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建筑材料教与学，ISBN：9787811047851，作者：徐友辉 编著
现代土木工程材料科学与实践 图书简介 本书旨在为土木工程、材料科学及相关领域的研究人员、工程师和高级学生提供一本全面而深入的参考指南，聚焦于现代土木工程中关键材料的性能、制备、应用与发展前沿。内容涵盖传统结构材料的性能优化、高性能复合材料的创新应用，以及可持续发展背景下新型环境友好型材料的研发与推广。 本书结构严谨，逻辑清晰，共分为六大部分，二十章内容，力求在理论深度与工程实用性之间取得完美平衡。 --- 第一部分：基础材料科学与结构性能的关联（第1-4章） 本部分奠定了理解工程材料行为的基础，着重探讨了材料的微观结构、宏观性能以及环境因素对其长期稳定性的影响。 第一章：工程材料的本征特性与力学行为 深入解析了晶体结构、非晶态结构、缺陷（位错、晶界）如何决定金属、陶瓷和聚合物的弹性、塑性、蠕变和疲劳特性。详细阐述了断裂力学的基础理论，包括应力强度因子、韧性评价指标（如 $ ext{K}_{ ext{IC}}$）以及裂纹扩展的机制。特别关注了材料在多轴应力状态下的本构关系与本构模型（如弹塑性模型、粘弹性模型）的构建与应用。 第二章：材料的耐久性与环境侵蚀 聚焦于材料在实际服役环境中的长期性能衰减问题。系统讨论了化学侵蚀（酸碱腐蚀、氯离子渗透）、电化学腐蚀（电偶腐蚀、缝隙腐蚀）的机理。对混凝土和钢材的腐蚀防护技术进行了详尽论述，包括涂层技术、阴极保护、缓蚀剂的筛选与应用。此外，还探讨了温度、湿度、紫外线等物理环境因素对聚合物和复合材料老化过程的影响。 第三章：无损检测（NDT）技术在材料评估中的应用 系统介绍了用于评估材料内部缺陷、监测结构健康状态的主流无损检测方法。详细介绍了超声波检测（UT）的原理、波型选择与信号处理；电磁感应技术（如涡流检测、脉冲反射法）在金属材料检测中的优势。重点阐述了声发射（AE）技术在实时监测材料损伤演化中的潜力，并结合了数字图像相关（DIC）技术在应变场可视化分析中的应用。 第四章：材料热力学基础与相变动力学 从热力学角度解释了材料的稳定性和反应性。讲解了相图的绘制与解读，特别是二元和三元系统的固溶体、共晶与共析反应。深入探讨了扩散、形核与长大过程，这对热处理工艺的优化至关重要。讨论了固态相变（如析出相强化、马氏体转变）对材料最终性能的决定性作用。 --- 第二部分：结构核心材料的创新与优化（第5-9章） 本部分聚焦于土木工程中应用最广泛的结构材料，探讨其性能提升的现代途径。 第五章：高性能混凝土的设计与理论 超越传统配合比设计，本书深入研究了超高性能混凝土（UHPC）的微观结构控制技术。详述了活性矿物掺合料（如硅灰、偏高炉矿渣、偏高炉粉煤灰）在细化孔隙结构和提升早期强度方面的作用机制。重点阐述了纤维增强对混凝土韧性、抗裂性和冲击韧性的显著改善效果，包括钢纤维、聚合物纤维的优化布局技术。 第六章：钢材的冶金工艺与特殊性能钢 剖析了现代钢材的连铸、轧制过程如何控制晶粒尺寸和夹杂物形态。详细介绍了高强度钢、耐候钢（Corten Steel）的合金化设计原理及其表面氧化层的保护机制。对于工程应用，重点分析了焊接过程中的热影响区（HAZ）的组织变化与脆化问题，以及相应的焊接工艺控制标准。 第七章：木材工程应用与生物基材料 探讨了天然木材的结构、力学各向异性及其环境敏感性。重点介绍了工程木产品，如胶合木（Glulam）、正交胶合木（CLT）的力学建模与连接技术。深入研究了木材改性技术，包括化学交联、热改性和渗透加压改性，以提高其耐腐蚀性和尺寸稳定性。 第八章：高分子材料在土木工程中的角色 讨论了聚合物（如环氧树树脂、聚氨酯）在防护涂层、粘结剂、防水材料中的应用。侧重于聚合物的分子量分布、交联密度对弹性模量、耐化学性和使用寿命的影响。阐述了先进的自修复聚合物材料的研究进展。 第九章：粘结与界面行为 系统研究了不同材料间的界面力学，这是复合材料和结构连接的关键。详细分析了胶粘剂的固化动力学、界面剪切强度测试方法。