土木工程的展望
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
• 对结构进行实时的“健康”监测，并及时进行修复。 • 传统的混凝土结构的维修方式？ • 研究和开发具有主动地对结构进行自诊断、自修复的智
能混凝土已成为发展趋势 。
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。
(4)在建筑工业方面的应用
玻璃纤维增强的聚合物基复合材料(玻璃钢)具 有力学性能优异，隔热、隔声性能良好，吸水率 低，耐腐蚀性能好和装饰性能好的特点，因此， 它是一种理想的建筑材料。
在建筑上，玻璃钢被用作承力结构、围护结 构、冷却塔、水箱、卫生洁具、门窗等。
(5)在机械工业方面的应用
复合材料在机械制造工业中，用于制造各种叶 片、风机、各种机械部件如齿轮、皮带轮和防护 罩等。
(1) 在航空、航天方面的应用 由于复合材料的轻质高强持性，使其在航空 航天领域得到广泛的应用。在航空方面，主要用 作战斗机的机冀蒙皮、机身、垂尾、副翼、水平 尾冀、雷达罩、侧壁板、隔框、翼肋和加强筋等 主承力构件。
(2)在交通运输方面的应用
由复合材料制成的汽车质量减轻，在相同 条件下的耗油量只有钢制汽车的1／4，而且在 受到撞击时复合材料能大幅度吸收冲击能量， 保护人员的安全。
14章 土木工程的展望
• 建筑材料的发展 • 工程项目的发展 • 可持续性的土木工程
建筑材料向高性能方向发展
• 复合材料 • 智能材料 • 纳米材料
复合材料
• 由两个或多个相组成的混合物。 • 一般至少含有两个相，分散相Biblioteka Baidu连续相（也称
基体）。它不仅发挥了各相的优点，而且还具 有各单一相所没有的某些特性。
碳纤维智能混凝土
• 碳纤维混凝土除具有压敏性，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、应变的功 能。
• 碳纤维混凝土除具有压敏性外，还具有温敏性， 因此可以实现对建筑物内部和周围环境变化的 实时监控；可望用于有温控和火灾预警要求的 智能混凝土结构中。
(4)智能复合材料
智能复合材料是指具有感知、识别及处理能力 的复合材料。在技术上是通过传感器、驱动器、控 制器来实现复合材料的上述能力。
例如，当用智能复合材料制造的飞机部件发生 损伤时，可由埋入的传感器在线检测到该损伤，通 过控制器决策后，控制埋入的形状记忆合金动作， 在损伤周围产生压应力，从而防止损伤的继续发展， 大大提高了飞机的安全性能。
用复合材料制造叫片具力制造容易、质量轻、 耐腐蚀等优点，各种风力发电机叶片都是由复合 材料制造的。
(6)在体育用品方面的应用
在体育用品方面，复合材料被用于制造赛车、 赛艇、皮艇、划桨、撑杆、球拍、弓箭、雪橇等。
复合材料今后的发展方向
(1)降低成本 由于复合材料的性能优于传统材料，如能降
低复合材料的成本，其应用前景将是非常广阔的。
(5)仿生复合材料
复合材料的设计从常规设计向仿生设计发展。
仿照竹子从表皮到内层纤维由密排到疏松的 特点，成功地制备出具有明显组织梯度与性能梯 度的新型梯度复合材料。
仿照鲍鱼壳的结构，由碳、铝和硼混合成 陶瓷细带制成了10微米厚的薄层，由此得到的 层状复合材料比其原材料坚固40％。
(6) 环保型复合材料
(2)高性能复合材料的研制
高性能复合材料是指具有高强度、高模量、耐 高温等特性的复合材料。
随着人类向太空发展，航空航天工业对高性能 复合材料的需求量越来越大，而且也会提出更高的 性能要求，如更高的强度要求、更高的耐温要求等。
(3)功能性复合材料 功能复合材料是指具有导电、超导、微波、摩
擦、吸声、阻尼、烧蚀等功能的复合材料。
用复合材料制造的汽车部件较多，如车体、 驾驶室、挡泥板、保险杠、引擎罩、仪表盘、驱 动轴、板黄等。
随着列车速度的不断提高，火车部件用复合 材料来制造是最好的选择。复合材料常被用于制 造高速列车的车箱外壳、内装饰材料、整体卫生 间、车门窗、水箱等。
