智能混凝土范文1
【关键词】智能混凝土；研究；问题；应用
在科学技术日新月异的今天，材料科学也获得了很大的发展，作为建筑重要材料的混凝土不断向高性能、多功能和智能化方向发展。用它可以建造大型化和复杂化的混凝土结构。因此，研发具有主动、自动地对结构进行自我诊断、自我调节、自我修复、恢复的智能混凝土已成为混凝土的主要发展趋势。
一、智能混凝土的定义和研发过程
1、智能混凝土的定义
智能混凝土是在混凝土原有成分的基础上复合智能型的建筑材料，它使混凝土具有自我感知和记忆能力，能自己适应和自我修复特性的多功能型材料。依据它的这些特性可以有效地感知混凝土材料内部的损伤，满足结构自我安全检测需要，防止混凝土结构潜在的危险性破坏，它能根据检测结果自动进行修复，明显地提高混凝土结构的安全性和耐久性。总而言之，智能混凝士是自我感知和记忆、自我适应、自我修复等多种功能的综合体，缺一不可，但是以当今的科技水平制备完善的智能混凝土材料还相当困难。但近年来损伤自诊断混凝土、温度自调节混凝土，仿生自愈合混凝土等一系列智能混凝土的相继出现，为智能混凝土的研究打下了坚实的基础。
2、智能混凝土的研发过程
智能混凝土的基本材料与一般的混凝土没有什么区别，都是水泥和砂子。但是智能混凝土中还含有石英砂和各种加固的材料、纤维。这种石英砂和其他大量混在砂子中的石英砂是不同的，它的纯度很高，高达100%。依据它的特点，伊朗的土木工程师把智能混凝土应用到从修建水坝到铺设污水管的各个领域，并且不断地完善其应用技术。哈马丹布-阿里大学的穆哈穆德・尼力教授在智能混凝土中配入了聚丙烯纤维和石英粉，使其韧性大大提高，抗爆能力比普通混凝土高出数倍。卢合拉・阿里扎德的改进更加完善。萨韦省伊斯兰阿萨德大学阿里・纳扎里教授及其同事发表了多篇论文，研究使用各种氧化金属纳米粒子改变混凝土内部结构的方法。他们使用过氧化铁，氧化铝，氧化锆，氧化钛及氧化铜。材料经过纳米粒子处理后会呈现出极佳的属性。尽管只有几件小样品呈现出了这种属性，但至少证明了这个方法是可行的。使用这样的纳米粒子，有望制造出比拉法基混凝土强度高出四倍的混凝土。2008年，德黑兰大学发表了一份研究报告，研究的是智能混凝土抵御钢弹冲击的能力。一般情况下，这些在地震时都不是问题。研究发现，加有大量长钢质纤维的混凝土性能最佳。随着智能混凝土的研发过程的不断推进，其工能也在不断完善和强化。
二、智能混凝土的研究现状，及其研究中应注意的问题
1、智能混凝土的研究现状
对于具有自诊断、自调节和自修复功能的混凝土只是智能混凝土研究的初步阶段，它们不是具备智能混凝土的全部特征，而是只拥有它的某一个特征，所以说它们是一种智能混凝土的最初形成的简化形式。因此有人把它们叫做机敏混凝土。显然这种功能不完整的混凝土不能代替发挥智能混凝土的作用，当今科研工作者们正努力于将两种以上的功能进行混合组装在一起，这就是我们知道的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我感应、自我凋节和自我修复组件材料的功能，混凝土基材复合可以做到依据结构的需要进行排列，以此来达到混凝土结构的内部损伤的自我诊断、自我修复以及抗震减振的智能化。
2、智能混凝土研究中应注意的问题
在建筑房地产飞速发展的今天，智能混凝土具有非常广阔的前景，但是作为新型的功能材料，在运用到实际的工程中，我们还有一些问题需要进一步地加强探索和研究：例如碳纤维混凝土电阻率的稳定性、电极布置方式、耐久性等方面的研究；光纤混凝土的光纤传感阵列的最优排布方式研究；自愈合混凝土的修复粘结剂的选择研究，自愈后混凝土耐用和持久性能的完善等。这些问题的解决将对智能混凝土的进一步发展产生深远的影响。为进一步为促进智能混凝土的研究工作我们可以从以下几点着手。
首先，要用针对性地进行开发研究。研究的针对性是指要针对混凝土的性能发生恶化以及结构发生破坏等具体情况，采取不同的智能方法，例如可以针对这些情况，进一步缩小智能化范围，以某一种具体功能为对象，然后研究出相对应的方法。
其次，注重其实际应用中的可行性。浇注混凝土要在工程现场进行，因而应以原有工艺为基础开发相应的较为简单的方法。选用的材料应具有化学稳定性，要有利于安全施工，不挥发任何有刺激的气味以及其它有害物质等，并且还能够能大量使用而且成本较低。
再次，注意研究设计的综合功能性。采用智能化，虽能够提高材料的耐用和持久性，但是也存在一些负面影响。例如因为采用了某种材料虽可以对某种恶化情况进行控制以及进一步改善，但是否会对其它性能会产生，面对正反两方面的问题都在判断和设计时进行综合而全面的考虑和衡量。
三、智能混凝土的应用前景
智能混凝土是科学技术日新月异时展的结果，它的运用对重大土木基础设施应变的实量监测、损伤的无损评估、及时修复以及减轻台风、地震的冲击等诸多方面有很大的意义，对保证建筑物的安全耐用和持久性都具有十分重要的作用。而且随着现在建筑发展的智能化趋势，传统的建筑材料的研究、制造、缺陷预防和修复等都面临着强烈的挑战。智能混凝土材料作为建筑材料领域的高新技术，为传统建材的未来发展注入了新的内容和活力，也提供了全新的机遇。它发展可以使混凝土材料的应用具有更广阔的前景，相信也会带来巨大的社会经济效益。
四、结束语
综上所述，随着科学技术的创新运用到建筑材料领域，随之就产生了智能混凝土材料，智能混凝土材料的出现以及运用将会革新我国土木工程的建设，其意义重大。
【参考文献】
[1]马成松.信息化背景下的新世纪土木工程[A].土木工程与高新技术――中国土木工程学会第十届年会论文集[C].2002.
