内容简介
本教材为东南大学规划教材，根据专业人才培养目标和本研一体化教学改革要求编写，面向土木工程、道路桥梁与渡河工程、建筑材料等专业的本科生和研究生。全书有九章，内括：材料工程应用基础、传统集料和特殊集料、石灰、石膏、硅酸盐水泥、改水泥、辅助胶凝材料、普通水泥混凝土、高技术混凝土、聚合物混凝土、沥青、沥青混合料。本教材不仅描述材料的宏观物理力学能，更注重细观甚微观层面的原理描述，在加强土木工程材料学中的基础理论、基本概念和基本测试原理的同时，还描述土木工程材料的发展演变，以及材料的实际行为及其与环境的相互作用，并融入国内外标准规范方法的对比。 本教材绘制和的插图多达360余幅，表格100余份，并精心设计了300余道课后本书不仅是服务于大学很好人才培养的教科书，亦可供交通基础设施领域的工程师和从事土木工程材料研发的技术人员学。
目录
绪论章 材料的工程应用基础1.1 材料的变形行为1.2 流体材料的力学行为1.3 材料的表面行为1.4 材料的失效行为1.5 材料的物理质1.6 材料的工程应用复题第2章 集料2.1 概述2.2 原生集料的来源与生产2.3 集料的采样2.4 集料的物理质与表征2.5 集料的力学特与表征2.6 集料的化学质与耐久2.7 特种集料2.8 填料2.9 集料的技术标准复题第3章 气硬胶凝材料3.1 胶凝材料概述3.2 石膏3.3 石灰复题第4章 水泥4.1 硅酸盐水泥的生产4.2 硅酸盐水泥的组成与特4.3 硅酸盐水泥的技术质4.4 硅酸盐水泥特的演变4.5 硅酸盐水泥浆的凝结硬化机理4.6 硅酸盐水泥的改4.7 铝酸盐水泥复题第5章 辅助胶凝材料5.1 辅助胶凝材料概述5.2 常见辅助胶凝材料的来源与特5.3 辅助胶凝材料的水化反应5.4 硅酸盐水泥一SCM系统的微结构5.5 SCMs对混凝土能的影响5.6 混合水泥与多元水泥系统5.7 掺SCMs的混凝土配合比复题第6章 普通水泥混凝土6.1 水泥混凝土技术发展简况6.2 新鲜混凝土6.3 混凝土的早期体积变化混凝土的微观结构与屈服机制6.5 混凝土的强度特66.7 混凝土的收缩与徐变6.8 混凝土的耐久6.9 混凝土的配合比设计与质量控制6.10 混凝土的常用外加剂复题第7章 高能混凝土7.1 概述7.2 高强混凝土7.3 混凝土7.4 纤维加筋混凝土7.5 ECC7.6 自密实混凝土7.7 聚合物基水泥复合材料复题第8章 沥青8.1 概述8.2 石油沥青的生产、存储与使用8.3 石油沥青的组成与结构8.4 石油沥青的能与测试方法8.5 沥青的流变能8.6 沥青的技术标准8.7 沥青的老化与再生8.8 沥青的改复题第9章 沥青混合料9.1 沥青混合料的类型与应用9.2 沥青混合料的体积组成与特征参数9.3 沥青混凝土的组成结构与作用机理9.4 沥青混合料的模量特9.5 沥青混合料路用能的室内试验评价9.6 热拌沥青混合料的配合比设计9.7 沥青混合料的施工质量控制复题主要参考文献
摘要与插图
一、土木工程材料
材料是人类用于经济地制造各种产品、器件、构件和工程构造物的物质。譬如，岩石、泥土，本来只是作为天然物质而存在，但当被人们用于制造混凝土或砌墙时，也变成了材料，一棵树、一张兽皮，当它们被人们加工并使用时，也变成了材料。
材料是人类生产和生活的物质基础，人类社会的发展步无不受其生产制备材料的能力所驱动。材料的发展推动着人类社会步，成为人类文明发展的里程碑。事实上，早期文明的发展直接取决于材料的发展，如石器时代、青铜器时代、铁器时代等，均是以材料来命名。而今人类社会已入人工合成材料的新时代，各类新材料不断涌现，材料也和能源、信息技术并列成为支撑现代科技的三大支柱。
材料品种繁多，能多样。通常可根据键合方式将材料分为金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和复合材料，它们多以组成成分命名。在实际应用中，通常还将材料分为结构材料能材料两大类。结构材料主要承受荷载，一般用于制造受力构件能材料则主要以其特有的物理能来实现结构能需求，通常不以承受荷载为目的。
土木工程材料也称为建筑材料，是人类在建造房屋、道路、桥梁、铁道、机场、码头、水利水电工程等基础设施时所用材料称。常用材料有砂、石、石灰、水泥、沥青、钢材、水泥混凝土等。以沥青为胶凝材料制备的沥青混合料在现代道路建设中大放异彩，而以水泥为胶凝材料制备的水泥混凝土则对当前人类生活影响更为显著。水泥混凝土是基础设施领域的顶梁柱，从普通混凝土到高强、高能混凝土，从素混凝土到钢筋混凝土、预应力混凝土、纤维增强复合材料等，已发展成庞大的谱系，在基础设施领域有着无可替代的。
