摘要：随着现代材料的不断进步，混凝土已逐渐向高强、高性能、多功能和智能化发展。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--功能（智能）一体化的发展趋势。下面小编整理了一些《智能混凝土研究论文(精选3篇)》，仅供参考，大家一起来看看吧。
智能混凝土研究论文 篇1：
智能混凝土的研究
摘 要： 本文研究了智能混凝土，包括损伤自诊断混凝土、自调节智能混凝土、自修复智能混凝土等。
关键词： 智能；混凝土；结构
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，智能混凝土是自感知和记忆、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.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：聚合物类、碳类、金属类和光纤。其中最常用的是碳类、金属类和光纤。
（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、应变和损伤程度的功能。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H3。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。根据碳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。
在掺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。
（2）光纤传感智能混凝土
光纤传感智能混凝土，即在混凝土结构的关键部位埋入光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Calgary建设的一座名Beddington Trail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；國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。
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，如形状记忆合金和电流变体等。
形状记忆合金具有形状记忆效应（SMA），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干扰时，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。
电流变体是一种可通过外界电场作用来控制其黏性、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，其黏度随电场增加而变稠到完全固化，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。
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C02、酸雨和氯化物等极易通过裂缝侵入混凝土内部，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。■
参考文献
[1]李惠，欧进萍.智能混凝土与结构.工程力学，2007，24（增刊2）：45--61.
[2]姚武，吴科如.智能混凝土的研究现状及其发展趋势.新型建筑材料，2000（10）：22～24.
作者：蒋琼
智能混凝土研究论文 篇2：
智能混凝土相关技术发展研究
摘 要：随着现代材料的不断进步，混凝土已逐渐向高强、高性能、多功能和智能化发展。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--功能（智能）一体化的发展趋势。本文主要介绍了智能混凝土的产生、发展和现状，展望了智能混凝土的发展趋势和前景，并对该类型建筑在研究中应当注意的问题进行了较为系统的阐述。
关键词：智能；混凝土；研究；发展
0.引言
混凝土作为主要的建筑材料经过了一个漫长的发展过程，它的发展凝聚着时代的最新科技成果，顺应着人类的物质和精神需求。现在混凝土智能化的研究和开发成了人们关注的热点。本文简述智能混凝土的发展历程，并对智能混凝土的现状和发展趋势进行研究，在此基础上展望智能混凝土的应用前景。
1.智能混凝土的定义和发展历史
通常情况下，我们把"能感知环境条件，做出相应行动"的材料称为智能材料。与普通材料不同的是虽然它不具有现实意义上的的生命形式，但是它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。换句话来说它能模仿生命系统，具有自感知和记忆，自适应，自修复特性的多功能，它保留了混凝土原有组分同时复合了智能型组分。
智能混凝土优点很多，诸如：有效地预报混凝土材料内部的损伤；自我检测结构的安全性，防止混凝土结构潜在脆性破坏；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，智能混凝土集自感知和记忆、自适应、自修复等多种功能于一身，缺一不可。但是以当前科技发展水平，设计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、溫度自调节混凝土、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