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[3]李济泽，严世榕.智能结构及其应用问题[J].引进与咨询，2003（01）.
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论文摘 要：智能混凝土是建筑材料与现代相结合的产物，是传统混凝土材料的高级阶段。回顾了智能混凝土的发展和现状，展望了智能混凝土的发展趋势和前景，阐述了研究中应注意的。
前言
随着现代材料的不断进步，作为最主要的建筑材料之一的混凝土已逐渐向高强、高性能、多功能和智能化发展。这种停留在被动和计划模式的混凝土检测与修复方式已不能适应现代多功能和智能建筑对混凝土材料提出的要求。因此，研究和开发具有主动、自动地对结构进行自诊断、自调节、自修复、恢复的智能混凝土已成为结构一功能（智能）一体化的发展趋势。
1智能混凝土的定义和发展历史
智能材料，指的是“能感知环境条件，做出相应行动”的材料。它能模仿生命系统，同时具有感知和激励双重功能，能对外界环境变化因素产生感知，自动作出适时。灵敏和恰当的响应，并具有自我诊断、自我调节、自我修复和预报寿命等功能。智能混凝土是在混凝土原有组分基础上复合智能型组分，使混凝土具有自感知和记忆，自适应，自修复特性的多功能材料。根据这些特性可以有效地预报混凝土材料内部的损伤，满足结构自我安全检测需要，防止混凝土结构潜在脆性破坏，并能根据检测结果自动进行修复，显著提高混凝土结构的安全性和耐久性。正如上面所述，智能混凝士是自感知和记忆、自适应。自修复等多种功能的综合，缺一不可，以的科技水平制备完善的智能混凝土材料还相当困难。但近年来损伤自诊断混凝土、温度自调节混凝土。仿生自愈合混凝土等一系列智能混凝土的相继出现；为智能混凝土的研究打下了坚实的基础。
1.1损伤自诊断混凝土
自诊断混凝土具有压敏性和温敏性等自感应功能。普通的混凝土材料本身不具有自感应功能，但在混凝土基材中复合部分其它材料组分使混凝土本身具备本征自感应功能。目前常用的材料组分有：聚合类、碳类、金属类和光纤。其中最常用的是碳类、金属类和光纤。目前主要有2种研究比较热门的损伤自诊断混凝土：碳纤维智能混凝土、光纤传感智能混凝土。
1.2自调节智能混凝土
自调节智能混凝土具有电力效应和电热效应等性能。混凝土结构除了正常负荷外，人们还希望它在受台风、地震等灾害期间，能够调整承载能力和减缓结构振动，但因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，如：形状记忆合金（SMA）和电流变体（ER）等。形状记忆合金具有形状记忆效应（SME），若在室温下给以超过弹性范围的拉伸塑性变形，当加热至少许超过相变温度，即可使原先出现的残余变形消失，并恢复到原来的尺寸。在混凝土中埋入形状记忆合金，利用形状记忆合金对温度的敏感性和不同温度下恢复相应形状的功能，在混凝土结构受到异常荷载于扰时，通过记忆合金形状的变化，使混凝土结构内部应力重分布并产生一定的预应力，从而提高混凝土结构的承载力。
有些建筑物对其室内的湿度有严格的要求，如各类展览馆、博物馆及美术馆等，为实现稳定的湿度控制，往往需要许多湿度传感器、控制系统及复杂的布线等，其成本和使用维持的费用都较高。日本学者研制的自动调节环境温度的混凝土材料自身即可完成对室内环境湿度的探测，并根据需要对其进行调控。这种混凝土材料带来自动调节环境湿度功能的关键组分是沸石粉。其机理为：沸石中的硅酸钙含有（3－9）X10－10m的孔隙。这些孔隙可以对水分、N0x和S0x气体选择性的吸附。通过对沸石种类进行选择，可以制备符合实际需要的自动调节环境湿度的混凝土复合材料。它具有如下特点：优先吸附水分；水蒸气压力低的地方，其吸湿容量大；吸、放湿与温度相关，温度上升时放湿，温度下降时吸湿。
1.3自修复智能混凝土
混凝土结构在使用过程中，大多数结构是带缝工作的。混凝土产生裂缝，不仅强度降低，而且空气中的CO2、酸雨和氯化物等极易通过裂缝侵人混凝土内部，使混凝土发生碳化，并腐蚀混凝土内的钢筋，这对地下结构物或盛有危险品的处理设施尤为不利，一旦混凝土发生裂缝，要想检查和维修都很困难。自修复混凝土就是应这方面的需要而产生的。在人类现实生活中可以见到人的皮肤划破后，经一段时间皮肤会自然长好，而且修补得天衣无缝；骨头折断后，只要接好骨缝，断骨就会自动愈合。自愈合混凝土就是模仿生物组织，对受创伤部位自动分泌某种物质，而使创伤部位得到愈合的机能，在混凝土传统组分中复合特性组分（如含有粘结剂的液芯纤维或胶囊）在混凝土内部形成智能型仿生自愈合神经系统，模仿动物的这种骨组织结构和受创伤后的再生、恢复机理。采用粘结材料和基材相复合的，使材料损伤破坏后，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。在日本，以东北大学三桥博三教授为首的日本学者将内含粘结剂的胶囊或空心玻璃纤维掺入混凝土材料中，一旦混凝土在外力作用下发生开裂，部分胶囊或空心玻璃纤维破裂，粘结液流出并深人裂缝。粘结液可使混凝土裂缝重新愈合。
