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出版者:Teubner B.G. GmbH

作者:Roland Benedix

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2003-07-31

价格:0

装帧:Paperback

isbn号码:9783519102267

丛书系列:

图书标签:

• 建筑化学
• 化学
• 材料科学
• 土木工程
• 建筑工程
• 混凝土
• 添加剂
• 耐久性
• 修复
• 防护

《建筑材料的化学与物理基础》 书籍简介 本书深入探讨了现代建筑材料的内在机制与性能，聚焦于材料的微观结构、宏观表现及其在实际工程应用中的行为。全书共分十二章，逻辑清晰，内容涵盖了从基础化学原理到复杂材料性能的全面分析，旨在为土木工程师、材料科学家以及相关领域的研究人员提供一份详尽且实用的参考指南。 第一部分：材料科学基础与无机胶凝体系（第1章至第4章） 第1章：建筑材料的化学基础与环境相互作用 本章首先回顾了构成建筑材料的基本元素及其在自然界中的存在形式。重点阐述了化学键合、晶体结构与非晶态结构在决定材料宏观性能（如强度、耐久性）中的关键作用。随后，详细分析了水、二氧化碳、酸性物质以及硫酸盐等环境介质与建筑材料（尤其是水泥基材料）之间发生的复杂化学反应。讨论了腐蚀机理，包括碳化作用、氯离子侵蚀以及碱骨料反应（AAR），并介绍了评估这些反应潜力的常用实验室方法和现场监测技术。本章强调了理解材料化学环境的必要性，这是设计长寿命结构物的基石。 第2章：硅酸盐化学与熟料的形成 本章聚焦于波特兰水泥的核心——熟料的形成过程。详细解析了硅酸盐化学的原理，包括$ ext{C}_3 ext{S}$（硅酸三钙）、$ ext{C}_2 ext{S}$（硅酸二钙）、铝酸三钙（$ ext{C}_3 ext{A}$）和铁铝酸四钙（$ ext{C}_4 ext{AF}$）等主要矿物相的化学式、晶体结构及其在煅烧窑中的生成动力学。通过热力学和动力学分析，解释了不同煅烧温度、停留时间和原料配比如何影响熟料的矿物组成和反应活性。此外，本章还讨论了石膏在水泥研磨过程中对早期水化速率的调节作用，以及熟料晶体形貌对粉磨能耗的影响。 第3章：水泥的水化反应动力学与产物结构 本章是理解水泥基材料早期强度的核心章节。系统阐述了水泥与水接触后发生的复杂水化反应序列。详细描述了钙矾石（C-S-H凝胶）、氢氧化钙（$ ext{CH}$）以及其他水化产物的生成机制、化学组成和微观结构。通过扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射（XRD）等表征手段，揭示了水化产物在孔隙网络中的堆积方式，并量化了这些产物对材料孔隙率和力学性能的贡献。本章还深入探讨了早期水化速率的影响因素，如温度、水灰比和外加剂的作用。 第4章：混凝土的微观结构与孔隙体系 本章将视角从纯粹的化学反应转向材料的物理结构。详细分析了混凝土的层级结构：从骨料、砂浆界面过渡区（ITZ）到密实的水泥浆体。特别关注了孔隙结构的特征，包括连通孔、封闭孔、毛细孔和吸附水，并解释了孔径分布如何直接控制混凝土的渗透性、抗冻融性及耐久性能。讨论了利用压汞法（MIP）、氮气吸附法等技术对孔隙结构进行量化分析的方法，并建立了孔隙结构参数与宏观渗透系数之间的关系模型。 第二部分：高性能与功能性材料的化学调控（第5章至第8章） 第5章：矿物掺合料的化学活性与长期性能 本章探讨了粉煤灰、高炉矿渣、硅灰等火山灰材料在提高混凝土性能中的作用。详细分析了这些掺合料的化学组成、比表面积和玻璃体含量。阐释了火山灰反应的化学机理，即活性硅、铝组分与水化产物$ ext{CH}$反应生成额外的C-S-H凝胶的过程。比较了不同掺合料对混凝土早期强度、后期强度发展、降低水化热以及提高抗渗透性的差异化效果。 第6章：化学外加剂的作用机理与应用 本章聚焦于现代混凝土配合比设计中不可或缺的化学外加剂。深入剖析了高效减水剂（如聚羧酸醚系）、缓凝剂、早强剂和引气剂的作用机理。针对减水剂，详细解释了其在水泥颗粒表面的吸附、空间位阻和静电排斥效应，如何实现浆体的分散和流动性改善。讨论了外加剂的兼容性问题，以及过量使用或不当选择对材料长期性能（如泌水、凝结时间）的潜在负面影响。 第7章：特种水泥体系与非传统胶凝材料 本章拓展了对传统波特兰水泥的认识，涵盖了高性能和特种应用的水泥体系。详细介绍了硫铝酸盐水泥（CSA）、低碱度水泥的化学特点及其在特殊环境中的应用优势。同时，对地聚合物（Geopolymer）的化学反应机制进行了深入探讨，分析了其在碱激发体系下，铝硅酸盐原料通过解聚-重组过程形成三维网络结构的过程，以及其优异的耐酸碱和耐高温性能。 第8章：粘土矿物与建筑陶瓷的烧结化学 本章转向涉及塑性材料的领域。分析了高岭石、蒙脱石等粘土矿物的晶体结构和离子交换能力。重点阐述了陶瓷制品（如砖、瓦）的烧结过程，即在高温下，粉体颗粒间的扩散、液相反应和晶粒长大如何形成致密、高强的结构。讨论了烧结过程中的相变、玻璃化程度对最终产品强度、吸水率和热稳定性的影响。 第三部分：材料的力学行为、耐久性与现场控制（第9章至第12章） 第9章：混凝土的本构关系与力学性能 本章系统梳理了混凝土的宏观力学性能。从单轴、双轴、三轴受压试验出发，推导并阐释了混凝土的应力-应变曲线，定义了弹性模量、抗压强度和抗拉强度。深入探讨了静载荷、循环荷载（疲劳）以及冲击荷载作用下材料内部损伤的累积机制。本章还介绍了时间相关的效应，如蠕变（Creep）和收缩（Shrinkage），分析了这些现象背后的微观机理（如孔隙水压力的变化和C-S-H凝胶的结构松弛）。 第10章：耐久性设计与渗透性控制 耐久性被视为现代结构设计的核心。本章将耐久性问题量化，建立了渗透性、扩散系数与结构寿命之间的关系。详细分析了控制渗透性的主要因素：水灰比、养护条件和微观结构。对渗透性测试方法进行了比较，包括氯离子迁移试验（NT BUILD 492）和电中和法。讨论了如何通过优化配合比和界面处理，有效抑制侵蚀性离子的迁移。 第11章：钢筋腐蚀与保护技术 本章关注钢筋混凝土结构中的关键失效模式——钢筋锈蚀。阐述了钢筋在钢筋混凝土内部钝化层的形成与破坏机理。重点分析了氯离子侵蚀和碳化作用如何导致钝化层破裂，进而引发电化学腐蚀。详细介绍了腐蚀速率的评估方法，并系统比较了各种保护和修复技术，包括阻锈剂的使用、阴极保护、表面涂层以及修复砂浆的电化学兼容性设计。 第12章：施工过程中的化学控制与质量保证 本书的最后一章回归到实际工程应用。强调了原材料质量控制的重要性，特别是对水、骨料和水泥的化学成分进行严格检测。详细讨论了混凝土搅拌、运输和浇筑过程中的化学变化，例如温度控制对早期水化热峰值的影响。介绍了现场测试方法（如钻芯取样分析、回弹法）在验证后期强度和化学性能方面的应用，确保从实验室到现场的一致性。 本书通过深入的化学视角剖析材料的内在机理，为读者提供了超越传统经验范畴的、基于科学原理的材料理解和工程决策能力。

