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智能混凝土范文1
隨著現代材料科學的不斷進步，作為最主要的建筑材料之一的混凝土已逐漸向高強、高性能、多功能和智能化發展。用它建造的混凝土結構也趨于大型化和復雜化。然而混凝土結構在使用過程中由于受環境荷載作用。疲勞效應、腐蝕效應和材料老化等不利因素的影響，結構將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“健康”監測，并及時進行修復。現有的無損檢測方法，如聲波檢測X射線及C掃描等，只能定性檢測，而不能定量、數據化處理，更主要的是不能實現實時監測。因而對結構內部狀態的監測和損傷估計還比較困難，甚至是不可能的。傳統的混凝土結構的維修方式主要是在損傷部位進行外部的加固，而對損傷的原結構進行維修比較困難，尤其是對結構內部的損傷修復更是非常困難。隨著現代社會向智能化的發展，這種停留在被動和計劃模式的檢測與修復方式已不能適應現代多功能和智能建筑對混凝土材料提出的要求。因此，研究和開發具有主動、自動地對結構進行自診斷、自調節、自修復、恢復的智能混凝土已成為結構一功能（智能）一體化的發展趨勢[1]
1 智能混凝土的定義和發展歷史
智能材料，指的是“能感知環境條件，做出相應行動”的材料。它能模仿生命系統，同時具有感知和激勵雙重功能，能對外界環境變化因素產生感知，自動作出適時。靈敏和恰當的響應，并具有自我診斷、自我調節、自我修復和預報壽命等功能。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。根據這些特性可以有效地預報混凝土材料內部的損傷，滿足結構自我安全檢測需要，防止混凝土結構潛在脆性破壞，并能根據檢測結果自動進行修復，顯著提高混凝土結構的安全性和耐久性。正如上面所述，智能混凝士是自感知和記憶、自適應。自修復等多種功能的綜合，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困難。但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；為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：聚合類、碳類、金屬類和光纖。其中最常用的是碳類、金屬類和光纖。下面主要介紹2種當前研究比較熱門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。
1.1.2 光纖傳感智能混凝土
光纖傳感智能混凝土[3]，即在混凝土結構的關鍵部位埋人入纖維傳感器或其陣列，探測混凝土在碳化以及受載過程中內部應力、應變變化，并對由于外力、疲勞等產生的變形、裂紋及擴展等損傷進行實時監測。光在光纖的傳輸過程中易受到外界環境因素的影響，如溫度、壓力、電場、磁場等的變化而引起光波量如光強度、相位、頻率、偏振態的變化。因此人們發現，如果能測量出光波量的變化，就可以知道導致光波量變化的溫度、壓力、磁場等物理量的大小。于是，出現了光纖傳感技術。近年來，國內外進行了將光纖傳感器用于鋼筋混凝土結構和建筑檢測這一領域的研究，開展了混凝土結構應力、應變及裂縫發生與發展等內部狀態的光纖傳感器技術的研究，這包括在混凝土的硬化過程中進行監測和結構的長期監測。光纖在傳感器中的應用，提供了對土建結構智能及內部狀態進行實時、在線無損檢測手段，有利于結構的安全監測和整體評價和維護。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建設的一座名為Beddington Tail的一雙跨公路橋內部應變狀態監測；美國Winooski的一座水電大壩的振動監測；國內工程有重慶渝長高速公路上的紅槽房大橋監測和蕪湖長江大橋長期監測與安全評估系統等。
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?；炷两Y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。形狀記憶合金具有形狀記憶效應（SME），若在室溫下給以超過彈性范圍的拉伸塑性變形，當加熱至少許超過相變溫度，即可使原先出現的殘余變形消失，并恢復到原來的尺寸。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。
電流變體（ER）是一種可通過外界電場作用來控制其粘性、彈性等流變性能雙向變化的懸膠液。在外界電場的作用下，電流變體可于0.1ms級時間內組合成鏈狀或網狀結構的固凝膠，其初度隨電場增加而變調到完全固化，當外界電場拆除時，仍可恢復其流變狀態。在混凝土中復合電流變體，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。
有些建筑物對其室內的濕度有嚴格的要求，如各類展覽館、博物館及美術館等，為實現穩定的濕度控制，往往需要許多濕度傳感器、控制系統及復雜的布線等，其成本和使用維持的費用都較高。日本學者研制的自動調節環境溫度的混凝土材料自身即可完成對室內環境濕度的探測，并根據需要對其進行調控。這種混凝土材料帶來自動調節環境濕度功能的關鍵組分是沸石粉。其機理為：沸石中的硅酸鈣含有（3－9）X10－10m的孔隙。這些孔隙可以對水分、N0x和 S0x氣體選擇性的吸附。通過對沸石種類進行選擇，可以制備符合實際應用需要的自動調節環境濕度的混凝土復合材料。它具有如下特點：優先吸附水分；水蒸氣壓力低的地方，其吸濕容量大；吸、放濕與溫度相關，溫度上升時放濕，溫度下降時吸濕。
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?；炷廉a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。在人類現實生活中可以見到人的皮膚劃破后，經一段時間皮膚會自然長好，而且修補得天衣無縫；骨頭折斷后，只要接好骨縫，斷骨就會自動愈合。自愈合混凝土[4]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。在日本，以東北大學三橋博三教授為首的日本學者將內含粘結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生開裂，部分膠囊或空心玻璃纖維破裂，粘結液流出并深人裂縫。粘結液可使混凝土裂縫重新愈合。美國伊利諾伊斯大學的Carolyn Dry在1994年采用類似的方法，將在空心玻璃纖維中注人縮醛高分子溶液作為粘結劑埋人混凝土中使混凝土具有自愈合功能。在此基礎上Carolyn Dry還根據動物骨骼的結構和形成機理，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。在水泥水化和硬化過程中，多孔纖維釋放出聚合反應引發劑與單聚物聚合成高聚物，聚合反應留下的水分參與水泥水化。這樣便在纖維網的表面形成大量有機與無機物，它們相互穿插粘結，最終形成的復合材料是與動物骨骼結構相似的無機與有機相結合的材料，具有優異的強度及延性等性能。而且在材料使用過程中，如果發生損傷，多孔有機纖維會釋放高聚物，愈合損傷。