2智能混凝土研究现状和应注意的问题
前面所述的自诊断、自调节和自修复混凝土是智能混凝土的初级阶段，它们只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混凝土作用，人们正致力于将2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、自凋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。
智能混凝土具有广阔的应用前景，但作为一种新型的功能材料，如果投入实际工程，还有很多问题需要进一步地研究：如碳纤维混凝土的电阻率稳定性、电极布置方式、耐久性等；光纤混凝土的光纤传感阵列的最优排布方式；自愈合混凝土的修复粘结剂的选择。封人的方法以及愈合后混凝土耐久性能的改善等。解决上述一系列问题将对智能混凝土今后的产生深远的。为促进智能混凝土研究工作的顺利开展有必要就以下几点形成共识：
（1）开发应有针对性。所谓针对性就是要针对混凝土性能发生恶化和结构发生破坏等现象，考虑不同的智能方法，如针对这些现象，设想开发出一种能应对所有这些情况的手段是很困难的，因此，缩小智能化范围，以某种功能为对象，从而开发出相对最适应的方法是必要的。
（2）实施中应具有可行性。浇注混凝土多在施工现场进行，因而作为智能混凝土的施工方法，对其技术与工艺要求不能过高。应以原有工艺为基础开发相应的较为简单的方法。选用的材料应具有化学稳定性，要有利于安全使用，不挥发任何有刺激的气味和其它有害物质，并能大量应用而且成本较低。
（3）设计应具有综合性。采用智能化，虽然可以提高材料的耐久性，但也会带来负面作用。如由于使用了某种材料虽然能对某种恶化现象进行控制和改善，但是否会对强度等其它性能有所影响，所有这些正反两方面的问题都必须在判断和设计时进行综合考虑和权衡。
3结语
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关键字：智能；混凝土
随着现代材料科学的不断进步，作为最主要的建筑材料之一的混凝土已逐渐向高强、高性能、多功能和智能化发展。用它建造的混凝土结构也趋于大型化和复杂化。然而混凝土结构在使用过程中由于受环境荷载作用。
疲劳效应、腐蚀效应和材料老化等不利因素的影响，结构将不可避免地产生损伤积累、抗力衰减，甚至导致突发事故。为了有效地避免突发事故的发生，延长结构的使用寿命，必须对此类结构进行实时的“健康”监测，并及时进行修复。现有的无损检测方法，如声波检测X射线及C扫描等，只能定性检测，而不能定量、数据化处理，更主要的是不能实现实时监测。因而对结构内部状态的监测和损伤估计还比较困难，甚至是不可能的。传统的混凝土结构的维修方式主要是在损伤部位进行外部的加固，而对损伤的原结构进行维修比较困难，尤其是对结构内部的损伤修复更是非常困难。随着现代社会向智能化的发展，这种停留在被动和计划模式的检测与修复方式已不能适应现代多功能和智能建筑对混凝土材料提出的要求。因此，研究和开发具有主动、自动地对结构进行自诊断、自调节、自修复、恢复的智能混凝土已成为结构一功能（智能）一体化的发展趋势[1]。
1智能混凝土的定义和发展历史
智能材料，指的是“能感知环境条件，做出相应行动”的材料。它能模仿生命系统，同时具有感知和激励双重功能，能对外界环境变化因素产生感知，自动作出适时。灵敏和恰当的响应，并具有自我诊断、自我调节、自我修复和预报寿命等功能。智能混凝土是在混凝土原有组分基础上复合智能型组分，使混凝土具有自感知和记忆，自适应，自修复特性的多功能材料。根据这些特性可以有效地预报混凝土材料内部的损伤，满足结构自我安全检测需要，防止混凝土结构潜在脆性破坏，并能根据检测结果自动进行修复，显著提高混凝土结构的安全性和耐久性。正如上面所述，智能混凝士是自感知和记忆、自适应。自修复等多种功能的综合，缺一不可，以目前的科技水平制备完善的智能混凝土材料还相当困难。但近年来损伤自诊断混凝土、温度自调节混凝土。仿生自愈合混凝土等一系列智能混凝土的相继出现；为智能混凝土的研究打下了坚实的基础。
1.1损伤自诊断混凝土
自诊断混凝土具有压敏性和温敏性等自感应功能。普通的混凝土材料本身不具有自感应功能，但在混凝土基材中复合部分其它材料组分使混凝土本身具备本征自感应功能。目前常用的材料组分有：聚合类、碳类、金属类和光纤。其中最常用的是碳类、金属类和光纤。下面主要介绍2种当前研究比较热门的损伤自诊断混凝土。
1.1.1碳纤维智能混凝土
