序論：好文章的創(chuàng)作是一個(gè)不斷探索和完善的過(guò)程，我們?yōu)槟扑]十篇智能混凝土范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質(zhì)，帶來(lái)更深刻的閱讀感受。

篇（1）

在科學(xué)技術(shù)日新月異的今天，材料科學(xué)也獲得了很大的發(fā)展，作為建筑重要材料的混凝土不斷向高性能、多功能和智能化方向發(fā)展。用它可以建造大型化和復(fù)雜化的混凝土結(jié)構(gòu)。因此，研發(fā)具有主動(dòng)、自動(dòng)地對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行自我診斷、自我調(diào)節(jié)、自我修復(fù)、恢復(fù)的智能混凝土已成為混凝土的主要發(fā)展趨勢(shì)。

一、智能混凝土的定義和研發(fā)過(guò)程

1、智能混凝土的定義

智能混凝土是在混凝土原有成分的基礎(chǔ)上復(fù)合智能型的建筑材料，它使混凝土具有自我感知和記憶能力，能自己適應(yīng)和自我修復(fù)特性的多功能型材料。依據(jù)它的這些特性可以有效地感知混凝土材料內(nèi)部的損傷，滿足結(jié)構(gòu)自我安全檢測(cè)需要，防止混凝土結(jié)構(gòu)潛在的危險(xiǎn)性破壞，它能根據(jù)檢測(cè)結(jié)果自動(dòng)進(jìn)行修復(fù)，明顯地提高混凝土結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性。總而言之，智能混凝士是自我感知和記憶、自我適應(yīng)、自我修復(fù)等多種功能的綜合體，缺一不可，但是以當(dāng)今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(lái)?yè)p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(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2、智能混凝土的研發(fā)過(guò)程

智能混凝土的基本材料與一般的混凝土沒(méi)有什么區(qū)別，都是水泥和砂子。但是智能混凝土中還含有石英砂和各種加固的材料、纖維。這種石英砂和其他大量混在砂子中的石英砂是不同的，它的純度很高，高達(dá)100%。依據(jù)它的特點(diǎn)，伊朗的土木工程師把智能混凝土應(yīng)用到從修建水壩到鋪設(shè)污水管的各個(gè)領(lǐng)域，并且不斷地完善其應(yīng)用技術(shù)。哈馬丹布-阿里大學(xué)的穆哈穆德?尼力教授在智能混凝土中配入了聚丙烯纖維和石英粉，使其韌性大大提高，抗爆能力比普通混凝土高出數(shù)倍。盧合拉?阿里扎德的改進(jìn)更加完善。薩韋省伊斯蘭阿薩德大學(xué)阿里?納扎里教授及其同事發(fā)表了多篇論文，研究使用各種氧化金屬納米粒子改變混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的方法。他們使用過(guò)氧化鐵，氧化鋁，氧化鋯，氧化鈦及氧化銅。材料經(jīng)過(guò)納米粒子處理后會(huì)呈現(xiàn)出極佳的屬性。盡管只有幾件小樣品呈現(xiàn)出了這種屬性，但至少證明了這個(gè)方法是可行的。使用這樣的納米粒子，有望制造出比拉法基混凝土強(qiáng)度高出四倍的混凝土。2008年，德黑蘭大學(xué)發(fā)表了一份研究報(bào)告，研究的是智能混凝土抵御鋼彈沖擊的能力。一般情況下，這些在地震時(shí)都不是問(wèn)題。研究發(fā)現(xiàn)，加有大量長(zhǎng)鋼質(zhì)纖維的混凝土性能最佳。隨著智能混凝土的研發(fā)過(guò)程的不斷推進(jìn)，其工能也在不斷完善和強(qiáng)化。

二、智能混凝土的研究現(xiàn)狀，及其研究中應(yīng)注意的問(wèn)題

1、智能混凝土的研究現(xiàn)狀

對(duì)于具有自診斷、自調(diào)節(jié)和自修復(fù)功能的混凝土只是智能混凝土研究的初步階段，它們不是具備智能混凝土的全部特征，而是只擁有它的某一個(gè)特征，所以說(shuō)它們是一種智能混凝土的最初形成的簡(jiǎn)化形式。因此有人把它們叫做機(jī)敏混凝土。顯然這種功能不完整的混凝土不能代替發(fā)揮智能混凝土的作用，當(dāng)今科研工作者們正努力于將兩種以上的功能進(jìn)行混合組裝在一起，這就是我們知道的智能組裝混凝土材料的研究。智能組裝混凝土材料是將具有自我感應(yīng)、自我凋節(jié)和自我修復(fù)組件材料的功能，混凝土基材復(fù)合可以做到依據(jù)結(jié)構(gòu)的需要進(jìn)行排列，以此來(lái)達(dá)到混凝土結(jié)構(gòu)的內(nèi)部損傷的自我診斷、自我修復(fù)以及抗震減振的智能化。

2、智能混凝土研究中應(yīng)注意的問(wèn)題

在建筑房地產(chǎn)飛速發(fā)展的今天，智能混凝土具有非常廣闊的前景，但是作為新型的功能材料，在運(yùn)用到實(shí)際的工程中，我們還有一些問(wèn)題需要進(jìn)一步地加強(qiáng)探索和研究：例如碳纖維混凝土電阻率的穩(wěn)定性、電極布置方式、耐久性等方面的研究；光纖混凝土的光纖傳感陣列的最優(yōu)排布方式研究；自愈合混凝土的修復(fù)粘結(jié)劑的選擇研究，自愈后混凝土耐用和持久性能的完善等。這些問(wèn)題的解決將對(duì)智能混凝土的進(jìn)一步發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。為進(jìn)一步為促進(jìn)智能混凝土的研究工作我們可以從以下幾點(diǎn)著手。

首先，要用針對(duì)性地進(jìn)行開(kāi)發(fā)研究。研究的針對(duì)性是指要針對(duì)混凝土的性能發(fā)生惡化以及結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞等具體情況，采取不同的智能方法，例如可以針對(duì)這些情況，進(jìn)一步縮小智能化范圍，以某一種具體功能為對(duì)象，然后研究出相對(duì)應(yīng)的方法。

其次，注重其實(shí)際應(yīng)用中的可行性。澆注混凝土要在工程現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，因而應(yīng)以原有工藝為基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)相應(yīng)的較為簡(jiǎn)單的方法。選用的材料應(yīng)具有化學(xué)穩(wěn)定性，要有利于安全施工，不揮發(fā)任何有刺激的氣味以及其它有害物質(zhì)等，并且還能夠能大量使用而且成本較低。

再次，注意研究設(shè)計(jì)的綜合功能性。采用智能化，雖能夠提高材料的耐用和持久性，但是也存在一些負(fù)面影響。例如因?yàn)椴捎昧四撤N材料雖可以對(duì)某種惡化情況進(jìn)行控制以及進(jìn)一步改善，但是否會(huì)對(duì)其它性能會(huì)產(chǎn)生，面對(duì)正反兩方面的問(wèn)題都在判斷和設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行綜合而全面的考慮和衡量。

三、智能混凝土的應(yīng)用前景

智能混凝土是科學(xué)技術(shù)日新月異時(shí)展的結(jié)果，它的運(yùn)用對(duì)重大土木基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)變的實(shí)量監(jiān)測(cè)、損傷的無(wú)損評(píng)估、及時(shí)修復(fù)以及減輕臺(tái)風(fēng)、地震的沖擊等諸多方面有很大的意義，對(duì)保證建筑物的安全耐用和持久性都具有十分重要的作用。而且隨著現(xiàn)在建筑發(fā)展的智能化趨勢(shì)，傳統(tǒng)的建筑材料的研究、制造、缺陷預(yù)防和修復(fù)等都面臨著強(qiáng)烈的挑戰(zhàn)。智能混凝土材料作為建筑材料領(lǐng)域的高新技術(shù)，為傳統(tǒng)建材的未來(lái)發(fā)展注入了新的內(nèi)容和活力，也提供了全新的機(jī)遇。它發(fā)展可以使混凝土材料的應(yīng)用具有更廣闊的前景，相信也會(huì)帶來(lái)巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

四、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新運(yùn)用到建筑材料領(lǐng)域，隨之就產(chǎn)生了智能混凝土材料，智能混凝土材料的出現(xiàn)以及運(yùn)用將會(huì)革新我國(guó)土木工程的建設(shè)，其意義重大。

【參考文獻(xiàn)】

[1]馬成松.信息化背景下的新世紀(jì)土木工程[A].土木工程與高新技術(shù)――中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)第十屆年會(huì)論文集[C].2002.

[2]丁勇，施斌，徐洪鐘，等.基于仿生學(xué)的建筑物智能結(jié)構(gòu)系統(tǒng)初探[J].防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)報(bào)，2004（04）.

篇（2）

隨著現(xiàn)代材料科學(xué)的不斷進(jìn)步，作為最主要的建筑材料之一的混凝土已逐漸向高強(qiáng)、高性能、多功能和智能化發(fā)展。用它建造的混凝土結(jié)構(gòu)也趨于大型化和復(fù)雜化。然而混凝土結(jié)構(gòu)在使用過(guò)程中由于受環(huán)境荷載作用。疲勞效應(yīng)、腐蝕效應(yīng)和材料老化等不利因素的影響，結(jié)構(gòu)將不可避免地產(chǎn)生損傷積累、抗力衰減，甚至導(dǎo)致突發(fā)事故。為了有效地避免突發(fā)事故的發(fā)生，延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的使用壽命，必須對(duì)此類(lèi)結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)時(shí)的“健康”監(jiān)測(cè)，并及時(shí)進(jìn)行修復(fù)?，F(xiàn)有的無(wú)損檢測(cè)方法，如聲波檢測(cè)X射線及C掃描等，只能定性檢測(cè)，而不能定量、數(shù)據(jù)化處理，更主要的是不能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。因而對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)部狀態(tài)的監(jiān)測(cè)和損傷估計(jì)還比較困難，甚至是不可能的。傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)的維修方式主要是在損傷部位進(jìn)行外部的加固，而對(duì)損傷的原結(jié)構(gòu)進(jìn)行維修比較困難，尤其是對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)部的損傷修復(fù)更是非常困難。隨著現(xiàn)代社會(huì)向智能化的發(fā)展，這種停留在被動(dòng)和計(jì)劃模式的檢測(cè)與修復(fù)方式已不能適應(yīng)現(xiàn)代多功能和智能建筑對(duì)混凝土材料提出的要求。因此，研究和開(kāi)發(fā)具有主動(dòng)、自動(dòng)地對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行自診斷、自調(diào)節(jié)、自修復(fù)、恢復(fù)的智能混凝土已成為結(jié)構(gòu)一功能（智能）一體化的發(fā)展趨勢(shì)[1]

1 智能混凝土的定義和發(fā)展歷史

智能材料，指的是“能感知環(huán)境條件，做出相應(yīng)行動(dòng)”的材料。它能模仿生命系統(tǒng)，同時(shí)具有感知和激勵(lì)雙重功能，能對(duì)外界環(huán)境變化因素產(chǎn)生感知，自動(dòng)作出適時(shí)。靈敏和恰當(dāng)?shù)捻憫?yīng)，并具有自我診斷、自我調(diào)節(jié)、自我修復(fù)和預(yù)報(bào)壽命等功能。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(bào)混凝土材料內(nèi)部的損傷，滿足結(jié)構(gòu)自我安全檢測(cè)需要，防止混凝土結(jié)構(gòu)潛在脆性破壞，并能根據(jù)檢測(cè)結(jié)果自動(dòng)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。正如上面所述，智能混凝士是自感知和記憶、自適應(yīng)。自修復(fù)等多種功能的綜合，缺一不可，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(lái)?yè)p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(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1.1 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)合部分其它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(lèi)、碳類(lèi)、金屬類(lèi)和光纖。其中最常用的是碳類(lèi)、金屬類(lèi)和光纖。下面主要介紹2種當(dāng)前研究比較熱門(mén)的損傷自診斷混凝土。