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这本《Bauchemie》实在让人眼前一亮，我原本以为这会是一本枯燥的、充斥着各种化学公式和晦涩难懂理论的教科书，毕竟“建筑化学”这个名字听起来就透着一股严肃劲儿。然而，翻开这本书，我立刻被它清晰的逻辑结构和详尽的案例分析所吸引。作者似乎深谙如何将复杂的化学原理转化为建筑实践中的实际应用，比如在混凝土外加剂那一章，它没有停留在介绍各种塑化剂的分子结构上，而是深入剖析了不同气候条件和骨料特性下，如何精确选择和配比这些外加剂，以达到最佳的和易性与后期强度。书中关于耐久性提升的章节尤其精彩，从防腐蚀涂层到防水材料的微观渗透机理，讲解得丝丝入扣，即便是我们这些在工地上摸爬滚打多年、对理论基础有点生疏的工程师，也能轻松跟上思路，并且立刻能在手头的工作中找到对应的应用点。特别值得称赞的是，书中配图质量极高，那些分子模型和截面图都非常清晰，比我之前看的几本进口原版教材还要直观易懂。读完这部分内容，我感觉自己对材料科学的理解不仅仅是停留在“是什么”，更上升到了“为什么会这样”的高度，这对于优化施工工艺、解决现场突发问题，简直是如虎添翼。我迫不及待地想把书里关于高分子防水卷材的研究成果应用到下一个重点项目中去试试效果。