碳纤维是一种高强度、高弹性且导电性能良好的材料。在水泥基材料中掺入适量碳纤维不仅可以显著提高强度和韧性，而且其物理性能，尤其是电学性能也有明显的改善，可以作为传感器并以电信号输出的形式反映自身受力状况和内部的损伤程度。将一定形状、尺寸和掺量的短切碳纤维掺入到混凝土材料中，可以使混凝土具有自感知内部应力、应变和操作程度的功能。通过观测，发现水泥基复合材料的电阻变化与其内部结构变化是相对应的。碳纤维水泥基材料在结构构件受力的弹性阶段，其电阻变化率随内部应力线性增加，当接近构件的极限荷载时，电阻逐渐增大，预示构件即将破坏。而基准水泥基材料的导电性几乎无变化，直到临近破坏时，电阻变化率剧烈增大，反映了混凝土内部的应力一应变关系。根据纤维混凝土的这一特性，通过测试碳纤维混凝土所处的工作状态，可以实现对结构工作状态的在线监测[2]。在入碳纤维的损伤自诊断混凝土中，碳纤维混凝土本身就是传感器，可对混凝土内部在拉、压、弯静荷载和动荷载等外因作用下的弹性变形和塑性变形以及损伤开裂进行监测。试验发现，在水泥浆中掺加适量的碳纤维作为应变传感器，它的灵敏度远远高于一般的电阻应变片。在疲劳试验中还发现，无论在拉伸或是压缩状态下，碳纤维混凝土材料的体积电导率会随疲劳次数发生不可逆的降低。因此，可以应用这一现象对混凝土材料的疲劳损伤进行监测。通过标定这种自感应混凝土，研究人员决定阻抗和载重之间的关系，由此可确定以自感应混凝土修筑的公路上的车辆方位、载重和速度等参数，为交通管理的智能化提供材料基础。
碳纤维混凝土除具有压敏性外，还具有温敏性，即温度变化引起电阻变化（温阻性）及碳纤维混凝土内部的温度差会产生电位差的热电性（Seebeck效应）。试验表明，在最高温度为70℃，最大温差为15℃的范围内，温差电动势（E）与温差t之间具有良好稳定的线性关系。当碳纤维掺量达到一临界值时，其温差电动势率有极大值，且敏感性较高，因此可以利用这种材料实现对建筑物内部和周围环境变化的实时监控；也可以实现对大体积混凝土的温度自监控以及用于热敏元件和火警报警器等可望用于有温控和火灾预警要求的智能混凝土结构中。
碳纤维混凝土除自感应功能外，还可应用于工业防静电构造。公路路面、机场跑道等处的化雪除冰。钢筋混凝土结构中的钢筋阴极保护。住宅及养殖场的电热结构等。
1.1.2光纤传感智能混凝土
光纤传感智能混凝土[3]，即在混凝土结构的关键部位埋人入纤维传感器或其阵列，探测混凝土在碳化以及受载过程中内部应力、应变变化，并对由于外力、疲劳等产生的变形、裂纹及扩展等损伤进行实时监测。光在光纤的传输过程中易受到外界环境因素的影响，如温度、压力、电场、磁场等的变化而引起光波量如光强度、相位、频率、偏振态的变化。因此人们发现，如果能测量出光波量的变化，就可以知道导致光波量变化的温度、压力、磁场等物理量的大小。于是，出现了光纤传感技术。近年来，国内外进行了将光纤传感器用于钢筋混凝土结构和建筑检测这一领域的研究，开展了混凝土结构应力、应变及裂缝发生与发展等内部状态的光纤传感器技术的研究，这包括在混凝土的硬化过程中进行监测和结构的长期监测。光纤在传感器中的应用，提供了对土建结构智能及内部状态进行实时、在线无损检测手段，有利于结构的安全监测和整体评价和维护。到目前为止，光纤传感器已用于许多工程，典型的工程有加拿大Caleary建设的一座名为BeddingtonTail的一双跨公路桥内部应变状态监测；美国Winooski的一座水电大坝的振动监测；国内工程有重庆渝长高速公路上的红槽房大桥监测和芜湖长江大桥长期监测与安全评估系统等。
1.2自调节智能混凝土
自调节智能混凝土具有电力效应和电热效应等性能。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，但因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，如：形状记忆合金（SMA）和电流变体（ER）等。形状记忆合金具有形状记忆效应（SME），若在室温下给以超过弹性范围的拉伸塑性变形，当加热至少许超过相变温度，即可使原先出现的残余变形消失，并恢复到原来的尺寸。在混凝土中埋入形状记忆合金，利用形状记忆合金对温度的敏感性和不同温度下恢复相应形状的功能，在混凝土结构受到异常荷载于扰时，通过记忆合金形状的变化，使混凝土结构内部应力重分布并产生一定的预应力，从而提高混凝土结构的承载力。电流变体（ER）是一种可通过外界电场作用来控制其粘性、弹性等流变性能双向变化的悬胶液。在外界电场的作用下，电流变体可于0.1ms级时间内组合成链状或网状结构的固凝胶，其初度随电场增加而变调到完全固化，当外界电场拆除时，仍可恢复其流变状态。在混凝土中复合电流变体，利用电流变体的这种流变作用，当混凝土结构受到台风，地震袭击时调整其内部的流变特性，改变结构的自振频率、阻尼特性以达到减缓结构振动的目的。
有些建筑物对其室内的湿度有严格的要求，如各类展览馆、博物馆及美术馆等，为实现稳定的湿度控制，往往需要许多湿度传感器、控制系统及复杂的布线等，其成本和使用维持的费用都较高。日本学者研制的自动调节环境温度的混凝土材料自身即可完成对室内环境湿度的探测，并根据需要对其进行调控。这种混凝土材料带来自动调节环境湿度功能的关键组分是沸石粉。其机理为：沸石中的硅酸钙含有（3－9）X10－10m的孔隙。这些孔隙可以对水分、N0x和S0x气体选择性的吸附。通过对沸石种类进行选择，可以制备符合实际应用需要的自动调节环境湿度的混凝土复合材料。它具有如下特点：优先吸附水分；水蒸气压力低的地方，其吸湿容量大；吸、放湿与温度相关，温度上升时放湿，温度下降时吸湿。
