混凝土材料学（勾密峰）（第二版）

前言
本书第一版自2011年出版以来，先后5次印刷，被全国多所高等学校采用，基本上能够满足材料、建筑、土木等专业及相关专业在混凝土材料方面的教学需求；编者走访过程中也发现不少建筑设计、施工和建筑材料行业工作者将其作为技术参考书使用。本书得到了广大师生、技术人员的欢迎和支持，并收到了许多宝贵的意见，在此表示衷心的感谢！
混凝土技术经过长期积累与发展，已经由传统四组分（水泥、砂、石、水）混凝土进入多组分混凝土的新时期，尤其是化学外加剂和矿物掺合料的大量使用，使得现代混凝土的发展进入新阶段。未来一段时间，我国混凝土行业仍将维持较高的生产和使用规模，对混凝土的使用寿命设计要求也越来越高，有的甚至要求使用几百年乃至上千年。在此形势下，本书从混凝土材料的组成、结构、性能、耐久性等方面介绍混凝土材料的科学理论与技术，使学生掌握混凝土原材料的性能及其在混凝土中的作用，掌握新拌混凝土和硬化混凝土的组成、结构、性能的相关理论与技术；能够辨别混凝土材料的生产、制备和服役过程中出现的技术、工艺、质量等复杂工程问题，并开展必要的调研分析，编制实验方案，确定检测手段；能够针对各种复杂工程的要求，开展混凝土材料的初步设计及方案改进，在设计过程中体现创新意识，并考虑社会、健康、安全、法律、文化及环境等因素；能够理解并合理分析与混凝土材料相关的技术标准、产业政策和法律法规；熟悉高性能混凝土技术的内涵及发展趋势。
这次修订的总体思路是在保持原书体系结构的基础上，突出混凝土材料的新理论、新技术、新知识，删除某些在当前已显陈旧的内容，增加了新型混凝土一章，为突出矿物掺合料的重要性，将其单独编制成章并补充完善内容，同时在编写方面，集教学内容的先进性与叙述的深入浅出于一体，以更好地满足新工科专业的教学需要。
本书由勾密峰、罗树琼、管学茂主编。参编人员及编写分工如下：勾密峰编写第1章绪论、第6章、第9章，罗树琼编写第7章、第8章，郭晖编写第2章、第5章，刘松辉编写第3章、第4章，勾密峰、罗树琼、郭晖、刘松辉、管学茂等共同编写第10章，全书由管学茂负责统稿和审阅。
由于编者水平有限，书中不当之处在所难免，敬请广大读者批评指正。

编者
2023年11月



第一版前言
混凝土材料是土建工程、水利工程、道路工程、地下工程等基础建设工程中用量最大的结构材料，尤其是随着我国基础工程建设速度加快，对混凝土材料性能提出了更高要求。而混凝土材料是由水泥、砂、石、水、外加剂等多组分组成的一种复合材料，其使用性能决定于材料的组成、性能与结构，要制备高性能混凝土必须系统学习掌握混凝土材料的基本理论知识。
编者编写的《混凝土学》讲义，在河南理工大学材料科学与工程专业经过了5年的试用，期间编者不断地把该领域完成的国家科技支撑计划项目、国家重大基础研究项目（973项目）的最新研究成果引入讲义。为了更好地满足教学要求，经过多次修改完善，加强教材中混凝土材料的基本理论阐述，形成了《混凝土材料学》教材。本书于2015年11月入选河南省“十二五”普通高等教育规划教材。本书可作为材料、建筑、土木类等专业及相关各专业本科生教学用书，也可作为建筑设计、施工和建筑材料工作者的技术参考书。
“混凝土材料学”是材料科学与工程专业的主要专业课之一，本书系统地阐述了混凝土材料的基本理论知识和技术，同时也反映了混凝土及其外加剂的最新研究进展。全书共分9章，包括绪论、混凝土原材料、混凝土和砂浆外加剂、新拌混凝土的性能、硬化混凝土的结构、混凝土的物理力学性能、混凝土的耐久性、混凝土配合比设计、建筑砂浆等章节。
本书由管学茂、杨雷主编。参编人员及编写分工如下：管学茂编写绪论、第1章、第2章，郭晖编写第3章，杨雷编写第5章、第6章、第8章，罗树琼编写第4章、第7章，并且负责全书的文字处理与校对工作。
该书在编写过程中得到了河南理工大学和化学工业出版社的大力支持和帮助，在此致以衷心感谢。
由于编者水平有限，书中不当之处在所难免，敬请广大读者批评指正。

