Water Transport in Brick, Stone and Concrete

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出版者:Taylor & Francis
作者:Christopher Hall
出品人:
页数:336
译者:
出版时间:2002-10-28
价格:USD 190.00
装帧:Hardcover
isbn号码:9780419228905
丛书系列:
图书标签:
  • W.D.Hoff
  • ChristopherHall
  • Water transport
  • Brick
  • Stone
  • Concrete
  • Construction
  • Civil engineering
  • Materials science
  • Hydrology
  • Infrastructure
  • Building materials
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具体描述

建筑材料的流变:水在多孔介质中的输运与界面行为研究 图书名称: 建筑材料的流变:水在多孔介质中的输运与界面行为研究 内容提要: 本书深入探讨了水在传统粘土基材料(如砖块)以外的多种新型和传统建筑材料——特别是木材、沥青混合料、聚合物基复合材料以及岩土工程中的特定土体——内部的复杂输运机制及其与基材的界面相互作用。本书聚焦于超越传统无机胶凝材料范畴的物理化学过程,旨在为高性能土木工程结构、环境工程以及材料科学提供坚实的理论基础和实用的工程指导。 第一部分:多孔介质的结构表征与水动力学基础 本部分为理解水在复杂材料中行为奠定了基础。我们首先详细考察了不同类型建筑材料(如软木、沥青铺装层、高分子膜和特定类型的膨胀土)的孔隙结构特征。这包括利用先进的微观成像技术(如X射线计算机断层扫描(CT)、冷冻扫描电镜(SEM))对孔隙大小分布、连通性、曲折度和比表面积进行定量分析。与传统砖石材料不同,这些材料的孔隙结构往往具有更强的各向异性和多尺度特性。 随后,我们回顾并深化了流体力学在非饱和多孔介质中的应用。重点讨论了开-瓦根(Kozeny-Carman)模型在描述沥青混合料中有效渗透率时的局限性,并引入了修正的布雷克斯菲尔德(Brooks-Corey)关系式来更精确地描述与水/油界面张力相关的毛细吸力曲线,尤其是在沥青体系中,这种曲线受到油性组分的影响而显著偏移。我们详细分析了达西定律在剪切速率依赖性流动(如在木材细胞管中的快速流动)中的适用边界,并引入了非线性扩散方程来模拟在高水势梯度下,水分子在聚合物网络中的渗透行为。 第二部分:水与不同建筑材料的相互作用机制 本章是本书的核心,它区分了传统无机材料与新型工程材料在水作用下的独特反应。 1. 木材的生物物理输运: 重点研究了木材细胞壁和细胞腔中的水分传输。与砖石的毛细作用不同,木材中的水传输高度依赖于纤维素微原纤维的方向性和木质素的疏水性。我们详细阐述了浸润系数(Imbibition Coefficient)的各向异性,并分析了温度和相对湿度耦合对木材内部水分迁移速率的影响。此外,本书还探讨了防腐剂和密封剂如何通过改变木材的界面能,来调控其吸湿和解吸速率。 2. 沥青混合料的水敏感性: 沥青本身是一种非牛顿流体,其与集料(骨料)界面的水侵蚀机制极为复杂。我们深入研究了水-沥青-集料界面的粘结强度退化过程。引入了动态剪切流变学(DSR)数据来关联沥青的粘弹性状态与水分敏感性。本书特别关注空隙中的水对铺装结构的疲劳损伤,探讨了冰冻/融化循环(Freeze-Thaw Cycle)下,水在沥青层内部的相变压力及其对路面结构完整性的破坏机理,这与干燥石材中的热胀冷缩机制截然不同。 3. 高分子和复合材料的吸湿与溶胀: 对于聚合物基材料(如防水膜、土工合成材料或木塑复合材料(WPC)),水分的进入不仅是物理渗透,更涉及分子级别的相互作用。我们分析了水分子如何穿过高分子链之间的自由体积,导致材料的溶胀(Swelling)和玻璃化转变温度(Tg)的降低。通过动态力学分析(DMA),量化了水分对复合材料力学性能的劣化程度,并提出了基于Fickian扩散模型的修正方案,以适应聚合物网络中的非线性溶胀效应。 第三部分:界面现象与长期性能预测 本部分将研究的焦点从材料内部的输运扩展到材料边界和长期环境响应。 1. 固液界面能的调控: 深入分析了通过表面改性(如硅烷化处理或纳米涂层)来改变材料表面的亲水/疏水性如何影响初始润湿和后续的毛细回升速率。针对沥青路面,我们量化了界面粘结力随水分侵入程度的衰减曲线,这与传统砖石材料中的水泥水化产物析出过程有着根本的区别。 2. 耦合输运模型与老化: 探讨了水、热、应力三场耦合对工程性能的综合影响。在木材和土工材料中,水分迁移往往伴随着渗透压力的变化和应力的释放,这直接导致了蠕变和应力松弛。本书提出了一种广义的扩散方程,将湿度梯度、温度梯度以及由孔隙水压力产生的部分应力项纳入考虑,用于预测在复杂气候条件下的结构寿命。 3. 环境适应性与可持续性: 针对回收材料和环境敏感材料(如含有特定化学添加剂的木材),我们评估了水分在其中引起的化学迁移和析出现象。例如,分析了在潮湿环境中,木材处理剂的浸出速率及其对周围土壤和地下水的影响,这对于环境评估和可持续设计至关重要。 结论: 本书旨在弥补当前建筑材料科学中对于非传统多孔介质(尤其是木材、沥青和聚合物复合材料)中水输运机制研究的不足。通过跨学科的方法,结合微观表征和先进的流变模型,为工程师和研究人员提供一套全面的工具,以设计和维护在水环境和气候变化影响下具有更高耐久性和可靠性的土木工程结构。