(3)在电气工业方面的应用
聚合物基复合材料是一种优异的电绝缘材料， 被广泛地用于电机、电工器材的制造，如绝缘板、 绝缘管、印刷线路板、电机护环、槽楔、高压绝缘 子、带电操作工具等。
氮化硅结构陶瓷被用作航天飞机的防热瓦
硼纤维金属基复合材料制成的火箭履轴的管道输送部件
美国B-2隐形轰炸机表面为具有良好吸波性能的碳纤维复合材料
由光导纤维构成的光缆
先进橡胶轮胎使汽车成为交通主宰
赛车上使用的特殊轮胎
高分子分离膜已被用来制造高效家庭净水器
人工肾脏
生物陶瓷人造关节
可调节的太阳镜 耐高温纤维制成的消防人员的服装
陕西半坡人－－草梗合泥筑墙，且延用至今； 漆器－－麻纤维和土漆复合而成，至今已四千多年； 敦煌壁画－－泥胎、宫殿建筑里园木表面的披麻覆漆。
现代复合材料的制作成功则要从1942年，第 二次世界大战中，玻璃纤维增强聚酯树脂复合材 料被美国空军用于制造飞机构件开始算起。
复合材料的应用
与传统材料(如金属、木材、水泥等)相比，复 合材料是一种新型材料。它具有许多优良的性能， 并且其成本在逐渐地下降，成型工艺的机械化、白 动化程度也在不断地提高。团此，复合材料的应用 领域日益广泛。
从环境保护的角度看，目前的复合材料大多注 重材料性能和加工工艺性能，而在回收利用上存在 与环境不相协调的问题。因此，开发、使用与环境 相协调的复合材料，是复合材料今后的发展方向 之—。
智能材料
• 智能材料：“能感知环境条件，做出相应行动”的 材料。 具有自我诊断、自我调节、自我修复等功能。
• 疲劳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。
根据分散相的几何形状可分为三种基本类型 • 颗粒型(粒状)：混凝土 • 纤维型(纤维状)：纤维增强塑料 • 层合型(薄片状)：胶合板
天然复合材料
自然界中存在许许多多的天然复合材料。例如， 树木和竹子是纤维素和木质素的复合体； 动物的骨骼则由无机磷酸盐和蛋白质胶原复合而成。
人类很早就接触和使用各种天然复合材料，并 仿效自然界制作各种各样的复合材料。例如
能混凝土已成为发展趋势 。
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。
(4)在建筑工业方面的应用
玻璃纤维增强的聚合物基复合材料(玻璃钢)具 有力学性能优异，隔热、隔声性能良好，吸水率 低，耐腐蚀性能好和装饰性能好的特点，因此， 它是一种理想的建筑材料。
在建筑上，玻璃钢被用作承力结构、围护结 构、冷却塔、水箱、卫生洁具、门窗等。
(5)在机械工业方面的应用
复合材料在机械制造工业中，用于制造各种叶 片、风机、各种机械部件如齿轮、皮带轮和防护 罩等。
(1) 在航空、航天方面的应用 由于复合材料的轻质高强持性，使其在航空 航天领域得到广泛的应用。在航空方面，主要用 作战斗机的机冀蒙皮、机身、垂尾、副翼、水平 尾冀、雷达罩、侧壁板、隔框、翼肋和加强筋等 主承力构件。
(2)在交通运输方面的应用
由复合材料制成的汽车质量减轻，在相同 条件下的耗油量只有钢制汽车的1／4，而且在 受到撞击时复合材料能大幅度吸收冲击能量， 保护人员的安全。
14章 土木工程的展望
• 建筑材料的发展 • 工程项目的发展 • 可持续性的土木工程
建筑材料向高性能方向发展
• 复合材料 • 智能材料 • 纳米材料
复合材料
• 由两个或多个相组成的混合物。 • 一般至少含有两个相，分散相Biblioteka Baidu连续相（也称
基体）。它不仅发挥了各相的优点，而且还具 有各单一相所没有的某些特性。
碳纤维智能混凝土
• 碳纤维混凝土除具有压敏性，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、应变的功 能。
• 碳纤维混凝土除具有压敏性外，还具有温敏性， 因此可以实现对建筑物内部和周围环境变化的 实时监控；可望用于有温控和火灾预警要求的 智能混凝土结构中。
