智能材料范文

智能材料篇1

关键词： 智能材料 绿色建材其应用

中图分类号：S73文献标识码： A

一、 发展绿色建材的重要性。

目前，我国正位于工业化经济大发展的阶段，经济的发展离不开资源和能源的消耗，而且原本有限的资源现在日益匮乏，特别是对于我们资源人均占有量极少的中国，资源的能源的高消耗仍在持续，大量的生态环境被破坏。在可持续发展的原则下，绿色建筑材料的运用能极大地解决建筑材料生产的环境的破坏与污染，绿色建材不仅可以使用传统建筑极少使用的质量较低的矿石，达到节约矿产资源的目的，也可以利用工农业的废弃物及城市生活废弃物作为生产绿色建材的原材料。这样，既能够有效缓解资源不足的压力，又可以大量减少由资源和能源消耗过程中产生的污染物，而且这种绿色建材还可以回收再利用，为我国可持续发展创造了良好的环境。

二、智能化材料的主要功能及基本构成

1、自感知功能。该功能可以对外界或内部环境的刺激强度，如电、光、热、化学、核辐射等的强度及变化进行检测和识别，并将识别到信息积累起来。

2、自反馈功能。通过传感网络，对系统输入与输出信息进行对比，再将其对比结果反馈给控制系统，控制系统再适时地做出相应的反应，并采取必要的行动。

3、自诊断功能。通过对系统目前的状况与过去的情况进行分析和比较，自行判断出系统存在的故障，并采取必须要措施予以校正。

4、自调节功能。能够根据外部环境的不断变化，调整自身的结构和功能，并适时改变自身的状态和行为，确保材料系统始终以一种优化方式对外界变化做出正确的响应。

5自修复功能。通过自繁殖、自生长、原位复合等再生机制，对材料系统的某些局部损伤和破坏进行修补，使之可以迅速恢复到原始状态。

三、智能材料的分类

1、电流变体材料、磁流变体材料、形状记忆材料、电致磁致伸缩材料、功能凝胶等,可用作智能材料系统中的驱动器材料。由于这些材料可根据温度、电场或磁场的变化来改变自身的形状、尺寸、位置、刚性、频率、阻尼、内耗或结构,因而对环境具有自适应功能。

2、光导纤维、压电陶瓷、压电高分子、应变合金及其他特种传感器材料,可用作智能材料系统中的传感材料。

四、智能化建筑材料在绿色建材中应用

1、“智能皮”建筑材料

“智能皮”建筑材料由美国建筑大师师斯蒂芬?基兰和詹姆斯?廷博莱克开发而成。是一种可以在铝制框架上进行拉伸平铺的外包装材料，主要由两层聚脂膜（PET）构成，以柔性膜材料为基板材料，并在基板上喷涂一些带有能量储存、信息显示、照明、加热功能的微小粒子，开发出来的电子墙壁不仅价格低，还能任意改变功能，如投影、照明。聚脂膜表面是一层高纯度的树脂，内部含有一种相变材料颗粒，可以将白天在外界吸收的热量在晚上释放出来。两层聚脂膜材料之间存有5cm的空隙，空隙间用块状气凝胶填充，绝热系数不亚于填充了聚苯乙烯的43cm厚的水泥墙。由于智能皮表面有微型有机光电太阳能电池存在，因而可以直接通过吸收阳光为有机发光二极管和内部照明系统提供电能。

2、智能玻璃幕墙

智能玻璃幕墙由一个单层玻璃幕槽和双层玻璃幕墙组成。与传统玻璃幕墙相比，智能玻璃幕墙是一个各专业协调合作的多功能系统，既包括了玻璃支撑结构，又包括建筑服务系统以及建筑内部环境控制系统，采用热通道幕墙技术，不仅可以很好地控制室外光线，而且通风性能好。加之智能玻璃幕墙外侧是全封闭式的，因而可有效降低外界噪声对建筑内部的干扰。

3、智能板材

模克隆多层紫外线防护IQ-Relex板材作为一种新型建筑材料，由德国拜耳材料科技集团研制而成，在酷暑的夏季，可反射太阳光的紫外线，降低室内热量。在严寒的冬季，能吸收阳光为其提供热量和温暖。这种以聚碳酸酯为基体材料的智能化板材，不仅质轻坚固，耐腐蚀性强，而且易加工，可有效地降低辐射，是建筑墙面和顶棚的首选材料。

