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新型功能材料的論文

時(shí)間:2022-11-25 05:04:49 材料畢業(yè)論文 我要投稿
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關(guān)于新型功能材料的論文

  新型功能材料--智能混凝土

關(guān)于新型功能材料的論文

  院系:XXX 姓名:XXX 學(xué)號(hào):XXX

  1.摘要

  智能混凝土是現(xiàn)代建筑材料與現(xiàn)代科技相結(jié)合的產(chǎn)物,是傳統(tǒng)混凝土材料發(fā)展的高級(jí)階段;仡櫫酥悄芑炷恋陌l(fā)展歷史和研究現(xiàn)狀,展望了智能混凝土的發(fā)展趨勢(shì)和應(yīng)用前景,闡述了研究中應(yīng)注意的問題。

  2.簡(jiǎn)介

  智能材料,指的是“能感知環(huán)境條件,做出相應(yīng)行動(dòng)”的材料。它能模仿生命系統(tǒng),同時(shí)具有感知和激勵(lì)雙重功能,能對(duì)外界環(huán)境變化因素產(chǎn)生感知,自動(dòng)作出適時(shí)。靈敏和恰當(dāng)?shù)捻憫?yīng),并具有自我診斷、自我調(diào)節(jié)、自我修復(fù)和預(yù)報(bào)壽命等功能。智能混凝土是在混凝土原有組分基礎(chǔ)上復(fù)合智能型組分,使混凝土具有自感知和記憶,自適應(yīng),自修復(fù)特性的多功能材料。根據(jù)這些特性可以有效地預(yù)報(bào)混凝土材料內(nèi)部的損傷,滿足結(jié)構(gòu)自我安全檢測(cè)需要,防止混凝土結(jié)構(gòu)潛在脆性破壞,并能根據(jù)檢測(cè)結(jié)果自動(dòng)進(jìn)行修復(fù),顯著提高混凝土結(jié)構(gòu)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(yīng)。自修復(fù)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(dāng)困難。但近年來損傷自診斷混凝土、溫度自調(diào)節(jié)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(xiàn);為智能混凝土的研究打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

  3.內(nèi)容

  3.1分類

  3.1.1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(yīng)功能其中最常用的是碳類、金屬類和光纖。下面主要介紹碳纖維智能混凝土。

  碳纖維是一種高強(qiáng)度、高彈性且導(dǎo)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(qiáng)度和韌性,而且其物理性能,尤其是電學(xué)性能也有明顯的改善,可以作為傳感器并以電信號(hào)輸出的形式反映自身受力狀況和內(nèi)部的損傷程度。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(duì)混凝土內(nèi)部在拉、壓、彎靜荷載和動(dòng)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(jìn)行監(jiān)測(cè)。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),在水泥漿中摻加適量的碳纖維作為應(yīng)變傳感器,它的靈敏度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般的電阻應(yīng)變片。在疲勞試驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn),無論在拉伸或是壓縮狀態(tài)下,碳纖維混凝土材料的體積電導(dǎo)率會(huì)隨疲勞次數(shù)發(fā)生不可逆的降低。因此,可以應(yīng)用這一現(xiàn)象對(duì)混凝土材料的疲勞損傷進(jìn)行監(jiān)測(cè)。通過標(biāo)定這種自感應(yīng)混凝土,研究人員決定阻抗和載重之間的關(guān)系,由此可確定以自感應(yīng)混凝土修筑的公路上的車輛方位、載重和速度等參數(shù),為交通管理的智能化提供材料基礎(chǔ)。

  3.1.2自調(diào)節(jié)智能混凝土

  自調(diào)節(jié)智能混凝土具有電力效應(yīng)和電熱效應(yīng)等性能。。

  如:形狀記憶合金(SMA)。形狀記憶合金具有形狀記憶效應(yīng)(SME),若在室溫下給以超過彈性范圍的拉伸塑性變形,當(dāng)加熱至少許超過相變溫度,即可使原先出現(xiàn)的殘余變形消失,并恢復(fù)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(duì)溫度的敏感性和不同溫度下恢復(fù)相應(yīng)形狀的功能,在混凝土結(jié)構(gòu)受到異常荷載于擾時(shí),通過記憶合金形狀的變化,使混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)力重分布并產(chǎn)生一定的預(yù)應(yīng)力,從而提高混凝土結(jié)構(gòu)的承載力。