1.1.1　碳纖維智能混凝土

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(hào)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。通過(guò)觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)水泥基復(fù)合材料的電阻變化與其內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化是相對(duì)應(yīng)的。碳纖維水泥基材料在結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力的彈性階段，其電阻變化率隨內(nèi)部應(yīng)力線性增加，當(dāng)接近構(gòu)件的極限荷載時(shí)，電阻逐漸增大，預(yù)示構(gòu)件即將破壞。而基準(zhǔn)水泥基材料的導(dǎo)電性幾乎無(wú)變化，直到臨近破壞時(shí)，電阻變化率劇烈增大，反映了混凝土內(nèi)部的應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系。根據(jù)纖維混凝土的這一特性，通過(guò)測(cè)試碳纖維混凝土所處的工作狀態(tài)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)的在線監(jiān)測(cè)[2]。在入碳纖維的損傷自診斷混凝土中，碳纖維混凝土本身就是傳感器，可對(duì)混凝土內(nèi)部在拉、壓、彎靜荷載和動(dòng)荷載等外因作用下的彈性變形和塑性變形以及損傷開(kāi)裂進(jìn)行監(jiān)測(cè)。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在水泥漿中摻加適量的碳纖維作為應(yīng)變傳感器，它的靈敏度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般的電阻應(yīng)變片。在疲勞試驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)，無(wú)論在拉伸或是壓縮狀態(tài)下，碳纖維混凝土材料的體積電導(dǎo)率會(huì)隨疲勞次數(shù)發(fā)生不可逆的降低。因此，可以應(yīng)用這一現(xiàn)象對(duì)混凝土材料的疲勞損傷進(jìn)行監(jiān)測(cè)。通過(guò)標(biāo)定這種自感應(yīng)混凝土，研究人員決定阻抗和載重之間的關(guān)系，由此可確定以自感應(yīng)混凝土修筑的公路上的車(chē)輛方位、載重和速度等參數(shù)，為交通管理的智能化提供材料基礎(chǔ)。

碳纖維混凝土除具有壓敏性外，還具有溫敏性，即溫度變化引起電阻變化（溫阻性）及碳纖維混凝土內(nèi)部的溫度差會(huì)產(chǎn)生電位差的熱電性（Seebeck效應(yīng)）。試驗(yàn)表明，在最高溫度為70℃，最大溫差為15℃的范圍內(nèi)，溫差電動(dòng)勢(shì)（E）與溫差t之間具有良好穩(wěn)定的線性關(guān)系。當(dāng)碳纖維摻量達(dá)到一臨界值時(shí)，其溫差電動(dòng)勢(shì)率有極大值，且敏感性較高，因此可以利用這種材料實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑物內(nèi)部和周?chē)h(huán)境變化的實(shí)時(shí)監(jiān)控；也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)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(bào)警器等可望用于有溫控和火災(zāi)預(yù)警要求的智能混凝土結(jié)構(gòu)中。

碳纖維混凝土除自感應(yīng)功能外，還可應(yīng)用于工業(yè)防靜電構(gòu)造。公路路面、機(jī)場(chǎng)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(chǎng)的電熱結(jié)構(gòu)等。

1.1.2 光纖傳感智能混凝土

光纖傳感智能混凝土[3]，即在混凝土結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位埋人入纖維傳感器或其陣列，探測(cè)混凝土在碳化以及受載過(guò)程中內(nèi)部應(yīng)力、應(yīng)變變化，并對(duì)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。光在光纖的傳輸過(guò)程中易受到外界環(huán)境因素的影響，如溫度、壓力、電場(chǎng)、磁場(chǎng)等的變化而引起光波量如光強(qiáng)度、相位、頻率、偏振態(tài)的變化。因此人們發(fā)現(xiàn)，如果能測(cè)量出光波量的變化，就可以知道導(dǎo)致光波量變化的溫度、壓力、磁場(chǎng)等物理量的大小。于是，出現(xiàn)了光纖傳感技術(shù)。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外進(jìn)行了將光纖傳感器用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和建筑檢測(cè)這一領(lǐng)域的研究，開(kāi)展了混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)力、應(yīng)變及裂縫發(fā)生與發(fā)展等內(nèi)部狀態(tài)的光纖傳感器技術(shù)的研究，這包括在混凝土的硬化過(guò)程中進(jìn)行監(jiān)測(cè)和結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。光纖在傳感器中的應(yīng)用，提供了對(duì)土建結(jié)構(gòu)智能及內(nèi)部狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)、在線無(wú)損檢測(cè)手段，有利于結(jié)構(gòu)的安全監(jiān)測(cè)和整體評(píng)價(jià)和維護(hù)。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的一雙跨公路橋內(nèi)部應(yīng)變狀態(tài)監(jiān)測(cè)；美國(guó)Winooski的一座水電大壩的振動(dòng)監(jiān)測(cè)；國(guó)內(nèi)工程有重慶渝長(zhǎng)高速公路上的紅槽房大橋監(jiān)測(cè)和蕪湖長(zhǎng)江大橋長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)與安全評(píng)估系統(tǒng)等。

1.2 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(tái)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(dòng)，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(dòng)功能的組件材料，如：形狀記憶合金（SMA）和電流變體（ER）等。形狀記憶合金具有形狀記憶效應(yīng)（SME），若在室溫下給以超過(guò)彈性范圍的拉伸塑性變形，當(dāng)加熱至少許超過(guò)相變溫度，即可使原先出現(xiàn)的殘余變形消失，并恢復(fù)到原來(lái)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(duì)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)受到異常荷載于擾時(shí)，通過(guò)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。

電流變體（ER）是一種可通過(guò)外界電場(chǎng)作用來(lái)控制其粘性、彈性等流變性能雙向變化的懸膠液。在外界電場(chǎng)的作用下，電流變體可于0.1ms級(jí)時(shí)間內(nèi)組合成鏈狀或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的固凝膠，其初度隨電場(chǎng)增加而變調(diào)到完全固化，當(dāng)外界電場(chǎng)拆除時(shí)，仍可恢復(fù)其流變狀態(tài)。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(tái)風(fēng)，地震襲擊時(shí)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(dòng)的目的。

有些建筑物對(duì)其室內(nèi)的濕度有嚴(yán)格的要求，如各類(lèi)展覽館、博物館及美術(shù)館等，為實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的濕度控制，往往需要許多濕度傳感器、控制系統(tǒng)及復(fù)雜的布線等，其成本和使用維持的費(fèi)用都較高。日本學(xué)者研制的自動(dòng)調(diào)節(jié)環(huán)境溫度的混凝土材料自身即可完成對(duì)室內(nèi)環(huán)境濕度的探測(cè)，并根據(jù)需要對(duì)其進(jìn)行調(diào)控。這種混凝土材料帶來(lái)自動(dòng)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：沸石中的硅酸鈣含有（3－9）X10－10m的孔隙。這些孔隙可以對(duì)水分、N0x和 S0x氣體選擇性的吸附。通過(guò)對(duì)沸石種類(lèi)進(jìn)行選擇，可以制備符合實(shí)際應(yīng)用需要的自動(dòng)調(diào)節(jié)環(huán)境濕度的混凝土復(fù)合材料。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(shí)放濕，溫度下降時(shí)吸濕。

1.3 自修復(fù)智能混凝土

混凝土結(jié)構(gòu)在使用過(guò)程中，大多數(shù)結(jié)構(gòu)是帶縫工作的?；炷廉a(chǎn)生裂縫，不僅強(qiáng)度降低，而且空氣中的CO2、酸雨和氯化物等極易通過(guò)裂縫侵人混凝土內(nèi)部，使混凝土發(fā)生碳化，并腐蝕混凝土內(nèi)的鋼筋，這對(duì)地下結(jié)構(gòu)物或盛有危險(xiǎn)品的處理設(shè)施尤為不利，一旦混凝土發(fā)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。在人類(lèi)現(xiàn)實(shí)生活中可以見(jiàn)到人的皮膚劃破后，經(jīng)一段時(shí)間皮膚會(huì)自然長(zhǎng)好，而且修補(bǔ)得天衣無(wú)縫；骨頭折斷后，只要接好骨縫，斷骨就會(huì)自動(dòng)愈合。自愈合混凝土[4]就是模仿生物組織，對(duì)受創(chuàng)傷部位自動(dòng)分泌某種物質(zhì)，而使創(chuàng)傷部位得到愈合的機(jī)能，在混凝土傳統(tǒng)組分中復(fù)合特性組分（如含有粘結(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(dòng)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。采用粘結(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。在日本，以東北大學(xué)三橋博三教授為首的日本學(xué)者將內(nèi)含粘結(jié)劑的膠囊或空心玻璃纖維摻入混凝土材料中，一旦混凝土在外力作用下發(fā)生開(kāi)裂，部分膠囊或空心玻璃纖維破裂，粘結(jié)液流出并深人裂縫。粘結(jié)液可使混凝土裂縫重新愈合。美國(guó)伊利諾伊斯大學(xué)的Carolyn Dry在1994年采用類(lèi)似的方法，將在空心玻璃纖維中注人縮醛高分子溶液作為粘結(jié)劑埋人混凝土中使混凝土具有自愈合功能。在此基礎(chǔ)上Carolyn Dry還根據(jù)動(dòng)物骨骼的結(jié)構(gòu)和形成機(jī)理，嘗試制備仿生混凝土材料，其基本原理是采用磷酸鈣水泥（含有單聚物）為基體材料，在其中加人多孔的編織纖維網(wǎng)。在水泥水化和硬化過(guò)程中，多孔纖維釋放出聚合反應(yīng)引發(fā)劑與單聚物聚合成高聚物，聚合反應(yīng)留下的水分參與水泥水化。這樣便在纖維網(wǎng)的表面形成大量有機(jī)與無(wú)機(jī)物，它們相互穿插粘結(jié)，最終形成的復(fù)合材料是與動(dòng)物骨骼結(jié)構(gòu)相似的無(wú)機(jī)與有機(jī)相結(jié)合的材料，具有優(yōu)異的強(qiáng)度及延性等性能。而且在材料使用過(guò)程中，如果發(fā)生損傷，多孔有機(jī)纖維會(huì)釋放高聚物，愈合損傷。

2 智能混凝規(guī)究現(xiàn)狀和應(yīng)注意的問(wèn)題

前面所述的自診斷、自調(diào)節(jié)和自修復(fù)混凝土是智能混凝土研究的初級(jí)階段，它們只具備了智能混凝土的某一基本特征，是一種智能混凝土的簡(jiǎn)化形式。因此有人也稱之為機(jī)敏混凝土。然而這種功能單一的混凝土并不能發(fā)揮智能混凝土作用，目前人們正致力于將2種以上功能進(jìn)行組裝的所謂智能組裝混凝土材料的研究。智能組裝混凝土材料是將具有自感應(yīng)、自凋節(jié)和自修復(fù)組件材料等與混凝土基材復(fù)合并按照結(jié)構(gòu)的需要進(jìn)行排列，以實(shí)現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)的內(nèi)部損傷自診斷、自修復(fù)和抗震減振的智能化。

智能混凝土具有廣闊的應(yīng)用前景，但作為一種新型的功能材料，如果投入實(shí)際工程，還有很多問(wèn)題需要進(jìn)一步地研究：如碳纖維混凝土的電阻率穩(wěn)定性、電極布置方式、耐久性等；光纖混凝土的光纖傳感陣列的最優(yōu)排布方式；自愈合混凝土的修復(fù)粘結(jié)劑的選擇。封人的方法以及愈合后混凝土耐久性能的改善等。解決上述一系列問(wèn)題將對(duì)智能混凝土今后的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。為促進(jìn)智能混凝土研究工作的順利開(kāi)展有必要就以下幾點(diǎn)形成共識(shí)：

（1）開(kāi)發(fā)應(yīng)有針對(duì)性。所謂針對(duì)性就是要針對(duì)混凝土性能發(fā)生惡化和結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞等現(xiàn)象，考慮不同的智能方法，如針對(duì)這些現(xiàn)象，設(shè)想開(kāi)發(fā)出一種能應(yīng)對(duì)所有這些情況的手段是很困難的，因此，縮小智能化范圍，以某種功能為對(duì)象，從而開(kāi)發(fā)出相對(duì)最適應(yīng)的方法是必要的。

（2）實(shí)施中應(yīng)具有可行性。澆注混凝土多在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，因而作為智能混凝土的施工方法，對(duì)其技術(shù)與工藝要求不能過(guò)高。應(yīng)以原有工藝為基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)相應(yīng)的較為簡(jiǎn)單的方法。選用的材料應(yīng)具有化學(xué)穩(wěn)定性，要有利于安全使用，不揮發(fā)任何有刺激的氣味和其它有害物質(zhì)，并能大量應(yīng)用而且成本較低。

篇（3）

1工程概況

德州至商丘高速公路聊城段位于山東省西部，縱貫山東西部地區(qū)。該公路在山東省“五縱四橫一環(huán)八連”高速公路網(wǎng)絡(luò)中是“一縱”及“一環(huán)”的重要組成部分。本項(xiàng)目的實(shí)施，既是貫徹落實(shí)山東省委省政府“突破菏澤，帶動(dòng)西部”的經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略部署的具體體現(xiàn)，也是進(jìn)一步加快山東省高速公路網(wǎng)的形成、推進(jìn)全省交通現(xiàn)代化建設(shè)的需要。此條高速公路是山東省第一條實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)的道路，要求標(biāo)準(zhǔn)高，質(zhì)量嚴(yán)。這一項(xiàng)目在一定程度上加大了預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁工程的施工管理難度，因此要求建設(shè)單位以及監(jiān)理單位根據(jù)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》中的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行預(yù)應(yīng)力混凝土張拉與壓漿工作。并且在實(shí)際工作中還需要與技術(shù)經(jīng)驗(yàn)豐富的工作人員共同探討，從而保證工程的施工質(zhì)量，避免因人為因素影響到工程的施工質(zhì)量。

