1智能混凝土的定義
智能混凝土是在傳統(tǒng)混凝土的基礎(chǔ)上復(fù)合智能型組分(如傳感器、驅(qū)動器和微處理器等)，使混凝土成為既能承載又具有傳遞信息、自行判斷和執(zhí)行命令等特定功能的多功能材料。
智能混凝土起源于二十世紀(jì)60年代，當(dāng)時蘇聯(lián)學(xué)者首先采用碳黑為導(dǎo)電組分嘗試制備了水泥基導(dǎo)電復(fù)合材料。二十世紀(jì)80年代末，日本的研究人員設(shè)想并著手開發(fā)“對環(huán)境變化具有感知和控制功能”的智能建筑材料。1993年，美國開辦了與土木建筑有關(guān)的智能材料與智能結(jié)構(gòu)的工廠。我國從二十世紀(jì)90年代中期開始針對碳纖維片材加固修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)領(lǐng)域進(jìn)行研究，雖然起步較晚，但在我國科研機(jī)構(gòu)和高等院校的共同努力下已取得大量成果。
2智能混凝土的種類
2.1自調(diào)節(jié)智能混凝土
實(shí)際應(yīng)用中，人們希望混凝土不僅能夠承受負(fù)荷，還要求其在臺風(fēng)和地震等自然災(zāi)害發(fā)生時能夠自動調(diào)節(jié)承載能力并減緩結(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)動功能的材料。目前已廣泛使用的驅(qū)動材料為形狀記憶合金(ShapeMemoryAlloy,SMA)和電流變體(Electro-Rheid,ER)。
在室溫下對形狀記憶合金施以超過彈性范圍的拉伸使其產(chǎn)生塑性變形，將其加熱至略微超過相變溫度，即可使變形消失，并恢復(fù)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，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)力重新分布并產(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。形狀記憶合金的另一個顯著優(yōu)點(diǎn)是相變偽彈性性能和相變滯后性能，其應(yīng)力-應(yīng)變曲線在加卸載過程中形成環(huán)狀，這說明形狀記憶合金在此過程中可吸收和耗散大量能量。因此，利用形狀記憶合金形成的被動耗能控制系統(tǒng)可以用來消耗大量地震能量，從而減輕地震災(zāi)害。有試驗(yàn)結(jié)果表明，安裝了形狀記憶合金耗能器的結(jié)構(gòu)可吸收60%左右的地震能量，結(jié)構(gòu)的位移可得到明顯的抑制。
電流變體是一種可通過外界電場作用來控制其粘性和彈性等流變性能雙向變化的懸膠液。在外界電場的作用下，其稠度隨電場的增加而增加直到完全固化，電流變體可于0.1ms內(nèi)組合成鏈狀或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的固體凝膠，當(dāng)外界電場消失后，仍可恢復(fù)其流變狀態(tài)。在混凝土中復(fù)合電流變體，當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)受到臺風(fēng)和地震襲擊時，通過調(diào)整其內(nèi)部的流變特性，改變結(jié)構(gòu)的自振頻率和阻尼特性，可達(dá)到減緩結(jié)構(gòu)振動的目的。
除承載和抗震外，各類展覽館、博物館及美術(shù)館等對其室內(nèi)的濕度也有嚴(yán)格的要求，為實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的濕度，往往需要設(shè)置濕度傳感器、控制系統(tǒng)及復(fù)雜的布線等，其造價和維持使用的費(fèi)用都較高。日本學(xué)者研制出了自動調(diào)節(jié)環(huán)境溫度的混凝土材料，其自身即可完成對室內(nèi)環(huán)境濕度的探測，并根據(jù)需要對其進(jìn)行調(diào)控。為這種混凝土帶來自動調(diào)節(jié)環(huán)境濕度功能的關(guān)鍵組分是沸石粉，其機(jī)理為：沸石粉中的孔隙可以對水分、NOX和SOX氣體進(jìn)行有選擇性的吸附。它具有如下特點(diǎn)：優(yōu)先吸附水分；水蒸氣壓力低的地方，其吸濕容量大；吸、放濕與溫度相關(guān)，溫度上升時放濕，溫度下降時吸濕。通過對沸石粉的種類進(jìn)行選擇，可以制備出符合實(shí)際應(yīng)用需要的自動調(diào)節(jié)環(huán)境濕度的混凝土復(fù)合材料。這種材料已成功用于多家場館的室內(nèi)墻壁，取得了非常好的效果。其他如天然的硅藻土、高嶺土、凹凸棒土和海泡石，以及人工合成的硅酸鈣、人工沸石等也可賦予混凝土材料自調(diào)濕功能。
2.2自感應(yīng)智能混凝土
向混凝土中復(fù)合部分功能材料可獲得具備壓敏性和溫敏性等功能的自感應(yīng)混凝土，目前常用的功能材料有：聚合物、碳纖維、金屬和光纖等，其中最常用的是碳纖維和光纖。
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