輕骨料混凝土（又名輕集料混凝土，Lightweight Aggregate Concrete）是指用輕粗骨料、輕細(xì)骨料（或普通砂）、水泥和水，必要時加入化學(xué)外加劑等礦物摻合料配制而成，并且在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下，28d齡期的干表觀密度<1950kg/m3的混凝土。這種混凝土由于孔隙率大、密度低、抗凍、保溫性好，近年來被廣泛使用。天然浮石是一種多孔玻璃質(zhì)火山噴出巖，在內(nèi)蒙古地區(qū)分布廣泛，蘊(yùn)藏量大。

輕骨料混凝土與普通混凝土比較具有如下獨(dú)特的性能特點(diǎn)：比強(qiáng)度高；具有隔熱、保溫、保濕功能；耐火性好；抗震性能好；耐久性好；抗裂性好；無堿集料效應(yīng)；綜合經(jīng)濟(jì)效益好。但浮石的本身強(qiáng)度較低且成分組成差異性較大，致使輕骨料混凝土強(qiáng)度比較低且穩(wěn)定性不足。在北方寒冷地區(qū)輕骨料混凝土的推廣和應(yīng)用因其基礎(chǔ)強(qiáng)度較差而成為其發(fā)展的瓶頸。如何保證反復(fù)凍融條件下輕骨料混凝土的強(qiáng)度，進(jìn)而保證工程的使用壽命，是輕骨料混凝土在寒區(qū)進(jìn)一步推廣應(yīng)用的關(guān)鍵，尋求改性效果顯著的外加劑是提高輕骨料混凝土強(qiáng)度和耐久性的重要研究內(nèi)容，此外摻入外加劑可提高其結(jié)構(gòu)的密實(shí)度。輕骨料混凝土中加入礦物摻合料，對在低溫條件下混凝土的凍脹應(yīng)力、溫度應(yīng)力和強(qiáng)度的發(fā)展變化規(guī)律等均具有相當(dāng)重要的作用。國內(nèi)外在輕骨料混凝土外加劑研究方面已有一些成果，但針對寒冷地區(qū)自然環(huán)境（尤其是西北鹽堿地區(qū)環(huán)境）的特點(diǎn)，礦物摻量對輕骨料混凝土反復(fù)凍融條件下的力學(xué)性能和耐久性影響的試驗(yàn)研究開展得尚不充分。

本書充分利用內(nèi)蒙古地區(qū)豐富的浮石資源和工業(yè)廢料，研究和開發(fā)水泥、浮石、砂子、粉煤灰、石粉等混合的新型輕質(zhì)節(jié)能寒區(qū)材料——天然浮石輕骨料混凝土，其主要優(yōu)點(diǎn)是就地取材，減少砂石及水泥用量，節(jié)約能源，減輕環(huán)境污染等，具有十分重要的意義。輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐久是混凝土技術(shù)發(fā)展的方向，所以發(fā)展輕骨料混凝土不僅能夠滿足自重輕、耐久性好等要求，并且屬于綠色材料。

本書選取內(nèi)蒙古地區(qū)的天然浮石作為粗骨料，通過室內(nèi)試驗(yàn)，研究了石灰石粉和粉煤灰對水泥漿體流變性能的影響，探討了二者對水泥凈漿、水泥膠砂工作性能的改善。為了研究輕骨料混凝土的基本力學(xué)性能和抗凍耐久性能，通過不同礦物摻量進(jìn)行單摻試驗(yàn)，確定不同礦物摻量對輕骨料混凝土力學(xué)性能的影響及改性效果，并進(jìn)行了雙摻不同礦物的力學(xué)試驗(yàn)和在鹽漬溶液中的抗凍性能研究，同時結(jié)合內(nèi)蒙古地區(qū)豐富的工業(yè)材料和自然資源，研究配制了針對寒冷地區(qū)的輕骨料混凝土，提出了它的最佳配合比。為了驗(yàn)證輕骨料混凝土的強(qiáng)度特征和耐久性，通過室內(nèi)試驗(yàn)，對輕骨料混凝土進(jìn)行了不同摻量、不同養(yǎng)護(hù)齡期的抗壓強(qiáng)度、劈裂強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗凍性等試驗(yàn)。并結(jié)合電子計算機(jī)X射線斷層掃描（CT）、環(huán)境掃描電鏡（ESEM）、超景深三維顯微系統(tǒng)試驗(yàn)分析探討了輕骨料混凝土的細(xì)觀力學(xué)特點(diǎn)，分析了輕骨料混凝土內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，并結(jié)合核磁共振測試，分析了凍融前后的內(nèi)部孔隙損傷擴(kuò)展特征。

