原理与评价方法 第一章：材料耐久性的概念与影响因素 本章系统阐述了“耐久性”在土木工程中的定义，区别于传统的强度和刚度指标。耐久性不再是单一的材料属性，而是材料、环境和荷载相互作用的综合体现。重点讨论了影响耐久性的核心因素，包括： 环境侵蚀因素： 湿热循环、冻融作用、化学侵蚀（如硫酸盐、氯离子渗透）以及大气污染（如酸雨、二氧化硫）。 材料内在因素： 微观结构、孔隙率、水灰比、外加剂的种类与掺量，以及原材料的化学成分分布。 应力状态： 静态荷载、动荷载（地震、风荷载）及应力循环对材料微裂缝扩展速率的影响。 第二章：关键材料的微观结构与早期缺陷 深入探讨了高性能混凝土、钢材、高分子复合材料（FRP）等现代结构材料在制造过程中形成的微观缺陷。 混凝土的微观界面区（ITZ）： 分析界面过渡区（ITZ）的孔隙结构如何成为水分、离子侵入的薄弱环节，并讨论如何通过先进的搅拌技术和纳米材料改性来优化ITZ的致密性。 钢材的晶体结构与腐蚀敏感性： 研究焊接残余应力、晶间腐蚀敏感性在不同合金钢种中的表现，以及表面处理（如热浸镀锌、环氧涂层）的初始质量控制。 木材的天然防护与改性处理： 讨论木材细胞壁的吸湿性、生物侵蚀的机制，并详细分析热改性、化学防腐剂处理对材料长期稳定性的提升效果。 第三章：耐久性加速老化试验与寿命预测模型 本章侧重于从实验层面量化材料的耐久性能。 加速腐蚀与侵蚀试验： 详细介绍电化学加速腐蚀测试、氯离子扩散系数测定（如ASTM C1202、RCMT方法）、硫酸盐浸泡试验的标准流程与局限性。 多因素耦合试验台架设计： 探讨如何设计能够模拟真实服役环境下多重因素（如温度、湿度、应力同时作用）耦合作用的试验系统，以更真实地反映材料的衰减路径。 寿命预测的理论基础： 介绍基于物理机制的寿命预测模型（如菲克定律在离子迁移中的应用），以及基于可靠性工程的概率寿命评估方法（如威布尔分布在结构失效时间分析中的应用）。重点强调了从加速试验数据外推至实际服役寿命的挑战与校准技术。 第二部分：特定环境下的性能衰减机制 第四章：海洋与湿热环境下的钢筋腐蚀机理 海洋环境是土木工程结构面临的最严峻挑战之一。本章集中分析氯离子诱发的钢筋锈蚀过程。 氯离子临界浓度的确定与分布： 现场数据分析表明，不同渗透深度、不同覆盖层厚度下的氯离子浓度梯度对锈蚀启动时间的影响。讨论了电荷量法（Coulombic Method）在评估已发生锈蚀严重程度中的应用。 锈胀压力与结构破坏： 详细分析了锈蚀产物的体积膨胀特性（体积增加率约2～6倍）如何产生内部应力，导致混凝土开裂、保护层剥落的力学后果。提供了锈胀压力与钢筋锈蚀量、裂缝宽度之间的定量关系模型。 抗腐蚀措施的长期有效性评估： 对比分析了阴极保护法、渗透型抑制剂、环氧涂层钢筋等多种防护措施在长期服役中的衰减速率与维护需求。 第五章：寒冷气候与冻融循环的破坏模式 针对高纬度或高海拔地区的结构，本章聚焦于水-冰相变引起的损伤。 冻融循环的吸水机制： 阐述水在混凝土孔隙中的迁移与冰晶的形成过程，重点分析孔隙率和连通性对材料抗冻标号（F数）的影响。 冻胀与微裂纹扩展： 研究在冻融过程中，内部水饱和度与外部荷载耦合作用下，材料内部产生的体积应力累积过程，以及对结构整体刚度的影响。 防冻损害的技术对策： 深入讨论引气剂（Air-entraining Agents）的作用机理、合理掺量范围，以及抗冻修复材料（如聚合物砂浆）的界面粘结与长期耐久性。 第六章：化学侵蚀与地下水作用 本章关注基础设施（如地下管道、隧道衬砌、桥墩基础）长期暴露于复杂化学介质中的耐久性问题。 硫酸盐侵蚀与膨胀反应： 分析硫酸盐离子（$ ext{SO}_4^{2-}$）侵入混凝土后与水化产物（如氢氧化钙、铝酸钙）反应生成钙矾石（Ettringite）和石膏，导致体积膨胀破坏的化学动力学过程。 酸性环境下的碳化与溶解： 讨论酸雨和酸性土壤对混凝土中钙质组分的溶解作用，以及这些作用对结构强度和渗透性的影响。 抗侵蚀性材料的优化设计： 探讨使用高火山灰活性材料（如粉煤灰、硅灰）和高抗硫水泥（Type V）在提高抗侵蚀性能方面的工程应用与限制。 第三部分：结构体系的整体耐久性与维护策略 第七章：复合材料系统的协同耐久性 现代结构越来越多地采用钢-混凝土、FRP-混凝土等复合体系。本章研究各组成材料间的界面耐久性。 钢-混凝土界面锈蚀的连锁反应： 分析钢筋锈胀如何直接影响混凝土的耐久性，以及混凝土劣化如何反过来加速钢材的腐蚀速率。 FRP加固结构的长期性能： 针对碳纤维（CFRP）和玻璃纤维（GFRP）加固体系，研究纤维与基体树脂的老化、紫外线辐射下的性能衰减、以及在湿热环境下纤维的脱层倾向。 第八章：结构健康监测（SHM）与耐久性评估 从运维角度，本章介绍如何利用现代传感技术实时跟踪结构服役状态。 无损检测技术在耐久性评估中的应用： 详细介绍超声波脉冲速度法（UPV）、电磁波雷达（GPR）对混凝土内部缺陷（空洞、裂缝、腐蚀区域）的探测精度与深度限制。 嵌入式传感器的长期数据采集： 讨论光纤光栅传感器、腐蚀电位传感器在实时监测内部环境参数（如氯离子浓度、应力、pH值）方面的应用潜力与数据可靠性问题。 基于状态的维护（CBM）策略： 将耐久性监测数据与可靠性模型相结合，建立从“定期维护”向“按需维护”的转变模型，实现资源的最优化配置。 第九章：结构耐久性设计的经济性分析 最终章将耐久性从技术层面提升至经济层面，探讨全生命周期成本（LCC）的概念。 时间价值与折现率： 介绍如何将未来的维护、修复和更换成本，通过合适的折现率折算至初始建设期，以进行不同设计方案的经济性比较。 初始投入与长期收益的平衡： 论证在初始阶段增加材料成本（如使用高品质水泥、高性能涂层）以换取更长的维修间隔和更低的LCC的合理性。 风险评估与不确定性分析： 讨论设计寿命目标的不确定性（如环境变化超预期、施工质量偏差）如何影响LCC计算的鲁棒性，并提出风险缓冲系数的建议。 本书内容基于最新的国际标准、前沿科研成果以及丰富的工程实践经验，旨在构建一个从材料微观机理到宏观结构维护的完整耐久性设计与评估框架。

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