土木工程中智能材料的应用研究与发展.pdf

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1、土木工程中智能材料的应用研究与发展胡仁桂(江苏省建工建材质量检测中心有限公司，江苏南京210008)摘要：针对智能材料的特点．介绍了光导纤维材料、形状记忆合金、压磁材料、碳纤维混凝土、压电材料等智能材料的基本特征．在分析了各智能材料的优势后．重点分析了智能材料在土木工程结构中的应用现状。根据相关研究成果．对智能材料发展过程中所存在的问题做了阐述．并就智能材料未来的研究及发展前景提出了建议。关键词：智能材料；土木工程；混凝土；应用前景Abstract：AccordingtothecharacteristicsofinteUigent

2、materials，thepaperintroducesthebasicchaI．acteristicsofmaterials，including，theshapememoryalloy，themagneticmaterials，thecarbonfiberreinforcedconcreteandthefiberopticmaterials，thepiezoelectricmaterials．IntheanalysisoftheinteUigentmaterialadVantages，thepaperfocusesontheap

3、plicationofintelligentmaterialsinciVilengineeringstructure．Accordingtotheresearchresults，theproblemsinthedevelopmentofsmartmaterialsaredescribed，andsomesuggestionsforthefutureresearchanddevelopmentofsmartmaterialsareputforward．Keywords：inteUigentmaterials；civilenginee

4、ring；concrete；applicationprospect0引言随着材料技术的快速发展．越来越多的高新技术被运用到工程材料的研发中．各种新型材料层出不穷．以复合材料为基础发展而来的智能材料．为解决相应材料的力学问题提供了科学牢靠的途径。作为有着多学科交叉背景的综合学科．智能材料为土木工程中日益复杂的结构提供了实现的可能性．因此这一学科的研究也日益受到重视。诸如大跨度桥梁、高层建筑、水利枢纽、海洋钻井平台以及油气管网系统之类的基建设施．在其较长的使用期中．外界各种不利作用会使得组成这些结构的材料发生不可逆的变化．从而导致结构

5、出现不同程度地性能衰减、功能弱化，甚至会诱发重大工程事故。若是能将智能材料运用到对这些超规模的工程结构物中．能够时刻评定相应的安全性能、监控损伤，并智能修复，则将为未来工程建设提供新的发展思路。所谓智能材料．是指随时能够对环境条件及内部状态的变化做出精准、高效、合适的响应，同时还具备自主分析、自我调整、自动修复等功能的新材料。受仿生学科的启发．其目标是要开发出能运用到具体工程中、将无机材料变得有生命活力。二十世纪90年代初逐渐兴起的智能材料结构系统．吸引了包括物理、化学、电子、航空航天、土木工程等领域的研究者涉足其中．取得了丰硕的

6、成果。1智能材料的概念及特点智能材料发源于“自适应材料”(AdaptiveMate—rial)，在Rogers和Claus等人的努力下，智能材料系统逐渐受到全世界各国官方机构的认可与重视．发展迅速。智能材料(IntelligentMaterial，IM)当前没有一个明确的定义．不过大体上都是根据功能做出相应的定义．是继天然材料、合成高分子材料、人工设计材料之后的第四代材料．具有不可限量的前景。智能材料产生的背景决定了其所具有的独特优势．决定了其终将会带来材料科学的重大革新。通常而言．智能材料主要以下七大功能：(1)传感：能够对内外

7、部的作用进行监控与鉴别；(2)反馈：将监控获取的信息进行传输以及反馈；(3)_，互盎材型曼墅笪塑一19—信息识别与积累：识别并记忆反馈来的信息；(4)响应：对内外部的变化做出灵活有效的反应；(5)自诊断：对内外部信息实施自行诊断、分析、评判等；(6)自修复：依特定的方法修复系统的故障；(7)自适应：待外部作用消失后可恢复原状。在具体的工程中，若要实现这么多的功能，仅仅依靠单一材料是无法实现的．因此通常情况下都是通过多种智能材料的组合才能达到目的。2智能材料在土木工程结构中的应用2．1光导纤维光纤维的主要化学成分为二氧化硅．作为信息

8、传递的绝佳介质．有着其他任何材料无法比拟的传导能力。材料主要由内层圆柱形透明介质和外层圆环形透明介质组成，内层为纤芯，外层为包层。内外层折射率的差异能够保证携带信息的光在纤维里面能量损失少，传输距离大。将光纤维植入到混凝土结构中．制成光纤维混凝土结