2預(yù)應(yīng)力智能張拉系統(tǒng)

2.1預(yù)應(yīng)力智能張拉系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理

在橋梁工程施工過(guò)程中，智能張拉系統(tǒng)主要由主機(jī)、油泵、千斤頂三個(gè)部分構(gòu)成。在其運(yùn)行過(guò)程中，該系統(tǒng)主要是通過(guò)應(yīng)力作為控制指標(biāo)，然后采用其伸長(zhǎng)量來(lái)控制其運(yùn)行情況，這樣可以將誤差控制在可控的范圍之內(nèi)。為了使系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行，我們還需要采用傳感技術(shù)作為控制系統(tǒng)采集其運(yùn)行中的各種數(shù)據(jù)，然后對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與判斷之后反饋給系圓通，從而實(shí)現(xiàn)智能張拉與壓漿工作，并對(duì)其誤差進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。在智能張拉系統(tǒng)中，主機(jī)的主要功能是接受并處理信息數(shù)據(jù)之后再將發(fā)出指令，從而控制每一臺(tái)設(shè)備的運(yùn)行情況，完成橋梁工程預(yù)應(yīng)力張拉工作。

2.2預(yù)應(yīng)力智能張拉系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)

2.2.1施加應(yīng)力時(shí)具有精確性

相對(duì)于人工張拉技術(shù)而言，智能張拉系統(tǒng)在施加應(yīng)力的過(guò)程中可以降低其工作誤差，保證其精準(zhǔn)性，便于工作人員的管理，提高工程的施工質(zhì)量。

2.2.2可以及時(shí)對(duì)其伸長(zhǎng)量進(jìn)行校對(duì)，達(dá)到雙控的目的

在采用智能張拉系統(tǒng)的過(guò)程中，我們可以實(shí)時(shí)采集并計(jì)算鋼絞線伸長(zhǎng)量，觀察其是否處于可控的范圍之內(nèi)，避免因存在較大的誤差而導(dǎo)致工程出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，從而達(dá)到雙控的目的。

2.2.3預(yù)應(yīng)力智能張拉系統(tǒng)在工作中達(dá)到對(duì)稱性與同步性

在橋梁工程施工中，我們只需要在其中設(shè)置一臺(tái)計(jì)算機(jī)就能夠?qū)Χ嗯_(tái)千斤頂?shù)墓ぷ鬟M(jìn)行統(tǒng)一控制，這樣也就能夠提高其施工效率，并且還能夠減小誤差，保證其施工質(zhì)量。

2.2.4智能張拉系統(tǒng)在工作中可以降低預(yù)應(yīng)力損失

通過(guò)計(jì)算機(jī)、遙感技術(shù)對(duì)智能張拉系統(tǒng)的控制，可以避免系統(tǒng)在工作中受到各種因素的影響，可以有效的提高其施工效率，達(dá)到工程設(shè)計(jì)的要求，降低在張拉過(guò)程中產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力損失。

2.2.5實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控以及質(zhì)量管理

在智能張拉系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，技術(shù)人員可以通過(guò)計(jì)算機(jī)或者遙感技術(shù)對(duì)其實(shí)際施工質(zhì)量進(jìn)行全方位的監(jiān)控，掌握其實(shí)際質(zhì)量狀況，避免在施工中出現(xiàn)各種質(zhì)量問(wèn)題。

2.2.6試驗(yàn)板張拉

本項(xiàng)目四合同聊城市公路工程總公司于2013年5月12預(yù)制了第一塊試驗(yàn)板，王古路分離立交K157+672.5左3-2。7天后，混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的101%，進(jìn)行了智能張拉，經(jīng)檢測(cè)各項(xiàng)指標(biāo)都達(dá)到預(yù)期要求。

3循環(huán)智能壓漿系統(tǒng)

3.1循環(huán)智能壓漿系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理

循環(huán)智能壓漿系統(tǒng)主要是由主機(jī)、測(cè)控系統(tǒng)、循環(huán)壓降系統(tǒng)三個(gè)部分構(gòu)成。其工作原理是：由于在循環(huán)智能壓漿系統(tǒng)中的管道進(jìn)出口位置設(shè)置了一個(gè)傳感器，其主要作用是對(duì)其壓力進(jìn)行全面的監(jiān)測(cè)，然后再將這一監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)直接傳輸?shù)街鳈C(jī)中，通過(guò)科學(xué)合理的判斷之后再對(duì)這一壓力值進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，然后在一定數(shù)值的約束下達(dá)到壓漿的目的。這樣也就能夠保證其密實(shí)度，有效的解決了傳統(tǒng)壓漿技術(shù)難以克服的問(wèn)題。

3.2循環(huán)智能壓漿系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)

3.2.1對(duì)施工材料水膠比進(jìn)行精確的控制

循環(huán)智能壓漿系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，技術(shù)人員可以事先錄入相關(guān)信息，然后按照配合比自動(dòng)控制其水膠比，使其達(dá)到施工的要求，提高工程的施工質(zhì)量。

3.2.2實(shí)現(xiàn)一次性壓漿，提高工程的施工效率

在橋梁工程施工中，若與質(zhì)量的跨徑小于50m，單孔長(zhǎng)度不超過(guò)80m，那么我們可以采用循環(huán)智能壓漿系統(tǒng)進(jìn)行一次性壓漿施工，這樣可以有效的降低工作強(qiáng)度，提高工程的施工效率，達(dá)到理想的施工效果。

3.2.3實(shí)現(xiàn)高速制漿工程，提高水泥漿液的質(zhì)量

在循環(huán)壓降系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)其中相應(yīng)的設(shè)備可以將水泥、水、壓漿劑進(jìn)行均勻的拌和，并且實(shí)現(xiàn)高速拌和的要求，通過(guò)這一工作也就達(dá)到了工程的施工要求，從而提高工程的施工質(zhì)量。

3.2.4實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控

在循環(huán)壓降系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，技術(shù)人員同樣需要采用一臺(tái)計(jì)算機(jī)進(jìn)行合理的控制，這樣也就避免了工程受到人為因素的影響，并且對(duì)其運(yùn)行的各個(gè)參數(shù)、指標(biāo)進(jìn)行全面控制，將其中的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄并打印成報(bào)表，交給上級(jí)部門(mén)，使其對(duì)整個(gè)工程進(jìn)行監(jiān)控，以保證工程的施工質(zhì)量。

3.2.5系統(tǒng)集成度高，簡(jiǎn)單適用

系統(tǒng)將高速制漿機(jī)、儲(chǔ)漿桶、進(jìn)漿測(cè)控儀、返漿測(cè)控儀、壓漿泵集成與一體，現(xiàn)場(chǎng)使用只須將進(jìn)漿管、返漿管與預(yù)應(yīng)力管道對(duì)接，即可進(jìn)行壓漿施土。操作簡(jiǎn)單，適用與各種預(yù)應(yīng)力管道壓漿。

3.2.6漿液滿管路循環(huán)排除管道內(nèi)空氣

管道內(nèi)漿液從出漿口導(dǎo)流至儲(chǔ)漿桶，再?gòu)倪M(jìn)漿口泵入管道，形成大循環(huán)回路漿液在管道內(nèi)持續(xù)循環(huán)，通過(guò)調(diào)整壓力和流量，將管道內(nèi)空氣通過(guò)出漿口和鋼絞線絲間空隙完全排出，還可帶出孔道內(nèi)殘留雜質(zhì)。

3.2.6試驗(yàn)板壓漿

本項(xiàng)目四合同在預(yù)制梁場(chǎng)于2013年5月20日進(jìn)行了第一塊試驗(yàn)板智能壓漿。經(jīng)檢測(cè)各項(xiàng)指標(biāo)都達(dá)到預(yù)期要求。

4結(jié)語(yǔ)

在廠家技術(shù)人員的指導(dǎo)下，經(jīng)過(guò)第一塊試驗(yàn)板的預(yù)應(yīng)力智能張拉和智能壓漿，發(fā)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力智能張拉與壓漿系統(tǒng)土作性能穩(wěn)定，張拉與壓漿施土質(zhì)量良好，工作效率很高，達(dá)到了較為理想的效果，為以后的施工打下了良好的基礎(chǔ)。

篇（4）

0 前言

進(jìn)入21世紀(jì),建筑技術(shù)和建筑材料的發(fā)展催生了建筑的智能化?；炷磷鳛樽钪饕慕ㄖ牧现?它逐漸由傳統(tǒng)的僅具承載能力的結(jié)構(gòu)材料發(fā)展成具有高性能、多功能和智能化的結(jié)構(gòu)材料。近幾十年,雖然高性能混凝土發(fā)展迅速,如鋼纖維混凝土等,滿足了大部分建筑結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化、大型化,但這些混凝土也只能在靜力和小動(dòng)力的條件下保持穩(wěn)定,一旦遇到大動(dòng)力(如大地震),便很容易失效。智能混凝土作為一種新型的智能材料,能夠主動(dòng)的對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行自診斷、自調(diào)節(jié)和自修復(fù),從而很好的避免突發(fā)事故(如地震引起的房屋倒塌)的發(fā)生,延長(zhǎng)建筑的使用壽命,它是建筑智能化發(fā)展的基礎(chǔ)。

1 智能混凝土的定義及基本概況

智能混凝土是在混凝土原有組分的基礎(chǔ)上復(fù)合智能型組分,使混凝土材料具有自感知、自調(diào)節(jié)、自修復(fù)等特性的結(jié)構(gòu)材料。一般來(lái)說(shuō),僅復(fù)合單一智能材料的混凝土只具備一種功能,混合多種功能材料雖然使混凝土具備了多種功能,但卻大大降低了其基本的功能――承載力,智能混凝土還處在研究的初級(jí)階段,現(xiàn)有的技術(shù)水平還不能使其同時(shí)具備多種功能。

2 目前研究的智能混凝土的智能性及其應(yīng)用

2.1 智能混凝土的自感應(yīng)性能

普通混凝土不具有自感應(yīng)性能,若向其中加入導(dǎo)電成分,它就具有了自感應(yīng)性能,目前常用的導(dǎo)電組分有聚合物類(lèi)、碳類(lèi)和金屬類(lèi)。

碳纖維屬于碳類(lèi),它具有很高的強(qiáng)度和彈性,導(dǎo)電性能優(yōu)良,將一定形狀、尺寸和滲量的短切碳纖維滲入到混凝土中就制備成了碳纖維混凝土,碳纖維混凝土具有壓敏性、溫敏性和磁敏性,這些特性使得其本身就是一個(gè)傳感器。

碳纖維混凝土電阻率和壓應(yīng)力之間存在一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系,通過(guò)碳纖維混凝土電阻率的變化可以大致判斷其內(nèi)部應(yīng)力、應(yīng)變的變化情況,從而感知結(jié)構(gòu)材料內(nèi)部損傷部位。碳纖維混凝土還具有溫敏性,當(dāng)其結(jié)構(gòu)兩端出現(xiàn)溫度差時(shí),會(huì)在此兩端產(chǎn)生電位差,從而對(duì)建筑物內(nèi)外溫差進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,若結(jié)構(gòu)溫度發(fā)生變化,碳纖維混凝土的電阻率相應(yīng)的發(fā)生改變,它的這種溫阻現(xiàn)象可以實(shí)現(xiàn)對(duì)大體積混凝土的溫度自監(jiān)控,還可用于火警報(bào)警器。

光纖維混凝土是將光纖維傳感器陣列直接埋入混凝土中而得到。當(dāng)光纖維混凝土結(jié)構(gòu)受到壓力或溫度變化時(shí),混凝土產(chǎn)生裂縫或變形,混凝土內(nèi)的光纖維也會(huì)跟著變形,這時(shí),通過(guò)光纖維中光的強(qiáng)度、波長(zhǎng)等性質(zhì)就會(huì)發(fā)生變化,我們就可以通過(guò)測(cè)量光的這些性質(zhì)的變化推測(cè)結(jié)構(gòu)的變形和裂縫寬度等。

2.2 智能混凝土的自調(diào)節(jié)性能

混凝土是無(wú)生命材料,它并不具備自調(diào)節(jié)能力,要使其具有此能力,必須向其中添加具有驅(qū)動(dòng)功能的智能材料(如形狀記憶合金和電流變體等),現(xiàn)在的自調(diào)節(jié)混凝土主要用于結(jié)構(gòu)承載力和環(huán)境溫濕度的自調(diào)節(jié)。

形狀記憶合金是一種新型金屬功能材料,具有獨(dú)特的形狀記憶效應(yīng),它具有溫敏性和在不同溫度下回復(fù)變形的能力,將其置入混凝土中,當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)受到?jīng)_擊荷載等異常荷載時(shí),記憶合金形狀發(fā)生變化,使混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)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。