编者
2016年12月于河南理工大学

勾密峰，河南理工大教授。中国硅酸盐学会会员，中硅会固废分会青委会委员。长期从事新型建筑材料的制备、性能及应用研究，尤其致力于工业固体废弃物的高值化利用、新型墙体材料的开发等。主讲《混凝土材料学》《土木工程材料》《仪表及自动化》课程（本科生）《高性能混凝土》课程（研究生）。主持或参与教学质量工程项目有国家 级一 流课程《混凝土材料学》；河南省虚拟实验《固体废弃物高温制备深地材料虚拟仿真实验》；“建筑材料”河南省课程思政教学团队。

《混凝土材料学》（第二版）从材料学的角度系统介绍混凝土的组成、结构、性能及耐久性，具体内容包括混凝土原材料、混凝土外加剂、矿物掺合料、新拌混凝土的性能、硬化混凝土的结构、混凝土的物理力学性能、混凝土的耐久性、混凝土配合比设计以及新型混凝土等。
本书力求理论联系实际，内容丰富翔实，对相关专业师生和相关行业从业人员有较好的参考价值，可供高等学校材料专业、土木工程专业的本科生、研究生作为教材使用，也可供从事相关研究的专业人员参考阅读。

1绪论1
1.1混凝土的历史1
1.2混凝土的定义和分类3
1.3混凝土的发展趋势4
知识扩展5
思考题5

2混凝土原材料6
2.1水泥6
2.1.1水泥的定义与分类7
2.1.2通用硅酸盐水泥的组分8
2.1.3通用硅酸盐水泥的强度等级9
2.1.4通用硅酸盐水泥的技术要求9
2.1.5水泥的主要矿物组成10
2.1.6水泥的使用性能及其对混凝土性能的影响11
2.2骨料15
2.2.1骨料的作用和类别15
2.2.2骨料的主要技术性质17
2.2.3细骨料及其技术要求22
2.2.4粗骨料及其技术要求25
2.2.5骨料性质对混凝土性能的影响28
2.3水34
2.3.1混凝土用水的定义34
2.3.2混凝土用水技术要求35
知识扩展35
思考题36

3混凝土外加剂37
3.1化学外加剂的概述37
3.1.1外加剂的发展历史37
3.1.2外加剂的定义38
3.1.3外加剂的分类39
3.1.4外加剂的作用40
3.2化学外加剂的基本原理40
3.2.1表面现象的概念40
3.2.2表面活性剂的种类和结构特点41
3.2.3表面活性剂的作用机理42
3.2.4表面分散剂对水泥分散体系性质的影响46
3.3化学外加剂品种50
3.3.1减水剂50
3.3.2凝结与硬化调节剂54
3.3.3膨胀剂60
3.3.4引气剂61
3.3.5聚合物改性剂63
3.3.6保水剂和增稠剂65
3.3.7其他外加剂67
知识扩展72
思考题72

4矿物掺合料73
4.1矿物掺合料的概述73
4.1.1矿物掺合料的发展历史73
4.1.2矿物掺合料的定义74
4.1.3矿物掺合料的分类74
4.1.4矿物掺合料的作用74
4.2矿物掺合料的活性激发机理75
4.2.1玻璃体结构理论75
4.2.2玻璃体结构分类和结构特征76
4.2.3玻璃体活性激发机理78
4.3矿物掺合料品种78
4.3.1粉煤灰78
4.3.2矿渣粉81
4.3.3硅灰84
4.3.4偏高岭土85
4.3.5沸石粉86
4.3.6石粉87
4.3.7其他品种矿物掺合料89
4.3.8复合矿物掺合料91
知识扩展93
思考题93

5新拌混凝土的性能94
5.1新拌混凝土流变学94
5.1.1流变学基本模型94
5.1.2新拌混凝土流变方程97
5.2新拌混凝土工作性101
5.2.1新拌混凝土工作性的概念101
5.2.2流动性测试方法评述102
5.2.3影响流动性的因素104
5.2.4新拌混凝土的坍落度损失105
5.3影响混凝土工作性的主要因素110
5.3.1水泥与外加剂之间的适应性110
5.3.2混凝土单位用水量对流动性的影响120
5.3.3砂率的影响121
5.3.4材料组成的影响122
5.4离析和泌水123
5.4.1离析和泌水产生的原因123
5.4.2离析和泌水对硬化混凝土性能的危害125
5.4.3离析和泌水的评价方法125
5.4.4防止离析和泌水的措施127
知识扩展128
思考题128