1.3自修复智能混凝土
混凝土结构在使用过程中，大多数结构是带缝工作的。混凝土产生裂缝，不仅强度降低，而且空气中的CO2、酸雨和氯化物等极易通过裂缝侵人混凝土内部，使混凝土发生碳化，并腐蚀混凝土内的钢筋，这对地下结构物或盛有危险品的处理设施尤为不利，一旦混凝土发生裂缝，要想检查和维修都很困难。自修复混凝土就是应这方面的需要而产生的。在人类现实生活中可以见到人的皮肤划破后，经一段时间皮肤会自然长好，而且修补得天衣无缝；骨头折断后，只要接好骨缝，断骨就会自动愈合。自愈合混凝土[4]就是模仿生物组织，对受创伤部位自动分泌某种物质，而使创伤部位得到愈合的机能，在混凝土传统组分中复合特性组分（如含有粘结剂的液芯纤维或胶囊）在混凝土内部形成智能型仿生自愈合神经网络系统，模仿动物的这种骨组织结构和受创伤后的再生、恢复机理。采用粘结材料和基材相复合的方法，使材料损伤破坏后，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。在日本，以东北大学三桥博三教授为首的日本学者将内含粘结剂的胶囊或空心玻璃纤维掺入混凝土材料中，一旦混凝土在外力作用下发生开裂，部分胶囊或空心玻璃纤维破裂，粘结液流出并深人裂缝。粘结液可使混凝土裂缝重新愈合。美国伊利诺伊斯大学的CarolynDry在1994年采用类似的方法，将在空心玻璃纤维中注人缩醛高分子溶液作为粘结剂埋人混凝土中使混凝土具有自愈合功能。在此基础上CarolynDry还根据动物骨骼的结构和形成机理，尝试制备仿生混凝土材料，其基本原理是采用磷酸钙水泥（含有单聚物）为基体材料，在其中加人多孔的编织纤维网。在水泥水化和硬化过程中，多孔纤维释放出聚合反应引发剂与单聚物聚合成高聚物，聚合反应留下的水分参与水泥水化。这样便在纤维网的表面形成大量有机与无机物，它们相互穿插粘结，最终形成的复合材料是与动物骨骼结构相似的无机与有机相结合的材料，具有优异的强度及延性等性能。而且在材料使用过程中，如果发生损伤，多孔有机纤维会释放高聚物，愈合损伤。
2智能混凝规究现状和应注意的问题
前面所述的自诊断、自调节和自修复混凝土是智能混凝土研究的初级阶段，它们只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混凝土作用，目前人们正致力于将2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、自凋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。
智能混凝土具有广阔的应用前景，但作为一种新型的功能材料，如果投入实际工程，还有很多问题需要进一步地研究：如碳纤维混凝土的电阻率稳定性、电极布置方式、耐久性等；光纤混凝土的光纤传感阵列的最优排布方式；自愈合混凝土的修复粘结剂的选择。封人的方法以及愈合后混凝土耐久性能的改善等。解决上述一系列问题将对智能混凝土今后的发展产生深远的影响。为促进智能混凝土研究工作的顺利开展有必要就以下几点形成共识：
（1）开发应有针对性。所谓针对性就是要针对混凝土性能发生恶化和结构发生破坏等现象，考虑不同的智能方法，如针对这些现象，设想开发出一种能应对所有这些情况的手段是很困难的，因此，缩小智能化范围，以某种功能为对象，从而开发出相对最适应的方法是必要的。
（2）实施中应具有可行性。浇注混凝土多在施工现场进行，因而作为智能混凝土的施工方法，对其技术与工艺要求不能过高。应以原有工艺为基础开发相应的较为简单的方法。选用的材料应具有化学稳定性，要有利于安全使用，不挥发任何有刺激的气味和其它有害物质，并能大量应用而且成本较低。
（3）设计应具有综合性。采用智能化，虽然可以提高材料的耐久性，但也会带来负面作用。如由于使用了某种材料虽然能对某种恶化现象进行控制和改善，但是否会对强度等其它性能有所影响，所有这些正反两方面的问题都必须在判断和设计时进行综合考虑和权衡。
智能混凝土范文4
关键词 ：混凝土；试件；标准养护；节能
在建筑施工过程中，混凝土质量的好坏是建筑工程质量最为关键的因素之一，因此国家对建筑施工中混凝土的质量有严格的要求。强制要求在进行混凝土施工时，必须建立标准试块养护条件，对试件进行养护[1]。根据GBJ81-85第2.0.8条之规定 “混凝土拆模后的试件应立即施在温度为20±2℃，湿度为90％上的标准养护室中养护，在标准养护室内，试件应放在架上，彼此间隔为10-20mm，并应避免用水直接冲淋试件”[2]。
事实上，目前大部分建筑施工都采用砖砌养护室，而一般的工地现场狭小，条件差，砖砌养护室存在着密封性差、保温条件差，不便于管理和操作的缺点，难以满足标准试块的技术养护条件[3]。本文介绍了一种温湿智能控制的混凝土标准试件养护系统和方法，介绍了其功能、结构及关键技术，同时给出在同条件下该系统与建筑工地传统自制砖砌养护房相比，其节能降耗的突出效果。
一、智能混凝土试件养护系统结构
智能混凝土试件养护系统主要由一长方体的主房体、控制柜、控制盒、制冷系统及风道、底座架、试件托架、小车、试件转运架等组成。