2 智能混凝規究現狀和應注意的問題
前面所述的自診斷、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。因此有人也稱之為機敏混凝土。然而這種功能單一的混凝土并不能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。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：
（1）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。
（2）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。
（3）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。
智能混凝土范文2
關鍵詞 智能；混凝土；應用
1.智能型材料的定義與特點
智能混凝土是智能型材料的一種，目前正被大力運用于建筑的施工過程中。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合智能型部分，讓混凝土具備了自感知、自記憶、自適應、自修復等多種特點的多功能型材料。智能混凝土由于具備多種功能，因而可以對混凝土材料內部的損傷進行準確地預報，為混凝土的安全檢測提供必要的條件，這就消除了混凝土結構內部潛在的脆性破壞。如果混凝土內部出現問題，也能根據檢測后的結果進行自動修復，對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、自適應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。盡管我國的科學技術水平沒有達到很高的境界，自主生產制造智能型混凝土還比較困難，但是通過國外引進和自主研究等途徑，近幾年損傷溫度自調節混凝土、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被引進使用，為我國智能型混凝土的發展開辟了廣闊的前景。
2.智能型混凝土的具體分類
2.1 仿生混凝土材料
是由無機物與有機物相結合后出現的一種復合材料，由纖維網表面大量的有機與無機物相互穿插粘結而成。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進行組合。水泥使用時需要經過水化和硬化過程，使引發劑與單聚物聚合成高聚物，改善了混凝土的性能結構。
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功能，傳統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讓混凝土具備自感應的功能。常用的材料組分有：碳類、聚合類、光纖和金屬類等。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 自修復智能混凝土
裂縫是混凝土常見的問題，很多混凝土結構在施工使用過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裂縫進入到混凝土內部，對混凝土造成碳化、腐蝕的損壞，破壞了正常的使用功能，自修復混凝土具有較強的自動修復能力，好符合了這種需要。
2.4 自調節智能混凝土
電力效應和電熱效應是自調節智能混凝土所具有的性能，如果出現臺風、暴雨、地震等自然災害時，普通混凝土就無法承受。智能混凝土能自動調整自身的承載能力，在混凝土其內部加入具有驅動功能的組件材料能實現自我調節，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劑的膠囊，當混凝土出現裂縫時，膠囊中的粘結劑就會流入裂縫中，對混凝土裂縫進行自動修補。這是模仿了生物組織，當受到創傷時生物能過自動分泌出某種物質自動愈合。將粘結材料和基材進行復合，能使混凝土材料具備再生功能。
3.新型材料應用于建筑施工
智能混凝土的產生既是時展所需，也是建筑技術進步的途徑。智能型混凝土因為具備多項建材使用功能，既符合建筑行業發展的需要，又能起到節能環保的作用。隨著建筑施工技術的發展，智能型混凝土必將在建筑施工中被廣泛應用，具體表現在以下幾點：
（1）實時監控。在施工過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提高混凝土的強度、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部的應力、應變和操作程度等功能。加上碳纖維混凝土具有溫敏性[4]，對溫度能夠產生較準的感應，一旦混凝土內的碳纖維含量到達一定程度時，其溫差電動勢率就會增大，提高了混凝土的敏感性，施工過程中常常利用這種混凝土對建筑物內部結構以及建筑周圍環境進行實時監控。
（2）抗震防裂。由于大多數建筑物在施工完畢后不久，常常會出現因開裂而形成裂縫等現象。造成裂縫的原因有兩類，一類是外部原因，如受到外力強大的沖擊、震動時會導致裂縫的出現；另一方面的原因則是建筑物本身，尤其是建筑材料的選用，如果材料不復合標準就會導致建筑物的承載能力、抗震能力、防裂能力沒有保障，容易引發裂縫。在施工過程中，工程技術人員常常會根據建筑結構的不同，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、抗災能力好等特點綜合到一起，這對于建筑物來說的確是一種既新型又實用的材料。工程設計師在進行建筑設計時，必須要考慮到的是建筑物所處的地理位置。因為地域存在差異，使得各個地方的自然氣候存在不同，有的地方受氣候影響長期多風多雨，有的則相對干燥。面對不同的建筑地點，在施工過程中就需要選擇適合的智能混凝土，充分發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，當被投入到實際工程中運用時還需要在應用過程中進一步展開研究。智能混凝土對于確保建筑物的安全和耐久性具有重要的作用。在建筑施工過程中需要根據不同的情況進行合理地選擇，以減少建筑的返修次數，提高使用質量。
參考文獻：
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[2] 胡時勝. 混凝土材料動態力學性能的實驗研究[J]. 工程力學，2001，40（10）：47-49.
