智能混凝土的研究和发展
智能混凝土材料在建筑中的应用前景

智能混凝土材料在建筑中的应用前景一、前言智能混凝土材料是近年来发展起来的一种高科技建材,其具有优异的性能和广阔的应用前景。
近年来,随着人们对建筑安全、节能环保等方面的要求不断提高,智能混凝土材料也得到了越来越广泛的应用。
本文将从智能混凝土材料的特点及分类、应用案例、市场前景等方面详细阐述该材料在建筑中的应用前景。
二、智能混凝土材料的特点及分类智能混凝土材料是一种集传统混凝土、高性能纤维混凝土、纳米材料、智能化技术等于一体的新型材料。
其主要特点如下:1、高强度、高韧性:智能混凝土材料采用高性能纤维增强技术,强度和韧性都比传统混凝土要高出许多。
2、自修复:智能混凝土材料可以自行修复微小的裂缝,从而延长其使用寿命。
3、智能化:智能混凝土材料可以通过传感器和控制系统来实现对其内部环境的实时监测和控制。
4、节能环保:智能混凝土材料的生产过程不会产生大量的污染物,同时其在使用过程中也可以实现节能环保的目的。
根据其特点和应用领域的不同,智能混凝土材料可以分为以下几类:1、自密实混凝土:该种混凝土材料可以自行修复微小的裂缝,从而达到自密实的效果。
2、自加热混凝土:该种混凝土材料可以通过加热来达到升温的效果,从而可以用于地板采暖和雪地融化等领域。
3、自感知混凝土:该种混凝土材料可以通过传感器和控制系统来实现对其内部环境的实时监测和控制。
4、自净化混凝土:该种混凝土材料可以通过光触媒和其他技术来实现自净化的效果,从而可以用于城市道路和建筑物的污染治理。
三、智能混凝土材料的应用案例智能混凝土材料在建筑领域的应用非常广泛,下面我们来看几个具体的应用案例:1、自密实混凝土在地下工程中的应用:自密实混凝土可以自行修复微小的裂缝,从而达到自密实的效果,因此在地下工程中得到了广泛的应用。
比如,在地铁隧道、地下水库等工程中,自密实混凝土可以有效地防止地下水的渗透,从而保证工程的安全性。
2、自加热混凝土在地板采暖中的应用:自加热混凝土可以通过加热来达到升温的效果,因此可以用于地板采暖和雪地融化等领域。
混凝土材料的智能化发展趋势如何

混凝土材料的智能化发展趋势如何混凝土作为建筑工程中最常用的材料之一,其性能和质量直接关系到建筑物的安全性、耐久性和功能性。
随着科技的不断进步,混凝土材料正朝着智能化的方向发展,为建筑行业带来了新的机遇和挑战。
智能化混凝土材料是指能够感知自身状态和外部环境,并根据这些信息做出相应反应和调整的混凝土材料。
这种材料具有自诊断、自修复、自适应等功能,能够有效地提高混凝土结构的可靠性和使用寿命。
在自诊断方面,智能化混凝土材料可以通过内置的传感器实时监测混凝土内部的应力、应变、温度、湿度等参数。
这些传感器可以将收集到的信息传输给监控系统,从而让工程师能够及时了解混凝土结构的健康状况。
例如,当混凝土结构出现裂缝时,传感器能够检测到裂缝的位置、宽度和深度,并发出警报,以便及时采取修复措施。
自修复是智能化混凝土材料的另一个重要特性。
传统的混凝土一旦出现裂缝,往往需要人工进行修复,不仅费时费力,而且效果也不一定理想。
而智能化混凝土材料中可以添加特殊的修复剂,当混凝土出现裂缝时,修复剂会在裂缝处自动释放并发生化学反应,从而实现裂缝的自动修复。
这种自修复功能可以有效地延长混凝土结构的使用寿命,降低维护成本。