土木工程结构体量大，对材料的需求量大面广，并且以结构材料需求量大。这意味着对材料哪怕仅作出一些微小的，如提升能、提高材料品质的稳定、节约成本、降低生产制备过程中的能耗与排放等，都能达到可观的社会效益与经济收益。因此，学工程材料，不仅要掌握其特，对材料的能和生产加工工艺的优化也必须给予足够的重视。土木工程构造物是矿产资源的消耗大户，生产和应用土木工程材料的过程中会消耗大量的自然资源和能源，并产生大量的废气、废水、废渣、粉尘和工业噪音，这会对环境造成污染。如生产1t水泥需消耗的能量折合标准煤约180kg，同时排放出约1t的温室气体二氧化碳。当然，土木工程材料产业同时又是可以利用和消纳工业、农业等多种行业废料的大宗产业。如燃煤电厂排放的粉煤灰，炼铁厂与炼钢厂排放的矿渣，秸秆、稻壳，废旧塑料、汽车轮胎、建筑垃圾等，它们经化处理和适当加工后可用于特定场合。
土木工程材料是人类与自然环境之间的重要媒介，直接影响人类的生活和社会环境。不可否认，大量建造的基础设施对经济与社会发展发挥巨大的积极作用，但同时也给人类的生存环境带来不可忽视的消极作用，因为它们一方面改变了局部的地表结构，消耗了大量资源和能源，并在程度上污染了自然环境、破坏了生衡。开发高能、长寿命及全寿命周期成本低的材料，利用新技术改造传统工艺和生产流程等是节约资源、减少污染的有效途径。通过科技改善既有结构中材料的服役状态、延长其服役寿命，发展环境适应型和环境友好型材料，也是实现建筑材料可持续发展的关键所在。
我国是土木工程材料的生产和使用大国，国内的水泥、钢材等基础材料的产量和消耗量连续多年稳居世界。但是，我国土木工程材料工业体技术和发达国家仍有较大差距，主要表现为基础材料多属于中低档、高精尖的关键材料依口，材料关键制造技术不够成熟，制造装备的核心部分和材料的检测设备受制于人。更为突出的问题是，我国单位材料的能源消耗较大、能效相对较低、环境污染严重。我国过去40多年来的快速发展步是以“高投入、高消耗、高污染、低产出、低效益”得来的，为此也付出了沉重的资源、生态与环境代价。
根据两个一百年的发展目标，在今后相当长时间国内仍处于城镇化、现代化的建设阶段。因此，通过科步和系统工程，增强材料和结构的环境适应与服役寿命，发展以高能、智能型、长寿命为关键特征的环境适应型和环境友好型材料及其设计建造技术，并从设计、制造、使用、维护直解体的全寿命周期内逐渐实现材料的减量化、资源化和展，是实现我国经济与社会可持续发展的必由之路。
二、材料科学与工程
人类使用材料和研究材料技术的活动由来已久，但是之前更多的是一种经验活动，其作为真正科技，获得材料科学与工程学科名称还是19世纪中叶的事。材料科学与工程学科正式得名标志着人类开始把各类材料统一起来考虑，并将材料科学视为自然科学的一个分支，这是材料发展过程中的一次质变。事实上，材料科学与工程学科的成立是材料的发展和科学技步的必然结果，同时也为新材料和新结构的发展创造了条件。
材料科学与工程是关于材料的制备与加工工艺、组成与结构、材料的能和使用效能之间相互关系的知识及应用科学技术，将四要素联结起来便形成经典的四面体模型。师昌绪院士指出，材料的组成/结构并非同义词，即相同成分或组成通过不同的合成、加工方法，可得到不同的结构，因而材料的能和使用效能也不尽相同。因此，他提出采用五要素的六面体模型描述材料科学与工程。该模型突出了环境因素对工程材料的重要，并强调了材料理论、材料设计或工艺设计的中心地位。在材料研究的过程中，首先要了解终用户的需求和加工制造等约束条件。在1999年，美国材料研究协会提出了材料研究的金字塔结构，考虑到无论是结构、能、使用效能还是材料设计等方面，都离不开相应的技术指标或测量方法，因此测量与表征也是材料科学与工程中的重要内容。图0-pan>为上述基本模型的示意图。
材料的能（properties）是指材料对电、磁、光、热、水、机械载荷等外部刺激的反应，它们主要取决于材料的组成与结构，而组成与结构则决定于材料的成分和制备加工工艺。材料的能一般可分为力学能和物理能。力学能有时也叫机械能，是材料在载荷和环境因素（温度、介质）作用下抵抗变形和断裂的能力。对材料的使用要求它们能够满足特定的能要求，而弄清楚材料能与结构的关系，可能合成或加工生产出能更好的材料，并实现按所需能设计材料。使用效能（performance）是指实际结构中的材料在真实……