总体结构如图1所示：
图1 总体结构简示
1.1 系统控制柜。
养护系统控制柜为相对独立的一个部件。制冷、加热、水雾发生、电器控制等都安装在控制柜中。同时根据水位传感、温湿度传感等传感器信息，实现系统的智能监控，是系统功能主要输入、输出单元。控制柜结构如图2：
图2 控制柜结构简图
1.2 控制器部分。
控制器中主要装有自动控制板，采用嵌入式系统设计，主要包括微控制器、温湿度检测电路、水雾箱水位检测电路、加热及制冷控制电路、水雾发生电路、控制键盘等，还装有显示电路、打印机，电源开关等。系统控制器为系统智能核心，负责系统对混凝土试块环境温度、湿度、异常状态，保养状态、数据显示及打印、统计功能，配合相应的远程管理软件和模块，可实现集散式控制，通过485总线或以太网构建智能网络环境，方便管理及维护。
1.3 制冷系统及风道部分。
制冷系统采用比较成熟的制冷技术，水雾箱和养护室通过风道联成回路，并通过风扇强制养护室内的空气和水雾箱内的空气循环。通过专用的混合式蒸发器，对空气和水制冷。使低温、高湿的气体进入养护室，在养护室内进行热交换后，再回到水雾箱进入下一轮循环。通过制冷系统维持养护室内温度的恒定，通过水雾保持养护室的高湿度。加热过程同制冷过程，通过制热系统维持养护室内温度的恒定，通过水雾保持养护室的高湿度。
图3 制冷系统方框图
二、系统温湿平衡控制技术
如何在高温环境下，使养护室内空气温度降低的同时，保持高湿度是试件养护中亟需解决的技术问题。按照潮湿空气状态参数中湿空气焓值与湿度关系，湿热空气在降温过程中，其中的水份会冷凝，相对湿度会降低。针对此矛盾，系统采用混合式风冷（热）和水冷（热）混合式制冷（热）方式来解决上述问题。但同时又出现在水温较高的情况下，养护室温度下降极慢的现象。这是由水温较高，水雾的温度也高，大量的热交换在水与蒸发器（或加热器）之间进行，使水温下降，而养护室温度的下降则比水温下降要滞后，造成了养护室温度的下降极为缓慢。为此，系统重点对水进行温度控制，并以受温控的水雾为媒体，对试件进行热交换效果较为理想。
通过以上关键技术保证，系统能完美保证混凝土试件的标准养护要求，具有自控程度高、节水省电、噪声小、便有操作管理及运输方便，安装简洁和环保的特点。
三、节能优势比较
经实验应用及调查表明，该智能养护系统其平均耗损功率为0.85KW，开机率小于0.5，就能达到标准养护条件[4]。而建立一个传统的12M2砖砌简易养护房需用1.5KW热泵式空调机，当开机率为1时也难以保证房内温度、 湿度都达到要求。因此，我们可计算在同等条件下，本系统与传统砖砌简易养护房相比的能耗水平。如表一所示。
表一 标准养护系统与砖砌简易养护室节能优劣比较
从以上的分析对比不难看出混凝土施工场地采用本文介绍的混凝土试件智能养护方法符合国家行业标准要求，同时能为国家节省大量能源耗费。对使用方而言：能省电、省水、省钱、省力、还有一点更重要的是能对试件进行科学地管理，保证试件养护质量，从而确保总体工程的质量。
参考文献：
[1] 刘振东.建筑施工现场管理对策的几点研究[J] 中小企业管理与科技.2011,2:50-51
[2] GBJ81-85,普通混凝土力学性能试验方法[S]
智能混凝土范文5
关键词：智能张拉；智能张拉；施工工艺；应用
中图分类号：G712 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）39-0093-02
在大跨径跨河桥的建造中，预应力张拉与桥梁压浆是两个核心环节，直接关系到桥的建造效率，甚至于决定了桥梁能否完工。因此，这两个环节的施工始终是我们关注的重点，而智能张拉、压浆技术的使用，不仅有效克服了传统施工的缺陷，而且使建造效率与施工质量得到了同步提升。
一、预应力混凝土箱梁智能张拉与压浆施工概述
1.智能张拉。智能张拉是一种能够实现“双控”的系统，即实现伸长量偏差的校对控制、应力控制，该系统通常是由控制主机、油泵、千斤顶构成，并配以预应力智能张拉仪、油管、限位板、信号线、工具锚等辅工具。与传统的张拉技术相比，智能张拉实现了四个“精确”，即精确张拉、精确测量、精确用力、精确监控，使得整个施工过程有效避免了人为误差，提高了预应力的使用效率，实现了工程建设的精确与质量的双提升。当然，由于智能张拉采用了信息技术，程序设计缺陷、信号连接异常、传感设备失灵就成了智能张拉系统最常见的问题，这时就需要人工的介入来修正误差。
通常情况下，智能张拉系统的工作流程可以简单归纳为“发出命令、油泵工作、同步顶拉、数据传回”四个环节，如下图1所示：
首先由系统主机将收集到的“控制力”、“伸长量”数据进行计算，然后基于计算结果将“指令”传输给油泵电机，油泵系统得到指令后开始调整转速，进行精确张拉。与此同时，系统主机通过传感器实时“诊断”、“接收”千斤顶所受之力，对张拉作业进行精确监控。
2.智能压浆。一般来说，智能压浆系统是由制浆机、压浆泵、测压传感器等设备构成，运用的是循环回路压浆工艺。与智能张拉一样，智能压浆是注浆设备与信息技术的结合，它也可以实现精确测压、精确分析、精确监控、精确施压、精确管理等。智能压浆主要解决了施工中“压浆不实”的难题，使得压浆工作更易操作、更易达标。而该系统最主要的缺陷存在于程序设计本身，需要人工不断地校对、调整。