自适应功能则使智能化混凝土材料能够根据外部环境的变化自动调整其性能。
例如,在温度变化较大的环境中,混凝土材料可以自动改变其热膨胀系数,以减少温度应力对结构的影响。
在湿度较高的环境中,混凝土材料可以自动调整其透气性,防止水分的过度渗透。
智能化混凝土材料的发展离不开先进的材料科学和信息技术。
在材料科学方面,研究人员不断探索新型的水泥基材料、纤维增强材料和外加剂,以提高混凝土的性能和智能化水平。
在信息技术方面,传感器技术、数据传输技术和数据分析技术的不断进步,为智能化混凝土材料的应用提供了有力的支持。
目前,智能化混凝土材料已经在一些重要的工程领域得到了应用。
例如,在桥梁工程中,智能化混凝土材料可以用于监测桥梁结构的健康状况,及时发现并处理潜在的安全隐患。
智能混凝土制造技术研究与应用

智能混凝土制造技术研究与应用一、前言智能混凝土制造技术是一种通过计算机控制和优化混凝土原材料的配比和生产过程,实现混凝土品质稳定、性能优异、节能环保的制造技术。
随着我国城市化进程的不断加快,混凝土需求量大幅增加,传统混凝土制造方式已经难以满足市场需求,新型智能混凝土制造技术正日益成为混凝土行业的发展方向,本文将就智能混凝土制造技术的研究和应用进行详细介绍。
二、智能混凝土制造技术的研究1. 智能化控制技术智能混凝土制造技术的核心是智能化控制技术,它通过计算机控制混凝土生产全过程,包括原材料的配比、搅拌、浇筑、养护等各个环节。
智能化控制技术的应用,不仅可以大大提高混凝土的品质和性能,还可以降低能耗、减少废弃物产生、提高生产效率。
2. 混凝土材料的智能配比技术传统混凝土制造过程中,配合比的制定往往基于人工经验和试验数据,存在着很大的主观性和不确定性。
而智能混凝土制造技术则通过计算机模拟和优化,对混凝土材料的配比进行智能化控制,从而实现精确配比、稳定品质的混凝土生产。
3. 智能化浇筑技术传统的混凝土浇筑往往需要大量的人力,而且难以保证浇筑的质量和效率。
智能化浇筑技术则通过灵活的控制系统,可以实现自动化的混凝土浇筑,提高浇筑的质量和效率,同时减少人力的投入。
4. 智能化养护技术养护是混凝土制造过程中非常重要的一个环节,它直接影响混凝土的品质和性能。
智能化养护技术通过计算机控制,可以实现自动化的养护过程,实时监测混凝土的温度、湿度、强度等参数,从而保证混凝土的养护效果。
三、智能混凝土制造技术的应用1. 基础建设智能混凝土制造技术的应用在基础建设领域具有非常广泛的应用前景。
比如,在道路、桥梁、隧道等基础设施建设中,采用智能混凝土制造技术可以保证混凝土的品质和性能,提高施工效率,降低施工成本。
2. 商业建筑智能混凝土制造技术在商业建筑领域的应用也非常广泛。
比如,在高层建筑的建设中,采用智能混凝土制造技术可以大大提高建筑的安全性和稳定性,同时也可以提高建筑的节能性能,降低建筑的运营成本。
智能混凝土的开发及应用研究

智能混凝土的开发及应用研究智能混凝土是一种结合了传感器、控制单元和通讯技术的新型建筑材料。
它能够自我感知、自我诊断和自我修复,具有很强的智能化和可持续性特点。
本文将从智能混凝土的发展历程、技术原理、应用场景和未来发展趋势等方面进行详细研究。
一、智能混凝土的发展历程智能混凝土的概念最早可以追溯到20世纪80年代初期,当时美国的一家建筑公司开始研究混凝土自我修复技术。
