随着资源需求的日益增大和开采强度的不断增加，煤矿、金属矿相继转入深部开采阶段，但深部复杂地质环境下混凝土结构和材料面临一系列新的问题。深部地层高地应力、高地温、高渗水压、强腐蚀等环境特点严重威胁着混凝土结构的安全。
本书是作者团队十余年来围绕深地工程结构混凝土领域开展和取得的研究与实践成果的总结，从理论和技术角度系统介绍了在“三高一腐蚀”环境下深地工程结构混凝土的劣化过程和机理，以及高强度、高韧性水泥基复合材料在深地结构工程中的应用。本书基于材料学、力学、化学、土木工程、矿业工程等多学科的交叉融合，将理论、技术和工程实践结合在一起，具有科学性、先进性和应用性。
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主持国家重点研发计划子课题和国家自然科学基金重点项目，曾获中国建筑学会科技进步一等奖
目录
序
前言
第1章 绪论 1
1.1 深地工程结构混凝土 概述 1
1.2 深地工程结构混凝土研究现状及发展动态 4
1.2.1 匹配深地属性的混凝土结构材料的设计与研发 4
1.2.2 深地环境影响下混凝土的破坏行为 6
1.2.3 深地环境服役混凝土中水化产物以及性能劣化机理 10
1.2.4 深地环境服役混凝土微结构特征 15
1.3 深地工程结构混凝土目前研究存在的问题 18
参考文献 19
第2章 矿井工程井筒腐蚀因素调查与破坏机理分析 25
2.1 概述 25
2.2 临涣、童亭煤矿副井井壁腐蚀现状调查 25
2.2.1 临涣煤矿副井腐蚀破坏情况 25
2.2.2 童亭煤矿副井腐蚀破坏情况29
2.3 井壁强度现场检测与评价 33
2.3.1 检测仪器及检测依据 33
2.3.2 检测方法 35
2.3.3 检测数据分析 35
2.3.4 临涣、童亭煤矿副井井壁混凝土强度和腐蚀深度 38
2.4 井壁混凝土腐蚀破坏机理分析 55
2.4.1 水质分析 56
2.4.2溶解性化学腐蚀 58
2.4.3 Ca(OH)2的碳化与C-S-H凝胶的碳化 60
2.4.4 膨胀性化学腐蚀 62
2.5 小结 63
参考文献 64
第3章 井壁混凝土硫酸盐腐蚀劣化特征与机理 65
3.1 概述 65
3.2 井壁混凝土硫酸盐腐蚀的劣化特征 65
3.2.1 硫酸盐腐蚀环境中混凝土力学性能 65
3.2.2 硫酸盐腐蚀劣化表征及分析 69
3.3 井壁混凝土腐蚀受荷过程的劣化 71
3.3.1 基于声波特征的劣化分析 71
3.3.2 基于应力-应变特征的劣化模型 73
3.3.3 基于声发射特征的劣化模型 74
3.4 井壁混凝土硫酸盐腐蚀的劣化机理 77
3.5 小结 80
参考文献 81
第4章 初始损伤下井壁混凝土硫酸盐腐蚀劣化特征与机理 82
4.1 概述 82
4.2 井壁混凝土初始损伤 83
4.2.1 井壁混凝土初始损伤类型 83
4.2.2 井壁混凝土初始损伤理论 89
4.2.3 井壁混凝土初始损伤评价方法 90
4.2.4 井壁混凝土初始损伤检测 92
4.3 初始损伤下井壁混凝土硫酸盐腐蚀劣化特征 93
4.3.1 初始损伤对混凝土硫酸盐侵蚀的影响 93
4.3.2 硫酸盐腐蚀劣化表征及分析 96
4.4 初始损伤下井壁混凝土受荷腐蚀的劣化特征 98
4.4.1 基于应力-应变特征的劣化模型 98
4.4.2 基于声发射特征的劣化模型 103
4.5 初始损伤下井壁混凝土硫酸盐腐蚀的劣化机理 106
4.6 小结 109
参考文献 109
第5章 三向受压状态下井壁混凝土硫酸盐腐蚀劣化特征 112
5.1 概述 112
5.2 三向受压状态下井壁混凝土腐蚀劣化特征 113
5.2.1 腐蚀劣化破坏模式及变形特征 113
5.2.2 腐蚀劣化强度特征 115
5.3 三向受压状态下井壁混凝土腐蚀受荷过程的劣化 119
5.3.1 腐蚀劣化表征及分析 119
5.3.2 考虑腐蚀效应的强度破坏准则 121
5.3.3 腐蚀受荷劣化模型及本构关系 122
5.4 加卸载扰动下井壁混凝土腐蚀劣化特征 125
5.4.1 三轴加卸载扰动腐蚀劣化试验 125
5.4.2 基于能量耗散的劣化分析 127
5.5 小结 130
参考文献 131
第6章 硫酸盐环境下井壁混凝土性能演化规律及评价 132
6.1 概述 132
6.2 硫酸盐对混凝土腐蚀的主要类型 132
6.3 硫酸盐环境下混凝土抗压强度变化规律及预测模型 134
6.3.1 初始预压应力为0MPa时混凝土强度变化规律及预测模型 136
6.3.2 初始预压应力为14MPa时混凝土强度变化规律及预测模型 144
6.3.3 初始预压应力为21MPa时混凝土强度变化规律及预测模型 151
6.4 硫酸盐环境下混凝土弹性模量变化规律及预测模型 159
6.4.1 初始预压应力为0MPa时混凝土弹性模量变化规律及预测模型 160
6.4.2 初始预压应力为14MPa时混凝土弹性模量变化规律及预测模型168
6.4.3 初始预压应力为21MPa时混凝土弹性模量变化规律及预测模型 176
