摘要：智能混凝土是現代建筑材料與現代科技相結合的產物，是傳統混凝土材料發展的高級階段。回顧了智能混凝土的發展歷史和研究現狀，展望了智能混凝土的發展趨勢和應用前景，闡述了研究中應注意的問題。
　　關鍵詞：智能，混凝土，研究，發展
　　1智能混凝土的定義和發展歷史
　　隨著現代材料科學的不斷進步，作為主要的建筑材料之一的混凝土已逐漸向高強、高性能和智能化發展。然而混凝土結構在使用過程中由于受各種不利因素影響，不可避免地產生損傷積累、抗力衰減，甚至導致突發事故。為了有效地避免突發事故的發生，延長結構的使用壽命，必須對此類結構進行實時的監測，并及時進行修復。現有的無損檢測方法，對結構內部狀態的監測和損傷估計還比較困難。因此，研究和開發具有主動、自動地對結構進行診斷、調節、修復、恢復的智能混凝土已成為發展趨勢。智能混凝土是在混凝土原有組分基礎上復合智能型組分，使混凝土具有自感知和記憶，自適應，自修復特性的多功能材料。近年來損傷自診斷混凝土、溫度自調節混凝土、仿生自愈合混凝土等一系列智能混凝土的相繼出現，智能混凝土的研究打下了堅實的基礎。
　　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功能。普通的混凝土材料本身不具有自感應功能，但在混凝土基材中復合部分其它材料組分使混凝土本身具備本征自感應功能。目前常用的材料組分有：碳類、金屬類和光纖。下面介紹一種損傷自診斷混凝土：碳纖維智能混凝土。碳纖維是一種高強度、高彈性且導電性能良好的材料。在水泥基材料中摻入適量碳纖維不僅可以顯著提高強度和韌性，而且其物理性能，尤其是電學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部應力、應變和操作程度的功能。通過觀測，發現水泥基復合材料的電阻變化與其內部結構變化是相對應的。碳纖維水泥基材料在結構構件受力的彈性階段，其電阻變化率隨內部應力線性增加，當接近構件的極限荷載時，電阻逐漸增大，預示構件即將破壞。而基準水泥基材料的導電性幾乎無變化，直到臨近破壞時，電阻變化率劇烈增大，反映了混凝土內部的應力一應變關系。根據纖維混凝土的這一特性，通過測試碳纖維混凝土所處的工作狀態，可以實現對結構工作狀態的在線監測[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，可對混凝土內部在拉、壓、彎靜荷載和動荷載等外因作用下的彈性變形和塑性變形以及損傷開裂進行監測。試驗發現，在水泥漿中摻加適量的碳纖維作為應變傳感器，它的靈敏度遠遠高于一般的電阻應變片。在疲勞試驗中還發現，無論在拉伸或是壓縮狀態下，碳纖維混凝土材料的體積電導率會隨疲勞次數發生不可逆的降低。因此，可以應用這一現象對混凝土材料的疲勞損傷進行監測。通過標定這種自感應混凝土，研究人員決定阻抗和載重之間的關系，由此可確定以自感應混凝土修筑的公路上的車輛方位、載重和速度等參數，為交通管理的智能化提供材料基礎。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）及碳纖維混凝土內部的溫度差會產生電位差的熱電性（Seebeck效應）。試驗表明，在最高溫度為70℃，最大溫差為15℃的范圍內，溫差電動勢（E）與溫差t之間具有良好穩定的線性關系。當碳纖維摻量達到一臨界值時，其溫差電動勢率有極大值，且敏感性較高，因此可以利用這種材料實現對建筑物內部和周圍環境變化的實時監控；也可以實現對大體積混凝土的溫度自監控以及用于熱敏元件和火警報警器等可望用于有溫控和火災預警要求的智能混凝土結構中。碳纖維混凝土除自感應功能外，還可應用于工業防靜電構造。公路路面、機場跑道等處的化雪除冰。鋼筋混凝土結構中的鋼筋陰極保護。住宅及養殖場的電熱結構等。
　　1.2自調節智能混凝土