之后,随着传感器、控制单元和通讯技术的不断发展,智能混凝土逐渐成为了研究热点。
2001年,美国国家科学基金会(NSF)推出了一个名为“智能材料与结构”(IMS)的项目,旨在探索新型智能材料的研究和应用。
智能混凝土成为了该项目的一个重要研究方向。
近年来,随着建筑行业对智能化和可持续性的需求不断增加,智能混凝土也逐渐成为了建筑材料领域的一颗新星。
目前,全球范围内已有许多研究机构和企业在智能混凝土方面进行了大量的研究和实践。
二、智能混凝土的技术原理智能混凝土的技术原理主要基于传感器、控制单元和通讯技术。
具体来说,智能混凝土内部嵌入了各种传感器,用于感知混凝土的状态和环境变化。
这些传感器可以监测混凝土的温度、湿度、压力等参数,并将数据传输到控制单元进行处理。
控制单元是智能混凝土的“大脑”,它负责对传感器数据进行处理和分析,并根据需要发出指令。
例如,在混凝土裂缝出现时,控制单元可以发出指令启动自我修复程序,填补裂缝,恢复混凝土的完整性。
通讯技术则是智能混凝土实现与外界互联互通的关键。
通过无线网络或者有线网络,智能混凝土可以将感知到的数据传输到中心控制台,实现对混凝土状态的实时监测和控制。
三、智能混凝土的应用场景智能混凝土的应用场景非常广泛。
以下是几个典型的应用场景:1. 建筑结构监测:智能混凝土可以嵌入在建筑结构中,用于监测结构的状态和变化。
例如,在地震发生时,智能混凝土可以自动启动自我修复程序,消除结构破坏的风险。
2. 智能路面:智能混凝土可以用于道路的建设,用于监测路面状态和车流量,提高道路的安全性和通行效率。
智能混凝土的研究现状与发展趋势

现 象启 发 了混凝 土科 学工作者研 制 自修复混凝 土 。 自 修 复混凝 土也称为 自愈合 混凝土 , 就是 模仿生物 组织 ,
并能根据检测结 果 自动进行 修复 ,显著提 高混凝 土结 构 的安全性 和耐久性 。 目前的科技水平 制备完善 的智 能混凝 土材 料还相 当困难 ,但是具备单 一或者部分 智
取得 了一些 阶段性 的成果 。 相继出现 了损伤 自诊断混凝 土、 温度 自监控混凝土 、 具有 反射 电磁波功 能的导航 混
力重新分布, 并产生一定的预应力 , 从而提高混凝土结
构 的承载力 。在混凝 土中复合 电流变体( E R ) , 利用 电流 变体 的这种流变作 用 , 当混凝土结 构受到 台风 , 地震袭
能化功能 的混凝土研究 已经取得 了较大进展 。
1常见 智能混凝 土
对受创伤部位 自动分泌某种物质 ,从而使创伤部位得
到愈合 的机 能。在混凝 土传统 组分中复合特性组分 口
含有粘结剂 的液 芯纤维 或胶囊 ) ,在混凝 土 内部形成智
能型仿生 自愈合 神经 网络 系统 ,模仿动物 的这种骨组
性可 以有效 地预报 混凝 土材 料 内部 的损 伤 ,满足结构 自我安全检 测的需要 , 防止混凝 土结构潜 在脆性破 坏 ,
击时, 调整 其 内部 的流变特 性 , 改变结 构 的 自振频 率 、 阻尼特性 以达 到减缓结构振动 的 目的。 1 . 3自修复混凝土 现实生 活 中, 人 的皮 肤划破后 , 经过一段 时间能够
能混凝 土的某一基 本特征 ,是一种智能混凝土 的简化 3 _ 3 混凝土 的结构智能一 体化
蕾 一 一
智能混凝土及其在建筑中的应用

智能混凝土及其在建筑中的应用智能混凝土是一种集成了传感器、计算机、通信等技术的新型建筑材料。