本書利用低溫核磁共振儀測量得到冷凍過程和融化過程中輕骨料混凝土孔溶液的結(jié)冰量，掌握孔溶液結(jié)冰的一般規(guī)律，為預(yù)測輕骨料混凝土抗凍耐久性提供必要的參數(shù)。最后結(jié)合亞微觀研究與宏觀研究提出輕骨料抗凍耐久性預(yù)測模型，不僅定性地判斷了輕骨料混凝土抗凍性的優(yōu)劣，而且就輕骨料混凝土凍害的全過程進(jìn)行了定量描述。

本書得到了國家自然科學(xué)基金、高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金、內(nèi)蒙古自然科學(xué)基金、內(nèi)蒙古自治區(qū)科技計劃（應(yīng)用與研究開發(fā)項(xiàng)目）、內(nèi)蒙古高等學(xué)校重點(diǎn)科研基金等的資助。

本書的成果在國家核心期刊及大型國際會議上均有發(fā)表，共發(fā)表學(xué)術(shù)論文28篇，被兩大國際檢索系統(tǒng)收錄10篇，其中SCI 1篇，EI 9篇。

全書由王蕭蕭、申向東統(tǒng)稿。參加本書編寫工作的人員有內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)王蕭蕭、申向東、張通、高矗、張佳陽、王海龍、韓俊濤、李燕、李紅云、秦淑芳等。

本書所研究的內(nèi)容屬于建筑材料、巖土工程、工程力學(xué)的交叉學(xué)科，作者從2009年6月以來一直從事浮石混凝土的試驗(yàn)研究工作，但影響輕骨料混凝土抗凍性能預(yù)測模型的因素眾多，本書僅是結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)理論進(jìn)行預(yù)測模型，與真實(shí)的輕骨料混凝土抗凍耐久性預(yù)測模型尚有一定的誤差。許多問題仍在研究與探索階段，作者雖夙興夜寐、殫心竭慮，但鑒于水平有限，書中難免有不足之處，敬請廣大讀者和專家批評指正。