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上述傳統智能化技術的應用有諸多缺點。例如，這些基于電氣自動化計算機技術的系統過于復雜，維護工作量大；且存在建筑物使用周期長而智能化技術更新周期短的矛盾；據報道，許多智能化集成系統建成后利用率低，甚至是閑置不用從而不可避免地迅速貶值進而成為負擔；更重要的是，過分強調現代通信電子技術的使用，帶來建筑物的高能耗，直接提高了使用成本，比如北京上海一些高檔寫字樓，由于使用能耗過高導致出租率租金偏低。
要實現真正意義上的智能型建筑，不僅體現在建筑內部弱電系統的應用，還應該把節能、環保、綠色、生態等發展可持續建筑的戰略思想宗旨融入建筑的智能化建設中去，實現資源的有效持續利用，節能節水節地，減少廢棄物，減低或消除污染，減小地球負荷，體現社會、經濟、環境效益的高度統一。
所以，智能建筑的建設不應僅局限于建筑內部子系統，還應包括能源優化系統、生態綠化系統、廢棄物治理與處置系統、水熱光氣聲環境優化系統等，充分體現建筑與四周環境的協調關系以及自身的穩定性可持續性，充分體現綠色建筑節能建筑和生態建筑的思想內容。要實現上述目標是一個復雜的系統工程，這其中，基于智能建筑材料的開發應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，能感知環境變化，并及時改變自身的性能參數，作出所期望的、能與變化后的環境相適應的復合材料或材料的復合。仿生命感覺和自我調節是智能材料的重要特征。
智能材料在建筑中的應用廣泛，結構型智能建筑材料可對建筑結構的性能進行預先的檢測和預告，不僅大大減少結構維護費用，更重要的是可避免由于結構破壞而造成的嚴重危害。而本文討論的功能型智能建筑材料，則主要體現出在節能環保、綠色生態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節為例，若使用當前的智能建筑技術，需要通過HVAC（Heating，Ventilating，andAirConditioning）系統實現，能耗很大。而一些建筑材料本身具有調節濕度的功能，可以充分加以利用。傳統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。新開發的某些智能材料其調濕作用更加明顯，如下文討論的調濕混凝土、相轉變材料等。
2、混凝土
除水泥、水、砂、石及化學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能生態功能。
1）電磁屏蔽混凝土
通過摻入金屬粉末導電纖維等低電阻導體材料，在提高混凝土結構性能的同時，能夠屏蔽和吸收電磁波，降低電磁輻射污染，提高室內電視影像和通訊質量。
2）調濕混凝土
通過添加要害組分納米天然沸石粉制成，可探測室內環境溫度，并根據需要進行調控，滿足人的居住或美術館等建筑對濕度的控制要求，相比較于傳統的利用溫度濕度傳感器控制器和復雜布線系統，使用和維護成本低。
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，調節環境溫度、濕度，減少城市熱島效應，維持地下水位和植物生長。
4）生物相容型混凝土
利用混凝土良好的透水透氣性，提供植物生長所需營養。陸地上可種植小草，形成植被混凝土，用于河川護堤的綠化美化；淡水海水中可棲息浮游動物和植物，形成淡水生物、海洋生物相容型混凝土，調節生態平衡。
5）抗菌混凝土
在傳統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和滅菌效果，
6）凈水生態混凝土
將高活性凈水組分與多孔混凝土復合，提高吸附能力，使混凝土具有凈化水質功能和適應生物生息場所及自然景觀效果，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、氮氧化物等對人體有害的污染氣體。另外還有物理吸附、化學吸附、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、苯等室內有毒揮發物，減少二氧化碳濃度等作用。
8）再生混凝土
將廢棄混凝土經過處理，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，節約資源。
