智能材料 教学课件 作者 陈英杰 8第八章.ppt

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1、智能材料第8章智能混凝土8.1智能混凝土研究概况8.1.1智能混凝土的定义和发展历史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。8.1智能混凝土研究概况8.1.2智能混凝土的研究现状前面所述的自感应混凝土、自调节混凝土和自修复混凝土是智能混凝土研究的初级阶段，它们只是具备了智能混凝土的某一基本特征。是一种智能混凝土的简化形式，因此有人也称之为机敏混凝土。然而这种功能单一的混凝土并不能发挥智能的作用，目前人们正致力于将两种或两种以上功能进行组装的所谓智能组装混凝土材料的研究。智能组装混凝土材料是将具有自感应

2、、自调节和自修复组件材料等与混凝土基材复合，并按照结构的需要进行排列，以实现混凝土结构的内部损伤自诊断、自修复和抗震减振的智能化。当前较为典型的研究热点是自诊断、自愈合智能混凝土材料。机敏混凝土是智能化时代的产物，将先进的机敏混凝土材料融入到土木基础设施的安全系统，实现混凝土结构的内部损伤自诊断、自修复和抗震威振的智能化结构，提高结构性能，综合利用有限的建筑空间，减少和节省运行和维修费用，对延长结构的寿命、提高安全性和耐久性都有重要意义。8.1智能混凝土研究概况8.1.3智能混凝土的发展趋势智能混凝土材料的研究经历了初级阶段和智能组装过渡阶段的探索后，正向着最终的智能阶段发

3、展，综观国内外该领域的研究趋势可归纳为以下几个方面：1.混凝土中智能组件的集成化和小型化2.开发智能控制材料3.实现混凝土材料结构的智能一体化8.2目前智能混凝土的智能特性8.2.1损伤自诊断混凝土（自感应混凝土）混凝土材料本身并不具备自感应功能，但在混凝土基材中复合部分导电相可使混凝土具备本征自感应功能。目前常用的导电组分可分3类：聚合物类、碳类和金属类，其中最常用的是碳类和金属类。碳类导电组分包括：石墨、碳纤维及碳黑，金属类材料则有金属微粉末、金属纤维、金属片、金属网等。碳纤维自诊断智能混凝土具有压敏性和温敏性等性能：1．自诊断智能混凝土的压敏性2．自诊断智能混凝土的温

4、敏性8.2目前智能混凝土的智能特性8.2.2温度自调节混凝土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。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。自调节机敏混凝土具有电力效应和电热效应等性能。机敏混凝土的力电效应、电力效应是基于电化学理论的可逆效应，因此将电力效应应用于混凝土结构的传感和驱动时，可以在一定范围内对它们实施变形调节。8.2目前智能混凝土的智能特性8.2.3仿生自愈合混凝土（自修复混凝土）自修复混凝土是模仿动物的骨组织结构和受创伤后的再生、恢复机理，采用粘接材料和基材相复合的

5、方法，对材料损伤破坏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。8.3仿生自愈合水泥砂浆的研究8.3.1仿生自愈合水泥砂浆的实验研究同济大学混凝土材料研究国家重点实验室对仿生自愈合水泥砂浆进行了试验研究。他们采用聚氨酯、丙烯酸酯等材料为修复剂，将其注入空心玻璃纤维中并埋人40mm×40mm×l60mm的水泥砂浆试件，空心玻璃纤维外径2mm，壁厚0.5mm，长160mm。砂浆试件的水灰比为0.44，灰砂比为1:2.5，龄期为28d。试样在INSTRON8501万能试验机上进行三点弯曲试验。8.3仿生自愈合水泥砂浆的研究8.3.2实验结果及分析1．自愈合水泥砂浆

6、的强度2．自愈合水泥砂浆的韧性3．自愈合水泥砂浆修复前后的破坏过程特性8.3.3结论1）将含有混凝土修复剂的空心玻璃纤维埋人混凝土结构中，形成混凝土自愈合系统，可使修复后的混凝土强度略有升高，达到自愈合效果。2）不同的修复剂对混凝土的愈合效果不同，其中丙烯酸酯较佳，聚氨酯次之。3）愈合后的混凝土断裂韧性明显提高。4）控制自愈合混凝土断裂界面是愈合后混凝土强度恢复和韧性改善的关键。