作 者

2014年12月

前言
第一章 緒論 1
1.1 研究背景和研究意義 1
1.2 國內(nèi)外輕骨料混凝土研究現(xiàn)狀 5
1.2.1 國外輕骨料混凝土研究現(xiàn)狀 5
1.2.2 國內(nèi)輕骨料混凝土研究現(xiàn)狀 7
1.3 混凝土的流變學(xué) 9
1.3.1 流變學(xué)發(fā)展應(yīng)用 9
1.3.2 流變學(xué)混凝土 9
1.3.3 流變學(xué)的表征方法 10
1.4 粉煤灰-石灰石粉-水泥膠凝材料流變性能的發(fā)展現(xiàn)狀 11
1.5 粉煤灰增強(qiáng)輕骨料混凝土的特性及應(yīng)用 12
1.6 石粉摻合料對輕骨料混凝土的影響 13
1.7 研究的內(nèi)容與方法 15
第二章 天然輕骨料的特性 17
2.1 天然輕骨料的開發(fā)和應(yīng)用 19
2.2 輕骨料混凝土標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程的編制 20
2.3 輕骨料混凝土分類及優(yōu)點(diǎn) 20
第三章 試驗(yàn)材料和試驗(yàn)方法 23
3.1 試驗(yàn)材料 23
3.1.1 天然浮石的基本性能 23
3.1.2 水泥 25
3.1.3 粉煤灰 26
3.1.4 石粉 27
3.1.5 細(xì)骨料 29
3.1.6 其他試驗(yàn)材料及基本性能 29
3.2 試樣的制備及養(yǎng)護(hù)方法 30
3.2.1 水泥砂漿制備 30
3.2.2 輕骨料混凝土的制備 31
3.2.3 試件的養(yǎng)護(hù)方法 32
3.3 試驗(yàn)內(nèi)容 33
3.3.1 細(xì)度模數(shù)的測定 33
3.3.2 粒度分析 33
3.3.3 流動性能的測定 34
3.3.4 和易性測定 35
3.3.5 浮石混凝土干表觀密度的測試 36
3.3.6 抗壓強(qiáng)度的測試 36
3.3.7 抗折強(qiáng)度的測試 37
3.3.8 劈裂抗拉強(qiáng)度的測試 38
3.3.9 軸心抗壓強(qiáng)度試驗(yàn) 38
3.3.10 應(yīng)力應(yīng)變曲線試驗(yàn) 39
3.3.11 掃描電鏡試驗(yàn) 40
3.3.12 輕骨料混凝土抗凍性試驗(yàn) 41
3.3.13 X射線計算機(jī)斷層成像技術(shù)（CT掃描） 43
第四章 粉煤灰、石灰石粉對水泥凈漿流動性能的影響 45
4.1 概述 45
4.1.1 粉煤灰對水泥凈漿流動度影響機(jī)理 45
4.1.2 石灰石粉對水泥凈漿流動度影響機(jī)理 46
4.2 試驗(yàn)方案 46
4.3 粉煤灰、石灰石粉與水泥粒度分析試驗(yàn) 47
4.4 粉煤灰、石灰石粉單摻對水泥凈漿流變性的影響 48
4.4.1 粉煤灰與石灰石粉單摻對水泥凈漿流動度與marsh時間的影響 48
4.4.2 粉煤灰與石灰石粉單摻水泥凈漿流動度與流動速度的關(guān)系 50
4.5 粉煤灰與石灰石粉復(fù)摻對水泥凈漿流動度的影響 52
4.5.1 粉煤灰與石灰石粉復(fù)摻對水泥凈漿流動度與marsh時間的影響 52
4.5.2 粉煤灰與石灰石粉復(fù)摻對水泥凈漿度與流動速度的影響 54
4.6 水泥凈漿流變表征模型建立 56
4.7 小結(jié) 58
第五章 粉煤灰、石灰石粉對水泥膠砂工作性能的影響 59
5.1 概述 59
5.2 試驗(yàn)設(shè)計 59
5.3 粉煤灰、石灰石粉單摻對水泥膠砂流動度經(jīng)時損失的影響 61
5.3.1 單摻粉煤灰對水泥膠砂流動度經(jīng)時損失的影響 61
5.3.2 單摻石灰石粉對水泥膠砂流動度經(jīng)時損失的影響 63
5.4 粉煤灰、石灰石粉復(fù)摻對水泥膠砂流動度及經(jīng)時損失的影響 65
5.5 小結(jié) 68
第六章 浮石混凝土基本力學(xué)性能試驗(yàn)研究 70
6.1 概述 70
6.2 試驗(yàn)設(shè)計和配合比 70
6.3 試驗(yàn)現(xiàn)象與破壞形態(tài)分析 71
6.4 抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度的換算關(guān)系 72
6.5 浮石混凝土抗壓強(qiáng)度計算公式 74
6.6 小結(jié) 74
第七章 粉煤灰對輕骨料混凝土性能影響的試驗(yàn)研究 76
7.1 試驗(yàn)概況 76
7.2 試驗(yàn)設(shè)計 76
7.3 粉煤灰對輕骨料混凝土抗壓強(qiáng)度的影響 77
7.3.1 粉煤灰輕骨料混凝土抗壓強(qiáng)度 77
7.3.2 粉煤灰輕骨料混凝土回歸分析 78
7.4 粉煤灰對輕骨料混凝土抗凍性能的影響 79
7.4.1 粉煤灰輕骨料混凝土抗凍性能 79
7.4.2 輕骨料混凝土100次凍融前后的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線 81
7.5 小結(jié) 82
第八章 石粉替代砂子的輕骨料混凝土力學(xué)性能研究 83
8.1 概況及試驗(yàn)結(jié)果 83
8.2 不同摻量的石灰石粉對輕骨料混凝土工作性能的影響 84
8.3 不同摻量的石灰石粉對輕骨料混凝土抗壓強(qiáng)度的影響 84
8.4 不同摻量的石灰石粉對輕骨料混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度的影響 85
8.5 微觀結(jié)構(gòu)分析 86
8.6 小結(jié) 88
第九章 石粉替代水泥的輕骨料混凝土力學(xué)性能研究 89
9.1 概況及試驗(yàn)結(jié)果 89
9.2 試驗(yàn)設(shè)計和配合比 90
9.3 石灰石粉摻量對浮石混凝土抗壓強(qiáng)度的影響 90
9.4 石灰石粉摻量對浮石混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度的影響 92
9.5 摻石灰石粉浮石混凝土微觀結(jié)構(gòu)分析 93
9.6 石粉石粉對浮石混凝土作用機(jī)理和規(guī)律分析 95
9.7 小結(jié) 96
第十章 應(yīng)力損傷輕骨料混凝土抗凍融性能試驗(yàn)研究 98
10.1 概述 98
10.2 試驗(yàn)設(shè)計 98
10.3 試驗(yàn)結(jié)果與分析 99
10.3.1 相對動彈性模量 99
10.3.2 質(zhì)量損失率及破壞形態(tài) 100
10.3.3 微結(jié)構(gòu)特征分析 101
10.3.4 凍融損傷機(jī)理分析 104
10.3.5 凍融損傷演化過程分析 105
10.4 小結(jié) 106
第十一章 石粉和粉煤灰雙摻對輕骨料混凝土力學(xué)性能的影響研究 108
11.1 概況及試驗(yàn)結(jié)果 108
