《工程结构耐久性》系统且全面地阐述了多种土木工程结构耐久性相关的理论、测试方法、设计评估及实际应用。本书详细介绍了结构混凝土性能劣化、内部物质输运、钢筋锈蚀等原理，涵盖金属腐蚀基础理论，包括腐蚀机理、类型、典型金属腐蚀及保护方法。同时针对混凝土、砌体、地下钢结构、纤维增强复合材料等多种结构，分别深入剖析其劣化原因、过程及防护措施，如混凝土劣化从原材料、性能及劣化机制等方面展开，砌体结构介绍失效机理与防治手段。另一方面，着重讲解混凝土结构耐久性测试方法，如渗透、侵入测试等。在设计与评估上，以混凝土结构为主，阐述设计途径、数学理论与实用步骤，并列举示例。最后介绍交流阻抗谱方法在耐久性研究中的应用。
本书可作为土木工程等相关专业的高年级本科生、研究生的课程教材，也可以给科研人员以及从事土木工程结构设计、施工、维护的工程技术人员提供深入的专业知识与实践指导。
第1章 绪论 1
1.1 混凝土结构 3
1.2 混凝土结构的性能劣化 4
1.3 混凝土内部的物质输运和劣化机制 6
1.3.1 物质输运机制 6
1.3.2 力学作用 6
1.3.3 化学过程 6
1.3.4 物理过程 7
1.4 钢筋锈蚀 8
1.4.1 钢筋的脱钝化 8
1.4.2 钢筋的锈蚀过程 9
1.4.3 氯化物诱发腐蚀 9
1.4.4 杂散电流腐蚀 10
1.4.5 温度的影响 10
1.5 增强耐久性的措施 10
1.6 涂层和表面保护 11
1.7 钢筋的防腐 11
1.7.1 耐腐蚀钢筋 11
1.7.2 钢筋的环氧树脂涂层和热镀锌防护 12
1.7.3 阴极防护 13
1.8 施工与混凝土耐久性 14
1.9 质量保证 16
1.9.1 现场监督 16
1.9.2 从承包商移交给业主 16
1.10 混凝土结构的维护 16
1.10.1 耐久性“五倍定律” 16
1.10.2 预防性维护 17
1.10.3 耐久性监测 17
1.11 修复原则和方法 18
1.11.1 补丁修复的耐久性 18
1.11.2 电化学修复 19
1.12 钢结构的耐久性提升措施简介 20
1.13 砌体结构的耐久性提升措施简介 21
1.14 木结构的耐久性提升措施简介 21
第2章 金属腐蚀的基础理论 23
2.1 金属腐蚀概况 23
2.2 金属腐蚀机理 23
2.2.1 金属腐蚀的定义 23
2.2.2 腐蚀机理 24
2.2.3 热力学和腐蚀 25
2.2.4 腐蚀速率 26
2.2.5 腐蚀系统 27
2.3 腐蚀的类型 31
2.3.1 均匀腐蚀 31
2.3.2 局部腐蚀 31
2.4 典型金属的腐蚀 38
2.4.1 结构钢 38
2.4.2 铸铁的腐蚀 40
2.4.3 不锈钢 40
2.4.4 耐候钢 40
2.4.5 铝 41
2.5 金属的保护 42
2.5.1 表面处理 42
2.5.2 有机涂层 43
2.5.3 金属涂层 45
2.5.4 阴极保护 46
第3章 混凝土的劣化 49
3.1 硅酸盐水泥和辅助胶凝材料 49
3.1.1 化学侵蚀 50
3.1.2 物理侵蚀 51
3.2 骨料 52
3.2.1 物理机制 52
3.2.2 化学机理 54
3.3 拌和用水 54
3.4 掺合料 55
3.5 纤维 55
3.6 与耐久性有关的混凝土性能 56
3.6.1 混凝土的输运特性 57
3.6.2 与劣化有关的混凝土的力学、物理和化学特性 59
3.6.3 混凝土开裂及其劣化的影响 60
3.7 劣化机制 63
3.7.1 引言 63
3.7.2 机械和物理劣化机制 66
3.7.3 化学劣化机制 66
3.7.4 化学损伤需要考虑的其他因素 68
3.7.5 钢筋混凝土中的钢筋锈蚀 68
3.8 减少混凝土劣化的设计和施工做法 72
第4章 冻融作用 74
4.1 引言 74
4.2 冰冻作用理论和除冰盐剥蚀机理 77
4.2.1 冰冻作用理论 78
4.2.2 除冰盐剥蚀机理 83
4.3 有关抗冻性的基本概念 85
4.3.1 因冰冻作用而导致的劣化 85
4.3.2 硬化浆体和混凝土中冰的形成 87
4.3.3 良好抗冻性所需的气孔系统的特性 89
4.3.4 关于冰冻作用的其他假设 90
4.4 抗冻性指标 90
4.4.1 临界饱和度及临界膨胀 90
4.4.2 抗冻数 91
4.5 抗冻性能测试 92
4.5.1 混凝土测试 92
4.5.2 骨料测试 100
4.5.3 外加剂测试 101
4.5.4 新拌混凝土中含气量的测定 102
4.5.5 硬化混凝土气孔系统特性测定 106
4.5.6 新拌混凝土气泡间距系数的确定 110
4.6 冻融损伤模型 111
第5章 混凝土结构耐久性测试理论与方法 114
5.1 引言 114
5.2 渗透测试简介 115
5.2.1 非反应性流体 115
5.2.2 反应性侵蚀流体 116
5.3 基于非反应性流体输运的侵入测试 116
5.3.1 气体渗透性 116
5.3.2 渗水性测试 125
5.3.3 毛细吸入 128
5.3.4 氯化物渗透 133
5.4 混凝土电阻率和电导率 145
5.4.1 原理和机制 145
5.4.2 测试方法 145
5.4.3 混凝土质量评价概述和标准 147
5.5 CO2 和碳化 148
5.6 劣化机制测试方法 149
5.6.1 鉴定和量化混凝土劣化过程的试验 149
