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《现代土木工程材料科学与应用》 图书简介 本书全面而深入地探讨了现代土木工程领域所广泛应用的关键材料的科学基础、性能特征、制备工艺、先进应用技术以及可持续发展方向。全书结构严谨，内容涵盖了从传统结构材料的性能优化到新型功能性材料的研发与应用，旨在为土木工程专业人士、科研人员及高年级学生提供一本既具理论深度又富工程实践指导意义的参考专著。 第一部分：结构材料的本构关系与性能表征 本部分首先奠定了材料科学的基础。详细阐述了工程材料，特别是水泥基材料、钢材和木材的微观结构、晶体学特征与宏观力学性能之间的内在联系。重点讨论了线性粘弹性、塑性、蠕变和疲劳等非线性本构关系的数学模型及其在有限元分析中的应用。 水泥基材料的化学动力学： 深入分析了硅酸盐水化反应的机理，重点剖析了掺合料（如粉煤灰、矿渣、硅灰）对早期强度发展、长期耐久性以及水化热控制的影响。引入了凝胶孔隙结构理论和水分迁移模型，用以预测材料在侵蚀性环境下的寿命。 金属材料的相变与强化机制： 聚焦于结构钢材的冶金过程，探讨了碳当量、热处理工艺（正火、淬火、回火）对屈服强度、极限拉伸强度和韧性的影响。详细介绍了冷加工硬化和固溶强化等提高钢材性能的微观机制，并结合断口分析技术，指导工程人员进行失效诊断。 复合材料的界面行为： 针对钢筋混凝土、纤维增强复合材料（FRC）等，着重分析了基体与增强体之间的界面粘结特性。讨论了界面过渡区（ITZ）的孔隙结构对材料宏观渗透性和抗裂性能的关键作用。 第二部分：先进功能性土木工程材料 本部分着眼于面向未来基础设施建设需求的前沿材料技术，这些材料突破了传统材料的性能局限，具备了传感、自修复或超常力学响应能力。 高性能混凝土（HPC）与超高性能混凝土（UHPC）： 详尽介绍了UHPC的配合比设计原则，特别是如何通过精确控制细骨料级配和应用超塑化剂实现极高的抗压强度（通常超过150MPa）。探讨了UHPC在预制构件、大跨度结构和抗冲击结构中的应用案例及其设计规范。 形状记忆合金（SMA）与应变硬化复合材料（SHCC）： 详细阐述了SMA在结构“自复位”系统中的应用机理，包括其马氏体相变和热弹性马氏体相变。对于SHCC，重点分析了其应变硬化和多重微裂缝形成的特点，以及如何通过纤维设计实现优异的延展性和抗裂性，极大地提升结构的韧性储备。 智能传感材料： 介绍了嵌入式光纤光栅（FBG）传感器、压电材料以及导电聚合物在结构健康监测（SHM）中的集成方法。讨论了这些材料如何实时、非侵入性地监测应力、应变、温度和腐蚀状况。 第三部分：材料的耐久性与长期性能评估 材料的耐久性是衡量工程结构经济寿命的核心要素。本部分系统性地介绍了影响材料寿命的主要侵蚀机理及其防护技术。 腐蚀机理与防护策略： 针对钢筋混凝土中的氯离子渗透和碳化作用，详细分析了这些侵蚀剂的迁移路径和对钢筋钝化膜的破坏过程。提出了包括阴极保护、阻锈剂掺入、高性能渗透性屏障层构建等主动和被动防护措施的适用性分析。 冻融循环与碱骨料反应（AAR）： 深入剖析了冻融损伤的微观机理，特别是孔隙结构对水饱和度和抗冻性能的影响。对于AAR，结合材料的化学组分，介绍了通过骨料选择和外加剂控制来抑制潜在有害反应的工程实践。 生命周期评估（LCA）： 引入了材料的环境足迹概念，讨论了如何通过LCA方法对不同材料（如传统钢筋混凝土与新型木结构或地聚合物）的能源消耗、碳排放进行量化比较，指导绿色土木工程决策。 第四部分：新型施工技术与材料的绿色化转型 本部分探讨了如何利用先进的施工方法来优化材料性能，并推动土木工程材料向更环保、更可持续的方向发展。 3D打印技术在土木工程中的应用： 介绍了基于水泥基材料、聚合物复合材料的增材制造技术。重点讨论了打印路径对材料层间粘结强度和整体结构力学性能的影响，以及如何通过优化打印砂浆的流变性和速凝性来实现复杂几何结构的构建。 地质聚合物（Geopolymer）材料： 详述了以粉煤灰、矿渣等工业废弃物为主要原料的地质聚合物的激活机理。对比了其在力学性能、耐酸碱腐蚀性和防火性能上相对于传统波特兰水泥的优势，探讨了其规模化应用的工程挑战与前景。 循环利用与再生材料技术： 关注再生骨料（RA）在混凝土中的应用。分析了RA替代率对新拌混凝土工作性能和硬化混凝土强度、耐久性的影响，并提出了提高再生骨料性能的预处理技术，以期实现建筑垃圾的资源化循环利用。 本书通过大量翔实的工程案例、最新的研究数据和规范要求，力求构建一座连接基础科学研究与实际工程应用的桥梁，为推动土木工程材料学的创新发展提供坚实的理论支撑和前沿的技术指引。
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