智能混凝土——工程界不破的金刚狼之身

时间:2015/09/01 | 作者: | 分类:技术储备 | 浏览:242 ℃ | 发表评论
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智能混凝土,是在混凝土原有的组分基础上复合智能型组分,使混凝土材料具有自感知和记忆、自适应、自修复特性的多功能材料。

损伤自诊断混凝土

在普通中复合导电、传感器等其他材料组分,使混凝土本身具备自诊断和自感知功能。常用智能材料组分:聚合物类、碳类、金属类和光纤等。
主要分为碳纤维智能混凝土、光纤智能混凝土、压电智能混凝土,分别利用碳纤维、光纤、压电元件对电、光、振动等外界作用的敏感性实现混凝土的自诊断。

碳纤维智能混凝土

将一定形状、尺寸和掺量的短切碳纤维掺入到混凝土材料中,可以使混凝土具有自感知内部应力、应变和操作程度的功能。根据纤维混凝土的这一特性,通过测试碳纤维混凝土所处的工作状态,可以实现对结构工作状态的在线监测。

碳纤维智能混凝土

光纤智能混凝土

利用光在光纤传输过程中受温度、压力等外界因素对光强度、相位、频率、偏振态等光波量的影响规律而开发的一种传感技术。
在混凝土结构的埋入光纤传感器或其阵列,探测混凝土在碳化以及受载过程中内部应力、应变变化,并对由于外力、疲劳等产生的变形、裂纹。
光纤智能混凝土

压电智能混凝土

将压电敏感元件(如压电石英、压电陶瓷)按一定的排列方式埋入混凝土中,并形成阵列网络。压电敏感元件可将结构内的应力、应变变化转换成电信号输出,从而实现混凝土材料结构的实时监测。当混凝土构件承受动力荷载作用时,可直接埋入压电传感器以实时监测混凝土结构的动态变化。

压电智能混凝土

自修复智能混凝土

自修复智能混凝土是模仿动物的骨组织结构受创伤后的再生、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的功能,恢复甚至提高材料性能的一种新型复合材料。

自修复智能混凝土

其原理为在混凝土中内置充满粘结剂的空心纤维管、空心胶囊、多孔纤维网,当纤维管等受拉破裂后,粘结剂流入混凝土裂缝中实现自愈合。

自调节智能混凝土

其原理为在混凝土中复合具有驱动功能的智能材料(元件),可使混凝土具有自调节能力,以提高结构抗御地震、强风等各种环境作用的能力常见的驱动功能材料包括 形状记忆合金(SMA)、 电流变/磁流变体(ER/MR)等。
自调节智能混凝土

温度自控智能混凝土

温度变化引起电阻变化(温阻性)及碳纤维混凝土内部的温差会产生电位差的热电性。可将碳纤维混凝土制成热电偶,埋入混凝土结构中,实现监控混凝土结构内部和建筑物周围环境的温度分布及变化、大体积混凝土的温度自监控、有温控和火灾预警要求的智能混凝土结构、机场跑道、桥梁、道路路面等自动融雪和除冰、寒冷地区混凝土墙体升温以及房屋采暖。

温度自控智能混凝土

反射与吸收电磁波的智能混凝土

在普通混凝土中加入导电增强介质诸如短切碳纤维,钢纤维制成的智能混凝土能够吸收和吸收电磁辐射,利用智能混凝土的这种特性可以研制EMI防护罩。对碳纤维微丝经臭氧处理后在掺入混凝土中,不但能提高混凝土反射电磁波的能力,而且可以提高混凝土的抗拉强度。
采用这种混凝土作为车道两侧导航标记,可实现自动化高速公路的导航。汽车上的电磁波发射器向车道两侧的导航标记发射电磁波,经过反射,由汽车上的电磁波接收器接收,再通过汽车上的电脑系统进行处理,即可判断并控制汽车的行驶线路。采用这种混凝土作导航标记,其成本低,可靠性好,准确度高。