11.2 石粉對輕骨料混凝土基本力學(xué)性能試驗(yàn)研究（含早期） 110
11.2.1 石粉對輕骨料混凝土和易性能的影響 110
11.2.2 石粉對輕骨料混凝土抗壓強(qiáng)度的影響 111
11.2.3 石粉對輕骨料混凝土抗折強(qiáng)度的影響 112
11.2.4 石粉對輕骨料混凝土軸心抗壓強(qiáng)度的影響 113
11.3 石粉輕骨料混凝土應(yīng)力應(yīng)變-本構(gòu)關(guān)系 113
11.3.1 應(yīng)力-應(yīng)變曲線 113
11.3.2 無量綱化應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)�過程曲線 115
11.3.3 石粉輕骨料混凝的本構(gòu)方程 116
11.4 石粉輕骨料微觀結(jié)構(gòu)形態(tài)分析 117
11.5 小結(jié) 120
第十二章 石粉輕骨料混凝土在鹽漬溶液中抗凍性能的試驗(yàn)研究 121
12.1 凍融循環(huán)的試驗(yàn)設(shè)計 121
12.2 石粉輕骨料混凝土抗凍性試驗(yàn) 122
12.2.1 石粉輕骨料混凝土凍融循環(huán)后的試驗(yàn)結(jié)果 122
12.2.2 河套灌區(qū)溶液對凍融循環(huán)過程中抗壓強(qiáng)度損傷的影響 123
12.2.3 河套灌區(qū)溶液對凍融循環(huán)過程中質(zhì)量損傷的過程 125
12.2.4 石粉輕骨料混凝土的凍融后破壞形式 126
12.3 石粉輕骨料混凝土凍融損傷機(jī)理分析 131
12.3.1 化學(xué)反應(yīng)機(jī)理 131
12.3.2 混凝土凍融循環(huán)損傷 133
12.3.3 輕骨料混凝土的損傷試驗(yàn) 133
12.3.4 石粉輕骨料混凝土凍融損傷破壞機(jī)理分析 133
12.4 小結(jié) 134
第十三章 礦物輕骨料混凝土細(xì)觀研究初探 136
13.1 混凝土細(xì)觀力學(xué)的研究 138
13.1.1 混凝土細(xì)觀力學(xué)的研究方法 139
13.1.2 細(xì)觀力學(xué)數(shù)值模擬研究 139
13.1.3 細(xì)觀力學(xué)試驗(yàn)研究 144
13.2 計算機(jī)斷層掃描的基本原理 146
13.2.1 CT的一般原理 146
13.2.2 CT技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域 147
13.2.3 CT掃描原理與方法 148
13.3 CT機(jī)的構(gòu)成 150
13.4 試樣制備與試驗(yàn)過程 154
13.5 CT圖像分析 154
13.6 ESEM照片 156
13.7 超景深三維顯微系統(tǒng)的基本特點(diǎn) 158
13.8 利用超景深三維顯微系統(tǒng)進(jìn)行測試 160
13.9 超景深顯微形貌分析 161
13.10 微裂紋變化 162
13.11 小結(jié) 164
第十四章 礦物輕骨料混凝土核磁共振研究初探 165
14.1 核磁共振基本原理 166
14.1.1 原子核的磁性 166
14.1.2 極化 167
14.1.3 脈沖翻轉(zhuǎn)和自由感應(yīng)衰減 169
14.1.4 自旋回波及CPMG 170
14.2 核磁共振在多孔材料中的應(yīng)用原理 171
14.2.1 孔隙流體的核磁共振弛豫機(jī)制 171
14.2.2 自由弛豫 172
14.2.3 表面弛豫 172
14.2.4 擴(kuò)散弛豫 173
14.2.5 孔隙流體的多指數(shù)衰減 173
14.3 核磁共振成像技術(shù) 174
14.4 核磁共振測量儀器 176
14.4.1 核磁共振分析系統(tǒng) 176
14.4.2 真空飽和裝置 178
14.5 基于NMR技術(shù)的輕骨料混凝土孔隙結(jié)構(gòu)測量實(shí)驗(yàn) 179
14.5.1 試驗(yàn)設(shè)計 179
14.5.2 實(shí)驗(yàn)步驟 179
14.5.3 試驗(yàn)結(jié)果及分析 181
14.5.4 核磁共振成像分析 183
14.6 傳統(tǒng)試驗(yàn)方法測試 184
14.6.1 質(zhì)量損傷 184
14.6.2 相對動彈模量 186
14.6.3 質(zhì)量損傷、相對動彈模量與孔隙率的結(jié)果對比 187
14.7 小結(jié) 188
第十五章 輕骨料混凝土核磁共振的應(yīng)用研究 189
15.1 輕骨料混凝土渠道襯砌凍融損傷的核磁共振特征分析 189
15.2 超聲波測試 189
15.3 毛細(xì)吸水量分析 190
15.4 天然浮石混凝土孔隙度 192
15.5 核磁共振T2譜分布 194
15.6 T2譜面積分析 196
15.7 核磁共振成像分析 197
15.8 小結(jié) 200
第十六章 輕骨料混凝土孔隙結(jié)冰規(guī)律的研究 201
16.1 輕骨料混凝土的孔結(jié)構(gòu)與其抗凍性的關(guān)系 201
16.1.1 凝膠孔 201
16.1.2 毛細(xì)孔 201
16.1.3 非毛細(xì)孔 201
16.2 混凝土孔溶液的凍結(jié) 202
16.3 已有的實(shí)驗(yàn)方法 203
16.4 輕骨料混凝土孔溶液結(jié)冰量的測試 204
16.4.1 試驗(yàn)測試原理 204
16.4.2 試驗(yàn)方法和測試過程 205
16.5 試驗(yàn)結(jié)果及分析 206
16.5.1 未凍水含量測試 206
16.5.2 T2譜圖及孔徑分布 209
16.5.3 孔隙度測試 214
16.6 小結(jié) 216
第十七章 輕骨料混凝土抗凍耐久性預(yù)測模型 217
17.1 混凝土凍融破壞機(jī)理 217
17.1.1 靜水壓假說 217
17.1.2 滲透壓假說 219
17.2 輕骨料混凝土抗凍耐久性預(yù)測模型 220
17.2.1 靜水壓是導(dǎo)致輕骨料混凝土凍害的主要原因 221
17.2.2 凍融中輕骨料混凝土內(nèi)應(yīng)力的計算模型 222
17.3 輕骨料混凝土靜水壓計算過程 224
17.3.1 硬化混凝土氣泡參數(shù)試驗(yàn) 224
17.3.2 靜水壓力的計算 227
17.4 預(yù)測輕骨料混凝土抗凍耐久性的疲勞損傷模型 230
17.4.1 損傷力學(xué)的研究方法 230
17.4.2 混凝土凍害損傷演化方程 231
17.4.3 預(yù)測輕骨料混凝土的疲勞損傷模型 232
17.5 模型的驗(yàn)證 233
17.6 小結(jié) 234
第十八章 結(jié)語 235
18.1 結(jié)論 235
18.2 展望 239
參考文獻(xiàn) 241