電流變體是一種懸膠液,在外電場(chǎng)作用下,其黏性、彈性等流變性能發(fā)生變化,使得電流變體在瞬間組合成鏈狀或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的固凝膠,其黏度隨電場(chǎng)增加直至完全固化,撤銷(xiāo)電場(chǎng)作用,它又回復(fù)到流變狀態(tài)。利用其這種特性,當(dāng)建筑物受到地震等沖擊荷載時(shí),這種智能混凝土能夠調(diào)節(jié)自身的阻尼特性,使結(jié)構(gòu)在變形中充分吸收能量,以達(dá)到消弱沖擊荷載作用的效果。

2.3 智能混凝土的自修復(fù)性能

建筑物中的大多數(shù)混凝土結(jié)構(gòu)存在裂縫,空氣中的二氧化碳和水等物質(zhì)透過(guò)裂縫腐蝕結(jié)構(gòu)內(nèi)部的鋼筋,并侵入混凝土內(nèi)部,使混凝土碳化,最終使結(jié)構(gòu)失效,基于這些問(wèn)題,混凝土裂縫的自修復(fù)功能越來(lái)越受到人們的青睞。

國(guó)內(nèi)外研究混凝土自愈合的方法主要是在水泥基材料中滲入特殊的修復(fù)材料。日本學(xué)者將內(nèi)含粘結(jié)劑的微膠囊附和到水泥基材料的基材內(nèi),當(dāng)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫,膠囊中的凝結(jié)液流出,讓裂縫重新粘結(jié)在一起,從而實(shí)現(xiàn)混凝土的自愈合。美國(guó)學(xué)者是在中空玻璃纖維中注入縮酯高分子溶液,當(dāng)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫時(shí),玻璃纖維破裂,其中的縮酯高分子溶液流出愈合裂縫,從而達(dá)到恢復(fù)結(jié)構(gòu)承載力的效果。

這些自修復(fù)混凝土能夠及時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)損傷部位進(jìn)行修復(fù),但如果混凝土的齡期過(guò)長(zhǎng),或者裂縫寬度超過(guò)了一定限額,它們也無(wú)能為力,研究還有待繼續(xù)。

3 智能混凝土的發(fā)展現(xiàn)狀及運(yùn)用問(wèn)題

我國(guó)正處于社會(huì)主義建設(shè)初級(jí)階段,基礎(chǔ)建設(shè)正如火如荼的進(jìn)行著,近年來(lái),我國(guó)每年用于房屋、公路、鐵路、橋梁和港口等工程和基礎(chǔ)建設(shè)的混凝土用量約40億立方米,混凝土的研究生產(chǎn)和應(yīng)用取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步,但智能混凝土的研究還比較薄弱。如今大多數(shù)智能混凝土僅僅具備單一功能,這種功能單一的混凝土并不能充分發(fā)揮智能混凝土的作用,比如,碳纖維混凝土具備自感知特性,它能夠自動(dòng)檢測(cè)到結(jié)構(gòu)內(nèi)部材料的損傷部位,但其不具有自修復(fù)性能,修復(fù)還是需要人工操作,沒(méi)有實(shí)現(xiàn)真正的智能化,再之,人工修復(fù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部的材料損傷非常困難且不及時(shí)。

現(xiàn)在用于混凝土復(fù)合的智能型材料還非常有限,隨著科學(xué)的發(fā)展,具有更優(yōu)性能的智能復(fù)合材料將運(yùn)用到智能混凝土中,這些材料將會(huì)成為兩種以上功能的智能混凝土研究的助推器。

智能混凝土較普通混凝土造價(jià)高是制約其廣泛運(yùn)用的巨大瓶頸。開(kāi)發(fā)商的投入增加必定使房?jī)r(jià)相應(yīng)增加,民眾的承受能力有限,從而減少房屋銷(xiāo)售量,這是開(kāi)發(fā)商目前不愿意看到的,因此它們不愿意使用造價(jià)更高的智能混凝土。

4 結(jié)語(yǔ)

上文所述的智能混凝土的自感應(yīng)、自調(diào)節(jié)和自修復(fù)特性,還只是智能混凝土研究的初級(jí)階段,這些功能單一的混凝土還遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到建筑智能化所期望的目標(biāo)。智能性的工程材料是制備智能混凝土的基礎(chǔ),因此,及時(shí)開(kāi)發(fā)多種新型智能型工程材料對(duì)實(shí)現(xiàn)混凝土全面智能化尤為重要。各國(guó)學(xué)者在智能混凝土方面的研究將更加深入,作為智能建筑物的建設(shè)基礎(chǔ),智能混凝土的應(yīng)用前景將越來(lái)越廣闊。

參考文獻(xiàn)

[1]洪雷.智能建筑材料-石墨砂漿注漿鋼纖維混凝土[M]北京:中國(guó)建材工業(yè)出版社,2009.6

[2]嚴(yán)捍東等.新型建筑材料教程[M]北京:中國(guó)建材工業(yè)出版社,2005.1:95-98

篇（5）

1.智能型材料的定義與特點(diǎn)

智能混凝土是智能型材料的一種，目前正被大力運(yùn)用于建筑的施工過(guò)程中。智能混凝土的形成是在混凝土原有的組成部分上添加一些復(fù)合智能型部分，讓混凝土具備了自感知、自記憶、自適應(yīng)、自修復(fù)等多種特點(diǎn)的多功能型材料。智能混凝土由于具備多種功能，因而可以對(duì)混凝土材料內(nèi)部的損傷進(jìn)行準(zhǔn)確地預(yù)報(bào)，為混凝土的安全檢測(cè)提供必要的條件，這就消除了混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部潛在的脆性破壞。如果混凝土內(nèi)部出現(xiàn)問(wèn)題，也能根據(jù)檢測(cè)后的結(jié)果進(jìn)行自動(dòng)修復(fù)，對(duì)提高混凝土的安全性和耐久性很有幫助。

智能型混凝土歸根到底是將自感知、自記憶、自修復(fù)、自適應(yīng)等各種能力集中于一身的新型建筑材料，是建筑材料多種功能的綜合。盡管我國(guó)的科學(xué)技術(shù)水平?jīng)]有達(dá)到很高的境界，自主生產(chǎn)制造智能型混凝土還比較困難，但是通過(guò)國(guó)外引進(jìn)和自主研究等途徑，近幾年損傷溫度自調(diào)節(jié)混凝土、自診斷混凝土、仿生自愈合混凝土等品種的智能混凝土陸續(xù)被引進(jìn)使用，為我國(guó)智能型混凝土的發(fā)展開(kāi)辟了廣闊的前景。

2.智能型混凝土的具體分類(lèi)

2.1 仿生混凝土材料

是由無(wú)機(jī)物與有機(jī)物相結(jié)合后出現(xiàn)的一種復(fù)合材料，由纖維網(wǎng)表面大量的有機(jī)與無(wú)機(jī)物相互穿插粘結(jié)而成。仿生混凝土是把用磷酸鈣水泥為基體材料，然后加人多孔的編織纖維網(wǎng)進(jìn)行組合。水泥使用時(shí)需要經(jīng)過(guò)水化和硬化過(guò)程，使引發(fā)劑與單聚物聚合成高聚物，改善了混凝土的性能結(jié)構(gòu)。

2.2 損傷自診斷混凝土

壓縮性和溫敏性是自診斷混凝土所特有的自感應(yīng)功能，傳統(tǒng)的普通混凝土不具有自感知功能的。在混凝土的基本材料中加入其它材料組分會(huì)讓混凝土具備自感應(yīng)的功能。常用的材料組分有：碳類(lèi)、聚合類(lèi)、光纖和金屬類(lèi)等。碳纖維智能混凝土和光纖傳感智能混凝土是損傷自診斷混凝土的代表。

2.3 自修復(fù)智能混凝土

裂縫是混凝土常見(jiàn)的問(wèn)題，很多混凝土結(jié)構(gòu)在施工使用過(guò)程中存在不同程度的裂縫?？諝庵械腃O2、酸雨和氯化物等可以通過(guò)裂縫進(jìn)入到混凝土內(nèi)部，對(duì)混凝土造成碳化、腐蝕的損壞，破壞了正常的使用功能，自修復(fù)混凝土具有較強(qiáng)的自動(dòng)修復(fù)能力，好符合了這種需要。

2.4 自調(diào)節(jié)智能混凝土

電力效應(yīng)和電熱效應(yīng)是自調(diào)節(jié)智能混凝土所具有的性能，如果出現(xiàn)臺(tái)風(fēng)、暴雨、地震等自然災(zāi)害時(shí)，普通混凝土就無(wú)法承受。智能混凝土能自動(dòng)調(diào)整自身的承載能力，在混凝土其內(nèi)部加入具有驅(qū)動(dòng)功能的組件材料能實(shí)現(xiàn)自我調(diào)節(jié)，增加承載能力。

2.5 自愈合混凝土

向混凝土材料中加入含有粘結(jié)劑的膠囊，當(dāng)混凝土出現(xiàn)裂縫時(shí)，膠囊中的粘結(jié)劑就會(huì)流入裂縫中，對(duì)混凝土裂縫進(jìn)行自動(dòng)修補(bǔ)。這是模仿了生物組織，當(dāng)受到創(chuàng)傷時(shí)生物能過(guò)自動(dòng)分泌出某種物質(zhì)自動(dòng)愈合。將粘結(jié)材料和基材進(jìn)行復(fù)合，能使混凝土材料具備再生功能。

3.新型材料應(yīng)用于建筑施工

智能混凝土的產(chǎn)生既是時(shí)展所需，也是建筑技術(shù)進(jìn)步的途徑。智能型混凝土因?yàn)榫邆涠囗?xiàng)建材使用功能，既符合建筑行業(yè)發(fā)展的需要，又能起到節(jié)能環(huán)保的作用。隨著建筑施工技術(shù)的發(fā)展，智能型混凝土必將在建筑施工中被廣泛應(yīng)用，具體表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

（1）實(shí)時(shí)監(jiān)控。在施工過(guò)程中可以先選擇形狀、尺寸和摻量比較合適的短切碳纖維，然后把選擇好的碳纖維加入到混凝土材料中來(lái)提高混凝土的強(qiáng)度、韌性耐久性和物理性能。這樣的施工方法可以增加混凝土能夠自感知內(nèi)部的應(yīng)力、應(yīng)變和操作程度等功能。加上碳纖維混凝土具有溫敏性[4]，對(duì)溫度能夠產(chǎn)生較準(zhǔn)的感應(yīng)，一旦混凝土內(nèi)的碳纖維含量到達(dá)一定程度時(shí)，其溫差電動(dòng)勢(shì)率就會(huì)增大，提高了混凝土的敏感性，施工過(guò)程中常常利用這種混凝土對(duì)建筑物內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及建筑周?chē)h(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

（2）抗震防裂。由于大多數(shù)建筑物在施工完畢后不久，常常會(huì)出現(xiàn)因開(kāi)裂而形成裂縫等現(xiàn)象。造成裂縫的原因有兩類(lèi)，一類(lèi)是外部原因，如受到外力強(qiáng)大的沖擊、震動(dòng)時(shí)會(huì)導(dǎo)致裂縫的出現(xiàn)；另一方面的原因則是建筑物本身，尤其是建筑材料的選用，如果材料不復(fù)合標(biāo)準(zhǔn)就會(huì)導(dǎo)致建筑物的承載能力、抗震能力、防裂能力沒(méi)有保障，容易引發(fā)裂縫。在施工過(guò)程中，工程技術(shù)人員常常會(huì)根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的不同，選用合適的智能型混凝土材料，這樣一方面是減少投資，更重要的是增加建筑物的綜合能力，提高建筑的使用壽命。

（3）安全耐用。智能型混凝土將耐久性高、承載能力強(qiáng)、抗災(zāi)能力好等特點(diǎn)綜合到一起，這對(duì)于建筑物來(lái)說(shuō)的確是一種既新型又實(shí)用的材料。工程設(shè)計(jì)師在進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)時(shí)，必須要考慮到的是建筑物所處的地理位置。因?yàn)榈赜虼嬖诓町?，使得各個(gè)地方的自然氣候存在不同，有的地方受氣候影響長(zhǎng)期多風(fēng)多雨，有的則相對(duì)干燥。面對(duì)不同的建筑地點(diǎn)，在施工過(guò)程中就需要選擇適合的智能混凝土，充分發(fā)揮其安全耐用的性能。

綜上所言，智能型混凝土作為一種新型的功能材料，當(dāng)被投入到實(shí)際工程中運(yùn)用時(shí)還需要在應(yīng)用過(guò)程中進(jìn)一步展開(kāi)研究。智能混凝土對(duì)于確保建筑物的安全和耐久性具有重要的作用。在建筑施工過(guò)程中需要根據(jù)不同的情況進(jìn)行合理地選擇，以減少建筑的返修次數(shù)，提高使用質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1] 鄧宗才. 纖維混凝土的抗彎沖擊性能[J]. 公路交通科技，2005，22（10）：15-17.

