隨著資源需求的日益增大和開采強度的不斷增加，煤礦、金屬礦相繼轉入深部開采階段，但深部復雜地質環境下混凝土結構和材料面臨一系列新的問題。深部地層高地應力、高地溫、高滲水壓、強腐蝕等環境特點嚴重威脅著混凝土結構的安全。
本書是作者團隊十余年來圍繞深地工程結構混凝土領域開展和取得的研究與實踐成果的總結，從理論和技術角度系統介紹了在“三高一腐蝕”環境下深地工程結構混凝土的劣化過程和機理，以及高強度、高韌性水泥基復合材料在深地結構工程中的應用。本書基于材料學、力學、化學、土木工程、礦業工程等多學科的交叉融合，將理論、技術和工程實踐結合在一起，具有科學性、先進性和應用性。
主持國家重點研發計劃子課題和國家自然科學基金重點項目，曾獲中國建筑學會科技進步一等獎
目錄
序
前言
第1章 緒論 1
1.1 深地工程結構混凝土 概述 1
1.2 深地工程結構混凝土研究現狀及發展動態 4
1.2.1 匹配深地屬性的混凝土結構材料的設計與研發 4
1.2.2 深地環境影響下混凝土的破壞行為 6
1.2.3 深地環境服役混凝土中水化產物以及性能劣化機理 10
1.2.4 深地環境服役混凝土微結構特征 15
1.3 深地工程結構混凝土目前研究存在的問題 18
參考文獻 19
第2章 礦井工程井筒腐蝕因素調查與破壞機理分析 25
2.1 概述 25
2.2 臨渙、童亭煤礦副井井壁腐蝕現狀調查 25
2.2.1 臨渙煤礦副井腐蝕破壞情況 25
2.2.2 童亭煤礦副井腐蝕破壞情況29
2.3 井壁強度現場檢測與評價 33
2.3.1 檢測儀器及檢測依據 33
2.3.2 檢測方法 35
2.3.3 檢測數據分析 35
2.3.4 臨渙、童亭煤礦副井井壁混凝土強度和腐蝕深度 38
2.4 井壁混凝土腐蝕破壞機理分析 55
2.4.1 水質分析 56
2.4.2溶解性化學腐蝕 58
2.4.3 Ca(OH)2的碳化與C-S-H凝膠的碳化 60
2.4.4 膨脹性化學腐蝕 62
2.5 小結 63
參考文獻 64
第3章 井壁混凝土硫酸鹽腐蝕劣化特征與機理 65
3.1 概述 65
3.2 井壁混凝土硫酸鹽腐蝕的劣化特征 65
3.2.1 硫酸鹽腐蝕環境中混凝土力學性能 65
3.2.2 硫酸鹽腐蝕劣化表征及分析 69
3.3 井壁混凝土腐蝕受荷過程的劣化 71
3.3.1 基于聲波特征的劣化分析 71
3.3.2 基于應力-應變特征的劣化模型 73
3.3.3 基于聲發射特征的劣化模型 74
3.4 井壁混凝土硫酸鹽腐蝕的劣化機理 77
3.5 小結 80
參考文獻 81
第4章 初始損傷下井壁混凝土硫酸鹽腐蝕劣化特征與機理 82
4.1 概述 82
4.2 井壁混凝土初始損傷 83
4.2.1 井壁混凝土初始損傷類型 83
4.2.2 井壁混凝土初始損傷理論 89
4.2.3 井壁混凝土初始損傷評價方法 90
4.2.4 井壁混凝土初始損傷檢測 92
4.3 初始損傷下井壁混凝土硫酸鹽腐蝕劣化特征 93
4.3.1 初始損傷對混凝土硫酸鹽侵蝕的影響 93
4.3.2 硫酸鹽腐蝕劣化表征及分析 96
4.4 初始損傷下井壁混凝土受荷腐蝕的劣化特征 98
4.4.1 基于應力-應變特征的劣化模型 98
4.4.2 基于聲發射特征的劣化模型 103
4.5 初始損傷下井壁混凝土硫酸鹽腐蝕的劣化機理 106
4.6 小結 109
參考文獻 109
第5章 三向受壓狀態下井壁混凝土硫酸鹽腐蝕劣化特征 112
5.1 概述 112
5.2 三向受壓狀態下井壁混凝土腐蝕劣化特征 113
5.2.1 腐蝕劣化破壞模式及變形特征 113
5.2.2 腐蝕劣化強度特征 115
5.3 三向受壓狀態下井壁混凝土腐蝕受荷過程的劣化 119
5.3.1 腐蝕劣化表征及分析 119
5.3.2 考慮腐蝕效應的強度破壞準則 121
5.3.3 腐蝕受荷劣化模型及本構關系 122
5.4 加卸載擾動下井壁混凝土腐蝕劣化特征 125
5.4.1 三軸加卸載擾動腐蝕劣化試驗 125
5.4.2 基于能量耗散的劣化分析 127
5.5 小結 130
參考文獻 131
第6章 硫酸鹽環境下井壁混凝土性能演化規律及評價 132
6.1 概述 132
6.2 硫酸鹽對混凝土腐蝕的主要類型 132
6.3 硫酸鹽環境下混凝土抗壓強度變化規律及預測模型 134
6.3.1 初始預壓應力為0MPa時混凝土強度變化規律及預測模型 136
6.3.2 初始預壓應力為14MPa時混凝土強度變化規律及預測模型 144
6.3.3 初始預壓應力為21MPa時混凝土強度變化規律及預測模型 151
6.4 硫酸鹽環境下混凝土彈性模量變化規律及預測模型 159
6.4.1 初始預壓應力為0MPa時混凝土彈性模量變化規律及預測模型 160
6.4.2 初始預壓應力為14MPa時混凝土彈性模量變化規律及預測模型168
6.4.3 初始預壓應力為21MPa時混凝土彈性模量變化規律及預測模型 176
6.5 硫酸鹽環境下混凝土斷裂韌度變化規律及損傷演化 184