探讨了界面过渡区（ITZ）在多相材料（如混凝土）中的作用，及其对整体性能的控制性影响。 --- 第三部分：复合材料与新型结构体系（第10-14章） 本部分聚焦于将不同材料优势结合的复合体系，以及面向未来结构的先进材料应用。 第十章：纤维增强复合材料（FRC）的力学分析 深入探讨了连续纤维和短切纤维增强复合材料的宏观力学建模。基于混合法则、应力转换因子等理论，预测复合材料的拉伸、压缩和层间剪切强度。特别关注了复合材料的各向异性特性及损伤容限设计。 第十一章：结构健康监测（SHM）用嵌入式传感技术 阐述了利用光纤光栅（FBG）、压电材料（PZT）等技术实现对结构内部应力、应变、温度的实时、分布式监测。讲解了传感器与基体材料的耦合技术，以及信号采集与数据反演算法。 第十二章：形状记忆合金（SMA）与智能结构 介绍了镍钛（NiTi）等形状记忆合金的马氏体相变特性。重点分析了SMA在应力松弛、主动振动控制和结构自复位等工程应用中的本构模型与驱动机制。 第十三章：先进陶瓷与耐火材料 讨论了碳化硅（SiC）、氧化铝（Al2O3）等高性能陶瓷在极端环境下的应用潜力。详细阐述了陶瓷材料的烧结理论和微观结构控制，以及它们在耐高温、耐磨损部件中的应用。 第十四章：沥青混合料的流变学与路面性能 从流变学角度分析沥青的粘弹性行为。深入研究了石质集料、沥青胶结料与空气孔隙三相结构对沥青混合料车辙抵抗性、抗疲劳裂缝性能的影响。探讨了改性沥青（如SBS、SBR改性）的微观机理。 --- 第四部分：可持续性与绿色工程材料（第15-17章） 本部分紧密结合全球可持续发展目标，关注低碳、可循环利用的工程材料。 第十五章：再生与循环利用材料在结构中的应用 系统评估了粉煤灰、粒化高炉矿渣、再生骨料（RCA）等工业废弃物替代传统原材料的可行性。重点分析了再生骨料对混凝土强度的影响机理，以及如何通过预处理技术克服其表观吸水率高的问题。讨论了废弃塑料在道路工程中的掺入技术。 第十六章：低碳胶凝材料与地聚合物 深入探讨了地聚合物（Geopolymer）的化学激活机制，即铝硅酸盐材料在碱性溶液中形成三维聚合网络的过程。对比了地聚合物与传统波特兰水泥在碳足迹、早期强度和耐酸碱性方面的差异与优势。 第十七章：生物材料与生态友好型建材 研究了生物矿化过程在材料生成中的启发，例如自修复混凝土中微生物的应用。探讨了竹材、稻壳等生物质材料在轻质结构和保温材料中的工程化应用，及其环境友好性指标评估。 --- 第五部分：材料的先进制造与3D打印技术（第18-19章） 本部分涵盖了增材制造（Additive Manufacturing）技术如何变革传统材料的制备方式。 第十八章：混凝土与砂浆的增材制造 详细解析了挤出式（Extrusion-based）3D打印的材料配方优化，特别是对即时成型性（Buildability）和层间粘结强度的控制。讨论了打印路径对材料内部孔隙率和最终力学性能各向异性的影响。 第十九章：金属与陶瓷的增材制造 介绍了选择性激光熔化（SLM）和电子束熔化（EBM）等粉末床熔融技术在制造复杂几何结构中的应用。重点分析了快速凝固过程中产生的非平衡态组织，以及后处理热处理对残余应力和疲劳性能的调控。 --- 第六部分：材料性能的计算模拟与预测（第20章） 第二十章：多尺度计算模拟方法 本章将材料科学与计算技术相结合。讲解了从原子尺度（分子动力学，MD）模拟缺陷行为和扩散过程，到介观尺度（格子玻尔兹曼方法，LBM）模拟多孔介质流动，再到宏观尺度（有限元分析，FEA）预测结构响应的集成方法。强调了如何利用计算模型指导材料的实验设计和性能预测。 --- 本书特色： 跨学科视野： 融合了材料物理、化学、力学与土木工程的最新研究成果。 深度与广度并重： 既有严谨的理论推导，也包含大量详实的工程案例和优化实例。 面向未来： 重点突出了可持续性、智能化和增材制造等前沿技术在材料领域的发展趋势。 本书是土木工程专业研究生和专业工程师深入理解现代工程材料复杂性的必备工具书。
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