9）溫度自監控混凝土
通過摻入適量的短切碳纖維到水泥基材料中，使混凝土產生熱電效應，實現對建筑物內部和周圍環境溫度變化的實時測量。此外尚存在通過水泥基復合材料的熱電效應利用太陽能和室內外溫差為建筑物提供電能的可能性。
10）綠色高性能混凝土
在混凝土的生產使用過程中，除了獲得高技術性能外，還綜合體現出節約能源資源，不破壞環境的宗旨。在概念上，綠色混凝土重點在于對環境無害，而生態混凝土強調的是直接有益于環境。
11）綠色生態水泥
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關鍵詞：自修復混凝土；玻璃短管；力學性能；影響；
1. 前言
混凝土是土木工程最主要的材料之一，而且隨著對混凝土材料的探索和發展，從普通混凝土走向高強與高性能混凝土，現在更是朝著多功能和智能化方向發展。由于混凝土材料特別是高強與高性能混凝土，內部固有脆性大的缺陷，容易震蕩開裂。而混凝土的開裂對結構的耐久性影響巨大，可能造成對結構的破壞，不但造成了巨大的經濟損失，也埋下了安全隱患。以往，對這類混凝土開裂現象采取事后維修工作，這種被動的修補、加固已經不能適應現代多功能和智能建筑對混凝土材料的要求。通過現代科學新技術的開發與研究，新型的自修復混凝土應運而生。自修復混凝土的出現，實現主動、自動地對損傷部位的混凝土進行修復, 恢復并提高混凝土材料的性能, 是土木建材走向智能化的又一重要實踐。
自修復一詞來源于生物的本身特征，自修復的核心是能量和物質的及時補給。自修復混凝土是以仿生學理論為基礎，采用修復膠粘劑和混凝土材料相復合的方法，對材料損壞具有一定的自修復和再生功能，能夠恢復甚至提高材料性能的一種新型復合材料。自修復混凝土的作用原理是，通過內含修復劑的空心玻璃短管和混凝土，當材料內部發生一定程度上的損傷時, 能夠通過釋放自身的修復劑來填充和愈合混凝土的裂縫,使開裂區的強度得到恢復甚至提高, 從而進行自我修復。
2. 內置空心膠囊的自修復混凝土
自修復混凝土的仿生理論：生物通過長期的進化過程，形成了自我保護,自我恢復的本能。如動物骨骼來說，骨折后斷裂處的血管破裂,血液由血管的撕裂處流出, 形成以裂口為中心的血腫, 繼而成為血凝塊, 初步將裂口連接, 接著, 裂口附近的骨內膜和骨外膜開始增生和加厚, 然后中間骨痂和內外骨痂合并, 在成骨細胞和破骨細胞的共同作用下, 將原始骨痂逐漸改造成為正常骨。
與此相類似，自修復混凝土的研制是從動物的自修復能力為啟發。美國Illinois大學的Dry Carolyn教授設想具有自修復行為的混凝土的智能模型為：在混凝土基體中滲入內含修復膠結劑的空心膠囊, 也可以滲入短的纖維管, 膠囊或管中摻有修復劑, 從而形成了智能型仿生自愈合神經網絡系統。在外界作用下, 混凝土基體一旦開裂, 管內裝的修復劑流出滲入裂縫, 由化學作用修復劑固結, 從而抑制開裂, 修復裂縫。
研究玻璃修復短管對混凝土力學性能影響相當重要。作為結構材料的混凝土為受力部件，必須承擔各種形式荷載。空心玻璃修復短管作為自修復混凝土組成的核心，是決定自修復混凝土技術能否具有實用價值的首要前提，所以分析研究內置的空心玻璃修復短管對自修復混凝土力學性能的影響為更好利用自修復混凝土材料的重要指導。
修復短管的幾何參數包括短管的直徑、壁厚和長度, 是選擇修復短管的重要指標, 都對混凝土的修復性能影響巨大。修復短管需要有一定的長度和內徑來保證管中能容納足夠的修復膠結劑以修復混凝土裂縫, 同時, 它還要有一定的長度, 以保證修復短管與混凝土之間有足夠的粘結力。而修復短管的長度和內徑要求要合理，一方面, 如果修復短管太長, 其在混凝土攪拌, 振搗形成的過程中破壞的可能性增加。另一方面, 修復短管破裂后, 管中的修復膠結劑自動流出, 在混凝土構件中形成空洞, 修復短管越長、管徑越粗, 形成的空洞越大, 這將影響混凝土的使用性能, 最終影響修復效果。貯膠容器的體積率也影響混凝土材料的修復, 太少不能形成完全修復, 多了又可能對混凝土材料的宏觀性能有影響。
3. 試驗一：玻璃短管的摻量對混凝土力學性能的影響