4、混凝土

对于施工单位来说，在进行混凝土搅拌时，除了添加砂、水泥、石头以及水这些基本原料，再添加一些化学成分，不但能够提高混凝土的性能，其中智能型化学成分的添加，在一定程度上还能让混凝土具备不同的节能生态功能。

1）调湿混凝土。在搅拌混凝土时，将纳米天然沸石粉这一特殊材料添加到混凝土中，使建筑具备能够根据房间内的环境温度来进行湿度调控的特殊功能，从而满足人们对于生活质量的追求。采用这种新型的智能建筑材料，不仅成本低，方便人们的生活，在一定程度还能实现建筑的智能化和环保化。

2）透水型混凝土。这种混凝土具有透气好、透水性能好的特点，将这种混凝土运用在建筑中，不仅能够对室内湿度和温度进行调节，在一定程度上还能够降低城市热岛效应，起到保护环境的作用。

3）抗菌型混凝土。一般来说，施工单位来进行混凝土搅拌时，将纳米抗菌防霉这种化学成分加入混凝土中，就能够让混凝土具备灭菌和防菌的特殊性能，有助于人们身体健康的保护。

5、智能涂料

随着材料科学及电子技术的不断进步，涂料材料的功能性日益增强，智能涂料也被广泛应用到生态住宅中。在冬季温度下降时，轻质热敏型涂料可适当地将起居室颜色从夏季的浅色调调至为冬季的深色调。智能涂料也具有健康卫生功能，将抗菌聚合体植入涂料中可杀死细菌。同时带有吸收性能的涂料不仅可以将厨房中的油烟味除掉，而且对灰尘有排斥作用，可改善住宅卫生。近年来，智能涂料在室内装饰的应用已有长足发展之势，也是智能建筑中必不可少的组成部分，有着十分广阔的发展前景。

1）室外空气净化涂料。通常情况下，当阳光直射建筑外墙的涂料时，就会激活涂料中的污染颗粒，对人们的健康带来不利的影响。但是，由于这种空气净化材料具有方便清洁、抗污性能好以及防静电的特点，因此，将这种涂料运用在建筑中，不但不会影响人们的生活，在一定程度上还能够对室外一些污染气体起到吸收的作用。

2）室内净化环境涂料。对于人们来说，室内涂料的好坏，在一定程度上与人们的身体健康有着直接的影响。因此，室内净化环境涂料的运用，不仅能够对房间内的氨气、氮氧化物等起到很好的净化作用，还能够通过涂料在光的作用下所产生的自由基来对空气中的细菌起到杀灭的作用。除此之外，由于这种涂料也具备方便清洁和抗污性能好的特点，因此，还能够为人们营造一个舒适的生活空间。

3）组热防水涂料。一般来说，这种涂料最主要的特点是拥有较多的微泡玻璃球，如果将这种涂料运用与金属器材的表面，不仅能够起到很好的堵漏作用，还能够有效的防治金属器材生锈。如果在沥青的表面涂抹这种材料，可以起到反射太阳光的作用，不仅能够很好的保护沥青，在一定程度上还能够延长沥青的使用寿命。因此，将这种新型的智能材料运用在建筑中，不仅能够对建筑物起到很好的保护作用，还能够实现对环境的有效保护。

结束语：随着我国经济的不断发展，人们的环保意识也在逐渐的增强。因此，对于建材行业来说，生态节能和智能建筑材料的运用，不仅能够强化建筑的使用性能，为人们的生活安全提供有效的保障，其中智能型建筑材料的运用，还能够满足人们对于生活质量的追求，为人们营造出舒适、健康的生活环境。所以，可以预见的是，生态节能和智能建筑材料在未来一定会得到广泛的推广和运用，为保护环境做出重大的贡献。

参考文献

［1］韩铭.智能材料的研究应用及发展趋势[J].河南建材,2011(03)．

智能材料篇2

首先，智能材料家族将成为可穿戴设备不可或缺的一部分。

由形状记忆合金、光致变色材料、电致变色材料、压电材料、智能高分子材料等组成的庞大的智能材料家族是可穿戴设备的完美搭配。

智能材料中的形状记忆合金具有很强的可弯曲性，并且能够记忆自身的形状，日常使用的抗弯折眼镜框、可植入人体的人造骨骼和人造卫星的太阳能电池板等都是由形状记忆合金制作而成。如果能将这种材料应用于可穿戴设备，它将能够自动记忆人体曲线，在接触到人体的时候自动变化为适应每个人的体型并自动固定。甚至，如果把现在的智能手机直接制作在形状记忆合金之上，那么整个可穿戴设备将能够贴合于人体，实现真正的“与人融合”。