篇（6）

Abstract: Intelligent is a modern concrete building materials and modern technology to combine the product of a traditional concrete material development of the advanced stage. Recalling the history of the development of concrete intelligence and research and look forward to a smart concrete development trends and application prospects on the research should pay attention to.

Key words: smart concrete development

前言

隨著現(xiàn)代材料科學(xué)的不斷進(jìn)步，作為最主要的建筑材料之一的混凝土已逐漸向高強(qiáng)、高性能、多功能和智能化發(fā)展。用它建造的混凝土結(jié)構(gòu)也趨于大型化和復(fù)雜化。然而混凝土結(jié)構(gòu)在使用過(guò)程中由于受環(huán)境荷載作用。疲勞效應(yīng)、腐蝕效應(yīng)和材料老化等不利因素的影響，結(jié)構(gòu)將不可避免地產(chǎn)生損傷積累、抗力衰減，甚至導(dǎo)致突發(fā)事故。為了有效地避免突發(fā)事故的發(fā)生，延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的使用壽命，必須對(duì)此類(lèi)結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)時(shí)的“健康”監(jiān)測(cè)，并及時(shí)進(jìn)行修復(fù)?，F(xiàn)有的無(wú)損檢測(cè)方法，如聲波檢測(cè)X射線及C掃描等，只能定性檢測(cè)，而不能定量、數(shù)據(jù)化處理，更主要的是不能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。因而對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)部狀態(tài)的監(jiān)測(cè)和損傷估計(jì)還比較困難，甚至是不可能的。傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)的維修方式主要是在損傷部位進(jìn)行外部的加固，而對(duì)損傷的原結(jié)構(gòu)進(jìn)行維修比較困難，尤其是對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)部的損傷修復(fù)更是非常困難。隨著現(xiàn)代社會(huì)向智能化的發(fā)展，這種停留在被動(dòng)和計(jì)劃模式的檢測(cè)與修復(fù)方式已不能適應(yīng)現(xiàn)代多功能和智能建筑對(duì)混凝土材料提出的要求。因此，研究和開(kāi)發(fā)具有主動(dòng)、自動(dòng)地對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行自診斷、自調(diào)節(jié)、自修復(fù)、恢復(fù)的智能混凝土已成為結(jié)構(gòu)一功能（智能）一體化的發(fā)展趨勢(shì)[1]

1智能混凝土的定義和發(fā)展歷史

智能材料，指的是“能感知環(huán)境條件，做出相應(yīng)行動(dòng)”的材料。它能模仿生命系統(tǒng)，同時(shí)具有感知和激勵(lì)雙重功能，能對(duì)外界環(huán)境變化因素產(chǎn)生感知，自動(dòng)作出適時(shí)。靈敏和恰當(dāng)?shù)捻憫?yīng)，并具有自我診斷、自我調(diào)節(jié)、自我修復(fù)和預(yù)報(bào)壽命等功能。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(bào)混凝土材料內(nèi)部的損傷，滿足結(jié)構(gòu)自我安全檢測(cè)需要，防止混凝土結(jié)構(gòu)潛在脆性破壞，并能根據(jù)檢測(cè)結(jié)果自動(dòng)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。正如上面所述，智能混凝士是自感知和記憶、自適應(yīng)。自修復(fù)等多種功能的綜合，缺一不可，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(lái)?yè)p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(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1.1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)合部分其它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(lèi)、碳類(lèi)、金屬類(lèi)和光纖。其中最常用的是碳類(lèi)、金屬類(lèi)和光纖。下面主要介紹2種當(dāng)前研究比較熱門(mén)的損傷自診斷混凝土。

1.1.1碳纖維智能混凝土

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(hào)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。通過(guò)觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)水泥基復(fù)合材料的電阻變化與其內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化是相對(duì)應(yīng)的。碳纖維水泥基材料在結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力的彈性階段，其電阻變化率隨內(nèi)部應(yīng)力線性增加，當(dāng)接近構(gòu)件的極限荷載時(shí)，電阻逐漸增大，預(yù)示構(gòu)件即將破壞。而基準(zhǔn)水泥基材料的導(dǎo)電性幾乎無(wú)變化，直到臨近破壞時(shí)，電阻變化率劇烈增大，反映了混凝土內(nèi)部的應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系。根據(jù)纖維混凝土的這一特性，通過(guò)測(cè)試碳纖維混凝土所處的工作狀態(tài)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)的在線監(jiān)測(cè)[2].在入碳纖維的損傷自診斷混凝土中，碳纖維混凝土本身就是傳感器，可對(duì)混凝土內(nèi)部在拉、壓、彎靜荷載和動(dòng)荷載等外因作用下的彈性變形和塑性變形以及損傷開(kāi)裂進(jìn)行監(jiān)測(cè)。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在水泥漿中摻加適量的碳纖維作為應(yīng)變傳感器，它的靈敏度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般的電阻應(yīng)變片。在疲勞試驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)，無(wú)論在拉伸或是壓縮狀態(tài)下，碳纖維混凝土材料的體積電導(dǎo)率會(huì)隨疲勞次數(shù)發(fā)生不可逆的降低。因此，可以應(yīng)用這一現(xiàn)象對(duì)混凝土材料的疲勞損傷進(jìn)行監(jiān)測(cè)。通過(guò)標(biāo)定這種自感應(yīng)混凝土，研究人員決定阻抗和載重之間的關(guān)系，由此可確定以自感應(yīng)混凝土修筑的公路上的車(chē)輛方位、載重和速度等參數(shù)，為交通管理的智能化提供材料基礎(chǔ)。

碳纖維混凝土除具有壓敏性外，還具有溫敏性，即溫度變化引起電阻變化（溫阻性）及碳纖維混凝土內(nèi)部的溫度差會(huì)產(chǎn)生電位差的熱電性（Seebeck效應(yīng)）。試驗(yàn)表明，在最高溫度為70℃，最大溫差為15℃的范圍內(nèi)，溫差電動(dòng)勢(shì)（E）與溫差t之間具有良好穩(wěn)定的線性關(guān)系。當(dāng)碳纖維摻量達(dá)到一臨界值時(shí)，其溫差電動(dòng)勢(shì)率有極大值，且敏感性較高，因此可以利用這種材料實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑物內(nèi)部和周?chē)h(huán)境變化的實(shí)時(shí)監(jiān)控；也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)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(bào)警器等可望用于有溫控和火災(zāi)預(yù)警要求的智能混凝土結(jié)構(gòu)中。

碳纖維混凝土除自感應(yīng)功能外，還可應(yīng)用于工業(yè)防靜電構(gòu)造。公路路面、機(jī)場(chǎng)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(chǎng)的電熱結(jié)構(gòu)等。

1.1.2光纖傳感智能混凝土

光纖傳感智能混凝土[3]，即在混凝土結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位埋人入纖維傳感器或其陣列，探測(cè)混凝土在碳化以及受載過(guò)程中內(nèi)部應(yīng)力、應(yīng)變變化，并對(duì)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。光在光纖的傳輸過(guò)程中易受到外界環(huán)境因素的影響，如溫度、壓力、電場(chǎng)、磁場(chǎng)等的變化而引起光波量如光強(qiáng)度、相位、頻率、偏振態(tài)的變化。因此人們發(fā)現(xiàn)，如果能測(cè)量出光波量的變化，就可以知道導(dǎo)致光波量變化的溫度、壓力、磁場(chǎng)等物理量的大小。于是，出

現(xiàn)了光纖傳感技術(shù)。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外進(jìn)行了將光纖傳感器用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和建筑檢測(cè)這一領(lǐng)域的研究，開(kāi)展了混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)力、應(yīng)變及裂縫發(fā)生與發(fā)展等內(nèi)部狀態(tài)的光纖傳感器技術(shù)的研究，這包括在混凝土的硬化過(guò)程中進(jìn)行監(jiān)測(cè)和結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。光纖在傳感器中的應(yīng)用，提供了對(duì)土建結(jié)構(gòu)智能及內(nèi)部狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)、在線無(wú)損檢測(cè)手段，有利于結(jié)構(gòu)的安全監(jiān)測(cè)和整體評(píng)價(jià)和維護(hù)。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的一雙跨公路橋內(nèi)部應(yīng)變狀態(tài)監(jiān)測(cè)；美國(guó)Winooski的一座水電大壩的振動(dòng)監(jiān)測(cè)；國(guó)內(nèi)工程有重慶渝長(zhǎng)高速公路上的紅槽房大橋監(jiān)測(cè)和蕪湖長(zhǎng)江大橋長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)與安全評(píng)估系統(tǒng)等。

1.2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(tái)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(dòng)，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(dòng)功能的組件材料，如：形狀記憶合金（SMA）和電流變體（ER）等。形狀記憶合金具有形狀記憶效應(yīng)（SME），若在室溫下給以超過(guò)彈性范圍的拉伸塑性變形，當(dāng)加熱至少許超過(guò)相變溫度，即可使原先出現(xiàn)的殘余變形消失，并恢復(fù)到原來(lái)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(duì)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)受到異常荷載于擾時(shí)，通過(guò)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。

轉(zhuǎn)貼于

電流變體（ER）是一種可通過(guò)外界電場(chǎng)作用來(lái)控制其粘性、彈性等流變性能雙向變化的懸膠液。在外界電場(chǎng)的作用下，電流變體可于0.1ms級(jí)時(shí)間內(nèi)組合成鏈狀或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的固凝膠，其初度隨電場(chǎng)增加而變調(diào)到完全固化，當(dāng)外界電場(chǎng)拆除時(shí)，仍可恢復(fù)其流變狀態(tài)。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(tái)風(fēng)，地震襲擊時(shí)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(dòng)的目的。

有些建筑物對(duì)其室內(nèi)的濕度有嚴(yán)格的要求，如各類(lèi)展覽館、博物館及美術(shù)館等，為實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的濕度控制，往往需要許多濕度傳感器、控制系統(tǒng)及復(fù)雜的布線等，其成本和使用維持的費(fèi)用都較高。日本學(xué)者研制的自動(dòng)調(diào)節(jié)環(huán)境溫度的混凝土材料自身即可完成對(duì)室內(nèi)環(huán)境濕度的探測(cè)，并根據(jù)需要對(duì)其進(jìn)行調(diào)控。這種混凝土材料帶來(lái)自動(dòng)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：沸石中的硅酸鈣含有（3－9）X10－10m的孔隙。這些孔隙可以對(duì)水分、N0x和S0x氣體選擇性的吸附。通過(guò)對(duì)沸石種類(lèi)進(jìn)行選擇，可以制備符合實(shí)際應(yīng)用需要的自動(dòng)調(diào)節(jié)環(huán)境濕度的混凝土復(fù)合材料。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(shí)放濕，溫度下降時(shí)吸濕。

1.3自修復(fù)智能混凝土

混凝土結(jié)構(gòu)在使用過(guò)程中，大多數(shù)結(jié)構(gòu)是帶縫工作的?；炷廉a(chǎn)生裂縫，不僅強(qiáng)度降低，而且空氣中的CO2、酸雨和氯化物等極易通過(guò)裂縫侵人混凝土內(nèi)部，使混凝土發(fā)生碳化，并腐蝕混凝土內(nèi)的鋼筋，這對(duì)地下結(jié)構(gòu)物或盛有危險(xiǎn)品的處理設(shè)施尤為不利，一旦混凝土發(fā)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。在人類(lèi)現(xiàn)實(shí)生活中可以見(jiàn)到人的皮膚劃破后，經(jīng)一段時(shí)間皮膚會(huì)自然長(zhǎng)好，而且修補(bǔ)得天衣無(wú)縫；骨頭折斷后，只要接好骨縫，斷骨就會(huì)自動(dòng)愈合。自愈合混凝土[4]就是模仿生物組織，對(duì)受創(chuàng)傷部位自動(dòng)分泌某種物質(zhì)，而使創(chuàng)傷部位得到愈合的機(jī)能，在混凝土傳統(tǒng)組分中復(fù)合特性組分（如含有粘結(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(dòng)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。采用粘結(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。在日本，以東北大學(xué)三橋博三教授為首的日本學(xué)者將內(nèi)含粘結(jié)劑的膠囊或空心玻璃纖維摻入混凝土材料中，一旦混凝土在外力作用下發(fā)生開(kāi)裂，部分膠囊或空心玻璃纖維破裂，粘結(jié)液流出并深人裂縫。粘結(jié)液可使混凝土裂縫重新愈合。美國(guó)伊利諾伊斯大學(xué)的Carolyn Dry在1994年采用類(lèi)似的方法，將在空心玻璃纖維中注人縮醛高分子溶液作為粘結(jié)劑埋人混凝土中使混凝土具有自愈合功能。在此基礎(chǔ)上Carolyn Dry還根據(jù)動(dòng)物骨骼的結(jié)構(gòu)和形成機(jī)理，嘗試制備仿生混凝土材料，其基本原理是采用磷酸鈣水泥（含有單聚物）為基體材料，在其中加人多孔的編織纖維網(wǎng)。在水泥水化和硬化過(guò)程中，多孔纖維釋放出聚合反應(yīng)引發(fā)劑與單聚物聚合成高聚物，聚合反應(yīng)留下的水分參與水泥水化。這樣便在纖維網(wǎng)的表面形成大量有機(jī)與無(wú)機(jī)物，它們相互穿插粘結(jié)，最終形成的復(fù)合材料是與動(dòng)物骨骼結(jié)構(gòu)相似的無(wú)機(jī)與有機(jī)相結(jié)合的材料，具有優(yōu)異的強(qiáng)度及延性等性能。而且在材料使用過(guò)程中，如果發(fā)生損傷，多孔有機(jī)纖維會(huì)釋放高聚物，愈合損傷。

