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：287

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(fù)合智能型組分，使混凝土具有自感知和記憶、自適應(yīng)、自修復(fù)特性的多功能材料。根據(jù)這些特性可以有效地預(yù)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(jìn)行修復(fù)，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(dāng)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(yīng)功能。普通的混凝土材料本身不具有自感應(yīng)功能，但在混凝土基材中復(fù)合部分其他材料組分使混凝土本身具備本征自感應(yīng)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(qiáng)度、高彈性且導(dǎo)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(qiáng)度和韌性，而且其物理性能，尤其是電學(xué)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(yīng)力、應(yīng)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(yīng)的。反映了混凝土內(nèi)部的應(yīng)力一應(yīng)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(dǎo)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(yīng)用這一現(xiàn)象對混凝土材料的疲勞損傷進(jìn)行監(jiān)測，尤其對公路、鐵路橋梁監(jiān)控有較大的應(yīng)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(yīng)用于工業(yè)防靜電構(gòu)造、公路路面、機(jī)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(hù)、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(yīng)力、應(yīng)變變化，并對由于外力、疲勞等產(chǎn)生的變形、裂紋及擴(kuò)展等。損傷進(jìn)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(yīng)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(yīng)和電熱效應(yīng)等性能?；炷两Y(jié)構(gòu)除了正常負(fù)荷外，人們還希望它在受臺風(fēng)、地震等自然災(zāi)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(dá)到自調(diào)節(jié)的目的，必須復(fù)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(fù)相應(yīng)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(yīng)力重分布并產(chǎn)生一定的預(yù)應(yīng)力，從而提高混凝土結(jié)構(gòu)的承載力。在混凝土中復(fù)合電流變體，利用電流變體的這種流變作用，當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)受到臺風(fēng)，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(dá)到減緩結(jié)構(gòu)振動的目的。
3.自修復(fù)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。混凝土產(chǎn)生裂縫，不僅強(qiáng)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(fù)混凝土就是應(yīng)這方面的需要而產(chǎn)生的。在混凝土傳統(tǒng)組分中復(fù)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(fù)機(jī)理。采用黏結(jié)材料和基材相復(fù)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(fù)甚至提高材料性能的新型復(fù)合材料。


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