智能压浆主要有循环回路与测控调压两个环节构成。在循环回路环节中，由压浆泵以循环的试持续注浆加压，以此来排空预应力管道中的空气、杂质等，解决压浆不实、压浆不密的问题。与此同时，在预应力管道的进出口设置传感器，实时监测水泥浆液、注浆压力、稳压时间等关键数据，并传输给系统主机进行计算，最后再将计算的数据反馈给压浆泵，进行适当的调压。
二、工程简介
江苏省常州武进区花园街（定安中路-武进区界）跨京杭运河大桥工程，跨运河主桥跨度组成为65.7+120+65.7m，利用主跨120m一跨跨越京杭运河，边跨跨越新312国道及河滨东路，其中南岸钢桁架梁由中半跨56米和边跨57.7米（少拼一个8米节间）组成，全宽39米（含非机动车道和人行道）；北岸钢桁架梁由中半跨56米（两岸少一个8米节间作为合龙段）和边跨57.7米（少拼一个8米节间）组成，航道中心与桥梁中心线正交。本桥位附近湿度较大，车流量大，重载车通行多，故对桥梁结构的耐久性提出了较高要求。
三、预应力智能张拉与智能压浆的标准化施工工艺
1.预应力智能张拉施工操作要点分析。以上我们详细分析了智能张拉的工作流程，现就武进区跨京杭运河大桥工程为例来具体探讨施工过程中的操作要点。首先是严密监控系统主机中的相关数据。我们知道，数据监控是系统主机的功能之一，它能够给作业人员提供数据参考，指导作业行为。因此，我们须死守控制台，严密监测数据。当数据出现异常情况时，应及时暂停张位作业，等问题排查清楚后再进行张拉；其次是时时检查传感器等辅助工具的工作情况。智能张拉系统中的辅助工具主要起着沟通作用，若这些工具出现问题，后果不堪设想。此外，还须检查锚具、限位板等是否嵌套合适；再次是检查千斤顶的安装是否正确，在绝对保证安装平顺后，还需充分考虑温度等外界环境对于千斤顶的影响。若温度A
2.预应力混凝土管道智能压浆施工工艺要点分析。由于武进跨京杭运河大桥周边的自然环境相对复杂，再加上未来要承受重载车辆的通过，因此对于桥梁的注浆质量提出了较高的要求。为此，我们在进行智能压浆操作时须注意以下要点：一是要实现对于监控系统主机的良好维护，做到“专机专用”，严禁在系统主机中运行其他程序或者进行连接互联网操作，以此来避免病毒对于系统程序的篡改、破坏。二是要设“专人专岗”，对反馈数据进行全天候的监测，当发现数据异常时，应立即点击“暂停压浆”，中断压浆操作，等问题解决后再进行；三是保证设备连接正确，设施正常运行。智能压浆中的连接设备如同“血液输送”一般，如发生连接中断问题，则会使整个压浆施工瘫痪，严重影响施工效率，甚至于造成压浆设备损坏。因此，我们在施工过程中须时刻维护连接设备，检查其是否存在问题，以此来保证设施设备的正常运行。
3.智能张拉与压浆施工工艺在工程建设中运用效果。在常州武进区花园街（定安中路―武进区界）跨京杭运河大桥工程施工中桥梁建设中，预应力智能张拉系统的运用，加强了施工质量和降低了施工成本，在互联网信息技术发达的今天，可以突破地域的限制，加强对张拉质量的监管，极大地提高了预应力桥梁的施工质量。并且，在整个张拉过程中，实时张拉数据能够自动生成张拉记录表并上传网络，将这些数据和资料反映到业主和质量监督站那里，减少了人为因素干扰，杜绝了数据造假的可能性。能够将真实的施工过程还原，有利于对施工质量的控制。此外，运用这种方法，还能够省去张拉力、伸长量等相关数据的计算工作，不必进行数据的填写，有利于提高工作效率。
通过采用智能压浆系统，不仅避免了出现孔道内空气无法排尽、浆液性能不能满足施工要求、压力不足等问题，解决了压浆不密实、压浆质量过低的质量通病，由于运用了密封盖加弹性垫片的技术，还解决了锚头密封的难题。与传统的压浆技术相比，智能压浆系统避免了人为因素干扰，提高了技术的准确度和施工质量，能够将管道内的空气排净，实现了对浆液质量的控制，满足了施工要求，保证了灌浆压力，提高了灌浆的稳定时间，进而保证了预应力管道的压浆密实，满足跨京杭运河大桥工程施工要求，很好地提高桥梁建设的质量和效益。
四、结论
通过预应力混凝土箱梁智能张拉与压浆施工在常州武进区花园街（定安中路―武进区界）跨京杭运河大桥工程施工中取得的成功应用表明：智能张拉及智能压浆标准化施工能够显著提高桥梁预应力施工的施工质量，提高了桥梁的耐久性和安全性，节约作业时间，节省大量劳动力，值得将来在实际工作中进一步推广和运用。然而，智能张拉和智能压浆施工效果提高还依赖于施工经验的总结，今后在施工过程中，应该重视对相关经验的总结，不断提高施工水平，使智能张拉和智能压浆在桥梁建设中得到更好的运用。
参考文献：
[1]梁晓东，吴涛，刘德坤.预应力智能张拉与传统张拉的比对试验研究[J].公路，2012，（4）.
[2]芦科.智能张拉和智能压浆系统在桥梁建设的运用[J].教纵横，2012，（10）：89.
[3]陈海斌.预应力混凝土智能张拉与智能压浆新工艺应用[J].内蒙古公路与运输，2012，（5）.