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17. 線性代數(shù) [主編 史昱 陳鳳欣]
18. 電力電子技術(shù)課程學(xué)習(xí)及實(shí)驗(yàn)指導(dǎo) [主編 陳榮]
19. 成長對話：青春的榜樣 [主編　施端銀　黃武剛　應(yīng)巨林]
20. 人工智能應(yīng)用基礎(chǔ) [主編 楊纓 李佳]
21. 中華水文化（慕課版）（第二版） [畢雪燕 楊華軻 羅玲誼 等編著]
22. 電路與電子技術(shù)Ⅱ——電路分析基礎(chǔ) [主編 陳曉 金哲]
23. 飛機(jī)維修專業(yè)英語——飛機(jī)系統(tǒng)（第二版） [趙迎春]
24. 英語大爆炸：跟趣味情景劇學(xué)口語（微課版） [秦然　編著]
25. 機(jī)械工程制圖任務(wù)跟蹤訓(xùn)練 [主編 王瑞清 趙金考 周彥云 ]
26. 機(jī)械工程制圖 [主編 覃國萍 劉百順 禹晨]
27. 平面設(shè)計與制作項(xiàng)目化教程 [主編　李晨]
28. 后期影像剪輯技術(shù) [主編　郭建偉]
29. 人工智能概論（第二版） [主編　任云暉　丁紅　徐迎春 ]
30. 信息時代美育之道 [主編　劉宏宇　黎婭]