光致变色材料、电致变色材料和智能高分子材料，将能够监测人体的各项生命体征以及外部环境的变化，并通过自身变化直观地表示出来。人们也许可以不用打开显示屏，就能够获得足够多的信息，比如它可以感受周围的气温，甚至是空气污染的程度，并通过颜色变化的方式表现出来。周围的环境变化将不再是冷冰冰的数字，其呈现的方式将更加智能化。压电材料给可穿戴设备的带来的革命将更为巨大，将其植入可穿戴设备中，能够将人体的每一次活动中微小的能量都收集起来，这将能够提供源源不断的电力供应，可穿戴设备将能够摆脱电池的束缚，实现真正的轻量化和长续航。

其次，智能材料与可穿戴设备的结合将彻底革新人们对于“智能”的定义。

自从乔布斯“重新”发明了手机以来，短短几年时间智能手机风暴就席卷了全球，已经深刻改变了人们的生活方式。但是智能设备的发展不可能就此停滞，人类创新也不可能就此止步。依托于信息技术的智能手机，其“智能”更多的是表现在人与人之间的互联，以及信息交互的便利之上，但这并不是智能的全部定义，如果智能材料能够发展成熟并得到大范围的推广，将无疑能够革新人们对于“智能”的认知。

智能材料篇3

“基于提升产品性能水平的开发将是21世纪竞争的关键所在,而智能材料将在开发中扮演至关重要的角色。”这是2003年材料展望研讨会会后报告得出的结论,该研讨会是由英国政府资助的,召集专家来共同研讨未来技术的发展。

彗星1号带来的噩梦

民用喷气式客机时代始自1952年5月,英国德•哈维兰公司研制的彗星1号喷气式飞机正式投入到伦敦到约翰内斯堡的民航运营。由于使用了密封增压舱,飞机可以在万米高空飞行,从而给旅客带来高速、平稳舒适的空中旅行体验。

然而,在1954年1月和4月,2架彗星1号在执行航班任务的途中在海洋上空相继发生了空中解体的惨剧,在给生命财产造成重大损失的同时,也给刚刚起步的喷气式民航运营蒙上了一层重重的阴影。

在其后的事故调查中发现,由于频繁起降带来的增压和减压过程,导致飞机机身金属材料产生裂纹并逐渐扩展开来,最终导致飞机解体。尽管人们很早就发现了金属疲劳的现象――铁丝经过反复弯曲后就会被折断,但人们对金属疲劳的深刻认识却是始于彗星1号。

尽管通过采用新材料、改进结构设计的方式可以显著地降低金属的疲劳,比如说人们现在司空见惯的飞机圆角矩形舷窗,就是为了避免应力过于集中在矩形四角从而导致金属疲劳而设计的。然而,金属疲劳的噩梦依旧挥之不去。2002年5月25日,台湾华航波音747客机在飞往香港途中坠毁于澎湖外海,事故调查表明,金属疲劳再次成为此次空难的罪魁祸首。

金属疲劳现象并非航空独有。1998年6月3日11时许,时速200公里的列车在驶向汉堡的途中在艾雪德镇附近发生严重的出轨事故,最终造成101人死亡、88人受伤,成为德国历史上最惨重的铁路事故。调查认定,事故是由第2节车厢一个车轮因金属疲劳突然爆裂引起的。

类似的例子还能在桥梁、船舶、汽车甚至自行车上找到。选用耐金属疲劳的金属或者合金材料固然是行之有效的途径,但是只要是金属就不可能避免疲劳,区别只是程度不同。因此,对金属部件的监测就成为防范金属疲劳非常有效的手段。

但是传统的外置式监测方式很难满足动态实时监测的要求,毕竟人们不能在飞机机身内外布置大量的传感器并放置各种各样的仪器与设备,因为飞机的气动外形和载荷能力都不容许这样做。因此,人们寄希望于智能材料,希望其能有效预防金属疲劳所带来的危害。

智能材料:物联网的特殊应用

与物联网各式各样的定义相类似的是,智能材料迄今也没有一个统一的定义。

按照互动百科“智能材料”词条给出的定义,智能材料是指具有感知环境(包括内环境和外环境)刺激,对之进行分析、处理、判断,并采取一定措施进行适度响应的、具有智能特征的材料。

