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新型功能材料--智能混凝土
院系：XXX 姓名：XXX 學號：XXX
1.摘要
智能混凝土是現(xiàn)代建筑材料與現(xiàn)代科技相結(jié)合的產(chǎn)物，是傳統(tǒng)混凝土材料發(fā)展的高級階段�；仡櫫酥悄芑炷恋陌l(fā)展歷史和研究現(xiàn)狀，展望了智能混凝土的發(fā)展趨勢和應用前景，闡述了研究中應注意的問題。
2.簡介
智能材料，指的是“能感知環(huán)境條件，做出相應行動”的材料。它能模仿生命系統(tǒng)，同時具有感知和激勵雙重功能，能對外界環(huán)境變化因素產(chǎn)生感知，自動作出適時。靈敏和恰當?shù)捻憫�，并具有自我診斷、自我調(diào)節(jié)、自我修復和預報壽命等功能。智能混凝土是在混凝土原有組分基礎(chǔ)上復合智能型組分，使混凝土具有自感知和記憶，自適應，自修復特性的多功能材料。根據(jù)這些特性可以有效地預報混凝土材料內(nèi)部的損傷，滿足結(jié)構(gòu)自我安全檢測需要，防止混凝土結(jié)構(gòu)潛在脆性破壞，并能根據(jù)檢測結(jié)果自動進行修復，顯著提高混凝土結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性。正如上面所述，智能混凝士是自感知和記憶、自適應。自修復等多種功能的綜合，缺一不可，以目前的科技水平制備完善的智能混凝土材料還相當困難。但近年來損傷自診斷混凝土、溫度自調(diào)節(jié)混凝土。仿生自愈合混凝土等一系列智能混凝土的相繼出現(xiàn)；為智能混凝土的研究打下了堅實的基礎(chǔ)。
3.內(nèi)容
3.1分類
3.1.1損傷自診斷混凝土
自診斷混凝土具有壓敏性和溫敏性等自感應功能其中最常用的是碳類、金屬類和光纖。下面主要介紹碳纖維智能混凝土。
碳纖維是一種高強度、高彈性且導電性能良好的材料。在水泥基材料中摻入適量碳纖維不僅可以顯著提高強度和韌性，而且其物理性能，尤其是電學性能也有明顯的改善，可以作為傳感器并以電信號輸出的形式反映自身受力狀況和內(nèi)部的損傷程度。在入碳纖維的損傷自診斷混凝土中，碳纖維混凝土本身就是傳感器，可對混凝土內(nèi)部在拉、壓、彎靜荷載和動荷載等外因作用下的彈性變形和塑性變形以及損傷開裂進行監(jiān)測。試驗發(fā)現(xiàn)，在水泥漿中摻加適量的碳纖維作為應變傳感器，它的靈敏度遠遠高于一般的電阻應變片。在疲勞試驗中還發(fā)現(xiàn)，無論在拉伸或是壓縮狀態(tài)下，碳纖維混凝土材料的體積電導率會隨疲勞次數(shù)發(fā)生不可逆的降低。因此，可以應用這一現(xiàn)象對混凝土材料的疲勞損傷進行監(jiān)測。通過標定這種自感應混凝土，研究人員決定阻抗和載重之間的關(guān)系，由此可確定以自感應混凝土修筑的公路上的車輛方位、載重和速度等參數(shù)，為交通管理的智能化提供材料基礎(chǔ)。
3.1.2自調(diào)節(jié)智能混凝土
自調(diào)節(jié)智能混凝土具有電力效應和電熱效應等性能。。
如：形狀記憶合金（SMA）。形狀記憶合金具有形狀記憶效應（SME），若在室溫下給以超過彈性范圍的拉伸塑性變形，當加熱至少許超過相變溫度，即可使原先出現(xiàn)的殘余變形消失，并恢復到原來的尺寸。在混凝土中埋入形狀記憶合金，利用形狀記憶合金對溫度的敏感性和不同溫度下恢復相應形狀的功能，在混凝土結(jié)構(gòu)受到異常荷載于擾時，通過記憶合金形狀的變化，使混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部應力重分布并產(chǎn)生一定的預應力，從而提高混凝土結(jié)構(gòu)的承載力。
