《Stainless Steel Wires-Engineered Multifunctional Ultra-High Performance Concrete》书评
(哈尔滨工程大学 航天与建筑工程学院, 哈尔滨 150001)
摘要: 《Stainless Steel Wires-Engineered Multifunctional Ultra-High Performance Concrete》是不锈钢微丝工程化多功能超高性能混凝土 (UHPC) 领域的首部英文专著 (由Taylor&Francis Group旗下CRC Press出版社出版) , 全书共包含四个部分共12章, 其中第一部分介绍了不锈钢微丝工程化多功能UHPC的基本设计原理和制备方法; 第二部分介绍了不锈钢微丝工程化多功能UHPC的基本力学、功能以及智能性能与相关本构模型; 第三部分介绍了基于不锈钢微丝工程化多功能UHPC衍生出的三种新型混凝土, 包括纳米填料与不锈钢微丝复合多功能UHPC、常规钢纤维与不锈钢微丝复合多功能UHPC、不锈钢微丝海水海砂多功能UHPC; 第四部分总结了面向可持续基础设施的不锈钢微丝工程化多功能UHPC研究中存在的问题和挑战以及未来的发展策略。不锈钢微丝工程化多功能UHPC巧妙利用混凝土与钢材材性互补的特点以实现工程材料的创新, 为构建更加安全、耐久、智能、韧性、环境友好的现代基础设施提供了新材料选择。该著作系统梳理了不锈钢微丝工程化多功能UHPC作为一种具有优异性能和巨大潜力的新型混凝土材料的原理以及技术优势, 旨在推动不锈钢微丝工程化多功能UHPC的研究与应用, 其可作为土木工程专业特别是混凝土材料与结构方向学生的学习教材, 也可为相关领域的研究者和工程师提供指导和参考。
关键词: 不锈钢微丝, 多功能, 超高性能混凝土, 可持续基础设施, 书评
引用格式: 李祯. 《Stainless Steel Wires-Engineered Multifunctional Ultra-High Performance Concrete 》书评[J]. 工程材料与结构, 2025, 4(3): 74-77.
文章类型: 书评
收稿日期: 2025-08-17
接收日期: 2025-09-19
出版日期: 2025-09-28
《Stainless Steel Wires-Engineered Multifunctional Ultra-High Performance Concrete》[1](不锈钢微丝工程化多功能超高性能混凝土)是大连理工大学(Dalian University of Technology)的Sufen Dong(董素芬)博士、天津大学(Tianjin University)的Xinyue Wang(王欣悦)博士、大连理工大学的(Dalian University of Technology)Baoguo Han(韩宝国)教授共同撰写的不锈钢微丝工程化多功能超高性能混凝土领域的首部英文专著。该著作由世界领先的学术出版集团Taylor&Francis Group旗下CRC Press出版社“纸电”同步出版发行;加拿大皇家学会院士(加拿大最高学术荣誉)、加拿大工程院院士、美国混凝土学会会士、Cem. Concr. Compos.主编、加拿大英属哥伦比亚大学的N.Banthia教授为该著作作序。
因具有资源消耗低、环境损害小、可塑性强等优点，混凝土是不可或缺的工程材料，但脆性大和性能离散程度高限制了它的应用。为了满足基础设施可持续及大型化和复杂化发展的需求，混凝土正向超高性能、多功能方向发展，其不仅需要具有优异的力学和耐久性能，还需具备电、热、电磁、感知等功能或智能特性，以提升基础设施的安全、耐久和韧性，并减少环境影响[2]。具有优异力学和耐久性能的超高性能混凝土(UHPC)在1994年被正式提出，且已被用于大跨径桥梁和超高层建筑，其通常使用具有毫米级直径的钢纤维作为增强增韧填料。但毫米级直径钢纤维易在UHPC基体内产生薄弱界面，且其分布均匀性不易保证、作用效果主要发生在基体开裂后、可用掺量范围内无法赋予UHPC电学及功能性能、大掺量时导致混凝土工作性降低。基于此，将毫米级直径的不锈钢纤维加工成具有微米级直径和大比表面积的短切软丝，即不锈钢微丝，其不但具有抗拉强度高、与水泥基材料的线膨胀系数一致等常规钢纤维的优点;而且由于具有微米级直径而具有高长径比，进而可通过在脆性大且导电/导热差、以共价键和离子键为主的混凝土中引入金属键，从而在较小掺量下即可在混凝土内部形成广泛的增强/增韧/导电/导热网络，且其与混凝土的界面优于毫米级直径钢纤维;同时，UHPC组成材料中不含粗骨料，而且尺寸基本都在微米级及以下，有利于复合材料的制备和导电/导热等功能性的实现;另外，不锈钢微丝具有良好的耐蚀性，有利于保证其增强/增韧以及导电、导热、电磁、感知等功能或智能特性的长期稳定性。所以，不锈钢微丝工程化是发展具有真正工程应用意义以及真正多功能意义的UHPC的一种有效方法。此外，不锈钢丝工程化多功能UHPC还可在相同承载力下减小构件截面尺寸，优化结构设计，减少对混凝土材料的相对需求，解决大量使用混凝土所带来的二氧化碳排放、能耗、资源消耗等生态问题。