5.6.2 碱-集料反应试验 149
5.6.3 抗硫酸盐侵蚀试验 150
5.6.4 抗冻融损伤试验 151
5.6.5 钢筋在混凝土中的锈蚀情况 152
5.7 小结 158
第6章 砌体结构耐久性 159
6.1 引言 159
6.2 失效机理及防治措施 161
6.2.1 硫酸盐侵蚀 161
6.2.2 盐结晶 162
6.2.3 酸雨侵蚀 163
6.2.4 碳酸水侵蚀 164
6.2.5 酸侵蚀 164
6.2.6 冻融 165
6.2.7 风蚀和水冲刷 166
6.2.8 配筋的锈蚀 166
6.2.9 植物、藻类等的生长 167
6.2.10 变形 168
6.2.11 风化 169
6.3 小结 170
第7章 地下钢结构的耐久性 171
7.1 介绍 171
7.2 腐蚀反应的基本原理 171
7.2.1 一般腐蚀反应 171
7.2.2 不同形式的腐蚀 172
7.3 作为腐蚀环境的土壤 173
7.3.1 pH值为 4～9的未受扰动的土壤 173
7.3.2 pH值为 4～9的扰动土壤 174
7.3.3 pH< 4的酸性土壤 174
7.3.4 受污染的土壤 174
7.4 腐蚀风险评估 174
7.4.1 一般评估 174
7.4.2 详细评估 175
7.5 防腐蚀方法 177
7.5.1 腐蚀裕量 177
7.5.2 阴极保护 178
7.5.3 防护层 181
7.6 小结 181
第8章 纤维增强复合材料/结构的耐久性 182
8.1 引言 182
8.2 纤维增强聚合物（FRP）的制造材料 184
8.2.1 纤维 184
8.2.2 热固性树脂 185
8.2.3 填料 186
8.2.4 添加剂 186
8.2.5 纤维增强复合材料的涂层 186
8.2.6 黏结剂 187
8.3 FRP复合材料应用场合 188
8.3.1 FRP筋混凝土构件 188
8.3.2 FRP加固混凝土构件 188
8.3.3 FRP构件 188
8.4 材料耐久性问题 189
8.4.1 液体 189
8.4.2 碱 190
8.4.3 冻融 192
8.4.4 疲劳 193
8.4.5 徐变/松弛和徐变断裂 194
8.4.6 紫外线 195
8.4.7 高温 195
8.4.8 火 196
8.5 FRP加固体系的耐久性 196
8.5.1 冻融 196
8.5.2 疲劳 197
8.5.3 徐变 197
8.5.4 火灾/高温 197
8.5.5 FRP桥面疲劳性能 198
8.5.6 FRP和混凝土黏结的耐久性 198
8.5.7 FRP外部加固混凝土构件 199
8.6 小结 200
第9章 混凝土结构耐久性设计和评估 203
9.1 引言 203
9.2 耐久性设计的实现途径 204
9.2.1 传统的耐久性设计方法 204
9.2.2 欧洲的使用寿命设计方法——FIB第 34号公报方法 205
9.3 耐久性设计的基础数学理论 206
9.3.1 失效概率与使用寿命理论 206
9.3.2 耐久性设计的基本公式 207
9.4 通过随机方法进行耐久性设计的示例 208
9.4.1 R 和 S 呈正态分布时的性能原则设计 208
9.4.2 对数正态服役寿命分布 210
9.4.3 对数正态服役寿命分布的概率 211
9.5 耐久性设计的实用步骤和内容 212
9.6 混凝土结构耐久性设计和评估的示例 213
9.6.1 简介 213
9.6.2 策略和方法 213
9.6.3 服役环境和分区 214
9.6.4 劣化评估与缓解措施 215
9.6.5 基于氯离子传输的使用寿命建模 217
9.6.6 设计成果 221
9.6.7 混凝土耐久性测试要求 223
9.7 港珠澳大桥的耐久性设计 225
9.8 多种设计方法的联合使用示例 228
9.8.1 完全概率方法 228
9.8.2 避免劣化方法 230
9.8.3 基于全寿命周期成本的设计评估 231
9.9 混凝土结构耐久性评定方法 232
9.10 钢结构的耐久性评定 233
9.11 砌体结构的耐久性设计简介 233
第10章 交流阻抗谱方法在耐久性研究中的应用 235
10.1 引言 235
10.2 EIS数据的表示 237
10.3 电路描述码 238
10.3.1 简介 238
10.3.2 构建步骤 239
10.3.3 电路元件及其表示法摘要 240
10.4 EIS图谱的分析和解释 242
10.5 EIS在金属腐蚀中的应用 249
10.5.1 对腐蚀金属施加电压激励的影响分析 249
10.5.2 钢材在不同水溶液条件下的氧化动力学反应 251
10.5.3 在非稳态溶液中腐蚀的钢材（使用旋转圆盘电极） 254
10.5.4 混凝土中钢筋的锈蚀监测 254
10.5.5 从植物中提取的有机分子或天然液体的抑制作用 255
10.5.6 硼化处理硬涂层 257
10.5.7 用作容器的钢材 258
10.6 EIS在混凝土冻融研究中的应用 260
10.7 EIS在混凝土碳化研究中的应用 264
10.8 EIS在混凝土硫酸盐侵蚀研究中的应用 269
10.9 EIS在混凝土碱-集料反应研究中的应用 274
参考文献 282
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