6.5 硫酸盐环境下混凝土断裂韧度变化规律及损伤演化 184
6.5.1 硫酸盐腐蚀作用对井壁材料断裂性能的影响 184
6.5.2 硫酸盐环境下混凝土断裂韧度变化规律 186
6.5.3 硫酸盐环境下混凝土断裂韧度损伤演化 188
6.6 混凝土腐蚀厚度损伤模型 199
6.6.1 腐蚀厚度变化规律 199
6.6.2 硫酸盐环境下混凝土腐蚀厚度损伤演化 201
6.7 小结 209
参考文献 209
第7章 深地高应力环境下混凝土冲击倾向性表征 211
7.1 概述 211
7.2 混凝土基本力学性能和冲击倾向性研究方法 212
7.2.1 混凝土基本力学性能试验方法 213
7.2.2 混凝土冲击倾向性试验方法 214
7.3 混凝土冲击倾向性与强度等级间相关关系 216
7.3.1 混凝土的基本力学性能 216
7.3.2 混凝土的弹性能量指数 217
7.3.3 混凝土的冲击能量指数 218
7.3.4 混凝土的动态破坏时间 218
7.3.5 混凝土的脆性指数 218
7.3.6 混凝土的冲击倾向性表征方式 219
7.3.7 高强混凝土声发射特征 221
7.4 钢纤维对混凝土冲击倾向性的影响规律 223
7.4.1 钢纤维掺量对混凝土冲击倾向性的影响规律 223
7.4.2 钢纤维种类对混凝土冲击倾向性的影响规律 228
7.5 深地工程结构混凝土设计 231
7.5.1 功能型混凝土材料设计思路 231
7.5.2 深地工程矿井混凝土存在的问题 231
7.5.3 深地工程井壁混凝土的设计方法 233
7.5.4 深地工程高韧性井壁材料力学性能 235
7.6 小结 236
参考文献 236
第8章 静动荷载作用下高韧性井壁混凝土破坏特征及能量演化机制 239
8.1 概述 239
8.2 井壁混凝土在静力荷载作用下的破坏模式和能量特征 239
8.2.1 单轴加卸载对混凝土性能影响的试验方法 240
8.2.2 混凝土在静力荷载作用下的破坏模式和能量演化 242
8.3 井壁混凝土在动力荷载作用下的破坏模式和能量特征 247
8.3.1 动力荷载对混凝土性能影响的试验方法 247
8.3.2 混凝土在动力荷载作用下的破坏模式 252
8.3.3 典型种类混凝土受动力荷载作用的应力和应变特征 255
8.3.4 典型种类混凝土受动力荷载作用的能量与损伤特征 258
8.4 小结 267
参考文献 267
第9章 温度与复合盐耦合作用下混凝土性能演变及机理 271
9.1 概述 271
9.2 温度与复合盐耦合作用下混凝土宏观性能演变规律 272
9.2.1 混凝土复合盐耦合环境及配合比设计 272
9.2.2 混凝土抗压强度及相对动弹性模量变化 273
9.2.3 混凝土冲击倾向性的演变规律 275
9.3 硬化净浆中主要物相含量演变规律 277
9.3.1 硬化净浆中自由水和结合水含量 277
9.3.2 结合XRD-Rietveld分析硬化净浆中的主要晶体物相 279
9.3.3 结合TG分析硬化晶体中的主要非晶体物相 288
9.4 硬化净浆微观形貌及孔结构特征 292
9.4.1 结合SEM-EDS分析硬化净浆表面微观形貌 292
9.4.2 结合MIP分析硬化净浆的孔结构特征 295
9.5 混凝土中氯离子渗入含量 298
9.5.1 化学滴定测定混凝土中氯离子含量方法 298
9.5.2 不同种类混凝土中氯离子渗入含量 299
9.6 小结 301
参考文献 301
第10章 温度与复合盐耦合作用下井壁材料C-(A)-S-H结构演化及纳米力学性能 305
10.1 概述 305
10.2 硬化净浆中C-(A)-S-H结构特征 306
10.2.1 NMR测试及分析C-(A)-S-H结构方法 306
10.2.2 干拌胶凝材料（原材料）中主要物相的结构特征 307
10.2.3 不同种类硬化净浆中含Si物相结构特征 309
10.2.4 不同种类硬化净浆中含Al物相结构特征 314
10.3 硬化净浆表面化学元素分布规律 316
10.3.1 SEM协同EDS的硬化净浆表面化学元素的试验方法 316
10.3.2 不同种类硬化净浆表面单种类化学元素分布特性 317
10.3.3 不同种类硬化净浆表面复合化学图像 321
10.3.4 不同种类硬化净浆中C-(A)-S-H凝胶的Ca/Si变化特征 322
10.4 硬化净浆在纳米尺度下的力学性能 323
10.4.1 硬化净浆中主要物相纳米尺度力学性能的试验方法 323
10.4.2 硬化净浆中主要物相纳米尺度力学性能的分析方法 326
10.4.3 不同种类硬化净浆中主要物相纳米尺度的力学性能 326
10.5 小结 330
参考文献 331
第11章 高韧性高抗蚀井壁混凝土在深地结构工程中的应用 335
11.1 山东省纱岭金矿 335
11.2 纱岭金矿深部地层特点 335
11.3 高韧性高抗蚀井壁混凝土的工程应用 336
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