不锈钢微丝工程化多功能UHPC的出现和应用，不仅可提高基础设施的安全性、耐久性、功能/智能特性和可持续性，还有望延长基础设施的使用寿命，减少维修维护成本，进而提升基础设施的韧性并降低基础设施的全寿命生命周期成本。为了全面介绍不锈钢微丝工程化多功能UHPC，并推动其在构建更加安全、智能、环保的现代基础设施上的应用，董素芬博士、王欣悦博士以及韩宝国教授共同撰写了著作《Stainless Steel Wires-Engineered Multifunctional Ultra-High Performance Concrete》[1]。该著作涵盖了不锈钢微丝工程化多功能UHPC的基本设计原理、特性、机制、工程应用案例以及未来发展挑战和策略。该著作的具体架构如下:第一部分介绍了不锈钢微丝工程化多功能UHPC的基本设计原理和制备方法(Design principle and fabrication of stainless steel wires-engineered multifunctional ultra-high performance concrete)(第1章);第二部分介绍了不锈钢微丝工程化多功能UHPC的基本力学、功能以及智能性能与相关本构模型，包括抗折和抗压性能(Flexural and compressive properties of stainless steel wires-engineered multifunctional ultra-high performance concrete)(第2章)、弯曲和断裂性能(Bending and fracture properties of stainless steel wires-engineered multifunctional ultra-high performance concrete)(第3章)、抗冲击性能(Impact properties of stainless steel wires-engineered multifunctional ultra-high performance concrete)(第4章)、耐疲劳性能(Fatigue properties of stainless steel wires-engineered multifunctional ultra-high performance concrete)(第5章)、电学与自感知性能(Electrical and self-sensing properties of stainless steel wires-engineered multifunctional ultra-high performance concrete)(第6章)、热学与电热性能(Thermal and electrothermal properties of stainless steel wires-engineered multifunctional ultra-high performance concrete)(第7章)、耐磨、阻尼与电磁性能(Wear resistance，damping，and electromagnetic properties of stainless steel wires-engineered ultra-high performance concrete)(第8章);第三部分介绍了三种衍生的不锈钢微丝工程化多功能UHPC，包括纳米填料与不锈钢微丝复合多功能UHPC(Stainless steel wires-engineered multifunctional ultra-high performance concrete incorporating nanofillers)(第9章)、常规钢纤维与不锈钢微丝复合多功能UHPC(Stainless steel wires-engineered multifunctional ultra-high performance concrete incorporating steel fibers)(第10章)、不锈钢微丝海水海砂多功能UHPC(Stainless steel wires-engineered multifunctional ultra-high performance concrete fabricated with sea water and sea sand)(第11章);第四部分讨论了不锈钢微丝工程化多功能UHPC的未来发展和挑战(Future development and challenges of stainless steel wires-engineered multifunctional ultra-high performance concrete)(第12章)。
不锈钢微丝工程化多功能UHPC巧妙地利用混凝土和钢材材性互补的特点实现工程材料的创新，结合了高性能和功能/智能特性，如热、电、自感知和电磁特性，以及可持续发展的特性，为基础设施建设注入了新的活力。作为不锈钢微丝工程化多功能UHPC的第一部相关专著，其不仅是对已有研究成果的总结，更是对未来研究方向的一种探索和引领。该著作系统梳理了不锈钢微丝工程化多功能UHPC作为一种具有优异性能和巨大潜力的新型混凝土材料的原理以及技术优势，为构建更加安全、耐久、智能、环保的现代基础设施提供了新材料选择，也为混凝土材料和结构领域的研究人员和专业技术人员开辟了新的视野。
该著作旨在推动不锈钢微丝工程化多功能UHPC的研究与应用，可作为土木工程专业特别是混凝土材料与结构方向学生的学习教材，也可为相关领域(如复合材料、功能材料等)的研究者和工程师提供指导和参考。
利益冲突: 作者声明无利益冲突。
[③] 通讯作者 Corresponding author:李祯，lizhenlizhen@hrbeu.edu.cn
收稿日期:2025-08-17; 录用日期:2025-09-19; 发表日期:2025-09-28
基金项目:黑龙江省自然科学基金联合引导项目(LH2023E069)。
参考文献(References)
[1] Dong S, Wang X, Han B. Stainless Steel Wires-Engineered Multifunctional Ultra-High Performance Concrete[M]. CRC Press, Florida, USA, 2023.
https://doi.org/10.1201/9781003276357