这种刺激或者说激励所代表的物理量通常为声、光、电、磁、热、机械力(包括压力、张力等)、PH值、高能射线等。但特定的智能材料并非能够感知所有这些物理量,而是根据特定用途,赋予智能材料特定的传感能力,去感知所需探测的物理量。

同样,并非每种智能材料都必须完全具备智能材料的七个特点:感知、反馈、响应、识别、自诊断、自适应、自修复等功能或能力。但感知和响应功能则是所有智能材料所必须的。如果缺少了对作用其上的物理量的感知,那就谈不上智能了。

虽说智能材料离不开智能,但智能也是分层次的。比如说,用于太阳镜的变色玻璃,在遇到日光光谱中的紫外线照射后颜色变深,再如记忆合金,是在特定的温度环境中恢复原有的形状,或者说记忆合金感知到温度的激励后,按照预设的方案进行响应。因为缺少了计算,变色玻璃和记忆合金的“智商”显得比较低。

要实现智能材料更多的功能,计算是不可或缺的,而计算的前提就是借助于传感器将自然界中的非电量转化为电量,而其大前提就是要将传感器嵌入到材料中。

然而,将传感器嵌入到材料中谈何容易。因为很难将电源嵌入到材料中,无源传感器因此在很大程度上成为不二选择;又因为受飞机蒙皮等紧凑型应用物理尺寸的局限,多功能传感器倍受青睐。在上述一种或多种约束条件下,光纤、压电陶瓷、薄膜、半导体等传感器便成为为数不多的可供选择的传感器,而其中光纤传感器因其无源、多物理量测量等特点而成为应用的热门。

即便是光纤传感器,在嵌入到应力敏感材料时,依然会有很大的挑战,因为光纤的膨胀系数与多数金属的膨胀系数相差较大,为了避免因膨胀系数差异引入的应力,必须在光纤和金属之间增加膨胀系数介乎两者之间的过渡层。

总之,人们可以把嵌有传感器的智能材料视为物联网的特殊应用,只不过在很大程度上,这种应用需要独门绝技,并非一些自诩为物联网企业的企业敢应承下来。

方兴未艾的智能材料

今年3月下旬,波音公司宣布,787客机已通过机翼加载试验,试验载荷达到运营最大载荷的1.5倍,机翼上翘高度达到7.6米,从而首架飞机有望在今年年底交付全日本航空公司。在波音787延误交付的两年多时间里,仅解决翼身结合处结构强度问题就占到了6个月。

这种静力实验需要大量的模拟负载和复杂的测试设备,又由于其属于破坏性极限试验,因此,只能用在地面样机上。但这并不意味着在飞行中不需要对飞机结构强度进行监测。

事实恰恰相反。1973年6月3日,苏联时速达2倍马赫的图-144超音速客机在巴黎航展上进行飞行表演时,因紧急避让突然出现在正前方、负责航拍的法国幻影飞机而导致失速,在平飞改出时机身严重过载而超出设计极限,造成左翼折断,飞机最终在空中解体。

图-144的灾难使得结构健康监测(Structure Health Monitoring,SHM)成为一个很现实的问题,受限于当时的技术水平,同时也是一个十分棘手的问题。

伴随着技术的进步,如今SHM已成为智能材料与结构领域中重要而特殊的应用。说其重要,是因为诸如波音、空客等飞机、旧金山金门桥等桥梁上的典型应用涉及的都是人命关天的事儿。说其特殊,是因为在SMH中仅有传感器被放置在被监测结构内部或者表面,而信息处理以及其后按照预定方案的响应都在被监测结构之外,因此,SHM更像是物联网的应用。

智能材料篇4

上述传统智能化技术的应用有诸多缺点。例如，这些基于电气自动化计算机技术的系统过于复杂，维护工作量大；且存在建筑物使用周期长而智能化技术更新周期短的矛盾；据报道，许多智能化集成系统建成后利用率低，甚至是闲置不用从而不可避免地迅速贬值进而成为负担；更重要的是，过分强调现代通信电子技术的使用，带来建筑物的高能耗，直接提高了使用成本，比如北京上海一些高档写字楼，由于使用能耗过高导致出租率租金偏低。

要实现真正意义上的智能型建筑，不仅体现在建筑内部弱电系统的应用，还应该把节能、环保、绿色、生态等发展可持续建筑的战略思想宗旨融入建筑的智能化建设中去，实现资源的有效持续利用，节能节水节地，减少废弃物，减低或消除污染，减小地球负荷，体现社会、经济、环境效益的高度统一。