2智能混凝規(guī)究現(xiàn)狀和應(yīng)注意的問(wèn)題

前面所述的自診斷、自調(diào)節(jié)和自修復(fù)混凝土是智能混凝土研究的初級(jí)階段，它們只具備了智能混凝土的某一基本特征，是一種智能混凝土的簡(jiǎn)化形式。因此有人也稱之為機(jī)敏混凝土。然而這種功能單一的混凝土并不能發(fā)揮智能混凝土作用，目前人們正致力于將2種以上功能進(jìn)行組裝的所謂智能組裝混凝土材料的研究。智能組裝混凝土材料是將具有自感應(yīng)、自凋節(jié)和自修復(fù)組件材料等與混凝土基材復(fù)合并按照結(jié)構(gòu)的需要進(jìn)行排列，以實(shí)現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)的內(nèi)部損傷自診斷、自修復(fù)和抗震減振的智能化。

智能混凝土具有廣闊的應(yīng)用前景，但作為一種新型的功能材料，如果投入實(shí)際工程，還有很多問(wèn)題需要進(jìn)一步地研究：如碳纖維混凝土的電阻率穩(wěn)定性、電極布置方式、耐久性等；光纖混凝土的光纖傳感陣列的最優(yōu)排布方式；自愈合混凝土的修復(fù)粘結(jié)劑的選擇。封人的方法以及愈合后混凝土耐久性能的改善等。解決上述一系列問(wèn)題將對(duì)智能混凝土今后的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。為促進(jìn)智能混凝土研究工作的順利開(kāi)展有必要就以下幾點(diǎn)形成共識(shí)：

（1）開(kāi)發(fā)應(yīng)有針對(duì)性。所謂針對(duì)性就是要針對(duì)混凝土性能發(fā)生惡化和結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞等現(xiàn)象，考慮不同的智能方法，如針對(duì)這些現(xiàn)象，設(shè)想開(kāi)發(fā)出一種能應(yīng)對(duì)所有這些情況的手段是很困難的，因此，縮小智能化范圍，以某種功能為對(duì)象，

從而開(kāi)發(fā)出相對(duì)最適應(yīng)的方法是必要的。

（2）實(shí)施中應(yīng)具有可行性。澆注混凝土多在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，因而作為智能混凝土的施工方法，對(duì)其技術(shù)與工藝要求不能過(guò)高。應(yīng)以原有工藝為基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)相應(yīng)的較為簡(jiǎn)單的方法。選用的材料應(yīng)具有化學(xué)穩(wěn)定性，要有利于安全使用，不揮發(fā)任何有刺激的氣味和其它有害物質(zhì)，并能大量應(yīng)用而且成本較低。

篇（7）

中圖分類(lèi)號(hào)：TU445.57 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2014）23-0056-02

1、前言

國(guó)內(nèi)目前最為常用的預(yù)制梁養(yǎng)生方法多為人工澆水養(yǎng)生，因受操作者的質(zhì)量意識(shí)和工作態(tài)度影響，時(shí)常出現(xiàn)部分區(qū)域漏養(yǎng)、養(yǎng)護(hù)時(shí)間不足等現(xiàn)象，且箱梁腹板向內(nèi)傾斜，傳統(tǒng)覆蓋養(yǎng)生沒(méi)辦法使用，使得噴上去的水揮發(fā)極快，使箱梁腹板、翼板易產(chǎn)生裂紋，形成 “通病”。部分項(xiàng)目也采用自動(dòng)養(yǎng)護(hù)方式，養(yǎng)護(hù)效果強(qiáng)于人工養(yǎng)護(hù)，但自動(dòng)養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)的噴頭固定在地面上或整體架設(shè)在預(yù)制梁上，使用一段時(shí)間后噴頭極易損壞，需要頻繁更換，麻煩且維護(hù)成本高，因此很多項(xiàng)目即便安裝了自動(dòng)養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)，但中后期也不使用了，轉(zhuǎn)為人工養(yǎng)護(hù)。

灌陽(yáng)至全州公路土建工程N(yùn)O.1合同段（下稱灌鳳1標(biāo)）在預(yù)制梁施工中，為滿足預(yù)制梁板規(guī)?；百|(zhì)量需要，項(xiàng)目部經(jīng)過(guò)兩個(gè)多月的試驗(yàn)摸索，從足球場(chǎng)的草坪噴灌和農(nóng)業(yè)噴灌系統(tǒng)得到啟發(fā)，開(kāi)發(fā)了一套智能?chē)娏莛B(yǎng)護(hù)施工技術(shù)。實(shí)踐證明，該技術(shù)對(duì)預(yù)制梁養(yǎng)護(hù)具有效果好、安全環(huán)保等特點(diǎn)，取得了良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，現(xiàn)將該施工技術(shù)進(jìn)行總結(jié)，為類(lèi)似工程提供參考。

2、工程概況

灌鳳1標(biāo)1#預(yù)制場(chǎng)共需預(yù)制30m箱梁161片，25m T梁240片，該預(yù)制場(chǎng)日產(chǎn)量2片梁，日平均養(yǎng)護(hù)量10～14片梁。2#預(yù)制場(chǎng)共需預(yù)制20m箱梁40片，25m T梁40片，40m T梁72片，該預(yù)制場(chǎng)日產(chǎn)量1.5片梁，日平均養(yǎng)護(hù)量7～10片梁。

3、智能?chē)娏莛B(yǎng)護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1 施工場(chǎng)地的設(shè)計(jì)和布設(shè)

（1）整體布置

預(yù)制場(chǎng)需設(shè)置0.3%的縱坡，養(yǎng)護(hù)水池設(shè)置在地胎側(cè)面的中心樁號(hào)位置，使水輸送到各地胎的路程最快最短，沉淀池設(shè)置在養(yǎng)護(hù)水池的下方最低處，便于匯集施工用水，滿足循環(huán)用水的需要。

預(yù)制場(chǎng)初次平整場(chǎng)地用平地機(jī)精平，壓路機(jī)進(jìn)行壓實(shí)，場(chǎng)地平整后高程誤差范圍控制在3cm以內(nèi)。在場(chǎng)地硬化之前，按設(shè)計(jì)圖埋設(shè)好水管、電纜、噴頭等管件，進(jìn)行噴淋調(diào)試。調(diào)試合格后，進(jìn)行第二次場(chǎng)地平整，最后用C30砼進(jìn)行硬化，硬化厚度為20cm。

智能?chē)娏芟到y(tǒng)整體布置圖1。

（2）水池的設(shè)計(jì)和布設(shè)

預(yù)制場(chǎng)需設(shè)置兩個(gè)水池：養(yǎng)護(hù)水池和污水沉淀池，兩個(gè)水池均設(shè)置在地胎的同一側(cè)，距離地胎8m。水池用漿砌片石砌筑，并用水泥抹面，加鋼筋焊網(wǎng)蓋。

水池的尺寸視養(yǎng)護(hù)梁的數(shù)量而定，以同時(shí)養(yǎng)護(hù)12條梁為例：養(yǎng)護(hù)水池的尺寸為7m×5m×2.5m（長(zhǎng)×寬×高），蓄水量為87.5m3，為方便水的輸送，養(yǎng)護(hù)水池底面設(shè)計(jì)比預(yù)制場(chǎng)地面高2.5m，并需要在進(jìn)水口出設(shè)聚乙烯濾網(wǎng)，過(guò)濾從沉淀池中抽上來(lái)的殘?jiān)源_保噴淋流暢，不堵塞。污水沉淀池的尺寸為5m×3m×2.5m，蓄水量為37.5m3，為方便養(yǎng)護(hù)用水的循環(huán)利用，沉淀池頂面設(shè)計(jì)比預(yù)制場(chǎng)地面低0.5m。污水處理池中的水經(jīng)沉淀處理后由抽水機(jī)抽送到養(yǎng)護(hù)水池中，最終形成水的循環(huán)利用。

（3）排水溝的設(shè)計(jì)和布設(shè)

主排水溝設(shè)置在地胎靠近水池的一側(cè)，距離地胎2m，并在地胎與主排水溝之間設(shè)置0.3%的縱坡以便排水。主排水溝尺寸為30×25cm。同時(shí)，在每?jī)闪械靥ブg橫向設(shè)置支排水溝，尺寸為20cm×15cm。場(chǎng)地內(nèi)施工用水流入支排水溝后，匯集流入主排水溝內(nèi)，經(jīng)濾網(wǎng)過(guò)濾后后流入沉淀池中。排水溝布置見(jiàn)圖2。

3.2 水管和噴頭的設(shè)置

在地胎澆筑的時(shí)候就需要把主水管、支路水管和出水口安裝好。主水管為φ75pvc管，支路水管為φ63pvc管。支路水管的布置決定了噴頭距梁體的距離，出水口間距的布置決定了水面的覆蓋面積，因此要根據(jù)噴霧咀的型號(hào)及其“輻射”面積來(lái)確定，以確保預(yù)制梁頂部及翼板與腹板的交叉處能被水霧覆蓋為準(zhǔn)。灌鳳1標(biāo)使用的是美國(guó)雨鳥(niǎo) 3504型旋轉(zhuǎn)雨簾噴頭，最大理論輻射面積157m2，理論最大半徑為10m，180°角。經(jīng)綜合調(diào)試，最終將支路水管設(shè)置在距地胎邊緣1.7m處，噴頭間距設(shè)置為3m，實(shí)踐證明，該設(shè)置養(yǎng)生效果良好。每個(gè)出水口安裝二分叉分別安裝噴頭，噴頭可以上下左右隨意調(diào)節(jié)角度，使得噴淋范圍更大，且杜絕了噴淋盲區(qū)。

水管埋設(shè)于地下50cm，其上用土覆蓋壓實(shí)，并用C30砼蓋面。噴頭未開(kāi)動(dòng)時(shí)處于地面以下，開(kāi)啟系統(tǒng)后噴頭自動(dòng)伸長(zhǎng)13cm露出地面對(duì)大梁進(jìn)行噴淋養(yǎng)護(hù)。該設(shè)計(jì)既能很好的保證噴頭的使用壽命，也不妨礙大梁的鋼筋及模板安裝，同時(shí)不會(huì)使現(xiàn)場(chǎng)因?yàn)樗苊懿级@得雜亂無(wú)章，實(shí)用美觀兩不誤。

3.3 智能控制系統(tǒng)的設(shè)置

首先在養(yǎng)護(hù)水池出口的主水管上安裝管道增壓泵、控制水泵開(kāi)關(guān)定時(shí)的ESP-LXME控制器、水泵開(kāi)關(guān)接觸器和總電源開(kāi)關(guān)，養(yǎng)護(hù)水池的水接入控制器后，由主水管（φ75pvc管）導(dǎo)出，并接入到支路水管（φ63pvc管）中。

在每條支路水管與主水管連接處設(shè)置有自動(dòng)進(jìn)排氣閥，然后在每條支水管上安裝電磁閥，每條梁的噴頭均由一個(gè)獨(dú)立的電磁閥控制進(jìn)行2次加壓，電磁閥與支路水管上的自動(dòng)進(jìn)排氣閥相連后形成給水系統(tǒng)（見(jiàn)圖4）。

將智能養(yǎng)護(hù)控制系統(tǒng)安裝綁定在電腦上，這樣通過(guò)控制器上面的信號(hào)接收器接收信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)電腦控制。此系統(tǒng)還可以安裝在智能手機(jī)上，從而進(jìn)行更方便，更靈活的操作。

4、智能?chē)娏莛B(yǎng)護(hù)系統(tǒng)的使用

打開(kāi)自動(dòng)控制系統(tǒng)總電源開(kāi)關(guān)，在泵房控制系統(tǒng)中點(diǎn)擊要養(yǎng)生的地胎編號(hào)的按鈕，即可啟動(dòng)噴淋系統(tǒng)對(duì)預(yù)制梁進(jìn)行養(yǎng)生。