  3.1.3自修復(fù)智能混凝土

  在人類現(xiàn)實(shí)生活中可以見到人的皮膚劃破后,經(jīng)一段時(shí)間皮膚會(huì)自然長好,而且修補(bǔ)得天衣無縫;骨頭折斷后,只要接好骨縫,斷骨就會(huì)自動(dòng)愈合。自愈合混凝土就是模仿生物組織,對(duì)受創(chuàng)傷部位自動(dòng)分泌某種物質(zhì),而使創(chuàng)傷部位得到愈合的機(jī)能,在混凝土傳統(tǒng)組分中復(fù)合特性組分(如含有粘結(jié)劑的液芯纖維或膠囊)在混凝土內(nèi)部形成智能型仿生自愈合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),模仿動(dòng)物的這種骨組織結(jié)構(gòu)和受創(chuàng)傷后的再生、恢復(fù)機(jī)理。采用粘結(jié)材料和基材相復(fù)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(fù)甚至提高材料性能的新型復(fù)合材料。

  3.2智能混凝規(guī)究現(xiàn)狀和應(yīng)注意的問題

  智能混凝土具有廣闊的應(yīng)用前景,但作為一種新型的功能材料,如果投入實(shí)際工程,還有很多問題需要進(jìn)一步地研究:如碳纖維混凝土的電阻率穩(wěn)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(yōu)排布方式;自愈合混凝土的修復(fù)粘結(jié)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(duì)智能混凝土今后的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。為促進(jìn)智能混凝土研究工作的順利開展有必要就以下幾點(diǎn)形成共識(shí):

  (1)開發(fā)應(yīng)有針對(duì)性。所謂針對(duì)性就是要針對(duì)混凝土性能發(fā)生惡化和結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞等現(xiàn)象,考慮不同的智能方法,如針對(duì)這些現(xiàn)象,設(shè)想開發(fā)出一種能應(yīng)對(duì)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(duì)象,從而開發(fā)出相對(duì)最適應(yīng)的方法是必要的。

 。2)實(shí)施中應(yīng)具有可行性。澆注混凝土多在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行,因而作為智能混凝土的施工方法,對(duì)其技術(shù)與工藝要求不能過高。應(yīng)以原有工藝為基礎(chǔ)開發(fā)相應(yīng)的較為簡(jiǎn)單的方法。選用的材料應(yīng)具有化學(xué)穩(wěn)定性,要有利于安全使用,不揮發(fā)任何有刺激的氣味和其它有害物質(zhì),并能大量應(yīng)用而且成本較低。

  (3)設(shè)計(jì)應(yīng)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(huì)帶來負(fù)面作用。如由于使用了某種材料雖然能對(duì)某種惡化現(xiàn)象進(jìn)行控制和改善,但是否會(huì)對(duì)強(qiáng)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(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行綜合考慮和權(quán)衡。

  4.總結(jié)

  智能混凝土是智能化時(shí)代的產(chǎn)物,它在對(duì)重大土木基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)變的實(shí)量監(jiān)測(cè)、損傷的無損評(píng)估、及時(shí)修復(fù)以及減輕臺(tái)風(fēng)、地震的沖擊等諸多方面有很大的潛力,對(duì)確保建筑物的安全和長期的耐久性都具有重要性。而且在現(xiàn)代建筑向智能化發(fā)展的背景下,對(duì)傳統(tǒng)的建筑材料的研究、制造、缺陷預(yù)防和修復(fù)等都提出了強(qiáng)烈的挑戰(zhàn)。智能混凝土材料作為建筑材料領(lǐng)域的高新技術(shù),為傳統(tǒng)建材的未來發(fā)展注入了新的內(nèi)容和活力,也提供了全新的機(jī)遇。其發(fā)展必將使混凝土材料的應(yīng)用具有更廣闊的前景和產(chǎn)生巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

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