6硬化混凝土的结构129
6.1硬化水泥浆体的组成和结构129
6.1.1水泥水化物的组成、结构和形貌130
6.1.2硬化水泥浆体的孔结构和水的形态136
6.2硬化混凝土的界面139
6.2.1界面过渡区139
6.2.2界面过渡区形成机理141
6.2.3界面过渡区的改善措施142
6.2.4硫酸盐对界面过渡区的劣化144
6.3中心质假说149
6.3.1概述149
6.3.2中心质网络化150
6.3.3界面区组成结构151
6.3.4中心质效应151
知识扩展154
思考题154

7混凝土的物理力学性能155
7.1混凝土的物理性能155
7.1.1混凝土的密实度155
7.1.2混凝土的渗透性156
7.1.3混凝土的干缩与湿胀159
7.1.4混凝土的热性能160
7.2混凝土的强度162
7.2.1混凝土强度的基本理论163
7.2.2混凝土受压破坏理论164
7.2.3混凝土抗压强度167
7.2.4混凝土抗拉强度168
7.2.5混凝土抗折强度168
7.2.6影响混凝土强度的因素169
7.3混凝土在非荷载作用下的变形173
7.3.1化学收缩173
7.3.2塑性收缩174
7.3.3温度变形174
7.3.4干燥收缩175
7.3.5自生收缩175
7.3.6碳化收缩176
7.4混凝土在荷载作用下的变形177
7.4.1混凝土的弹塑性变形177
7.4.2混凝土的徐变179
知识扩展181
思考题181

8混凝土的耐久性182
8.1混凝土的抗冻性182
8.1.1冻融交替对混凝土破坏的动力183
8.1.2影响混凝土抗冻性的因素184
8.1.3抗冻性试验188
8.2环境化学侵蚀对混凝土的破坏188
8.2.1水泥浆体组分的浸出及其原因188
8.2.2酸的侵蚀189
8.2.3硫酸盐侵蚀190
8.3混凝土的碳化191
8.3.1碳化对混凝土性能的影响192
8.3.2影响碳化速度的主要因素192
8.3.3提高抗碳化性能的措施193
8.4混凝土中钢筋的锈蚀193
8.4.1钢筋锈蚀的原理194
8.4.2氯离子引起的锈蚀194
8.4.3钢筋锈蚀的防护措施198
8.5碱-骨料反应199
8.5.1产生碱-骨料反应破坏的条件199
8.5.2碱-骨料反应的膨胀机制200
8.5.3碱-骨料反应的破坏特征203
8.5.4碱-骨料反应的预防措施205
知识扩展206
思考题206

9混凝土配合比设计208
9.1普通混凝土配合比设计208
9.1.1设计要领208
9.1.2设计流程209
9.1.3设计参数及运算210
9.1.4混凝土的试配217
9.1.5配合比的调整与确定219
9.1.6综合例题220
9.2高性能混凝土配合比设计223
9.2.1混凝土配制强度223
9.2.2参数的选择223
9.2.3高性能混凝土配合比确定225
9.3轻骨料混凝土配合比设计225
9.3.1混凝土配制强度225
9.3.2参数的选择226
9.3.3试配、调整及确定配合比229
9.3.4综合例题229
知识扩展231
思考题231

10新型混凝土232
10.13D打印混凝土232
10.1.1发展历程232
10.1.2性能概述233
10.1.3工程应用235
10.2高性能混凝土237
10.2.1定义237
10.2.2原材料239
10.2.3结构240
10.2.4性能概述240
10.3再生混凝土242
10.3.1发展再生混凝土的意义243
10.3.2再生混凝土的发展243
10.3.3再生混凝土的性能244
10.4其他种类混凝土246
10.4.1纤维增强混凝土246
10.4.2自密实混凝土249
10.4.3防辐射混凝土251
10.4.4透水混凝土253
10.4.5水下不分散混凝土256
10.4.6自修复混凝土258
10.4.7装饰混凝土264
知识扩展267
思考题268

参考文献269