普通的混凝土材料本身不具有自感应功能，但如果在混凝土基材中加入了其它材料，就使混凝土本身具备了本征自感应功能。目前常用的材料组分有：聚合类、碳类、金属类和光纤。其中碳类、金属类和光纤比较常用。现在社会上主要有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。损伤自诊断混凝土的自感应功能包括压敏性和温敏性等。
1.2自调节智能混凝土
混凝土常常承受的偶然荷载包括：台风、地震等。人们往往希望混凝土在承受这些荷载时，能够调整承载能力和减缓结构振动。但是混凝土本身是惰性材料，无法实现这一功能。自调节智能混凝土应运而生，它同时具有电力效应和电热效应等性能。所谓的自调节智能混凝土是在它内部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。这种材料具有形状记忆效应，举例来说，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。因此当在混凝土中埋入形状记忆合金时，可以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。
1.3自修复智能混凝土
当混凝土承受荷载时，就回变形甚至出现裂缝。带缝工作的混凝土，强度会降低。如果空气中的CO2、酸雨和氯化物等通过裂缝侵人混凝土内部，将会使混凝土发生碳化，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，同时要想检查和维修混凝土的裂缝是很困难的。像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，断骨就会自动愈合一样，自愈合混凝土就模仿了这一生物组织。当遭受创伤时，可以自动分泌某种物质，而使创伤部位得到愈合的机能。能够在混凝土内部形成智能型仿生自愈合神经系统的组分是混凝土组分中的具有复合特性的材料，它促使混凝土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。
日本的东北大学三桥博三教授为首的日本学者的研究成果中，把内含粘结剂的胶囊或空心玻璃纤维掺入混凝土材料中，如果在外力作用下，混凝土发生了开裂，粘结液流出并深人裂缝。具有刚强度粘结力的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
不管是自诊断、自调节复混凝土还是自修复混凝土，都处在智能混凝土的初级阶段，还远远没有达到智能混凝土的全部要求。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，可以称之为机敏混凝土。它们的功能单一，并不囊括智能混凝土的各种功能。随着对建筑材料的不断认识，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。这种混凝土将集合自感应、自凋节和自修复组件材料等，并把原始混凝土作为基材，各材料之间依据结构需要排列，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。
从长远来看，智能混凝土发展前景良好，但是依旧有很长的路要走。很多细节上的问题亟待解决。例如：如碳纤维混凝土的电阻率稳定性、电极布置方式、耐久性等；封入的方法以及愈合后混凝土耐久性能的改善等。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）有针对性的开发。在设计中，考虑的范围越大，目标越多，开发出能应对所有这些情况的手段是很困难的。因此要缩小智能化范围，以某种功能为对象，从而开发出相对最适应的方法。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。
（2）具有可操作性。设计当与当前施工技术水平相一致，否则在施工中没有办法达到要求。一般来说，选用的材料应具有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。另外，施工方法对其技术与工艺要求不能过高。
3.结语
智能混凝土是仿生学的产物，模仿生物的感知能力，可以实时地自我检测，评估损伤，及时修复。进入二十一世纪以来，台风、地震等灾难频频发生，这就加剧了人们对智能建筑的需求。它的的发展势头良好，但依旧需要人们不断的探索，不断的完善智能混凝土的功能，确保建筑物的安全和长期的耐久性。
参考文献
[1]姚忠伟. 智能混凝土的研究及其发展[J]. 新型建筑材料，2015，02：6-9.
[2]赵文娟. 浅谈智能混凝土的研究和发展[J]. 科技经济市场，2012，02：29-30.
[3]卞建伟，朱光. 智能混凝土的研究和发展[J]. 黑龙江交通科技，2013，06：39-40.
作者：张伟刚
智能混凝土研究论文 篇3：
智能混凝土的开发与利用
摘 要:本文通过对智能混凝土的智能性及其应用的论述,并结合智能混凝土的发展现状,预测了智能混凝土的发展前景。
关键词:智能混凝土;自感应;自调节;自修复;智能化
0 前言
进入21世纪,建筑技术和建筑材料的发展催生了建筑的智能化。混凝土作为最主要的建筑材料之一,它逐渐由传统的仅具承载能力的结构材料发展成具有高性能、多功能和智能化的结构材料。近几十年,虽然高性能混凝土发展迅速,如钢纤维混凝土等,满足了大部分建筑结构的复杂化、大型化,但这些混凝土也只能在静力和小动力的条件下保持稳定,一旦遇到大动力(如大地震),便很容易失效。智能混凝土作为一种新型的智能材料,能够主动的对结构进行自诊断、自调节和自修复,从而很好的避免突发事故(如地震引起的房屋倒塌)的发生,延长建筑的使用寿命,它是建筑智能化发展的基础。