本試驗采用32.5R的普通硅酸鹽水泥；中砂（細度模數2.23，表觀密度為2650kg/m3）；花崗巖碎石（5~20mm連續級配，表觀密度為2665kg/m3）；清潔飲用水；1級粉煤灰；復合外加劑（FDN蔡系高效減水劑為主,自行配制）。該試驗設一對照試驗為：不摻玻璃短管的普通自密實混凝土立方體試塊試驗。試驗通過改變空心玻璃短管摻入的體積率,分別與不摻任何玻璃容器的試件對比,來觀察它們對混凝土試件的抗壓強度、劈拉強度和彈性模量所造成的影響。通過立方體試塊抗壓強度、劈拉強度和彈性模量的變化,確定玻璃短管體積率對混凝土力學性能的影響。本次試驗的加載速度、試驗處理等關鍵問題的取值原則均與普通混凝土試驗方法標準相同。
（1） 玻璃短管體積摻量對抗壓強度的影響。試驗數據結果表明，對于玻璃短管體積摻量分別為1.5%、2.5%、4%、6%的自密實混凝土試塊, 同不摻玻璃短管的普通自密實混凝土立方體試塊相比，其p抗壓強度分別下降了1.25%、6.13%、9.47%、17.28%。
（2） 玻璃短管體積摻量對劈拉強度的影響。試驗數據結果表明，對于玻璃短管體積摻量分別為1.5%、2.5%、4%、6%的自密實混凝土試塊, 同不摻玻璃短管的普通自密實混凝土立方體試塊相比，其p劈拉強度分別下降了13.66%、16.86%、22.67%、31.10%。
（3） 玻璃短管體積摻量對混凝土彈性模量的影響。試驗數據結果表明，對于玻璃短管體積摻量分別為1.5%、2.5%、4%、6%的自密實混凝土試塊, 同不摻玻璃短管的普通自密實混凝土立方體試塊相比，其Et值分別下降了2.79%、6.27%、8.83%、11.11%。
通過以上三個試驗對比分析，玻璃短管的體積摻量對自修復混凝土的抗壓強度、劈拉強度、以及混凝土的彈性模量都有影響，其中對劈拉強度的影響最為顯著。分析其中原因有：一、玻璃短管的滲入, 代替了混凝土內部部分粗細骨料, 削弱了混凝土的內部骨架, 進一步降低了混凝土原本已較弱的抗拉能力。二、玻璃短管的表面與水泥漿界面的粘結強度比粗細骨料和水泥漿界面的粘結強度更低, 在壓力作用時, 這個薄弱的粘結界面還不至于完全破壞, 但受拉力作用時, 這個粘結界面將首先被撕裂, 急劇導致了混凝土抗拉強度的降低。玻璃短管對混凝土彈性階段的影響并不顯著, 玻璃短管對混凝土力學性能的影響主要還是在塑性階段。此外，綜合以上試驗數據，考慮到修復短管摻量對混凝土抗拉強度的影響和混凝土裂縫的修復效果, 修復短管的摻量應該在2.5%左右較為適宜,能夠保證混凝土的抗拉強度和充足的膠粘劑。
智能混凝土范文5
【關鍵詞】高性能；混凝土；質量控制；探究
1 前言
高性能混凝土指的是具備要求的性能的混凝土。而要求的性能包含以下三方面：其一，便于澆注，振搗過程不出現離析現象；長時間具有力學性能；強度高、穩定性好；即使在惡劣環境當中，也可延長使用壽命。所以，施工中應用高性能混凝土時，需要設置一些質量控制與保障對策，而這也正是高性能混凝土和一般性混凝土之間的顯著的區別。
2 高性能混凝土質量控制所包含的內容
和一般性混凝土質量控制對比分析，高性能混凝土質量控制內容涉及到大量特殊要求，而質量實際為一個綜合性的性能指標。具體表現在以下幾個方面：首先，高性能混凝土要比一般性混凝土的耐久性要求會更高一些；其次，強度不只是評價高性能混凝土的最關鍵的指標，而是將耐久性作為最主要的評價指標。如：西方國家在一些橋梁施工中，應用的混凝土對流動性、穩定性以及耐久性等的要求是非常高的，但是它的強度要求是在30-40Mpa范圍內。由此看來，高強度并不是高性能混凝土的重要評價指標；再次，對工作性的要求也是非常高的，不僅有很好的流動性，而且又會產生離析以及泌水等不良現象。由此看來，針對高性能混凝土來說，質量控制必須要從各個生產環節抓起，進而對高性能混凝土質量進行嚴格把關，充分發揮其自身的作用。
3 關于高性能混凝土質量控制的關鍵點
3.1 材料管理
3.1.1 水泥
為要生產出高性能的混凝土，就必須使用42.5及以上的硅酸鹽水泥。這主要是由于此類水泥所含的堿量、氯離子量等都會直接影響到混凝土的耐久性。而為增強混凝土的強度，就要增大水泥的使用量，其每立方米使用450～550kg的水泥，同時可適當加入一些減水劑。另外，在選擇水泥過程中，要確保與減水劑的相容性。
3.1.2 骨料
骨料大小、含有的礦物成分等都有可能影響到高性能混凝土的強度。因此，在選擇時，要嚴格遵守以下幾點要求：第一，級配選擇要適當，且空隙率應盡可能的小；第二，骨料最好選擇膨脹系數偏小的巖石種類；第三，通常，碎石骨料的粒徑控制在20～25cm。對于細骨料要盡可能選擇天然的河砂。
