太平洋帶你了解智能混凝土

時間：2021-11-04作者：北京太平洋水泥制品有限公司瀏覽：291

你知道智能混凝土嗎？好像感覺混凝土與智能完全不搭邊，今天太平洋小編就跟大家聊聊混凝土怎么變智能的。
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。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)。
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。普通的混凝土材料本身不具有自感應功能，但在混凝土基材中復合部分其他材料組分使混凝土本身具備本征自感應功能。目前常用的材料組分有：聚合類、碳類、金屬類和光纖。其中較常用的是碳類、金屬類和光纖。
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。將一定形狀、尺寸和摻量的短切碳纖維摻入到混凝土材料中，可以使混凝土具有自感知內(nèi)部應力、應變和操作程度的功能。例如，碳纖維混凝土的電阻變化與其內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化是相對應的。反映了混凝土內(nèi)部的應力一應變關(guān)系，可實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)的在線監(jiān)測；碳纖維混凝土材料的體積電導率會隨疲勞次數(shù)的增加發(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，尤其對公路、鐵路橋梁監(jiān)控有較大的應用**；利用碳纖維混凝土的溫度敏感性，可以實現(xiàn)對建筑物內(nèi)部和周圍環(huán)境變化的實時監(jiān)控；也可以實現(xiàn)對大體積混凝土的溫度自監(jiān)控以及用于熱敏元件和火警報警器等。此外還可應用于工業(yè)防靜電構(gòu)造、公路路面、機場跑道等處的化雪除冰、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋陰極保護、住宅及養(yǎng)殖場的電熱結(jié)構(gòu)等。光纖傳感智能混凝土，是在混凝土結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位埋入纖維傳感器或其陣列，探測混凝土在碳化以及受載過程中內(nèi)部應力、應變變化，并對由于外力、疲勞等產(chǎn)生的變形、裂紋及擴展等。損傷進行實時監(jiān)測。到目前為止，光纖傳感器已用于許多工程，典型的工程有加拿大Caleary建設(shè)的一座名為 Beddington Tail的雙跨公路橋內(nèi)部應變狀態(tài)監(jiān)測、美國 Winooski的一座水電大壩的振動監(jiān)測，國內(nèi)工程有重慶渝長高速公路上的紅槽房大橋監(jiān)測和蕪湖長江大橋長期監(jiān)測與安全評估系統(tǒng)等。
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?；炷两Y(jié)構(gòu)除了正常負荷外，人們還希望它在受臺風、地震等自然災害期間，能夠調(diào)整承載能力和減緩結(jié)構(gòu)振動，但因混凝土本身是惰性材料，要達到自調(diào)節(jié)的目的，必須復合具有驅(qū)動功能的組件材料，如：形狀記憶合金(SMA)和電流變體(ER)等。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)受到異常荷載干擾時，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。在混凝土中復合電流變體，利用電流變體的這種流變作用，當混凝土結(jié)構(gòu)受到臺風，地震襲擊時調(diào)整其內(nèi)部的流變特性，改變結(jié)構(gòu)的自振頻率、阻尼特性以達到減緩結(jié)構(gòu)振動的目的。
3.自修復智能混凝土
混凝土結(jié)構(gòu)在使用過程中，大多數(shù)是帶縫工作的?；炷廉a(chǎn)生裂縫，不僅強度降低，而且空氣中的CO2、酸雨和氯化物等較***裂縫侵入混凝土內(nèi)部，使混凝土發(fā)生碳化，并腐蝕混凝土內(nèi)的鋼筋，這對地下結(jié)構(gòu)物或盛有危險品的處理設(shè)施尤為不利，而且一旦混凝土產(chǎn)生裂縫，要想檢查和維修都很困難。自修復混凝土就是應這方面的需要而產(chǎn)生的。在混凝土傳統(tǒng)組分中復合特性組分(如含有黏結(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。采用黏結(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。


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