它能够对自身状态进行感知、控制和调节,实现自我修复、自我诊断和智能化管理。
智能混凝土在建筑中的应用具有广泛的前景和应用价值。
一、智能混凝土的相关技术和特点1. 智能传感技术智能混凝土中的传感器具有高精度、高可靠性、低功耗和防水、防腐等特点。
它们可以实时感知混凝土的温度、湿度、压力、应力等参数,通过数据采集、处理和传输,为建筑的安全、耐久性、节能性等提供实时的监测和反馈。
2. 智能控制技术智能混凝土中的控制系统可以根据传感器收集到的数据,实现对混凝土的自动控制和调节。
例如,在混凝土自然干燥的过程中,控制系统可以根据温度、湿度等参数,自动调节通风和加热等设备,以实现快速干燥和控制混凝土的龄期。
3. 自修复技术智能混凝土中的自修复技术可以实现混凝土的自我修复和维护。
例如,当混凝土中出现裂缝时,自修复材料可以自动流入裂缝中,填补裂缝并加固混凝土结构。
4. 智能管理技术智能混凝土中的管理系统可以通过互联网和云计算等技术,实现对混凝土的远程监测、诊断和管理。
例如,可以通过智能手机或电脑等设备,实时了解混凝土的状态和健康状况,及时采取措施,保障建筑的安全和稳定性。
二、智能混凝土在建筑中的应用1. 建筑结构智能混凝土可以应用于高层建筑、桥梁、隧道等建筑结构中,实现对建筑结构的实时监测和控制。
例如,在高层建筑中,可以通过智能混凝土感知建筑的振动和变形等参数,根据数据调节建筑的结构和支撑系统,实现建筑的稳定性和安全性。
2. 节能减排智能混凝土可以通过控制建筑的温度、湿度等参数,实现对建筑的节能和减排。
例如,在冬季,可以通过智能混凝土自动调节建筑的温度和加热设备,实现节能减排和保障居民的舒适度。
3. 自我修复智能混凝土中的自修复技术可以应用于建筑的维护和修复中。
例如,在桥梁、隧道等建筑结构中,可以通过自修复技术实现对裂缝和损伤的修复和加固,延长建筑的使用寿命和减少维护成本。
智能混凝土施工机器人的研究与应用

智能混凝土施工机器人的研究与应用一、前言随着科技的不断发展和人工智能的深入应用,智能化混凝土施工机器人已经成为建筑行业不可或缺的一部分。
在智能混凝土施工机器人的研究和应用中,不仅可以提高生产效率,降低人工成本,还可以保障建筑质量,提高施工安全性。
本文将从机器人的概念、技术原理、应用场景及未来发展趋势等方面展开探讨。
二、智能混凝土施工机器人的概念智能混凝土施工机器人是一种集计算机、机械、电气、液压、气动等多种技术于一身的高新技术产品。
它可以执行各种混凝土施工任务,如地基灌注、桥梁梁面灌注、隧道衬砌、水利水电工程、建筑墙体等,同时还可以进行智能控制和自主操作。
三、智能混凝土施工机器人的技术原理智能混凝土施工机器人的技术原理主要包括机械结构、控制系统和传感器等三个方面。
1. 机械结构智能混凝土施工机器人的机械结构包括机械臂、斗杆、斗杆伸缩系统、驱动系统和底盘等部分。
其中,机械臂是机器人的核心部件,它由多个连杆组成,可以在三维空间内进行灵活的运动和操作。
2. 控制系统智能混凝土施工机器人的控制系统采用计算机控制技术,通过预设程序和传感器反馈信号,实现机器人的自主控制和操作。
控制系统包括硬件和软件两个部分,硬件包括控制器、传感器和执行器等,软件包括控制程序和数据处理程序等。