所以，智能建筑的建设不应仅局限于建筑内部子系统，还应包括能源优化系统、生态绿化系统、废弃物治理与处置系统、水热光气声环境优化系统等，充分体现建筑与四周环境的协调关系以及自身的稳定性可持续性，充分体现绿色建筑节能建筑和生态建筑的思想内容。要实现上述目标是一个复杂的系统工程，这其中，基于智能建筑材料的开发应用是非常重要的一方面。

1、智能建筑材料

智能材料是指模拟生命系统，能感知环境变化，并及时改变自身的性能参数，作出所期望的、能与变化后的环境相适应的复合材料或材料的复合。仿生命感觉和自我调节是智能材料的重要特征。

智能材料在建筑中的应用广泛，结构型智能建筑材料可对建筑结构的性能进行预先的检测和预告，不仅大大减少结构维护费用，更重要的是可避免由于结构破坏而造成的严重危害。而本文讨论的功能型智能建筑材料，则主要体现出在节能环保、绿色生态等智能化建筑元素中的作用。

以建筑中的功能元素之一湿度调节为例，若使用当前的智能建筑技术，需要通过HVAC（Heating，Ventilating，andAirConditioning）系统实现，能耗很大。而一些建筑材料本身具有调节湿度的功能，可以充分加以利用。传统材料如木材的平衡含水率、石膏的“呼吸”作用，二者都可随空气湿度的变化吸收或放出水分。新开发的某些智能材料其调湿作用更加明显，如下文讨论的调湿混凝土、相转变材料等。

2、混凝土

除水泥、水、砂、石及化学外加剂外的添加第六组分，不仅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种混凝土，可提供非常的绿色节能生态功能。

1）电磁屏蔽混凝土

通过掺入金属粉末导电纤维等低电阻导体材料，在提高混凝土结构性能的同时，能够屏蔽和吸收电磁波，降低电磁辐射污染，提高室内电视影像和通讯质量。

2）调湿混凝土

通过添加要害组分纳米天然沸石粉制成，可探测室内环境温度，并根据需要进行调控，满足人的居住或美术馆等建筑对湿度的控制要求，相比较于传统的利用温度湿度传感器控制器和复杂布线系统，使用和维护成本低。

3）透水混凝土

具备良好的透水透气性，可增加地表透水、透气面积，调节环境温度、湿度，减少城市热岛效应，维持地下水位和植物生长。

4）生物相容型混凝土

利用混凝土良好的透水透气性，提供植物生长所需营养。陆地上可种植小草，形成植被混凝土，用于河川护堤的绿化美化；淡水海水中可栖息浮游动物和植物，形成淡水生物、海洋生物相容型混凝土，调节生态平衡。

5）抗菌混凝土

在传统混凝土中加入纳米抗菌防霉组分，使混凝土具有抑制霉菌生长和灭菌效果，

6）净水生态混凝土

将高活性净水组分与多孔混凝土复合，提高吸附能力，使混凝土具有净化水质功能和适应生物生息场所及自然景观效果，用于淡水资源净化和海水净化。

7）净化空气混凝土

在砂浆和混凝土中添加纳米二氧化钛等光催化剂，制成光催化混凝土，分解去除空气中的二氧化硫、氮氧化物等对人体有害的污染气体。另外还有物理吸附、化学吸附、离子交换和稀土激活等空气净化形式，可起到有效净化甲醛、苯等室内有毒挥发物，减少二氧化碳浓度等作用。

8）再生混凝土

将废弃混凝土经过处理，部分或全部代替天然骨料而配制的新混凝土，减少城市垃圾，节约资源。

9）温度自监控混凝土

通过掺入适量的短切碳纤维到水泥基材料中，使混凝土产生热电效应，实现对建筑物内部和周围环境温度变化的实时测量。此外尚存在通过水泥基复合材料的热电效应利用太阳能和室内外温差为建筑物提供电能的可能性。

10）绿色高性能混凝土

在混凝土的生产使用过程中，除了获得高技术性能外，还综合体现出节约能源资源，不破坏环境的宗旨。在概念上，绿色混凝土重点在于对环境无害，而生态混凝土强调的是直接有益于环境。