　　自調節智能混凝土具有電力效應和電熱效應等性能。混凝土結構除了正常負荷外，人們還希望它在受臺風、地震等自然災害期間，能夠調整承載能力和減緩結構振動，但因混凝土本身是惰性材料，要達到自調節的目的，必須復合具有驅動功能的組件材料，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（SMA），利用形狀記憶合金對溫度的敏感性和不同溫度下恢復相應形狀的功能，在混凝土結構受到異常荷載于擾時，通過記憶合金形狀的變化，使混凝土結構內部應力重分布并產生一定的預應力，從而提高混凝土結構的承載力。在混凝土中復合電流變體（ER），利用電流變體的這種流變作用，當混凝土結構受到臺風，地震襲擊時調整其內部的流變特性，改變結構的自振頻率、阻尼特性以達到減緩結構振動的目的。
　　1.3自修復智能混凝土
　　混凝土結構在使用過程中，大多數結構是帶縫工作的。混凝土產生裂縫，不僅強度降低，而且空氣中的CO2、酸雨和氯化物等極易通過裂縫侵人混凝土內部，使混凝土發生碳化，并腐蝕混凝土內的鋼筋，這對地下結構物或盛有危險品的處理設施尤為不利，一旦混凝土發生裂縫，要想檢查和維修都很困難。自修復混凝土就是應這方面的需要而產生的。自愈合混凝土就是模仿生物組織，對受創傷部位自動分泌某種物質，而使創傷部位得到愈合的機能，在混凝土傳統組分中復合特性組分（如含有粘結劑的液芯纖維或膠囊）在混凝土內部形成智能型仿生自愈合神經網絡系統，模仿動物的這種骨組織結構和受創傷后的再生、恢復機理。采用粘結材料和基材相復合的方法，使材料損傷破壞后，具有自行愈合和再生功能，恢復甚至提高材料性能的新型復合材料。
　　2智能混凝規究現狀和應注意的問題
　　自診斷、自調節和自修復混凝土是智能混凝土研究的初級階段，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化形式。然而這種功能單一的混凝土并不能完全發揮智能混凝土作用，目前人們正致力于將2種以上功能進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、自凋節和自修復組件材料等與混凝土基材復合并按照結構的需要進行排列，以實現混凝土結構的內部損傷自診斷、自修復和抗震減振的智能化。智能混凝土具有廣闊的應用前景，但作為一種新型的功能材料，如果投入實際工程，還有很多問題需要進一步地研究：如碳纖維混凝土的電阻率穩定性、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排布方式；自愈合混凝土的修復粘結劑的選擇。解決上述一系列問題將對智能混凝土今后的發展產生深遠的影響。為促進智能混凝土研究工作的順利開展有必要就以下幾點形成共識：一是，開發應有針對性。所謂針對性就是要針對混凝土性能發生惡化和結構發生破壞等現象，考慮不同的智能方法，如針對這些現象，設想開發出一種能應對所有這些情況的手段是很困難的，因此，縮小智能化范圍，以某種功能為對象，從而開發出相對最適應的方法是必要的。二是，實施中應具有可行性。澆注混凝土多在施工現場進行，因而作為智能混凝土的施工方法，對其技術與工藝要求不能過高。應以原有工藝為基礎開發相應的較為簡單的方法。選用的材料應具有化學穩定性，要有利于安全使用，不揮發任何有刺激的氣味和其它有害物質，并能大量應用而且成本較低。三是，設計應具有綜合性。采用智能化，雖然可以提高材料的耐久性，但也會帶來負面作用。如由于使用了某種材料雖然能對某種惡化現象進行控制和改善，但是否會對強度等其它性能有所影響，所有這些正反兩方面的問題都必須在判斷和設計時進行綜合考慮和權衡。
　　3結語
　　智能混凝土是智能化時代的產物，它在對重大土木基礎設施應變的實量監測、損傷的無損評估、及時修復以及減輕臺風、地震的沖擊等諸多方面有很大的潛力，對確保建筑物的安全和耐久性都具有重要性。在現代建筑向智能化發展的背景下，對傳統的建筑材料的研究、制造、缺陷預防和修復等都提出了強烈的挑戰。智能混凝土材料作為建筑材料領域的高新技術，為傳統建材的未來發展注入了新的內容和活力，也提供了全新的機遇。其發展必將使混凝土材料的應用具有更廣闊的前景和產生巨大的社會經濟效益。
　　參考文獻：ne
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