太平洋带你了解智能混凝土

你知道智能混凝土吗？好像感觉混凝土与智能完全不搭边，今天太平洋小编就跟大家聊聊混凝土怎么变智能的。
智能混凝土是在混凝土原有组分基础上复合智能型组分，使混凝土具有自感知和记忆、自适应、自修复特性的多功能材料。根据这些特性可以有效地预报混凝土材料内部的损伤，满足结构自我安全检测需要，防止混凝土结构潜在脆性破坏，并能根据检测结果自动进行修复，显著提高混凝土结构的安全性和耐久性。以目前的科技水平制备完善的智能混凝土材料还相当困难。但近年来损伤自诊断混凝土、温度自调节混凝土、仿生自愈合混凝土等一系列智能混凝土的相继出现，为智能混凝土的研究打下了坚实的基础。
1.损伤自诊断混凝土
自诊断混凝土具有压敏性和温敏性等自感应功能。普通的混凝土材料本身不具有自感应功能，但在混凝土基材中复合部分其他材料组分使混凝土本身具备本征自感应功能。目前常用的材料组分有：聚合类、碳类、金属类和光纤。其中常用的是碳类、金属类和光纤。
碳纤维是一种高强度、高弹性且导电性能良好的材料。在水泥基材料中掺入适量碳纤维不仅可以显著提高强度和韧性，而且其物理性能，尤其是电学性能也有明显的改善，可以作为传感器并以电信号输出的形式反映自身受力状况和内部的损伤程度。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。例如，碳纤维混凝土的电阻变化与其内部结构变化是相对应的。反映了混凝土内部的应力一应变关系，可实现对结构工作状态的在线监测；碳纤维混凝土材料的体积电导率会随疲劳次数的增加发生不可逆的降低。因此，可以应用这一现象对混凝土材料的疲劳损伤进行监测，尤其对公路、铁路桥梁监控有极大的应用价值；利用碳纤维混凝土的温度敏感性，可以实现对建筑物内部和周围环境变化的实时监控；也可以实现对大体积混凝土的温度自监控以及用于热敏元件和火警等。此外还可应用于工业防静电构造、公路路面、机场跑道等处的化雪除冰、钢筋混凝土结构中的钢筋阴极保护、住宅及养殖场的电热结构等。光纤传感智能混凝土，是在混凝土结构的关键部位埋入纤维传感器或其阵列，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、裂纹及扩展等。损伤进行实时监测。到目前为止，光纤传感器已用于许多工程，典型的工程有加拿大Caleary建设的一座名为 Beddington Tail的双跨公路桥内部应变状态监测、美国 Winooski的一座水电大坝的振动监测，国内工程有重庆渝长高速公路上的红槽房大桥监测和芜湖长江大桥长期监测与安全评估系统等。
2.自调节智能混凝土
自调节智能混凝土具有电力效应和电热效应等性能。混凝土结构除了正常负荷外，人们还希望它在受台风、地震等自然灾害期间，能够调整承载能力和减缓结构振动，但因混凝土本身是惰性材料，要达到自调节的目的，必须复合具有驱动功能的组件材料，如：形状记忆合金(SMA)和电流变体(ER)等。在混凝土中埋入形状记忆合金，利用形状记忆合金对温度的敏感性和不同温度下恢复相应形状的功能，在混凝土结构受到异常荷载干扰时，通过记忆合金形状的变化，使混凝土结构内部应力重分布并产生一定的预应力，从而提高混凝土结构的承载力。在混凝土中复合电流变体，利用电流变体的这种流变作用，当混凝土结构受到台风，地震袭击时调整其内部的流变特性，改变结构的自振频率、阻尼特性以达到减缓结构振动的目的。
3.自修复智能混凝土
混凝土结构在使用过程中，大多数是带缝工作的。混凝土产生裂缝，不仅强度降低，而且空气中的CO2、酸雨和氯化物等极易通过裂缝侵入混凝土内部，使混凝土发生碳化，并腐蚀混凝土内的钢筋，这对地下结构物或盛有危险品的处理设施尤为不利，而且一旦混凝土产生裂缝，要想检查和维修都很困难。自修复混凝土就是应这方面的需要而产生的。在混凝土传统组分中复合特性组分(如含有黏结剂的液芯纤维或胶囊)在混凝土内部形成智能型仿生自愈合神经网络系统，模仿动物的这种骨组织结构和受创伤后的再生、恢复机理。采用黏结材料和基材相复合的方法，使材料损伤破坏后，具有自行愈合和再生功能，恢复甚至提高材料性能的新型复合材料。