1 智能混凝土的定义及基本概况
智能混凝土是在混凝土原有组分的基础上复合智能型组分,使混凝土材料具有自感知、自调节、自修复等特性的结构材料。一般来说,仅复合单一智能材料的混凝土只具备一种功能,混合多种功能材料虽然使混凝土具备了多种功能,但却大大降低了其基本的功能——承载力,智能混凝土还处在研究的初级阶段,现有的技术水平还不能使其同时具备多种功能。
2 目前研究的智能混凝土的智能性及其应用
2.1 智能混凝土的自感应性能
普通混凝土不具有自感应性能,若向其中加入导电成分,它就具有了自感应性能,目前常用的导电组分有聚合物类、碳类和金属类。
碳纤维属于碳类,它具有很高的强度和弹性,导电性能优良,将一定形状、尺寸和渗量的短切碳纤维渗入到混凝土中就制备成了碳纤维混凝土,碳纤维混凝土具有压敏性、温敏性和磁敏性,这些特性使得其本身就是一个传感器。
碳纤维混凝土电阻率和压应力之间存在一定的对应关系,通过碳纤维混凝土电阻率的变化可以大致判断其内部应力、应变的变化情况,从而感知结构材料内部损伤部位。碳纤维混凝土还具有温敏性,当其结构两端出现温度差时,会在此两端产生电位差,从而对建筑物内外温差进行实时监控,若结构温度发生变化,碳纤维混凝土的电阻率相应的发生改变,它的这种温阻现象可以实现对大体积混凝土的温度自监控,还可用于火警报警器。
光纤维混凝土是将光纤维传感器阵列直接埋入混凝土中而得到。当光纤维混凝土结构受到压力或温度变化时,混凝土产生裂缝或变形,混凝土内的光纤维也会跟着变形,这时,通过光纤维中光的强度、波长等性质就会发生变化,我们就可以通过测量光的这些性质的变化推测结构的变形和裂缝宽度等。
2.2 智能混凝土的自调节性能
混凝土是无生命材料,它并不具备自调节能力,要使其具有此能力,必须向其中添加具有驱动功能的智能材料(如形状记忆合金和电流变体等),现在的自调节混凝土主要用于结构承载力和环境温湿度的自调节。
形状记忆合金是一种新型金属功能材料,具有独特的形状记忆效应,它具有温敏性和在不同温度下回复变形的能力,将其置入混凝土中,当混凝土结构受到冲击荷载等异常荷载时,记忆合金形状发生变化,使混凝土结构产生内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。
电流变体是一种悬胶液,在外电场作用下,其黏性、弹性等流变性能发生变化,使得电流变体在瞬间组合成链状或网状结构的固凝胶,其黏度随电场增加直至完全固化,撤销电场作用,它又回复到流变状态。利用其这种特性,当建筑物受到地震等冲击荷载时,这种智能混凝土能够调节自身的阻尼特性,使结构在变形中充分吸收能量,以达到消弱冲击荷载作用的效果。
2.3 智能混凝土的自修复性能
建筑物中的大多数混凝土结构存在裂缝,空气中的二氧化碳和水等物质透过裂缝腐蚀结构内部的钢筋,并侵入混凝土内部,使混凝土碳化,最终使结构失效,基于这些问题,混凝土裂缝的自修复功能越来越受到人们的青睐。
国内外研究混凝土自愈合的方法主要是在水泥基材料中渗入特殊的修复材料。日本学者将内含粘结剂的微胶囊附和到水泥基材料的基材内,当结构出现裂缝,胶囊中的凝结液流出,让裂缝重新粘结在一起,从而实现混凝土的自愈合。美国学者是在中空玻璃纤维中注入缩酯高分子溶液,当结构出现裂缝时,玻璃纤维破裂,其中的缩酯高分子溶液流出愈合裂缝,从而达到恢复结构承载力的效果。
这些自修复混凝土能够及时对结构损伤部位进行修复,但如果混凝土的龄期过长,或者裂缝宽度超过了一定限额,它们也无能为力,研究还有待继续。
3 智能混凝土的发展现状及运用问题
我国正处于社会主义建设初级阶段,基础建设正如火如荼的进行着,近年来,我国每年用于房屋、公路、铁路、桥梁和港口等工程和基础建设的混凝土用量约40亿立方米,混凝土的研究生产和应用取得了长足的进步,但智能混凝土的研究还比较薄弱。如今大多数智能混凝土仅仅具备单一功能,这种功能单一的混凝土并不能充分发挥智能混凝土的作用,比如,碳纤维混凝土具备自感知特性,它能够自动检测到结构内部材料的损伤部位,但其不具有自修复性能,修复还是需要人工操作,没有实现真正的智能化,再之,人工修复结构内部的材料损伤非常困难且不及时。
现在用于混凝土复合的智能型材料还非常有限,随着科学的发展,具有更优性能的智能复合材料将运用到智能混凝土中,这些材料将会成为两种以上功能的智能混凝土研究的助推器。
智能混凝土较普通混凝土造价高是制约其广泛运用的巨大瓶颈。开发商的投入增加必定使房价相应增加,民众的承受能力有限,从而减少房屋销售量,这是开发商目前不愿意看到的,因此它们不愿意使用造价更高的智能混凝土。
4 结语
上文所述的智能混凝土的自感应、自调节和自修复特性,还只是智能混凝土研究的初级阶段,这些功能单一的混凝土还远没有达到建筑智能化所期望的目标。智能性的工程材料是制备智能混凝土的基础,因此,及时开发多种新型智能型工程材料对实现混凝土全面智能化尤为重要。各国学者在智能混凝土方面的研究将更加深入,作为智能建筑物的建设基础,智能混凝土的应用前景将越来越广阔。
参考文献
[1]洪雷.智能建筑材料-石墨砂浆注浆钢纤维混凝土[M]北京:中国建材工业出版社,2009.6
[2]严捍东等.新型建筑材料教程[M]北京:中国建材工业出版社,2005.1:95-98
[3]吴泽进,施养杭.智能混凝土的研究与应用评述[J].混凝土,2009年第11期:86-88
[4]姚忠伟.智能混凝土的研究及其发展[J].建筑石膏与胶凝材料,2005.2:6-8
[5]何军拥,姚立宁.碳纤维混凝土的特征及其应用探讨[J].新型建筑材料,2006.4:12-13
作者：孙中秋,张玉波