淺談智能混凝土

1、第 淺談智能混凝土論文導讀：因此，研究和開發(fā)具有主動、自動地對結構進行自診斷、自調(diào)節(jié)、自修復的智能混凝土已成為混凝土發(fā)展的趨勢。自診斷混凝土具有壓敏性和溫敏性等自感應功能。自修復混凝土是一種具有感知和修復性能的混凝土。關鍵詞：智能混凝土，自診斷混凝土，自調(diào)節(jié)混凝土，自修復混凝土 引言 現(xiàn)代材料科學的不斷進步與發(fā)展，促進材料的不斷創(chuàng)新與發(fā)展，混凝土作為最主要的建筑材料已逐漸向高強、高性能、多功能和智能化發(fā)展。然而混凝土結構在使用過程中由于受環(huán)境荷載作用、疲憊效應、腐蝕效應和材料老化等各種不利因素的影響，結構將不可避免地產(chǎn)生損傷積累、抗力衰減，甚至導致突發(fā)失穩(wěn)破壞。為了有效地避免突發(fā)事故的發(fā)生，提

2、高結構的性能，延長結構的使用壽命，就必須對此類結構進行實時的健康監(jiān)測，并及時進行調(diào)節(jié)和修復。因此，研究和開發(fā)具有主動、自動地對結構進行自診斷、自調(diào)節(jié)、自修復的智能混凝土已成為混凝土發(fā)展的趨勢。 1.智能混凝土的定義 智能材料就是指具有感知環(huán)境（包括內(nèi)環(huán)境和外環(huán)境）刺激，對之進行分析、處理、判斷，并采取一定的措施進行適度響應的智能特征的材料。它能模擬生命系統(tǒng)，同時具有感知和激勵雙重功能，能對外界環(huán)境變化因素產(chǎn)生感知，自動作出適時的靈敏和恰當?shù)捻憫?，并具有自我診斷、自我調(diào)節(jié)、自我修復和預壽命等功能。論文參考。 2.智能混凝土的分類 2.1自診斷混凝土 自診斷混凝土具有壓敏性和溫敏性等自感應功能。由

3、于普通的混凝土材料本身不具有自感應功能,所以需要在混凝土基材中復合部分其它材料使得混凝土具有自感應功能。目前常用的復合材料是碳類、金屬類和光纖等。 1）碳纖維混凝土 碳纖維是有機纖維在惰性氣氛中經(jīng)高溫碳化而成的纖維狀的碳化合物，具有重量輕、高強度，抗疲勞和阻尼特性好，耐高溫，耐腐蝕以及良好的導電性等優(yōu)點。在水泥基材中添加少量的碳纖維，可以顯著增強其力學性能，改善其電學性能。碳纖維混凝土材料的電阻變化與其內(nèi)部結構變化是相對應的，利用這一原理生產(chǎn)的混凝土，通過阻抗和載重之間的關系可確定公路上車輛的方位、重量和速度等參數(shù)，為交通管理的智能化提供了材料基礎。另外碳纖維混凝土除具有壓敏性外,還具有溫敏性

4、，即溫度變化引起電阻變化（溫阻性）及碳纖維混凝土內(nèi)部的溫度差會產(chǎn)生電位差的熱電性效應。利用纖維混凝土的這種溫阻現(xiàn)象可以實現(xiàn)對大體積混凝土的溫度自監(jiān)控，將來有望應用于有溫控和火災預警要求的混凝土結構中。論文參考。 2）光纖維混凝土 光纖維混凝土，即在混凝土結構的關鍵部位埋入纖維傳感器或其陣列，探測混凝土在碳化以及受載過程中內(nèi)部應力、應變變化，并對由于損傷進行實時監(jiān)測。當光纖維混凝土結構因受力或溫度變化產(chǎn)生變形和裂縫時,埋在混凝土中的光纖就會相應的產(chǎn)生變形,從而導致通過光纖的光的光波量發(fā)生變化，通過對光纖中反射光的信息進行分析,可以對裂縫進行定位。光纖維混凝土已經(jīng)應用到實際中，如重慶渝長高速公路上