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我必须承认，当我翻到关于绿色建筑材料和可持续化学那几章时，我感到非常振奋。《Bauchemie》在紧跟前沿技术方面做得非常出色，它没有沉溺于传统化学的窠臼，而是大力推广了低挥发性有机化合物（VOC）的粘合剂和利用生物基材料（如木质素、淀粉衍生物）开发的特种砂浆。书中对“循环经济”在建筑化学中的具体体现进行了深入的探讨，例如如何通过化学手段提高回收骨料的性能，使其重新达到与原生骨料相似的力学指标。这种前瞻性和对未来行业趋势的把握，让这本书立刻从一堆过时的参考资料中脱颖而出。特别是对于正在从事预制装配式建筑研发的同事们来说，书中关于工厂化生产中湿度和温度控制对化学养护过程影响的细致分析，简直是雪中送炭。我记得我们团队前阵子就因为一个预制构件的表面缺陷伤透了脑筋，现在回看书里的这一部分，我立刻找到了可能的症结所在——我们忽略了低温对特定固化剂活性的微小抑制作用。

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这本书的索引和术语表设计得极其人性化，对于我这种非纯化学背景的读者来说，这是拯救生命的设置。每当遇到一个复杂的化学名词，比如“水化反应动力学”或“纳米二氧化硅的表面改性”，我不再需要频繁地中断阅读去搜索引擎上费力地查找定义，翻到书后面的附录，所有关键术语都有简洁明了的解释，甚至还标注了它们在书中的首次出现页码，方便快速回溯上下文。这种对细节的关注，充分体现了作者对读者群体的深刻理解——建筑行业的用户群体是多元的，理论深度需要分层递进。此外，书中关于实验方法论的描述也十分严谨，它不仅告诉你结果如何，更清晰地描绘了实验误差的来源以及如何进行统计学上的有效性验证。这让整本书的论据建立在坚实可靠的科学基础上，而不是凭空臆断。总而言之，这是一部能让人信服、值得反复查阅的实用化学宝典，它极大地拓宽了我对建筑材料性能边界的认识。

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说实话，我买这本书纯粹是出于一种职业本能的好奇心，想看看现在的建筑化学研究到底走到了哪一步。我原本的关注点主要集中在结构力学和施工组织上，对化学这块总是有点敬而远之，总觉得那是实验室里研究人员的事情。但《Bauchemie》彻底颠覆了我的看法。这本书的叙事风格非常‘对话式’，仿佛作者就在你旁边，耐心地为你拆解一个又一个看似无解的工程难题。例如，在讨论地基加固和土壤稳定化时，书中详细对比了当前主流的化学灌浆技术（如硅酸盐浆液、丙烯酸树脂等）的优缺点，不仅分析了它们的化学反应速度和渗透深度，还非常细致地量化了不同环境因素（如地下水流速、土层颗粒级配）对浆液固化效果的修正系数。这种实用主义到极致的写作方式，让我觉得这本书的价值远超学术层面，它更像是一本高阶的项目经理工具手册。我特别欣赏作者对风险管理的关注，书中专门有一小节探讨了因化学反应失控可能导致的工程事故案例，以及如何通过实时监测和应急预案来规避，这体现了一种高度的责任感。

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这本书的排版和装帧质量也值得一提，这让阅读体验得到了极大的提升。很多专业书籍往往为了节省成本，纸张薄、字体小，读久了眼睛非常疲劳，但《Bauchemie》采用了厚实的哑光纸张，字体间距适中，即便是长时间在强光或弱光环境下阅读，视觉负担也明显减轻。更妙的是，作者在讲解一些关于界面化学和粘结强度的理论时，插入了一些非常精妙的“思考框”，这些框内往往是一些发人深省的哲学性提问，引导读者去思考材料之间的‘互动’，而不仅仅是‘叠加’。我记得有一处关于修复砂浆与旧基材之间电化学腐蚀的讨论，作者就巧妙地引申到了时间尺度上材料性能的衰减模型，这让整个阅读过程充满了智力上的愉悦感。这不只是一本教会你‘怎么做’的书，它更是一本激发你‘为什么不试试另一种方法’的书。我甚至开始重新审视我们以往在旧建筑翻新时习惯性使用的某些粘合剂，也许从化学层面来看，它们并不是最优解。

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