(4)智能复合材料
智能复合材料是指具有感知、识别及处理能力 的复合材料。在技术上是通过传感器、驱动器、控 制器来实现复合材料的上述能力。
例如，当用智能复合材料制造的飞机部件发生 损伤时，可由埋入的传感器在线检测到该损伤，通 过控制器决策后，控制埋入的形状记忆合金动作， 在损伤周围产生压应力，从而防止损伤的继续发展， 大大提高了飞机的安全性能。
用复合材料制造叫片具力制造容易、质量轻、 耐腐蚀等优点，各种风力发电机叶片都是由复合 材料制造的。
(6)在体育用品方面的应用
在体育用品方面，复合材料被用于制造赛车、 赛艇、皮艇、划桨、撑杆、球拍、弓箭、雪橇等。
复合材料今后的发展方向
(1)降低成本 由于复合材料的性能优于传统材料，如能降
低复合材料的成本，其应用前景将是非常广阔的。
(5)仿生复合材料
复合材料的设计从常规设计向仿生设计发展。
仿照竹子从表皮到内层纤维由密排到疏松的 特点，成功地制备出具有明显组织梯度与性能梯 度的新型梯度复合材料。
仿照鲍鱼壳的结构，由碳、铝和硼混合成 陶瓷细带制成了10微米厚的薄层，由此得到的 层状复合材料比其原材料坚固40％。
(6) 环保型复合材料
(2)高性能复合材料的研制
高性能复合材料是指具有高强度、高模量、耐 高温等特性的复合材料。
随着人类向太空发展，航空航天工业对高性能 复合材料的需求量越来越大，而且也会提出更高的 性能要求，如更高的强度要求、更高的耐温要求等。
(3)功能性复合材料 功能复合材料是指具有导电、超导、微波、摩
擦、吸声、阻尼、烧蚀等功能的复合材料。
用复合材料制造的汽车部件较多，如车体、 驾驶室、挡泥板、保险杠、引擎罩、仪表盘、驱 动轴、板黄等。
随着列车速度的不断提高，火车部件用复合 材料来制造是最好的选择。复合材料常被用于制 造高速列车的车箱外壳、内装饰材料、整体卫生 间、车门窗、水箱等。
(3)在电气工业方面的应用
聚合物基复合材料是一种优异的电绝缘材料， 被广泛地用于电机、电工器材的制造，如绝缘板、 绝缘管、印刷线路板、电机护环、槽楔、高压绝缘 子、带电操作工具等。
氮化硅结构陶瓷被用作航天飞机的防热瓦
硼纤维金属基复合材料制成的火箭履轴的管道输送部件
美国B-2隐形轰炸机表面为具有良好吸波性能的碳纤维复合材料
由光导纤维构成的光缆
先进橡胶轮胎使汽车成为交通主宰
赛车上使用的特殊轮胎
高分子分离膜已被用来制造高效家庭净水器
人工肾脏
生物陶瓷人造关节
可调节的太阳镜 耐高温纤维制成的消防人员的服装
陕西半坡人－－草梗合泥筑墙，且延用至今； 漆器－－麻纤维和土漆复合而成，至今已四千多年； 敦煌壁画－－泥胎、宫殿建筑里园木表面的披麻覆漆。
现代复合材料的制作成功则要从1942年，第 二次世界大战中，玻璃纤维增强聚酯树脂复合材 料被美国空军用于制造飞机构件开始算起。
复合材料的应用
与传统材料(如金属、木材、水泥等)相比，复 合材料是一种新型材料。它具有许多优良的性能， 并且其成本在逐渐地下降，成型工艺的机械化、白 动化程度也在不断地提高。团此，复合材料的应用 领域日益广泛。
从环境保护的角度看，目前的复合材料大多注 重材料性能和加工工艺性能，而在回收利用上存在 与环境不相协调的问题。因此，开发、使用与环境 相协调的复合材料，是复合材料今后的发展方向 之—。
智能材料
• 智能材料：“能感知环境条件，做出相应行动”的 材料。 具有自我诊断、自我调节、自我修复等功能。
• 疲劳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。
根据分散相的几何形状可分为三种基本类型 • 颗粒型(粒状)：混凝土 • 纤维型(纤维状)：纤维增强塑料 • 层合型(薄片状)：胶合板
天然复合材料
自然界中存在许许多多的天然复合材料。例如， 树木和竹子是纤维素和木质素的复合体； 动物的骨骼则由无机磷酸盐和蛋白质胶原复合而成。
人类很早就接触和使用各种天然复合材料，并 仿效自然界制作各种各样的复合材料。例如