浅谈智能混凝土

1、第 浅谈智能混凝土论文导读：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、自修复的智能混凝土已成为混凝土发展的趋势。自诊断混凝土具有压敏性和温敏性等自感应功能。自修复混凝土是一种具有感知和修复性能的混凝土。关键词：智能混凝土，自诊断混凝土，自调节混凝土，自修复混凝土 引言 现代材料科学的不断进步与发展，促进材料的不断创新与发展，混凝土作为最主要的建筑材料已逐渐向高强、高性能、多功能和智能化发展。然而混凝土结构在使用过程中由于受环境荷载作用、疲惫效应、腐蚀效应和材料老化等各种不利因素的影响，结构将不可避免地产生损伤积累、抗力衰减，甚至导致突发失稳破坏。为了有效地避免突发事故的发生，提

2、高结构的性能，延长结构的使用寿命，就必须对此类结构进行实时的健康监测，并及时进行调节和修复。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、自修复的智能混凝土已成为混凝土发展的趋势。 1.智能混凝土的定义 智能材料就是指具有感知环境（包括内环境和外环境）刺激，对之进行分析、处理、判断，并采取一定的措施进行适度响应的智能特征的材料。它能模拟生命系统，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，自动作出适时的灵敏和恰当的响应，并具有自我诊断、自我调节、自我修复和预寿命等功能。论文参考。 2.智能混凝土的分类 2.1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。由

3、于普通的混凝土材料本身不具有自感应功能,所以需要在混凝土基材中复合部分其它材料使得混凝土具有自感应功能。目前常用的复合材料是碳类、金属类和光纤等。 1）碳纤维混凝土 碳纤维是有机纤维在惰性气氛中经高温碳化而成的纤维状的碳化合物，具有重量轻、高强度，抗疲劳和阻尼特性好，耐高温，耐腐蚀以及良好的导电性等优点。在水泥基材中添加少量的碳纤维，可以显著增强其力学性能，改善其电学性能。碳纤维混凝土材料的电阻变化与其内部结构变化是相对应的，利用这一原理生产的混凝土，通过阻抗和载重之间的关系可确定公路上车辆的方位、重量和速度等参数，为交通管理的智能化提供了材料基础。另外碳纤维混凝土除具有压敏性外,还具有温敏性

4、，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效应。利用纤维混凝土的这种温阻现象可以实现对大体积混凝土的温度自监控，将来有望应用于有温控和火灾预警要求的混凝土结构中。论文参考。 2）光纤维混凝土 光纤维混凝土，即在混凝土结构的关键部位埋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，并对由于损伤进行实时监测。当光纤维混凝土结构因受力或温度变化产生变形和裂缝时,埋在混凝土中的光纤就会相应的产生变形,从而导致通过光纤的光的光波量发生变化，通过对光纤中反射光的信息进行分析,可以对裂缝进行定位。光纤维混凝土已经应用到实际中，如重庆渝长高速公路上

5、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。 3）纳米混凝土 纳米混凝土是将某各纳米材料添加到普通混凝土中，从而使混凝土一种具有优异综合性能和特殊功能的智能复合材料。纳米材料比表面积大，因而容易极易团聚，有利于发挥其特殊的改性作用，但与此同时纳米混凝土中易产生薄弱区，不利于混凝土的性能。因此，纳米材料的粒径大小应适中，制备时应做好控制使得其在基体中的均匀分布。纳米混凝土具有应变感知性能，其机理可以基于隧道效应理论（由微观粒子波动性所确定的量子效应）来解释，混凝土内微小的应变就可导致较大的电阻变化。实验表明对于掺纳米微粒的从接触导电理论和碳纤维的特性对其进行智能砂浆的水化产物结构均匀

6、、质地密实、结合紧密、没有明显的结晶体、水泥石的微观结构得到改善，故提高了混凝土的力学性能。 2.2自调节混凝土 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、减缓结构振动。由于混凝土本身属于惰性材料，必须复合具有驱动功能的组件材料,才达到自调节的目的。这种材料通常具有电力效应和电热效应等性能。如形状记忆合金（SMA）和电流变体（ER）等。 1)形状记忆合金 形状记忆合金（SME）具有形状记忆效应。论文参考。形成记忆合金通常由两种以后金属合成，当合金在高温时发生定形，冷却后存有残余形变。再次加热时，残余形变消失，合金恢复到高温时所具有的形状。这就像合金记

7、忆了高温状态的形状一样。将记忆合金埋入混凝土中,利用形状记忆合金对温度的敏感性以及在不同温度下恢复相应形状的功能,使得混凝土结构在受到异常荷载干扰时，混凝土结构内部应力发生重分布,从而提高混凝土结构的承载力。 2）电流变体 电流变体（ERF）也叫电场致流变体。它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,电流变体可于迅速组合成链状或网状结构的固凝胶,当外界电场撤去时,其可恢复其流变状态。在混凝土中加入电流变体,当混凝土结构受到台风、地震袭击时，混凝土土通过自动调整其内部的流变特性,改变结构的自振频率、阻尼特性，从而达到减缓结构振动，提高混凝土结构的

8、稳定性和耐久性。 3.3自修复混凝土 自修复混凝土是一种具有感知和修复性能的混凝土。自修复混凝土模仿生物机体受创伤后的再生、恢复机理，采有修胶粘剂和混凝土材料相复合的方法，对材料的损伤具自修复和再生功能。据此国内外学者们提出具有自修复行为的智能材料模型，即在材料的基体中布有许多细小纤维管道，管道中装有可流动的物质（类似血管）修复物质（类似血液）。当材料在外界各种因素的作用下,基体发生开裂，纤维管道发生破裂，其内修复物质流至裂缝处，发生化学反应从而实现自动粘聚愈合，提高开裂部分的强度，起到抑制开裂和修复材料的作用。1997年南京航空航天大学研究出就利用形状记忆合金和液芯光纤对复合材料结构中的损伤

9、进行自诊断、自修复。 3.研究现状及发展趋势 目前所研究的自诊断、自调节和自修复混凝土还只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，有人也它们称之为机敏混凝土。目前人们正致力于将两种以上功能进行组装的所谓智能组装混凝土材料的研究。在实际工程中仍存在着许多的问题需要解决。如对于自诊断混凝土，目前所制作的传感器初始电阻率和应变感知性能存在一定的离散性，将影响对于小应变测量的准确性。对于自修复混凝土，其结构耐久性与混凝土的断裂匹配的相容性、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问题研究尚不完全。此外对于混凝土智能化所会带来负作用，如复合的材料对混凝土强度、耐久性等的影响。因此实际工作中，对自能混凝土的利用应综合考虑各种因素 参考文献1.李