智能混凝土范文6
关键词：智能投料机；GPRS远程；实时监控
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.23.095
1 引言
沥青路面外掺剂用量直接影响沥青路面各项性能指标，工程应用中需要精确控制沥青路面外掺剂的添加。然而，现有沥青混凝土拌和站尚无外掺剂添加功能，通常采用全自动投料设备往沥青混凝土材料中添加外掺剂。但自动投料设备与拌和站系统相对独立，无法实现过程联动及智能监控预警。当投料机出现设备故障、备料缺失等现场问题，沥青混凝土拌和站操作人员因缺少设备运行状态及外掺剂添加信息，无法及时采取相应的处理措施，极易产生沥青混凝土中少加甚至不加外掺剂的情况，导致沥青混凝土材料配比出现问题，进而影响沥青路面施工质量[1]。
为解决上述问题，实现沥青混凝土拌和质量的动态控制和预警，帮助管理人员及时准确分析工况，建立一套可直观准确显示外掺剂添加状态、过程质量数据信息的沥青路面外掺剂投料智能监控体系对提高沥青混凝土生产质量意义深远[2-3]。
2 系统设计及组成
2.1 系统设计
运用 GPRS 无线分组服务技术，以利解决无网络工况下智能投料控制系统无法传输数据的难题。采用 B /S + C /S 系统架构，实现用户远程登陆服务器系统网页实时监控投料过程，查看各类统计数据的功能。系统设计架构图如图1所示。
2.2 系统组成
拟搭建的智能监控系统由四部分组成，分别为数据采集系统、数据传输系统、数据处理系统和过程预警系统等，可实现对投料机运行状态、投料数据、报警信息等数据的远程监控，按级别发送相应短信等功能，监控系统图如图2所示。
3 系统应用操作
已授权用户登录智能投料动态监控系统网页，实现对智能投料过程的动态监控和历史数据统计分析成果的查询。
3.1 动态监控
点击进入“主界面”，如图3所示。界面文本框“投料次数”、“投料设定值”“投料重量”、“沥青混合料重量”、“抗车辙剂占比” 、“拌和时间”及“出料温度”等对指定拌合站生产过程中每一盘混凝土的拌合时间、抗车辙剂比例和原材料组份及抗车辙剂用量等参数进行实时监控，实际参数值在每盘混凝土拌和作业完成的同时显示在用户监控界面，实时性极强 [4-5]。
3.2 统计分析
点击进入“数据查询”界面，如图4所示。
“历史数据报表”或“历史数据曲线”对指定拌合站、指定时间段内每盘混凝土的拌和时间、材料消耗量、沥青混合料重量、出料温度及抗车辙剂用量等参数进行查询，分析判断拌和周期变化情况，评判混凝土配合比的执行情况，提供质量追溯依据，实现事后监控及原材料成本核算。
点击进入“数据统计”界面，选择“数据分析”界面上的“历史数据统计报表”或“历史数据统计柱状图”对施工标段、投料设定值、总投料次数、总投料重量、总沥青混合料重量等进行查询，按起始时间以报表形式或柱状图形式显示每个拌合站或对应工程部位的混凝土产量，并原材料消耗实际值、计划产能值进行三算比较，形成分析结论；与材料设计配合比数值作比较分析材料用量误差，评价混凝土配合比的执行情况。最终，生成 excel或其他格式统计报表，根据用户选择进行储存分析。
3.3 实时短信提醒
为便于不具备上网条件的管理责任人对混凝土拌合站拌合时间、混凝土配合比执行误差等重点监控项目实现实时监控，本系统研发了实时短信提醒功能。
本系统功能对拌合站混凝土拌和生产过程中每种材料的实际用量和实际搅拌时间等指标与理论设定值做差，比较误差与短信报警阈值大小，判断是否向项目负责人发送报警短信。当误差小于报警阈值，即指标误差值大于允许误差，向项目负责人发送手机报警短信；当误差在报警阈值范围区间内，不发送手机报警短信，却作为监控数据存储在系统数据库中以备查。系统对误差等级进行划分，根据误差偏离程度设置多级报警，实现不同强度和级别的过程监控。
4 功能及效果
监控系统实时掌握混凝土拌合站生产过程中的“投料次数”、“投料设定值”“投料重量”、“沥青混合料重量”、“抗车辙剂占比” 、“拌和时间”及“出料温度”等信息，实现实时监控、事前主动控制，应用效果极佳。
（1）通过实时监控投料过程，确保混凝土和李敖重量、抗车辙剂占比严格按照既定参数执行，保障混凝土生产搅拌时间。及时校准计量、测量误差，避免因机械故障、作业人员违章作业，管理人员违章指挥等造成损失，有效实现事前主动预控，过程实时监控，保障了工艺标准的贯彻执行。
（2）基于 GPRS的远程信息传输、数据实时存储和分析提高了数据安全性、真实性和动态响应性，达到了动态管理的目的。利用智能化信息处理技术，实现数据实时统计分析、成本核算和成本控制。
（3）结合工程建设中急需解决的实际技术问题以全新的管理模式实现混凝土生产过程的动态控制管理， 适应程度高且经济效益高。
5 结语
混凝土拌合站投料过程动态监控系统，是在综合分析混凝土生产过程全方面因素，为解决混凝土施工中质量管理、成本控制等研制的信息化管理系统。系统逻辑关系明确，重点功能突出，采用创新的管理模式、手段实现了混凝土生产过程的动态控制，工程质量得到保证，成本控制效果好，提高了建设项目的管理效率和水平，体现了信息技术和工程技术的高度统一，应用前景广泛。
参考文献：
[1]马辉，刘仁智，董庆，龚建忠.混凝土拌合站生产过程动态系统的开发与应用[J].路基工程，2012（02）：144-146.
[2]于黎明.沥青混凝土搅拌设备监控系统研究[D].长安大学，2009.
[3]李杨，曾宪文.基于GPRS和GPS技术的工业设备远程监测系统[J].上海电机学院学报，2009，12（02）：125-128.
[4]ZhongQiYue，WilliamBekking，IsabelleMorin.Application of Digital Image Processing to Quantiative Study ofAsphaltConcreteMicrostructure[J].TRR，2001，4（09）：53-60.
