智能混凝土就是把具有导电性的材料和具有测量温度、湿度、压强等功能的电子元件掺杂到普通混凝土中,使混凝土具有感知环境(包括内外环境)次级,对之进行分析、处理、判断、并采取一定的措施进行适度响应的智能特征材料。根据复合不同的智能型组分,智能混凝土可分为自感应混凝土、自调节混凝土和自修复混凝土。
自感应混凝土又被称为自诊断混凝土,可为压敏性自感应和温敏性自感应。混凝土材料本身并不具备自感应功能,但在混凝土中复合部分导电相可使混凝土具备本征自感应功能。
自感应混凝土常复合的导电组分有聚合物类、碳类和金属类,其中最常用的是碳类和金属类。智能混凝土可满足结构自我安全监测,预报混凝土材料内部损伤,预警混凝土结构潜在脆性破坏,提高结构安全性和耐久性。
将碳纤维混凝土制成热电偶埋入混凝土结构中,可实现:监控混凝土结构内部和建筑物周围环境的温度分布及变化;大体积混凝土的温度自监控;有温控和火灾预警要求的智能混凝土结构。寒冷地区混凝土墙体升温以便于房屋采暖。在公路应用中,自感应混凝土能将各种数据传至监测站,以确定公路上汽车的重量、位置和速度,为交通管理智能化打下基础。
自调节机敏混凝土是通过复合具有执行(驱动)功能的机敏材料,使混凝土在环境变化以及遭受自然灾害时,可以通过改变自身某些物理特性来调节变形、提高结构承载力或控制、减缓结构振动。
目前,自调节机敏混凝土的研究和应用中,主要复合的机敏驱动材料有形状记忆合金、电流变体和碳纤维等。形状记忆合金机敏混凝土:形状记忆合金(Shape Memory Alloys,简称SMA)的记忆效应是在温度或应力作用下,合金内部热弹性马氏体形成、变化、消失的相变过程的宏观表现。碳纤维机敏混凝土:碳纤维混凝土是在混凝土中均匀加入适量的短切碳纤维,其机敏性表现为电热效应、热电效应、压阻效应、电力效应等。
在混凝土中埋入形状记忆合金,利用记忆合金的特性,可以监控结构中裂纹和损伤的产生及扩展,被动或主动控制结构的变形,提高结构的承载力,改变或调整结构的振动动力特性。利用碳纤维混凝土导电性产生的电磁效应、电热效应和电力效应,碳纤维混凝土可以应用于电磁干扰屏蔽、防静电积累、钢筋阴极保护、建筑地面采暖、路面除冰融雪、公导航以及动(植)物养殖(种植)场制造温室等,还可以应用于结构的自调节。
自修复混凝土是模仿动物的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,对材料损伤破坏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。
混凝土结构在使用过程中出现裂缝是不可避免的,例如混凝土在制造成型过程中的干缩裂缝,在承载过程中的拉伸裂缝等。而混凝土裂缝的产生,不仅使强度降低,而且会严重影响混凝土的耐久性能和使用寿命。例如空气中的酸雨和极易通过裂缝侵入混凝土内部,腐蚀混凝土内的钢筋。可对于混凝土内部的裂缝,要想检查和维修都很困难,所以自修复混凝土就是应这方面的需要而产生的。
自修复混凝土通过在混凝土传统组分中复合含修复胶剂的纤维管,在混凝土结构内部形成与骨组织中相类似的修复网络,在外力作用下一旦混凝土开裂,修复纤维破裂,修复胶剂流出、深入裂缝并硬结,恢复甚至提高开裂部分的强度,增强延性弯曲的能力,从而提高整个结构的性能。自修复混凝土主要应用在地基、梁、地下室墙板、大体积基础混凝土板、大坝混凝土等易开裂部位。