3.1.3自修復智能混凝土
在人類現(xiàn)實生活中可以見到人的皮膚劃破后，經(jīng)一段時間皮膚會自然長好，而且修補得天衣無縫；骨頭折斷后，只要接好骨縫，斷骨就會自動愈合。自愈合混凝土就是模仿生物組織，對受創(chuàng)傷部位自動分泌某種物質(zhì)，而使創(chuàng)傷部位得到愈合的機能，在混凝土傳統(tǒng)組分中復合特性組分（如含有粘結(jié)劑的液芯纖維或膠囊）在混凝土內(nèi)部形成智能型仿生自愈合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，模仿動物的這種骨組織結(jié)構(gòu)和受創(chuàng)傷后的再生、恢復機理。采用粘結(jié)材料和基材相復合的方法，使材料損傷破壞后，具有自行愈合和再生功能，恢復甚至提高材料性能的新型復合材料。
3.2智能混凝規(guī)究現(xiàn)狀和應注意的問題
智能混凝土具有廣闊的應用前景，但作為一種新型的功能材料，如果投入實際工程，還有很多問題需要進一步地研究：如碳纖維混凝土的電阻率穩(wěn)定性、電極布置方式、耐久性等；光纖混凝土的光纖傳感陣列的最優(yōu)排布方式；自愈合混凝土的修復粘結(jié)劑的選擇。封人的方法以及愈合后混凝土耐久性能的改善等。解決上述一系列問題將對智能混凝土今后的發(fā)展產(chǎn)生深遠的影響。為促進智能混凝土研究工作的順利開展有必要就以下幾點形成共識：
（1）開發(fā)應有針對性。所謂針對性就是要針對混凝土性能發(fā)生惡化和結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞等現(xiàn)象，考慮不同的智能方法，如針對這些現(xiàn)象，設(shè)想開發(fā)出一種能應對所有這些情況的手段是很困難的，因此，縮小智能化范圍，以某種功能為對象，從而開發(fā)出相對最適應的方法是必要的。
（2）實施中應具有可行性。澆注混凝土多在施工現(xiàn)場進行，因而作為智能混凝土的施工方法，對其技術(shù)與工藝要求不能過高。應以原有工藝為基礎(chǔ)開發(fā)相應的較為簡單的方法。選用的材料應具有化學穩(wěn)定性，要有利于安全使用，不揮發(fā)任何有刺激的氣味和其它有害物質(zhì)，并能大量應用而且成本較低。
（3）設(shè)計應具有綜合性。采用智能化，雖然可以提高材料的耐久性，但也會帶來負面作用。如由于使用了某種材料雖然能對某種惡化現(xiàn)象進行控制和改善，但是否會對強度等其它性能有所影響，所有這些正反兩方面的問題都必須在判斷和設(shè)計時進行綜合考慮和權(quán)衡。
4.總結(jié)
智能混凝土是智能化時代的產(chǎn)物，它在對重大土木基礎(chǔ)設(shè)施應變的實量監(jiān)測、損傷的無損評估、及時修復以及減輕臺風、地震的沖擊等諸多方面有很大的潛力，對確保建筑物的安全和長期的耐久性都具有重要性。而且在現(xiàn)代建筑向智能化發(fā)展的背景下，對傳統(tǒng)的建筑材料的研究、制造、缺陷預防和修復等都提出了強烈的挑戰(zhàn)。智能混凝土材料作為建筑材料領(lǐng)域的高新技術(shù)，為傳統(tǒng)建材的未來發(fā)展注入了新的內(nèi)容和活力，也提供了全新的機遇。其發(fā)展必將使混凝土材料的應用具有更廣闊的前景和產(chǎn)生巨大的社會經(jīng)濟效益。
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