[2] 王欣悦, 丁思齐, 董素芬, 等. 混凝土可持续发展:应对碳排放引起气候变化危机[J].工程材料与结构, 2022, 1(1): 1-14.
https://doi.org/10.48014/ems.20220728001
Book Review of Stainless Steel Wires-Engineered Multifunctional Ultra-High Performance Concrete
(College of Aerospace and Civil Engineering, Harbin Engineering University, Harbin 150001, China)
Abstract: Stainless Steel Wires-Engineered Multifunctional Ultra-High Performance Concrete, published by CRC Press, a publisher under Taylor & Francis, is the first English monograph in the field of stainless steel wires-engineered multifunctional ultra-high performance concrete (UHPC) . The whole monograph contains 4 parts comprising 12 chapters. The first part introduces the basic design principles and preparation methods of SSWs-engineered multifunctional UHPC. The second part provides a detailed introduction about the mechanical, functional, smart functionalities and multifunctional properties and related constitutive models of SSWs-engineered multifunctional UHPC. The third part presents three new types of concrete derived from SSWs-engineered multifunctional UHPC, including multifunctional UHPC with nanofillers and SSWs, multifunctional UHPC with conventional steel fibers and SSWs, and SSWs-engineered seawater-sea-sand multifunctional UHPC. The fourth part discusses the current challenges and strategies for SSWs-engineered multifunctional UHPC toward sustainable infrastructure. SSWs-engineered multifunctional UHPC ingeniously takes advantage of the complementary material properties of concrete and steel to achieve innovation, providing a new material option for safe, durable, resilient, smart and environmentally friendly infrastructures. This monograph systematically explores the principles and technical advantages of SSWs-engineered multifunctional UHPC as a new type of concrete with excellent performance and great potential, and aims to promote the research direction of SSWs-engineered multifunctional UHPC. This monograph can serve as a learning material for students majoring in civil engineering, especially in the field of concrete materials and structures, as well as provide guidance and reference for researchers and engineers in related fields.
Keywords: Stainless steel wires, multifunctional, ultra-high performance concrete, sustainable infrastructures, book review
Citation: LI Zhen. Book review of Stainless Steel Wires-Engineered Multifunctional Ultra-High Performance Concrete[J]. Engineering Materials and Structures 2025, 4(3): 74-77.