根據(jù)天氣、溫度情況和梁板養(yǎng)護(hù)階段來(lái)設(shè)置噴淋時(shí)間，一般為每隔20～30分鐘噴一次，一次噴淋2.5分鐘（冬季噴淋40s～60s即可）。噴淋時(shí)間到點(diǎn)后自動(dòng)停止噴淋，轉(zhuǎn)到下一臺(tái)座，循環(huán)一周后開(kāi)始等待時(shí)間。等待時(shí)間根據(jù)測(cè)試梁體表面水分蒸發(fā)完畢時(shí)間和總循環(huán)時(shí)間來(lái)確認(rèn)。等待時(shí)間到后水泵再一次開(kāi)啟進(jìn)入新一輪循環(huán)，如此周而復(fù)始直到養(yǎng)護(hù)期滿為止。

5、使用效果

灌鳳一標(biāo)截止2013年4月10日，共預(yù)制了418片梁，已預(yù)制完成的梁板經(jīng)監(jiān)理和項(xiàng)目部質(zhì)檢部門(mén)評(píng)定均為合格，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)施工人員反映，大梁養(yǎng)護(hù)效果比人工噴淋方式有了顯著提升，灌鳳路業(yè)主將之選為“精品工程”在全線推廣。

使用該技術(shù)還產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)效益：①整個(gè)系統(tǒng)安裝及材料設(shè)備費(fèi)共20萬(wàn)，回收材料及設(shè)備15萬(wàn)，建設(shè)成本較低。②對(duì)比人工養(yǎng)護(hù)每年節(jié)約人工費(fèi)12萬(wàn)元。③養(yǎng)護(hù)效果好，砼早期強(qiáng)度上升較快，平均只需4天可達(dá)設(shè)計(jì)張拉強(qiáng)度。按2片/天生產(chǎn)量計(jì)算，含張拉、壓漿時(shí)間，常規(guī)一個(gè)循環(huán)需要9天 ，采用本技術(shù)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)一個(gè)循環(huán)只需要6天，每個(gè)循環(huán)節(jié)約3天。按預(yù)制場(chǎng)的地胎配置情況，預(yù)制完所有梁地胎共需循環(huán)20次，共節(jié)約工期3×20=60天。預(yù)制場(chǎng)配置2套龍門(mén)吊，租金為5萬(wàn)元/月，因此節(jié)約龍門(mén)吊租金10萬(wàn)元。因此共節(jié)約資金22萬(wàn)元。此經(jīng)濟(jì)效益尚未計(jì)算縮短工期而產(chǎn)生的隱性效益和由于節(jié)約用水而產(chǎn)生的效益。

6、結(jié)語(yǔ)

本智能?chē)娏莛B(yǎng)護(hù)系統(tǒng)與其他智能?chē)娏芟到y(tǒng)相比具有以下先進(jìn)性：所有的管件均埋設(shè)于地面以下，使用的噴頭未開(kāi)動(dòng)時(shí)處于地面以下，開(kāi)啟系統(tǒng)后噴頭自動(dòng)伸長(zhǎng)露出地面對(duì)大梁進(jìn)行噴淋養(yǎng)護(hù)。該設(shè)計(jì)既能很好的保證噴頭的使用壽命，也不妨礙大梁的鋼筋及模板安裝，同時(shí)不會(huì)使現(xiàn)場(chǎng)因?yàn)樗苊懿级@得雜亂無(wú)章，實(shí)用美觀兩不誤。

該技術(shù)與以往的養(yǎng)護(hù)方法比起來(lái)優(yōu)勢(shì)非常明顯，自動(dòng)噴淋養(yǎng)護(hù)到位，大梁質(zhì)量得到保證。適合在產(chǎn)量200片以上的混凝土梁預(yù)制場(chǎng)中進(jìn)行推廣應(yīng)用。

篇（8）

要實(shí)現(xiàn)真正意義上的智能型建筑，不僅體現(xiàn)在建筑內(nèi)部弱電系統(tǒng)的應(yīng)用，還應(yīng)該把節(jié)能、環(huán)保、綠色、生態(tài)等發(fā)展可持續(xù)建筑的戰(zhàn)略思想宗旨融入建筑的智能化建設(shè)中去，實(shí)現(xiàn)資源的有效持續(xù)利用，節(jié)能節(jié)水節(jié)地，減少?gòu)U棄物，減低或消除污染，減小地球負(fù)荷，體現(xiàn)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境效益的高度統(tǒng)一。

所以，智能建筑的建設(shè)不應(yīng)僅局限于建筑內(nèi)部子系統(tǒng)，還應(yīng)包括能源優(yōu)化系統(tǒng)、生態(tài)綠化系統(tǒng)、廢棄物治理與處置系統(tǒng)、水熱光氣聲環(huán)境優(yōu)化系統(tǒng)等，充分體現(xiàn)建筑與四周環(huán)境的協(xié)調(diào)關(guān)系以及自身的穩(wěn)定性可持續(xù)性，充分體現(xiàn)綠色建筑節(jié)能建筑和生態(tài)建筑的思想內(nèi)容。要實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，這其中，基于智能建筑材料的開(kāi)發(fā)應(yīng)用是非常重要的一方面。

1、智能建筑材料

智能材料是指模擬生命系統(tǒng)，能感知環(huán)境變化，并及時(shí)改變自身的性能參數(shù)，作出所期望的、能與變化后的環(huán)境相適應(yīng)的復(fù)合材料或材料的復(fù)合。仿生命感覺(jué)和自我調(diào)節(jié)是智能材料的重要特征。

智能材料在建筑中的應(yīng)用廣泛，結(jié)構(gòu)型智能建筑材料可對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的性能進(jìn)行預(yù)先的檢測(cè)和預(yù)告，不僅大大減少結(jié)構(gòu)維護(hù)費(fèi)用，更重要的是可避免由于結(jié)構(gòu)破壞而造成的嚴(yán)重危害。而本文討論的功能型智能建筑材料，則主要體現(xiàn)出在節(jié)能環(huán)保、綠色生態(tài)等智能化建筑元素中的作用。

以建筑中的功能元素之一濕度調(diào)節(jié)為例，若使用當(dāng)前的智能建筑技術(shù)，需要通過(guò)HVAC（Heating，Ventilating，andAirConditioning）系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，能耗很大。而一些建筑材料本身具有調(diào)節(jié)濕度的功能，可以充分加以利用。傳統(tǒng)材料如木材的平衡含水率、石膏的“呼吸”作用，二者都可隨空氣濕度的變化吸收或放出水分。新開(kāi)發(fā)的某些智能材料其調(diào)濕作用更加明顯，如下文討論的調(diào)濕混凝土、相轉(zhuǎn)變材料等。

2、混凝土

除水泥、水、砂、石及化學(xué)外加劑外的添加第六組分，不僅可以改善混凝土的使用性能，一些非常的功能型智能型添加物以及一些特種混凝土，可提供非常的綠色節(jié)能生態(tài)功能。

1）電磁屏蔽混凝土

通過(guò)摻入金屬粉末導(dǎo)電纖維等低電阻導(dǎo)體材料，在提高混凝土結(jié)構(gòu)性能的同時(shí)，能夠屏蔽和吸收電磁波，降低電磁輻射污染，提高室內(nèi)電視影像和通訊質(zhì)量。

2）調(diào)濕混凝土

通過(guò)添加要害組分納米天然沸石粉制成，可探測(cè)室內(nèi)環(huán)境溫度，并根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)控，滿足人的居住或美術(shù)館等建筑對(duì)濕度的控制要求，相比較于傳統(tǒng)的利用溫度濕度傳感器控制器和復(fù)雜布線系統(tǒng)，使用和維護(hù)成本低。

3）透水混凝土

具備良好的透水透氣性，可增加地表透水、透氣面積，調(diào)節(jié)環(huán)境溫度、濕度，減少城市熱島效應(yīng)，維持地下水位和植物生長(zhǎng)。

4）生物相容型混凝土

利用混凝土良好的透水透氣性，提供植物生長(zhǎng)所需營(yíng)養(yǎng)。陸地上可種植小草，形成植被混凝土，用于河川護(hù)堤的綠化美化；淡水海水中可棲息浮游動(dòng)物和植物，形成淡水生物、海洋生物相容型混凝土，調(diào)節(jié)生態(tài)平衡。

5）抗菌混凝土

在傳統(tǒng)混凝土中加入納米抗菌防霉組分，使混凝土具有抑制霉菌生長(zhǎng)和滅菌效果，

6）凈水生態(tài)混凝土

將高活性凈水組分與多孔混凝土復(fù)合，提高吸附能力，使混凝土具有凈化水質(zhì)功能和適應(yīng)生物生息場(chǎng)所及自然景觀效果，用于淡水資源凈化和海水凈化。

7）凈化空氣混凝土

在砂漿和混凝土中添加納米二氧化鈦等光催化劑，制成光催化混凝土，分解去除空氣中的二氧化硫、氮氧化物等對(duì)人體有害的污染氣體。另外還有物理吸附、化學(xué)吸附、離子交換和稀土激活等空氣凈化形式，可起到有效凈化甲醛、苯等室內(nèi)有毒揮發(fā)物，減少二氧化碳濃度等作用。

8）再生混凝土

將廢棄混凝土經(jīng)過(guò)處理，部分或全部代替天然骨料而配制的新混凝土，減少城市垃圾，節(jié)約資源。

9）溫度自監(jiān)控混凝土

通過(guò)摻入適量的短切碳纖維到水泥基材料中，使混凝土產(chǎn)生熱電效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑物內(nèi)部和周?chē)h(huán)境溫度變化的實(shí)時(shí)測(cè)量。此外尚存在通過(guò)水泥基復(fù)合材料的熱電效應(yīng)利用太陽(yáng)能和室內(nèi)外溫差為建筑物提供電能的可能性。

10）綠色高性能混凝土

在混凝土的生產(chǎn)使用過(guò)程中，除了獲得高技術(shù)性能外，還綜合體現(xiàn)出節(jié)約能源資源，不破壞環(huán)境的宗旨。在概念上，綠色混凝土重點(diǎn)在于對(duì)環(huán)境無(wú)害，而生態(tài)混凝土強(qiáng)調(diào)的是直接有益于環(huán)境。

篇（9）

Abstract: the intelligent material used in carbon fiber as the bridge structure, the application of carbon fiber concrete electric heating, electricity-force-effect, to improve the bearing capacity of the bridge and deformation capacity, open up the carbon fiber concrete application field, and for the bridge structure control and puts forward a new method of intelligent bridge, and for the new bridge development and strengthening old bridge is expanding a new road.

Keywords: carbon fiber concrete; Intelligent bridge; Improve the bearing capacity

中圖分類(lèi)號(hào)：TU37文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

1.引言

近年來(lái)國(guó)內(nèi)外的橋梁研究者們都在努力探索新的具有自診斷和自修復(fù)的智能橋梁結(jié)構(gòu)。健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等一系列的橋梁結(jié)構(gòu)智能控制系統(tǒng)已成為近年研究的焦點(diǎn)，并已經(jīng)取得了一些成就，光纖光柵傳感技術(shù)以及一些引入復(fù)合材料后具有機(jī)敏性的智能混凝土的應(yīng)用與研究，為人類(lèi)橋梁史的發(fā)展開(kāi)辟了新的途徑。

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(bào)混凝土材料內(nèi)部的損傷，滿足結(jié)構(gòu)自我安全檢測(cè)需要，防止混凝土結(jié)構(gòu)潛在脆性破壞，并能根據(jù)檢測(cè)結(jié)果自動(dòng)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。正如上面所述，智能混凝士是自感知和記憶、自適應(yīng)、自修復(fù)等多種功能的綜合，缺一不可，以目前的科技水平制備完善的智能混凝土材料還有一定困難。但近年來(lái)?yè)p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(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

本研究以國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目為資助，以318國(guó)道湖北荊州一座急待改建小橋?yàn)橐劳泄こ?，初步探討碳纖維混凝土智能材料在橋梁結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用，取得了很好的應(yīng)用效果。

2.實(shí)橋改造試驗(yàn)方案

觀音垱橋是318國(guó)道上的一座小橋，該橋?yàn)?1×6.80)米鋼筋混凝土板橋，橋面總寬為14.10米，兩邊各有0.30米寬鋼筋混凝土路緣石，凈寬為13.50米。設(shè)計(jì)荷載為：公路Ⅱ級(jí)；公路等級(jí)：二級(jí)公路。由于該橋處于國(guó)道上，日交通量大，重載車(chē)日益增多，且使用已久，出現(xiàn)了橋面龜裂，主板出現(xiàn)大量裂縫，伸縮縫壞死，支撐梁損壞等病害。故對(duì)橋作如下改造、加固措施。