3.1.3 減水劑的使用
一般來說，減水劑主要包含兩大類，即磺化煤焦油系減水劑以及樹脂系減水劑。但是，在我國，大多數都是使用前一種減水劑。高性能混凝土配制時，減水劑必須滿以下兩點要求：一方面，減水率高。減水率通常要超過20%；另一方面，和水泥間的相容性要非常好。
3.1.4 礦物摻合料的加入
礦物料的加入能夠使水泥和減水劑有良好的相容性，同時又能從整體上改善高性能混凝土結構，減少細孔的出現，而這也正是提升混凝土強度的主要手段。一般來說，礦物摻合料指的是硅粉、礦渣以及粉煤灰等。
3.2 配制比
在大規模對高性能混凝土進行生產之前，首先要對其進行試配，也就是說要結合以往經驗與配制比進行計算，在確定幾種配制方案后，再予以對比，從中選擇最佳方案，而此方案必須同時滿足坍落度、強度、穩定性等配比要求。另外，試配環境應該模擬原有施工環境和流程，確保試驗結果的真實性。在試驗室中，混凝土強度要比施工現場強度高5～10%左右，這主要是由于施工現場的條件通常遠不及試驗室的。因此，同樣的配比，施工現場的混凝土強度要低一些。
通常情況下，高性能混凝土試配順序是：首先，結果多年實踐經驗估算出水灰比、砂石率以及水泥量等；其次，根據配制比公式計算出砂石使用量，進而獲得試驗室中的配制比；再次，結合施工現場條件予以試配，進而獲得施工配制比；最后，對試驗配制比進行適當調整。
3.3 攪拌與運輸
首先，對施工時間予以準確的確定，縮短由攪拌到振搗所需的時間周期；其次，確保砂石的清潔，沖洗粗骨料，降低細骨料中的粘土和云母含量；再次，充分進行攪拌，最好使用強制式攪拌機，逐步延長攪拌周期。如果攪拌時間過長，會影響到混凝土的流動性，因此，每次攪拌混凝土的量要少一些，這樣一來，便可利用較短的攪拌時間，使混凝土攪拌的更加均勻；最后，混凝土原材料的投放順序直接影響到攪拌效果與強度。通過大量實踐可知：水、砂石以及水泥最先混合的效果是最好的。另外，如果使用的是普通減水劑，那么可與攪拌用水相互混合之后再投入使用；如果為高效減水劑，那么在和其它材料攪拌均勻之后，才允許投入使用。
3.4 振搗與養護
通過實踐證明，高性能混凝土粘度會隨著水膠比降低而逐漸升高，正是由于具備此特向，所以，最好采用泵送澆注的方法。對于薄板混凝土澆注最好采用小間距、淺插頻換振點法；而如果是梁、柱混凝土澆注，振搗棒要連續上下垂直振搗，拔棒速度要盡可能慢，避免出現孔洞。
在養護階段，需要注意兩點問題，即保濕與保溫。這主要是由于高性能混凝土所使用的混凝土量非常多，其水化熱值是非常高的。當遇到較大的混凝土構件，且環境溫度過低時，造成構件內外間的溫差過大，導致變形不均勻，產生較大的應力。所以，選擇恰當的保溫對策可縮小內外溫差。此外，若混凝土構件體積過大，那么可適當加入一定量的緩凝劑。
3.5 質量驗收
3.5.1 混凝土留樣
在施工現場的技術人員，需要提取部門拌合物，對其性能予以測定，同時嚴格按照規范要求留取混凝土試件。實際上，影響高性能混凝土的因素偏多，因此，對混凝土試件采用頻率要比普通混凝土采用頻率要高很多。
3.5.2 混凝土養護
因高性能混凝土的水灰比非常低，因此，在混凝土試件內，極易出現很大拉應力，因此，在養護過程中，最好在水中進行養護，同時還要有效控制水的溫度。在對混凝土試件的抗壓強度進行測定之前，要在自然條件下存在數天，這樣混凝土強度測定值會更準確。
3.5.3 測定混凝土強度
結合以往的實踐經驗，在測定高強度混凝土試件時，使用標準試件與高剛度承壓板試驗設備，這樣可確保加荷的勻速進行。只有這樣，才可確保高性能混凝土試件強度測定的真實性。
4 結束語
總體來說，近年來，由于科學技術的飛速發展，從而使得高性能混凝土性能已經十分的完善，但是，當前還不具備針對高性能混凝土質量控制的體制，所以，當前的首要任務就是建立一個完善的關于高性能混凝土質量控制管理體系。只有這樣，才能保證高性能混凝土的質量。并且，還要不斷推廣和應用高性能混凝土在建筑領域的應用，這樣才會建設出更多高質量的建筑產品，滿足人們的各種需求，同時推動著我國建筑行業的飛速發展。
參考文獻：
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[2]繆勇，錢和強.高性能混凝土及質量控制方案[J].城市建設理論研究，2012（7）.