3. 传感器智能混凝土施工机器人的传感器主要包括测距传感器、姿态传感器、力传感器和视觉传感器等,它们可以实时采集机器人运动状态和施工环境信息,并反馈给控制系统进行处理和调整。
四、智能混凝土施工机器人的应用场景智能混凝土施工机器人可以应用于各种混凝土施工任务,如地基灌注、桥梁梁面灌注、隧道衬砌、水利水电工程、建筑墙体等。
下面将分别介绍几种典型的应用场景。
1. 地基灌注地基灌注是建筑施工中常见的一种任务,传统的施工方式需要大量的人力和时间,而智能混凝土施工机器人可以快速、准确地完成任务,大大提高了施工效率和质量。
机器人可以根据预设程序,从地面或高空将混凝土精确地灌入地基,同时还可以实时监测施工质量和进度。
智能混凝土的研究现状及其发展趋势

智能混凝土的研究现状及其发展趋势一、本文概述随着科技的飞速发展和人类对建筑材料性能要求的日益提高,智能混凝土作为一种新兴的建筑材料,正逐渐受到广大研究者和工程师的关注。
智能混凝土,顾名思义,是一种具有自适应、自修复、自感知等智能特性的混凝土材料。
它通过在传统的混凝土材料中添加一些特殊的组分,如智能纤维、纳米材料等,使其具备了超越传统混凝土的性能和功能。
本文旨在对智能混凝土的研究现状进行全面的梳理,并探讨其未来的发展趋势。
我们将对智能混凝土的基本概念、特性及其与传统混凝土的区别进行详细的阐述。
然后,我们将从智能混凝土的制备技术、性能评估、应用领域等方面,介绍当前国内外在该领域的研究进展和成果。
在此基础上,我们还将分析智能混凝土在应用过程中所面临的挑战和问题,并探讨解决这些问题的方法和策略。
我们将展望智能混凝土未来的发展趋势,预测其在建筑材料领域的应用前景,并提出一些建议和思考,以期为推动智能混凝土的研究和应用提供参考和借鉴。
通过本文的阐述和分析,我们希望能够为广大研究者和工程师提供一个全面、深入的智能混凝土研究现状及其发展趋势的视图。
二、智能混凝土的研究现状智能混凝土,作为一种新兴的建筑材料,近年来受到了国内外研究者的广泛关注。
其通过集成传感器、执行器、通信技术和数据处理算法,赋予了混凝土自我感知、自我适应和自我修复的能力,从而大大提高了其使用寿命和性能。
在传感器技术方面,研究者们已经成功地将多种传感器如应变传感器、温度传感器、化学传感器等嵌入到混凝土中,实现了对混凝土内部应力、温度、湿度、化学物质等关键参数的实时监测。
这些传感器不仅能够提供准确的数据,还能通过无线通信技术将数据传输到云端或本地处理中心进行分析。
在执行器技术方面,研究者们通过将形状记忆合金、压电材料等智能材料集成到混凝土中,实现了对混凝土行为的主动控制。
例如,在地震发生时,通过激活形状记忆合金,可以实现对建筑结构的主动减震。
在数据处理和算法方面,随着人工智能和大数据技术的快速发展,智能混凝土的数据处理能力也得到了显著提升。
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智能混凝土的研究和发展摘要:智能混凝土是现代建筑材料与现代科技相结合的产物,是传统混凝土材料发展的高级阶段。
回顾了智能混凝土的发展历史和研究现状,展望了智能混凝土的发展趋势和应用前景,阐述了研究中应注意的问题。
随着现代材料科学的不断进步,作为最主要的建筑材料之一的混凝土已逐渐向高强、高性能、多功能和智能化发展。
用它建造的混凝土结构也趋于大型化和复杂化。
然而混凝土结构在使用过程中由于受环境荷载作用。