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说实话,这本书的篇幅着实令人望而生畏,它厚重得让人不敢轻易开始。但一旦你决定沉下心来,你会发现它提供的知识密度是惊人的,而且组织结构异常清晰。作者似乎为每一种可能遇到的问题都预留了专门的章节进行深入探讨,并且所有的章节之间都存在着明确的逻辑关联,形成了一个庞大而严密的知识网络。从宏观的建筑选材到微观的离子交换,内容的广度令人称奇。更值得称赞的是,书中对于不同历史时期、不同地域使用的建筑材料特性差异,也做了详尽的比较分析,这对于做文物保护或历史建筑修复的人来说,简直是无价之宝。它不仅仅是在告诉你“是什么”,更是在引导你思考“为什么会这样”,这种探究根源的治学态度,让人在读完之后,对脚下踩着的每一块砖石都产生了全新的理解和敬意。

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这本书最让人拍案叫绝的,在于它对“解决问题”的实际指导意义。许多技术书籍在列举完理论后便戛然而止,留下读者面对实际工程问题时依然束手无策。但在这本书中,作者紧随理论分析之后,往往会紧接着附上大量的“案例剖析”和“补救措施建议”。比如,在讨论了砖石结构因盐分结晶而导致的破坏机制后,书中立刻给出了好几种针对不同盐类的化学处理方案,并详细列举了每种方案的适用条件和潜在风险。这种近乎手把手的指导,让这本书的实用价值飙升。对于那些在建筑维护和结构安全领域摸爬滚打的专业人士来说,它无疑是一本可以常年放在手边的“工具书”,随时需要,随时可以查阅到具体、可操作的解决方案,而不是空泛的理论说教,这才是真正有价值的专业著作的体现。

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这本书的装帧设计着实让人眼前一亮,封面采用了深沉的灰蓝色调,仿佛将人带入了阴雨连绵的古老码头。纸张的选择也十分考究,触感温润而厚实,即便是长期翻阅,也不会轻易磨损。我尤其欣赏作者在排版上的用心,字体大小适中,行间距处理得恰到好处,即便是对于那些需要长时间阅读技术性文字的读者来说,也不会感到视觉疲劳。每一章的开头都配有精美的、略带年代感的插图,这些图画并非简单的装饰,而是与后续内容紧密相关的历史场景或结构剖面,极大地增强了阅读的代入感。翻阅过程中,我能感受到编辑团队在细节上倾注的心血,例如章节标题的字体变化,以及对关键术语的加粗处理,都体现出对读者体验的深切关怀。这不仅仅是一本书,更像是一件精心打磨的艺术品,让人在求知的同时,也能享受到纯粹的阅读乐趣。那种沉甸甸的手感,仿佛握住了历史的重量,让人对即将展开的文字内容充满了敬畏与期待。

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我得承认,初次接触这本书时,我对它的深度抱持着一丝怀疑。毕竟,专门探讨“水”在特定建筑材料中迁移的题材,听起来未免过于小众和晦涩。然而,随着阅读的深入,我被作者严谨的逻辑链条和详实的数据支撑深深折服。书中对材料孔隙结构、毛细作用力以及水蒸气扩散系数的论述,简直可以用“教科书级别”来形容。作者似乎将所有能找到的实验数据都汇集一堂,并通过精妙的图表将其可视化,即便是面对复杂的数学模型,也能通过配图清晰地理解其物理意义。我特别留意了其中关于不同气候条件下材料吸水率对比的部分,那里的分析细致入微,甚至考虑到了风速和相对湿度的微妙影响。这种近乎偏执的对细节的追求,使得这本书的权威性不容置疑,它绝非泛泛而谈的科普读物,而是真正深入到材料科学核心的学术力作,让人在字里行间感受到知识的厚重与力量。

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这本书的叙事风格相当独特,它没有采用那种平铺直叙、枯燥乏味的学术报告腔调,反而更像是一位经验极其丰富的工匠,在向他的学徒娓娓道来他毕生的观察与心得。语言时而充满了诗意,比如描述潮湿侵蚀时,会用“材料的慢性失血”这样的比喻,让人感同身受;但下一秒,它又能瞬间切换到极为精准的工程术语,比如精确计算渗透压的公式推导。这种风格的切换非常自然,它成功地弥合了理论与实践之间的鸿沟。我发现,许多困扰我多年的现场问题,仅仅通过书中某一个被我忽略的细节描述,便豁然开朗。作者仿佛拥有穿透材料表面的“透视眼”,能够看到水分子在微观层面上的每一个舞蹈和挣扎。这种将硬核知识以生动、人性化的方式呈现出来的能力,是这本书最迷人的魅力之一,也使得阅读过程充满了一种探险的快感。

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