智能混凝土范文6
關鍵詞：混凝土 施工 控制措施
中圖分類號：TU37 文獻標識碼：A 文章編號：
高性能混凝土是20世紀80年代末90年代初，一些發達國家基于混凝土結構耐久性設計提出的一種全新概念的混凝土，它以耐久性為首要設計指標，這種混凝土有可能為基礎設施工程提供100年以上的使用壽命。區別于傳統混凝土，高性能混凝土由于具有高耐久性、高工作性、高強度和高體積穩定性等許多優良特性，被認為是目前全世界性能最為全面的混凝土，至今已在不少重要工程中被采用，特別是在橋梁、高層建筑、海港建筑等工程中顯示出其獨特的優越性，在工程安全使用期、經濟合理性、環境條件的適應性等方面產生了明顯的效益。
1 高性能混凝土具有以下特性：
（1）自密實性
高性能混凝土的用水量較低，流動性好，抗離析性高，從而具有較優異的填充性。因此，配好恰當的大流動性高性能混凝土有較好的自密實性。
（2）體積穩定性
高性能混凝土的體積穩定性較高，表現為具有高彈性模量、低收縮與徐變、低溫度變形。普通混凝土的彈性模量為20~25GPa，采用適宜的材料與配合比的高性能混凝土，其彈性模可達40~45GPa。采用高彈性模量、高強度的粗集料并降低混凝土中水泥漿體的含量，選用合理的配合比配制的高性能混凝土，90天齡期的干縮值低于0.04%。
（3）強度
高性能混凝土的抗壓強度已超過200MPa。目前，28d平均強度介于100~120MPa的高性能混凝土，已在工程中應用。高性能混凝土抗拉強度與抗壓強度值比較高強混凝土有明顯增加，高性能混凝土的早期強度發展加快，而后期強度的增長率卻低于普通強度混凝土。
（4）水化熱
由于高性能混凝土的水灰比較低，會較早的終止水化反應，因此，水化熱相應的降低。
（5）收縮和徐變
高性能混凝土的總收縮量與其強度成反比，強度越高總收縮量越小。但高性能混凝土的早期收縮率，隨著早期強度的提高而增大。相對濕度和環境溫度，仍然是影響高性能混凝土收縮性能的兩個主要因素。
高性能混凝土的徐變變形顯著低于普通混凝土，高性能混凝土與普通強度混凝土相比較，高性能混凝土的徐變總量（基本徐變與干燥徐變之和）有顯著減少。在徐變總量中，干燥徐變值的減少更為顯著，基本徐變僅略有一些降低。而干燥徐變與基本徐變的比值，則隨著混凝土強度的增加而降低。
（6）耐久性
高性能混凝土除通常的抗凍性、抗滲性明顯高于普通混凝土之外，高性能混凝土的Clˉ滲透率，明顯低于普通混凝土。高性能混凝土由于具有較高的密實性和抗滲性，因此，其抗化學腐蝕性能顯著優于普通強度混凝土。
（7）耐火性
高性能混凝土在高溫作用下，會產生爆裂、剝落。由于混凝土的高密實度使自由水不易很快地從毛細孔中排出，再受高溫時其內部形成的蒸汽壓力幾乎可達到飽和蒸汽壓力。在300°C溫度下，蒸汽壓力可達8MPa，而在350°C溫度下，蒸汽壓力可達17MPa，這樣的內部壓力可使混凝土中產生5MPa拉伸應力，使混凝土發生爆炸性剝蝕和脫落。因此高性能混凝土的耐高溫性能是一個值得重視的問題。為克服這一性能缺陷，可在高性能和高強度混凝土中摻入有機纖維，在高溫下混凝土中的纖維能熔解、揮發，形成許多連通的孔隙，使高溫作用產生的蒸汽壓力得以釋放，從而改善高性能混凝土的耐高溫性能。
二、高性能混凝土質量控制措施
（一）混凝土原材料及其選用的質量控制
1、細集料宜選用質地堅硬、潔凈、級配良好的天然中、粗河砂，其質量要求應符合普通混凝土用砂石標準中的規定。