疲劳效应、腐蚀效应和材料老化等不利因素的影响,结构将不可避免地产生损伤积累、抗力衰减,甚至导致突发事故。
为了有效地避免突发事故的发生,延长结构的使用寿命,必须对此类结构进行实时的“健康”监测,并及时进行修复。
现有的无损检测方法,如声波检测X射线及C扫描等,只能定性检测,而不能定量、数据化处理,更主要的是不能实现实时监测。
因而对结构内部状态的监测和损伤估计还比较困难,甚至是不可能的。
传统的混凝土结构的维修方式主要是在损伤部位进行外部的加固,而对损伤的原结构进行维修比较困难,尤其是对结构内部的损伤修复更是非常困难。
随着现代社会向智能化的发展,这种停留在被动和计划模式的检测与修复方式已不能适应现代多功能和智能建筑对混凝土材料提出的要求。
因此,研究和开发具有主动、自动地对结构进行自诊断、自调节、自修复、恢复的智能混凝土已成为结构一功能(智能)一体化的发展趋势[1]1智能混凝土的定义和发展历史智能材料,指的是“能感知环境条件,做出相应行动”的材料。
它能模仿生命系统,同时具有感知和激励双重功能,能对外界环境变化因素产生感知,自动作出适时。
灵敏和恰当的响应,并具有自我诊断、自我调节、自我修复和预报寿命等功能。
智能混凝土是在混凝土原有组分基础上复合智能型组分,使混凝土具有自感知和记忆,自适应,自修复特性的多功能材料。
根据这些特性可以有效地预报混凝土材料内部的损伤,满足结构自我安全检测需要,防止混凝土结构潜在脆性破坏,并能根据检测结果自动进行修复,显著提高混凝土结构的安全性和耐久性。
正如上面所述,智能混凝士是自感知和记忆、自适应。
自修复等多种功能的综合,缺一不可,以目前的科技水平制备完善的智能混凝土材料还相当困难。
但近年来损伤自诊断混凝土、温度自调节混凝土。
仿生自愈合混凝土等一系列智能混凝土的相继出现;为智能混凝土的研究打下了坚实的基础。
1.1损伤自诊断混凝土自诊断混凝土具有压敏性和温敏性等自感应功能。
普通的混凝土材料本身不具有自感应功能,但在混凝土基材中复合部分其它材料组分使混凝土本身具备本征自感应功能。
目前常用的材料组分有:聚合类、碳类、金属类和光纤。
其中最常用的是碳类、金属类和光纤。
下面主要介绍2种当前研究比较热门的损伤自诊断混凝土。
1.1.1 碳纤维智能混凝土碳纤维是一种高强度、高弹性且导电性能良好的材料。
在水泥基材料中掺入适量碳纤维不仅可以显著提高强度和韧性,而且其物理性能,尤其是电学性能也有明显的改善,可以作为传感器并以电信号输出的形式反映自身受力状况和内部的损伤程度。
将一定形状、尺寸和掺量的短切碳纤维掺入到混凝土材料中,可以使混凝土具有自感知内部应力、应变和操作程度的功能。
通过观测,发现水泥基复合材料的电阻变化与其内部结构变化是相对应的。
碳纤维水泥基材料在结构构件受力的弹性阶段,其电阻变化率随内部应力线性增加,当接近构件的极限荷载时,电阻逐渐增大,预示构件即将破坏。
而基准水泥基材料的导电性几乎无变化,直到临近破坏时,电阻变化率剧烈增大,反映了混凝土内部的应力一应变关系。
根据纤维混凝土的这一特性,通过测试碳纤维混凝土所处的工作状态,可以实现对结构工作状态的在线监测[2]。
在入碳纤维的损伤自诊断混凝土中,碳纤维混凝土本身就是传感器,可对混凝土内部在拉、压、弯静荷载和动荷载等外因作用下的弹性变形和塑性变形以及损伤开裂进行监测。
试验发现,在水泥浆中掺加适量的碳纤维作为应变传感器,它的灵敏度远远高于一般的电阻应变片。