5、的紅槽房大橋監(jiān)測和蕪湖長江大橋長期監(jiān)測與安全評估系統(tǒng)等。 3）納米混凝土 納米混凝土是將某各納米材料添加到普通混凝土中，從而使混凝土一種具有優(yōu)異綜合性能和特殊功能的智能復合材料。納米材料比表面積大，因而容易極易團聚，有利于發(fā)揮其特殊的改性作用，但與此同時納米混凝土中易產(chǎn)生薄弱區(qū)，不利于混凝土的性能。因此，納米材料的粒徑大小應適中，制備時應做好控制使得其在基體中的均勻分布。納米混凝土具有應變感知性能，其機理可以基于隧道效應理論（由微觀粒子波動性所確定的量子效應）來解釋，混凝土內(nèi)微小的應變就可導致較大的電阻變化。實驗表明對于摻納米微粒的從接觸導電理論和碳纖維的特性對其進行智能砂漿的水化產(chǎn)物結構均勻

6、、質(zhì)地密實、結合緊密、沒有明顯的結晶體、水泥石的微觀結構得到改善，故提高了混凝土的力學性能。 2.2自調(diào)節(jié)混凝土 混凝土結構除了正常負荷外,人們還希望它在受臺風、地震等自然災害期間,能夠調(diào)整承載能力、減緩結構振動。由于混凝土本身屬于惰性材料，必須復合具有驅(qū)動功能的組件材料,才達到自調(diào)節(jié)的目的。這種材料通常具有電力效應和電熱效應等性能。如形狀記憶合金（SMA）和電流變體（ER）等。 1)形狀記憶合金 形狀記憶合金（SME）具有形狀記憶效應。論文參考。形成記憶合金通常由兩種以后金屬合成，當合金在高溫時發(fā)生定形，冷卻后存有殘余形變。再次加熱時，殘余形變消失，合金恢復到高溫時所具有的形狀。這就像合金記

7、憶了高溫狀態(tài)的形狀一樣。將記憶合金埋入混凝土中,利用形狀記憶合金對溫度的敏感性以及在不同溫度下恢復相應形狀的功能,使得混凝土結構在受到異常荷載干擾時，混凝土結構內(nèi)部應力發(fā)生重分布,從而提高混凝土結構的承載力。 2）電流變體 電流變體（ERF）也叫電場致流變體。它是一種可通過外界電場作用來控制其粘性、彈性等流變性能雙向變化的懸膠液。在外界電場的作用下,電流變體可于迅速組合成鏈狀或網(wǎng)狀結構的固凝膠,當外界電場撤去時,其可恢復其流變狀態(tài)。在混凝土中加入電流變體,當混凝土結構受到臺風、地震襲擊時，混凝土土通過自動調(diào)整其內(nèi)部的流變特性,改變結構的自振頻率、阻尼特性，從而達到減緩結構振動，提高混凝土結構的

8、穩(wěn)定性和耐久性。 3.3自修復混凝土 自修復混凝土是一種具有感知和修復性能的混凝土。自修復混凝土模仿生物機體受創(chuàng)傷后的再生、恢復機理，采有修膠粘劑和混凝土材料相復合的方法，對材料的損傷具自修復和再生功能。據(jù)此國內(nèi)外學者們提出具有自修復行為的智能材料模型，即在材料的基體中布有許多細小纖維管道，管道中裝有可流動的物質(zhì)（類似血管）修復物質(zhì)（類似血液）。當材料在外界各種因素的作用下,基體發(fā)生開裂，纖維管道發(fā)生破裂，其內(nèi)修復物質(zhì)流至裂縫處，發(fā)生化學反應從而實現(xiàn)自動粘聚愈合，提高開裂部分的強度，起到抑制開裂和修復材料的作用。1997年南京航空航天大學研究出就利用形狀記憶合金和液芯光纖對復合材料結構中的損傷

9、進行自診斷、自修復。 3.研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 目前所研究的自診斷、自調(diào)節(jié)和自修復混凝土還只是智能混凝土研究的初級階段,它們只具備了智能混凝土的某一基本特征，有人也它們稱之為機敏混凝土。目前人們正致力于將兩種以上功能進行組裝的所謂智能組裝混凝土材料的研究。在實際工程中仍存在著許多的問題需要解決。如對于自診斷混凝土，目前所制作的傳感器初始電阻率和應變感知性能存在一定的離散性，將影響對于小應變測量的準確性。對于自修復混凝土，其結構耐久性與混凝土的斷裂匹配的相容性、多次可愈合性、分布特性以及愈合的可靠性和可行性等一系列問題研究尚不完全。此外對于混凝土智能化所會帶來負作用，如復合的材料對混凝土強度、耐久性等的影響。因此實際工作中，對自能混凝土的利用應綜合考慮各種因素 參考文獻1.李