智能混凝土

智能混凝土

题目: 智能混凝土

班级: 18401

专业: 复合材料与工程

学生姓名: 张瑾瑜

日期: 2012年5月20日

智能混凝土

张瑾瑜

（哈尔滨工业大学黑龙江哈尔滨150001）

摘要：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。本文阐述智能混凝土的分类、特点和作用机理，介绍其研究现状，及其在道路交通等方面的应用。

关键词：智能混凝土损伤自诊断混凝土自调节混凝土自修复混凝土

1.智能混凝土的定义及发展历史

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。

2.智能混凝土的分类及作用机理

2.1 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。由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。

2.1.1碳纤维智能混凝土

碳纤维智能混凝土是在普通混凝土中掺入短切碳纤维而成的一种复合材料。这种材料不但具有优良的力学性能，而且具有机敏特性。利用这种机敏特性，可以实现对混凝土结构在服役期间的健康监测以及在遭受自然灾害时对结构的损伤积累，剩余寿命进行早期预报。在普通混凝土中添加少量一定形状碳纤维和超细添加剂，不仅可显著提高混凝土的强度和韧性，而且其电学性能也有了明显改善，具备本征自感应、自调节功能，它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；作为驱动器调节自身温度、应力及变形，在智能材料结构系统的研究和开发中倍受关注。碳纤维混凝土(CFRC)的智能特性主要表现在它的压敏性、温敏性和磁敏性上。

利用碳纤维智能混凝土的压敏性，通过与碳纤维相连的计算机，可直接反映所在结构部位混凝土的工作状态，实现在线监测。当结构内部应力接近损伤区或破坏区时，即可自动报警；利用其温敏性，碳纤维导电后会产生电热效应，可有效清除混凝上路面上的冰雪；利用磁敏性，可增强混凝土的屏蔽功能，因此碳纤维电磁屏蔽混凝土可广泛应用于防护工事等。

2.1.2光纤维智能混凝土

光纤维混凝土。即在混凝土结构的关键部位埋人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统等。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等。

2.1.3纳米智能混凝土

纳米混凝土是一种具有优异综合性能和特殊功能的智能复合材料。纳米混凝土就是将某种纳米材料添加到普通混凝土中，从而使其具有传统混凝土所不具备的特性。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。

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、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

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。

2.2.1 形状记忆合金

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干扰时，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。而提高混凝土结构的承载力。

2.2.2 电流变体

电流变体(ER)是一种可通过外界电场作用来控制其黏性、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O．1 ms级时间内组合成链状或网状结构的固凝胶，其黏度随电场增加而变稠到完全固化，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。

2.3 自修复混凝土

自修复混凝土，是模仿生物机体受创伤后的再生、恢复机理，采用修复胶粘剂和混凝土材料相复合的方法，对材料损伤破坏具有自修复和再生功能的一种新型复合材料。国内外学者们提出了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的管道（类似血管），管中装有可流动的物质———修复物质（类似血液）。在外界环境作用下，当材料基体开裂时，纤维随即发生裂开，其内装的修复剂流到裂缝处，由化学作用自动实现粘合，这可以提高开裂部分的强度，增强弯曲的能力，从而起到抑制开裂和修复材料的作用。若采用低模量的胶粘剂修复混凝土，则可以改善建筑结构的阻尼特性，提高混凝土材料的柔韧