在疲劳试验中还发现,无论在拉伸或是压缩状态下,碳纤维混凝土材料的体积电导率会随疲劳次数发生不可逆的降低。
因此,可以应用这一现象对混凝土材料的疲劳损伤进行监测。
通过标定这种自感应混凝土,研究人员决定阻抗和载重之间的关系,由此可确定以自感应混凝土修筑的公路上的车辆方位、载重和速度等参数,为交通管理的智能化提供材料基础。
碳纤维混凝土除具有压敏性外,还具有温敏性,即温度变化引起电阻变化(温阻性)及碳纤维混凝土内部的温度差会产生电位差的热电性(Seebeck效应)。
试验表明,在最高温度为70℃,最大温差为15℃的范围内,温差电动势(E)与温差t之间具有良好稳定的线性关系。
当碳纤维掺量达到一临界值时,其温差电动势率有极大值,且敏感性较高,因此可以利用这种材料实现对建筑物内部和周围环境变化的实时监控;也可以实现对大体积混凝土的温度自监控以及用于热敏元件和火警报警器等可望用于有温控和火灾预警要求的智能混凝土结构中。
碳纤维混凝土除自感应功能外,还可应用于工业防静电构造。
公路路面、机场跑道等处的化雪除冰。
钢筋混凝土结构中的钢筋阴极保护。
住宅及养殖场的电热结构等。
1.1.2光纤传感智能混凝土光纤传感智能混凝土[3],即在混凝土结构的关键部位埋人入纤维传感器或其阵列,探测混凝土在碳化以及受载过程中内部应力、应变变化,并对由于外力、疲劳等产生的变形、裂纹及扩展等损伤进行实时监测。
光在光纤的传输过程中易受到外界环境因素的影响,如温度、压力、电场、磁场等的变化而引起光波量如光强度、相位、频率、偏振态的变化。
因此人们发现,如果能测量出光波量的变化,就可以知道导致光波量变化的温度、压力、磁场等物理量的大小。
于是,出现了光纤传感技术。
近年来,国内外进行了将光纤传感器用于钢筋混凝土结构和建筑检测这一领域的研究,开展了混凝土结构应力、应变及裂缝发生与发展等内部状态的光纤传感器技术的研究,这包括在混凝土的硬化过程中进行监测和结构的长期监测。
光纤在传感器中的应用,提供了对土建结构智能及内部状态进行实时、在线无损检测手段,有利于结构的安全监测和整体评价和维护。
到目前为止,光纤传感器已用于许多工程,典型的工程有加拿大Caleary建设的一座名为BeddingtonTail的一双跨公路桥内部应变状态监测;美国Winooski的一座水电大坝的振动监测;国内工程有重庆渝长高速公路上的红槽房大桥监测和芜湖长江大桥长期监测与安全评估系统等。
1.2自调节智能混凝土自调节智能混凝土具有电力效应和电热效应等性能。
混凝土结构除了正常负荷外,人们还希望它在受台风、地震等自然灾害期间,能够调整承载能力和减缓结构振动,但因混凝土本身是惰性材料,要达到自调节的目的,必须复合具有驱动功能的组件材料,如:形状记忆合金(SMA)和电流变体(ER)等。
形状记忆合金具有形状记忆效应(SME),若在室温下给以超过弹性范围的拉伸塑性变形,当加热至少许超过相变温度,即可使原先出现的残余变形消失,并恢复到原来的尺寸。
在混凝土中埋入形状记忆合金,利用形状记忆合金对温度的敏感性和不同温度下恢复相应形状的功能,在混凝土结构受到异常荷载于扰时,通过记忆合金形状的变化,使混凝土结构内部应力重分布并产生一定的预应力,从而提高混凝土结构的承载力。
电流变体(ER)是一种可通过外界电场作用来控制其粘性、弹性等流变性能双向变化的悬胶液。
