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页数:338

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出版时间:2009-10

价格:36.00元

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isbn号码:9787030256287

丛书系列:

图书标签:

• 建筑材料
• 材料科学
• 土木工程
• 建筑工程
• 建筑技术
• 绿色建筑
• 可持续发展
• 施工
• 结构
• 材料性能

探秘人造奇观：现代土木工程的基石 本书并非聚焦于传统的砖石、混凝土或木材等传统意义上的建筑材料，而是将视野投向一个更宏大、更具前瞻性的领域——现代土木工程中那些革命性的、对基础设施和城市化进程产生深远影响的非常规材料与技术。 我们生活的世界，正以前所未有的速度被重塑。高耸入云的摩天大楼、跨越天堑的宏伟桥梁、深埋地下的复杂隧道系统，乃至支撑全球信息流动的先进能源网络，它们的实现，依赖于材料科学的不断突破，而非仅仅是经验的积累。 本书旨在为工程师、设计师、材料科学家以及所有对未来城市形态抱有好奇心的人士，提供一份关于高性能结构系统、可持续性前沿材料以及智能基础设施组件的深度解析。 第一部分：超乎寻常的力学边界——高性能结构材料的革新 本章将彻底摒弃对标准C40混凝土配比的讨论，转而深入探究那些挑战传统力学极限的创新材料。 1.1 超高性能混凝土（UHPC）的微观结构与宏观应用： 我们将解构UHPC中纳米级二氧化硅粉末如何均匀分散，以及超高强度的钢纤维如何形成三维随机网络，从而赋予材料近乎金属的抗拉强度和极高的韧性。重点剖析其在抗爆结构、预制构件的轻量化设计中的应用案例，例如在极端环境下的核电站屏蔽层以及需要超薄截面的长跨度桥梁腹板。我们将详细对比UHPC与传统高强混凝土在耐久性、抗冻融循环及耐腐蚀性上的代际差异。 1.2 纤维增强复合材料（FRP）在结构加固与新建中的角色： 本节侧重于碳纤维（CFRP）、玻璃纤维（GFRP）和芳纶纤维（AFRP）在土木工程中的成熟应用。我们将详细分析这些材料的各向异性力学特性，并探讨如何通过预应力筋、外包层、以及纤维增强砂浆等形式，实现对既有结构的“逆生长”式修复与增强。案例研究将聚焦于FRP在海洋环境中的耐盐腐蚀优势，以及在电力、交通基础设施中替代传统钢筋带来的电磁兼容性提升。 1.3 形状记忆合金（SMA）在自适应结构中的潜力： 这是一个面向未来的章节。我们将讨论镍钛合金等SMA材料在温度或应力驱动下实现可恢复形变的能力。重点在于如何将SMA元件集成到桥梁的伸缩缝、减隔震支座，甚至主动调控的拉索系统中，从而实现结构对外部载荷的“主动响应”与“自复位”功能，极大地提高设施的长期可靠性和抗震性能。 第二部分：面向地球未来的材料哲学——可持续性与循环经济 现代工程材料的选择，已不再仅仅是强度与成本的权衡，更是对环境责任的深刻回应。 2.1 工业副产品的高值化利用： 本部分将聚焦于将传统废弃物转化为优质建筑原料的实践。深入探讨粉煤灰、高炉矿渣的活性机制，以及如何通过地聚合物技术（Geopolymerization）替代传统波特兰水泥，从而实现生产过程中碳排放的革命性削减。我们将详细分析地聚合物在酸碱侵蚀环境下的优异表现，并探讨其在低温或偏远地区施工中的便利性。 2.2 生物基与可降解材料的探索： 探讨工程领域对传统石化基材料的替代方案。这包括利用微生物诱导的自修复混凝土——通过在材料内部预埋孢子和营养物，使其在出现微裂缝时能“自我愈合”，从而延长结构寿命。此外，也将介绍由木质素、纤维素衍生的新型生物聚合物在非承重隔声、保温领域的应用前景，以及这些材料在构件生命周期结束后的可降解性路径。 2.3 循环利用与资源化设计： 重点分析预制构件设计中的“可拆卸性”原则。如何设计连接节点，使得构件在结构寿命终结时能被完整回收，并作为高质量原料重新进入生产循环，而非仅仅是降级使用。这包括对特殊粘结剂和机械连接技术的比较研究。 第三部分：智慧基础设施的神经元——功能性与集成化材料 未来的基础设施将不再是惰性的承载体，而是能够感知、通信并反馈信息的“活的”系统。 3.1 压电与热释电材料在能源采集中的应用： 探讨如何在道路、桥梁和铁路轨道下铺设压电薄膜或纤维，将被动振动能转化为电能，为路灯、传感器或交通监控系统供电的能量收集（Energy Harvesting）技术。我们将分析不同材料的压电系数与其在实际交通载荷下的输出效率模型。 3.2 导电与电磁屏蔽材料在轨道交通中的作用： 深入研究在高速铁路电磁环境日益复杂的背景下，如何利用特殊的导电涂层或复合材料，对敏感电子设备进行有效的电磁兼容性（EMC）防护，同时确保结构材料本身的强度和耐候性不受影响。 3.3 智能传感器的植入式集成技术： 这部分聚焦于如何将光纤光栅传感器、电阻应变片等微电子元件原位嵌入到新浇筑的混凝土或复合材料内部，实现对结构健康状态（如应变、温度、腐蚀速率）的实时、无损监测。我们将讨论传感器与基体材料之间的界面粘结技术，以确保传感器在数十年服役期内依然能准确工作，并探讨如何通过无线网络将这些“神经信号”传输至中央控制平台。 通过对这些尖端材料和技术的深入剖析，本书旨在展示土木工程领域如何通过材料科学的突破，应对全球气候变化、资源短缺以及城市承载力提升的严峻挑战，构建一个更安全、更智能、更可持续的人类居住环境。本书的叙述风格力求严谨细致，注重理论与工程实践的紧密结合，为行业人士提供一个清晰的“非传统建筑材料”地图。

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