2.1 三片鋼桁架。鋼桁架用鋼δ22，Q235；焊條，E43型；焊縫厚6mm。

各桁架布置標(biāo)高一致；在桁架入臺(tái)耳處的橋臺(tái)內(nèi)預(yù)埋300×300×10mm鋼板，下焊4根φ8長(zhǎng)100mm鋼筋，桁架與預(yù)埋鋼板焊接。

2.2 三個(gè)碳纖維混凝土短柱。短柱：C30混凝土，內(nèi)摻含體積率1%的短切碳纖維。

短柱上下有兩電極，并將電線接上并外引至南側(cè)橋邊，電源為110V，短柱兩側(cè)粘好測(cè)溫度的線，并外引至南側(cè)橋邊；短柱4側(cè)打磨干凈，再涂?jī)杀榉尤?shù)脂；在短柱頂面上現(xiàn)灌托梁。

2.3 一個(gè)托梁。托梁：C30混凝土，8Φ16。

托梁構(gòu)造如下：（1）N3為托架往下凸出部分內(nèi)的鋼筋，每處4Φ16，與N1 ，N2綁扎，并于往下凸出部分50cm，內(nèi)布4φ8@150箍筋。（2）托梁分兩次澆灌，南側(cè)托梁與梁板間預(yù)留2 cm間隙，北側(cè)托梁與梁板間預(yù)留1cm間隙，第一次澆筑路左幅（南側(cè)）705cm部分；待右邊公路行車(chē)后再灌右幅（北側(cè)）705cm部分。

2.4 更換梁板及橋面鋪裝。

裝應(yīng)變片的空心板共5塊，布置在3個(gè)上和桁架之間，其中桁架上的板裝4塊應(yīng)變片，另2塊裝2塊應(yīng)變片。在安裝處先將鋼筋打磨光滑，讓?xiě)?yīng)變片完全接觸鋼筋，涂上環(huán)氧樹(shù)脂，貼上應(yīng)變片，綁上粘膠，然后用紗布一層層裹實(shí)，每裹一層涂上一層環(huán)氧樹(shù)脂；每塊板的應(yīng)變線做上記號(hào)，并外引至南側(cè)橋邊。

3.碳纖維混凝土橋梁智能化方案與試驗(yàn)

3.1 研究了組合結(jié)構(gòu)體系

用桁架與梁組合，使梁跨中彎矩減少40﹪。

3.2 提出了三種智能材料在橋梁結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用方案

（1）梁中CFRP混凝土層橋梁結(jié)構(gòu)

圖1-1短切碳纖維混凝土梁

圖1-1所示結(jié)構(gòu)在梁的下緣作成CFRP混凝土簿層如2cm，通過(guò)電極通電，CFRP混凝土層發(fā)熱升溫，從而梁上下緣產(chǎn)生溫差，超靜定梁就產(chǎn)生負(fù)彎矩和

上拱，這樣，梁彎矩和撓度分別下降54﹪和96﹪，但是耗電較大。

（2）桁架梁智能結(jié)構(gòu)

如圖1-2所示結(jié)構(gòu)的桁架與梁不直接接觸，在橋?qū)挿较虿贾枚嗥旒?，在各豎桿底端用聯(lián)系桿將桁架橫向聯(lián)系起來(lái)，用托梁（可用鋼筋混凝土構(gòu)件）將各片梁（板）橫向托起，CFRP混凝土短柱緊挨桁架豎桿，置于聯(lián)系桿和托梁之間。短柱通電升溫就伸長(zhǎng)，這就可智能化地向梁提供向上的力，從而減少梁的彎矩和橈度，效果分別達(dá)到73﹪和64﹪。

圖1-2. 桁架梁智能結(jié)構(gòu)圖1-3. 斜撐梁智能結(jié)構(gòu)

（3）斜撐梁智能結(jié)構(gòu)

如圖1-3所示結(jié)果，斜撐支在橋臺(tái)（墩）上，CFRP混凝土短柱置于梁和斜撐之間并緊密接觸；CFRP混凝土短柱通電后，短柱伸長(zhǎng)給梁頂力，所以梁的彎矩和橈度減少，效果都可超過(guò)90﹪甚至達(dá)到100﹪。

智能材料在橋梁中控制效果：CFRP層砼橋，彎矩下降54%，撓度下降96%；桁架梁智能橋，彎矩下降73%，撓度下降64%；斜撐梁智能橋，彎矩下降90%以上，撓度下降90%以上。

由此可見(jiàn)優(yōu)良排序：斜撐梁智能橋、桁架梁智能橋、CFRP混凝土層橋

3.3 CFRP混凝土材料特性試驗(yàn)

通過(guò)試驗(yàn)獲得CFRP混凝土材料特性，主要為電—熱效應(yīng)、導(dǎo)電性能、時(shí)間溫度關(guān)系、時(shí)間變形關(guān)系；

篇（10）

Abstract: in the theoretical analysis and test research, it established concrete rebound-ultrasound-pulled out of the synthesis detection artificial neural network model. Comparing the traditional regression algorithm, the artificial neural network model of concrete strength has higher precision.

Keywords: rebound-ultrasound-pull out the synthesis; Concrete; Strength; detection

中圖分類(lèi)號(hào)： TU528 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

1 引言

混凝土的強(qiáng)度可采用無(wú)損檢測(cè)的方法進(jìn)行推定，如采用回彈法、聲速法、拔出法或綜合法。綜合法由于采用多項(xiàng)物理參數(shù)，能較全面地反映構(gòu)成混凝土強(qiáng)度的各種因素，并且還能夠抵消部分影響強(qiáng)度與物理量相關(guān)關(guān)系的因素，因而它比單一物理量的無(wú)損檢測(cè)方法具有更高的準(zhǔn)確性和可靠性[1]。通過(guò)試驗(yàn)研究和工程實(shí)踐積累的檢測(cè)數(shù)據(jù)，建立了混凝土強(qiáng)度回彈-超聲-拔出綜合法神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 試件制作

設(shè)計(jì)C15、C20、C25、C30、C35、C40六個(gè)強(qiáng)度等級(jí)、三個(gè)齡期的混凝土，共制作標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)100×100×100mm立方體試件180組用于回彈法、超聲法檢測(cè)，制作標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)200×200×200mm立方體試件180組用于拔出法檢測(cè)，同時(shí)制作相同組數(shù)的自然養(yǎng)護(hù)試件。試件均采用機(jī)械攪拌、機(jī)械振搗。

2.2 混凝土配合比及原材料基本性能

混凝土配合比及設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 混凝土配合比及設(shè)計(jì)參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

3 回彈-超聲-拔出綜合法人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)與模型建立

3.1網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與說(shuō)明

3.1.1輸入和輸出層的設(shè)計(jì)

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入、輸出層數(shù)是完全根據(jù)使用者的要求來(lái)設(shè)計(jì)，問(wèn)題確定下來(lái)，輸入輸出層也就確定了。

3.1.2隱含層單元的選擇

隱含層單元個(gè)數(shù)的選擇是一個(gè)十分復(fù)雜的問(wèn)題，目前尚沒(méi)有很好的解析表達(dá)式，隱含層單元的個(gè)數(shù)與問(wèn)題的要求、輸入輸出單元的數(shù)量、訓(xùn)練樣本的數(shù)量等都有直接關(guān)系。當(dāng)隱含層單元的數(shù)量太少時(shí)會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的容錯(cuò)性能降低，即訓(xùn)練不出理想的結(jié)果。但隱含層單元個(gè)數(shù)太多又往往會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，且網(wǎng)絡(luò)的輸出誤差也不一定最小，因此目前主要依靠理論和經(jīng)驗(yàn)確立合適的計(jì)算網(wǎng)絡(luò)[2]。下面公式作為選擇隱含層單元數(shù)的參考：

式中：n1為隱含層單元數(shù)，m為輸出層單元數(shù)，n為輸入層單元數(shù)，a為1-10之間的常數(shù)。

3.1.3初始值的選取

對(duì)于系統(tǒng)是非線性的，初始值對(duì)于學(xué)習(xí)是否達(dá)到局部最小和是否能夠收斂的關(guān)系很大，一個(gè)重要的要求是希望初始權(quán)在輸入累加時(shí)使每個(gè)神經(jīng)元的狀態(tài)接近于零，這樣可以保證開(kāi)始時(shí)不落到那些平坦區(qū)域上。權(quán)一般取隨機(jī)數(shù)，而且要求比較小，這樣可以保證每個(gè)神經(jīng)元一開(kāi)始都在它們轉(zhuǎn)換函數(shù)變化最大的地方進(jìn)行[3]。

3.1.4數(shù)據(jù)的歸一化處理

由于輸入數(shù)據(jù)的密集性，數(shù)據(jù)之間的差別太小，如超聲值；同時(shí)由于采集的各數(shù)據(jù)單位不一致，直接將數(shù)據(jù)輸入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練會(huì)引起混淆。因此，必須對(duì)輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理（Normalization Processing），使得輸入層的輸入值介于[-1,1]之間，而輸出層的輸出值介于[0,1]之間。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練結(jié)束后，在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行混凝土強(qiáng)度推測(cè)階段（即仿真階段），需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行反歸一化處理。

3.2網(wǎng)絡(luò)算法改進(jìn)

3.2.1附加沖量(動(dòng)量)法

附加沖量法修正網(wǎng)絡(luò)參數(shù)時(shí)，不僅考慮誤差函數(shù)的梯度下降，而且考慮誤差曲面的變化趨勢(shì)。沒(méi)有附加沖量作用時(shí)，網(wǎng)絡(luò)可能陷入局部極小或進(jìn)入誤差曲面平坦區(qū)，而附加沖量則有可能使網(wǎng)絡(luò)跳出局部極小或滑過(guò)平坦區(qū)[4]。

3.2.2自適應(yīng)學(xué)習(xí)速率

正確選擇學(xué)習(xí)速率不是一件容易的事情，通常對(duì)訓(xùn)練初期合適的學(xué)習(xí)速率，隨著訓(xùn)練的進(jìn)行會(huì)變得不合適，因?yàn)檎`差曲面是非常復(fù)雜的。為了解決這一問(wèn)題，設(shè)法讓網(wǎng)絡(luò)具有這樣一種功能，根據(jù)自身的訓(xùn)練情況自動(dòng)調(diào)整學(xué)習(xí)速率，即采用自適應(yīng)學(xué)習(xí)速率[5]。

3.2.3 S型函數(shù)輸出限幅算法

網(wǎng)絡(luò)的連接權(quán)和閥值的調(diào)節(jié)量都與中間層輸出b有關(guān)，當(dāng)bj=0或b=l時(shí)，vji=0或wji=0或θj=0，即當(dāng)bj=0或bj=1時(shí)，不能對(duì)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值和閥值進(jìn)行調(diào)整。

3.3 網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練和模型的建立

混凝土強(qiáng)度回彈-超聲-拔出綜合法神經(jīng)

網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練如圖1示。經(jīng)過(guò)訓(xùn)練，網(wǎng)絡(luò)模型如

圖2所示。

建立的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練函數(shù)為T(mén)rainlm。

輸入層數(shù)是3，即回彈值、超聲值、拔出力；

輸出層數(shù)是1，即混凝土立方體抗壓強(qiáng)度。

隱含層是1層，單元數(shù)是5。初始學(xué)習(xí)速率

0.05，沖量系數(shù)0.9，允許學(xué)習(xí)次數(shù)3000，

學(xué)習(xí)樣本數(shù)168，計(jì)算樣本數(shù)15，初始權(quán)值和閾值為[-0.01，0.01]區(qū)間的隨機(jī)數(shù)，輸入層的輸入值介于[-1，1]之間，輸出層的輸出值介于[0，1]之間。網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)樣本見(jiàn)表2所示。

4 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與回歸算法推測(cè)混凝土強(qiáng)度對(duì)比

4.1回歸模型選擇

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)情況擬選三種回歸公式，通過(guò)回歸指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)這三種回歸公式，然后選取既能反映混凝土實(shí)際工作狀況又較為簡(jiǎn)單的回歸公式作為綜合法的測(cè)強(qiáng)公式 。

擬選用以下幾種回歸公式模型[6，7]：

冪函數(shù)方程 ：

線性方程：

指數(shù)方程：

式中；—混凝土強(qiáng)度計(jì)算值(MPa)；F—拔出力(kN)；N—回彈值；V—超聲速度(km/s)；A、B、C、D—回歸系數(shù)

4.2 綜合法檢測(cè)回歸公式及試驗(yàn)結(jié)果分析

本次試驗(yàn)通過(guò)對(duì)576組150×150×150mm試塊和90根750×200×200mm小梁180組進(jìn)行拔出、回彈、超聲檢測(cè)。對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)利用Matlab進(jìn)行回歸分析，得到如下回歸方程和相應(yīng)的回歸指標(biāo)，見(jiàn)表3。