在外界电场的作用下,电流变体可于0.1ms级时间内组合成链状或网状结构的固凝胶,其初度随电场增加而变调到完全固化,当外界电场拆除时,仍可恢复其流变状态。
在混凝土中复合电流变体,利用电流变体的这种流变作用,当混凝土结构受到台风,地震袭击时调整其内部的流变特性,改变结构的自振频率、阻尼特性以达到减缓结构振动的目的。
有些建筑物对其室内的湿度有严格的要求,如各类展览馆、博物馆及美术馆等,为实现稳定的湿度控制,往往需要许多湿度传感器、控制系统及复杂的布线等,其成本和使用维持的费用都较高。
日本学者研制的自动调节环境温度的混凝土材料自身即可完成对室内环境湿度的探测,并根据需要对其进行调控。
这种混凝土材料带来自动调节环境湿度功能的关键组分是沸石粉。
其机理为:沸石中的硅酸钙含有(3-9)X10-10m的孔隙。
这些孔隙可以对水分、N0x和S0x 气体选择性的吸附。
通过对沸石种类进行选择,可以制备符合实际应用需要的自动调节环境湿度的混凝土复合材料。
它具有如下特点:优先吸附水分;水蒸气压力低的地方,其吸湿容量大;吸、放湿与温度相关,温度上升时放湿,温度下降时吸湿。
1.3自修复智能混凝土混凝土结构在使用过程中,大多数结构是带缝工作的。
混凝土产生裂缝,不仅强度降低,而且空气中的CO2、酸雨和氯化物等极易通过裂缝侵人混凝土内部,使混凝土发生碳化,并腐蚀混凝土内的钢筋,这对地下结构物或盛有危险品的处理设施尤为不利,一旦混凝土发生裂缝,要想检查和维修都很困难。
自修复混凝土就是应这方面的需要而产生的。
在人类现实生活中可以见到人的皮肤划破后,经一段时间皮肤会自然长好,而且修补得天衣无缝;骨头折断后,只要接好骨缝,断骨就会自动愈合。
自愈合混凝土[4]就是模仿生物组织,对受创伤部位自动分泌某种物质,而使创伤部位得到愈合的机能,在混凝土传统组分中复合特性组分(如含有粘结剂的液芯纤维或胶囊)在混凝土内部形成智能型仿生自愈合神经网络系统,模仿动物的这种骨组织结构和受创伤后的再生、恢复机理。
采用粘结材料和基材相复合的方法,使材料损伤破坏后,具有自行愈合和再生功能,恢复甚至提高材料性能的新型复合材料。
在日本,以东北大学三桥博三教授为首的日本学者将内含粘结剂的胶囊或空心玻璃纤维掺入混凝土材料中,一旦混凝土在外力作用下发生开裂,部分胶囊或空心玻璃纤维破裂,粘结液流出并深人裂缝。
粘结液可使混凝土裂缝重新愈合。
美国伊利诺伊斯大学的CarolynDry在1994年采用类似的方法,将在空心玻璃纤维中注人缩醛高分子溶液作为粘结剂埋人混凝土中使混凝土具有自愈合功能。
在此基础上CarolynDry还根据动物骨骼的结构和形成机理,尝试制备仿生混凝土材料,其基本原理是采用磷酸钙水泥(含有单聚物)为基体材料,在其中加人多孔的编织纤维网。
在水泥水化和硬化过程中,多孔纤维释放出聚合反应引发剂与单聚物聚合成高聚物,聚合反应留下的水分参与水泥水化。
这样便在纤维网的表面形成大量有机与无机物,它们相互穿插粘结,最终形成的复合材料是与动物骨骼结构相似的无机与有机相结合的材料,具有优异的强度及延性等性能。
而且在材料使用过程中,如果发生损伤,多孔有机纤维会释放高聚物,愈合损伤。
2智能混凝规究现状和应注意的问题前面所述的自诊断、自调节和自修复混凝土是智能混凝土研究的初级阶段,它们只具备了智能混凝土的某一基本特征,是一种智能混凝土的简化形式。