6.5.1 硫酸鹽腐蝕作用對井壁材料斷裂性能的影響 184
6.5.2 硫酸鹽環境下混凝土斷裂韌度變化規律 186
6.5.3 硫酸鹽環境下混凝土斷裂韌度損傷演化 188
6.6 混凝土腐蝕厚度損傷模型 199
6.6.1 腐蝕厚度變化規律 199
6.6.2 硫酸鹽環境下混凝土腐蝕厚度損傷演化 201
6.7 小結 209
參考文獻 209
第7章 深地高應力環境下混凝土沖擊傾向性表征 211
7.1 概述 211
7.2 混凝土基本力學性能和沖擊傾向性研究方法 212
7.2.1 混凝土基本力學性能試驗方法 213
7.2.2 混凝土沖擊傾向性試驗方法 214
7.3 混凝土沖擊傾向性與強度等級間相關關系 216
7.3.1 混凝土的基本力學性能 216
7.3.2 混凝土的彈性能量指數 217
7.3.3 混凝土的沖擊能量指數 218
7.3.4 混凝土的動態破壞時間 218
7.3.5 混凝土的脆性指數 218
7.3.6 混凝土的沖擊傾向性表征方式 219
7.3.7 高強混凝土聲發射特征 221
7.4 鋼纖維對混凝土沖擊傾向性的影響規律 223
7.4.1 鋼纖維摻量對混凝土沖擊傾向性的影響規律 223
7.4.2 鋼纖維種類對混凝土沖擊傾向性的影響規律 228
7.5 深地工程結構混凝土設計 231
7.5.1 功能型混凝土材料設計思路 231
7.5.2 深地工程礦井混凝土存在的問題 231
7.5.3 深地工程井壁混凝土的設計方法 233
7.5.4 深地工程高韌性井壁材料力學性能 235
7.6 小結 236
參考文獻 236
第8章 靜動荷載作用下高韌性井壁混凝土破壞特征及能量演化機制 239
8.1 概述 239
8.2 井壁混凝土在靜力荷載作用下的破壞模式和能量特征 239
8.2.1 單軸加卸載對混凝土性能影響的試驗方法 240
8.2.2 混凝土在靜力荷載作用下的破壞模式和能量演化 242
8.3 井壁混凝土在動力荷載作用下的破壞模式和能量特征 247
8.3.1 動力荷載對混凝土性能影響的試驗方法 247
8.3.2 混凝土在動力荷載作用下的破壞模式 252
8.3.3 典型種類混凝土受動力荷載作用的應力和應變特征 255
8.3.4 典型種類混凝土受動力荷載作用的能量與損傷特征 258
8.4 小結 267
參考文獻 267
第9章 溫度與復合鹽耦合作用下混凝土性能演變及機理 271
9.1 概述 271
9.2 溫度與復合鹽耦合作用下混凝土宏觀性能演變規律 272
9.2.1 混凝土復合鹽耦合環境及配合比設計 272
9.2.2 混凝土抗壓強度及相對動彈性模量變化 273
9.2.3 混凝土沖擊傾向性的演變規律 275
9.3 硬化凈漿中主要物相含量演變規律 277
9.3.1 硬化凈漿中自由水和結合水含量 277
9.3.2 結合XRD-Rietveld分析硬化凈漿中的主要晶體物相 279
9.3.3 結合TG分析硬化晶體中的主要非晶體物相 288
9.4 硬化凈漿微觀形貌及孔結構特征 292
9.4.1 結合SEM-EDS分析硬化凈漿表面微觀形貌 292
9.4.2 結合MIP分析硬化凈漿的孔結構特征 295
9.5 混凝土中氯離子滲入含量 298
9.5.1 化學滴定測定混凝土中氯離子含量方法 298
9.5.2 不同種類混凝土中氯離子滲入含量 299
9.6 小結 301
參考文獻 301
第10章 溫度與復合鹽耦合作用下井壁材料C-(A)-S-H結構演化及納米力學性能 305
10.1 概述 305
10.2 硬化凈漿中C-(A)-S-H結構特征 306
10.2.1 NMR測試及分析C-(A)-S-H結構方法 306
10.2.2 干拌膠凝材料（原材料）中主要物相的結構特征 307
10.2.3 不同種類硬化凈漿中含Si物相結構特征 309
10.2.4 不同種類硬化凈漿中含Al物相結構特征 314
10.3 硬化凈漿表面化學元素分布規律 316
10.3.1 SEM協同EDS的硬化凈漿表面化學元素的試驗方法 316
10.3.2 不同種類硬化凈漿表面單種類化學元素分布特性 317
10.3.3 不同種類硬化凈漿表面復合化學圖像 321
10.3.4 不同種類硬化凈漿中C-(A)-S-H凝膠的Ca/Si變化特征 322
10.4 硬化凈漿在納米尺度下的力學性能 323
10.4.1 硬化凈漿中主要物相納米尺度力學性能的試驗方法 323
10.4.2 硬化凈漿中主要物相納米尺度力學性能的分析方法 326
10.4.3 不同種類硬化凈漿中主要物相納米尺度的力學性能 326
10.5 小結 330
參考文獻 331
第11章 高韌性高抗蝕井壁混凝土在深地結構工程中的應用 335
11.1 山東省紗嶺金礦 335
11.2 紗嶺金礦深部地層特點 335
11.3 高韌性高抗蝕井壁混凝土的工程應用 336
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