2、高性能混凝土必須選用強度高、吸水率低、級配良好的粗集料。宜選擇表面粗糙、外形有棱角、針片狀含量低的硬質砂巖、石灰巖、花崗巖、玄武巖碎石，級配符合規范要求。另外，粗集料還應注意集料的粒型、級配和巖石種類，一般采取連續級配，其中尤以級配良好、表面粗糙的石灰巖碎石為最好。
3配制高性能混凝土時，摻入活性細摻合料可以使水泥漿的流動性大為改善，空隙得到充分填充，使硬化后的水泥石強度有所提高。更重要的是，加入活性細摻合料改善了混凝土中水泥石與骨料的界面結構，使混凝土的強度、抗滲性與耐久性均得到提高。
4、由于高性能混凝土具有較高的強度，且一般混凝土拌合物的坍落度較大，在低水膠比(一般＜0.35)一般的情況下，要使混凝土具有較大的坍落度，就必須使用高效減水劑。
5、礦物摻合料。(1)粉煤灰。摻用粉煤灰的混凝土，其長期性能可得到大幅度的改善，對延長構筑物的使用壽命有重要意義。 (2)硅粉。在混凝土中摻加少量硅粉或以硅粉取代部分水泥，結合應用減水劑，可使混凝土各方面的物理力學性能都得到顯著提高，硅粉的適宜摻量為水泥用量的5%～10%。
（二）施工過程質量控制
1、在施工方案中事先確定施工縫預留位置，不能隨意變更，施工縫的接槎處理一般情況下應在混凝土強度達到1.2Mpa以上時，在已硬化的混凝土表面清除水泥浮漿和松動石子，將施工縫處混凝土表面鑿毛，并用水沖洗干凈，不得積水，再用高標號水泥砂漿澆抹表面后用混凝土細致搗實使新混凝土結合密實。
2、振搗方式的質量控制。施工方要根據設計圖紙及其施工規范等做好施工方案，并且及時向所有操作人員做好技術交底，預防因振搗方式不對而造成混凝土分層、離析、表面浮漿、麻面等質量問題，進而盡可能降低混凝土成型硬化后出現裂縫的概率，保證混凝土的耐久性。
3、二次振搗或多次搓壓表面。高強、高性能混凝土在拌制過程中，摻加多種外加劑及摻和料，一般情況下緩凝4小時左右，這段時間已澆混凝土表面因環境及水泥水化作用失水較多，容易產生收縮裂縫，經初凝前二次振搗或多次搓壓表面，能有效防止表層裂紋，且通過留置的混凝土試塊進行強度試驗，強度提高5%左右。
4、在施工過程中出現下列情況之一應挖出混凝土。不能保證混凝土振搗密實或對水工建筑帶來不利影響的級配錯誤的混凝土料；長時間凝固、超過規定時間的混凝土料；下到高等級混凝土澆筑部位的低等級混凝土料。
5、在澆筑埋石混凝土的時候應該嚴格控制施工單位的埋石量、埋石大小并保證埋石潔凈以及埋石與模板的距離，杜絕施工單位為了單純提高埋石率而放棄質量。在施工中努力確保埋石垂直和水平距離，以不影響振搗為原則，提高埋石混凝土質量。
6、澆筑完的混凝土必須遮蓋來保溫或者防雨。
（三）加強高性能混凝土的養護
混凝土養護有兩個目的：一是創造使水泥得以充分水化的條件，加速混凝土硬化；二是防止混凝土成型后因日曬、風吹、干燥、寒冷等自然因素的影響而出現超出正常范圍的收縮、裂縫及破壞等現象?；炷恋臉藴署B護條件為溫度（20±3）℃，相對濕度保持90％以上，時間28d。在實際工程中一般無法保證標準養護條件，而只能采取措施在經濟實用條件下取得盡可能好的養護效果。
三、結束語
在工程建設中使用高性能混凝土能更好地滿足結構功能要求和施工工藝要求，能最大限度地延長混凝土結構的使用年限，降低工程造價。但因其自身特點，在施工過程中也要加強技術管理，確保施工質量。
參考文獻
[1] 吳中偉，高性能混凝土[M]，北京:中國鐵道出版社，1999
