新型功能材料论文

新型功能材料

--智能混凝土

院系：XXX 姓名：XXX 学号：XXX

1.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。

2.简介

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。

3.内容

3.1分类

3.1.1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其中最常用的是碳类、金属类和光纤。下面主要介绍碳纤维智能混凝土。

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。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。

3.1.2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。。

如：形状记忆合金（SMA）。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。

3.1.3自修复智能混凝土

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。

3.2智能混凝规究现状和应注意的问题

智能混凝土具有广阔的应用前景，但作为一种新型的功能材料，如果投入实际工程，还有很多问题需要进一步地研究：如碳纤维混凝土的电阻率稳定性、电极布置方式、耐久性等；光纤混凝土的光纤传感阵列的最优排布方式；自愈合混凝土的修复粘结剂的选择。封人的方法以及愈合后混凝土耐久性能的改善等。解决上述一系列问题将对智能混凝土今后的发展产生深远的影响。为促进智能混凝土研究工作的顺利开展有必要就以下几点形成共识：

（1）开发应有针对性。所谓针对性就是要针对混凝土性能发生恶化和结构发生破坏等现象，考虑不同的智能方法，如针对这些现象，设想开发出一种能应对所有这些情况的手段是很困难的，因此，缩小智能化范围，以某种功能为对象，从而开发出相对最适应的方法是必要的。

（2）实施中应具有可行性。浇注混凝土多在施工现场进行，因而作为智能混凝土的施工方法，对其技术与工艺要求不能过高。应以原有工艺为基础开发相应的较为简单的方法。选用的材料应具有化学稳定性，要有利于安全使用，不挥发任何有刺激的气味和其它有害物质，并能大量应用而且成本较低。

（3）设计应具有综合性。采用智能化，虽然可以提高材料的耐久性，但也会带来负面作用。如由于使用了某种材料虽然能对某种恶化现象进行控制和改善，但是否会对强度等其它性能有所影响，所有这些正反两方面的问题都必须在判断和设计时进行综合考虑和权衡。

4.总结

智能混凝土是智能化时代的产物，它在对重大土木基础设施应变的实量监测、损伤的无损评估、及时修复以及减轻台风、地震的冲击等诸多方面有很大的潜力，对确保建筑物的安全和长期的耐久性都具有重要性。而且在现代建筑向智能化发展的背景下，对传统的建筑材料的研究、制造、缺陷预防和修复等都提出了强烈的挑战。智能混凝土材料作为建筑材料领域的高新技术，为传统建材的未来发展注入了新的内容和活力，也提供了全新的机遇。其发展必将使混凝土材料的应用具有更广阔的前景和产生巨大的社会经济效益。