11）绿色生态水泥

在水泥的生产过程中，通过改进生产工艺、更新设备、充分使用工业废料等手段，体现出节能、利废、保护环境的宗旨。

智能材料篇5

关键词：智能材料；结构振动控制；建筑工程；应用

中图分类号： TU198文献标识码： A

所谓结构振动控制（简称为结构控制），指通过采取一定的控制措施以减轻或抑制结构由于动力荷载所引起的反应。结构振动控制技术根据所采取的控制措施是否需要外部能源可分为：被动控制、主动控制、半主动控制、混合控制和智能控制。[]

智能材料的出现和发展为结构振动控制提供了一条崭新的实现途径，应用智能材料的结构控制己成为振动控制研究的前沿领域。由智能材料制成的控制器具有构造简单、调节驱动容易、能耗小、反应迅速、无时滞等优点，在结构振动控制中具有广阔的应用前景。

1 结构振动控制

1.1 被动控制

被动控制是一种不需要外部能源的结构控制技术，一般是指在结构的某个部位附加一个子系统，或对结构自身的某些构件做构造上的处理以改变结构体系的动力特性。被动控制因其构造简单、造价低、易于维护且无需外部能源支持等优点从而引起了广泛的关注。

1.2 主动控制

主动控制是一种需要外部能源的结构控制技术，它是通过施加与振动方向相反的控制力来实现结构控制的，其工作原理如下：传感器监测结构的动力响应和外部激励，将监测的信息送入计算机内，计算机根据给定的算法给出应施加的力的大小，最后，由外部能源驱动，控制系统产生所需的力。

1.3 半主动控制

半主动控制是利用控制机构来主动调节结构内部的参数，使结构参数处于最优状态，所需的外部能量比主动控制小得多。比起主动控制，半主动控制更容易实施而且也更为经济，而控制效果又与前者相近，因此半主动控制目前具有更大的研究和应用价值。

1.4 混合控制

混合控制是主动控制和被动控制的联合应用，使其协调起来共同工作。这种控制系统充分利用了被动控制与主动控制各自的优点，它既可以通过被动控制系统大量耗散振动能量，又可以利用主动控制系统来保证控制效果，比单纯的主动控制能节省大量的能量，因此有着良好的工程应用价值。

1.5 智能控制

在科技不断发展以及人们对结构振动控制要求提高的背景下，发展出了基于智能材料的智能结构以及智能振动控制。智能结构通常分为传感器和智能作动器两部分，其主要特点是利用智能材料提供给结构的自适应、自感知、自诊断等智能功能与生命特征，达到增强结构安全、减轻质量、降低能耗、提高性能的目标，同时利用智能控制算法实现精确的结构控制。

2 驱动材料

2.1 电/磁流变体

电流变体(ER)和磁流变体(MR)都为可控流体，分别是用不导电或不导磁的母液和均匀散布其中的固体电解质颗粒或磁性颗粒制成的悬浮液，在电场或磁场作用下，悬浮液中的固体颗粒会形成密集的纤维状链，横架于电磁场的两极之间。这样，悬浮液就从原先流动性良好的粘滞流体变为具有一定屈服剪应力的粘塑性体，这种特性称为电/磁流变效应。

电/磁流变体利用上述特性，可用于制作可调阻尼器和半主动控制器［1］～［3］，它们具有响应快、阻尼力大、功耗低等优点。以磁流变液制成的装置相比电流变液有更多的优点[4]：① 在相同的耗电功率下，磁流变液可达到的剪切屈服应力比电流变液大一个数量级，这可使在产生较大控制力和取得较好减振效果的前提下，用磁流变液制作的减振驱动器的体积小得多；② 采用磁流变液制成的控制装置所需要的能源很低（小于50 W），且其工作电压只需2~25 V，从而避免了点流变液的工作电压高达几千伏而带来的危险和不便；③ 采用磁流变液制成的控制装置具有构造简单和输出力可以随外部荷载的变化而迅速自动调节的优点；④ 能在-40~150℃的环境下工作，抗干扰能力也较强，适合于建筑工程结构。

2.2 压电材料

压电材料是具有压电效应的材料，压电效应分为正压电效应与逆压电效应。正压电效应是指对压电元件施加压力时，引起内部正负电荷中心发生相对移动而产生电极化，从而导致元件表面形成电势差。利用这一现象可将压电材料制成传感元件，测量结构的变形或受力。逆压电效应指对压电元件加上电压、压电元件的内部正负电荷中心产生相对位移，导致压电元件变形。利用这一特性可将压电元件制作成驱动元件，改变结构的变形或受力。目前，压电材料利用其特性一般用于建筑结构振动的主动控制［5］、［6］，兼作传感和驱动元件。

2.3 磁致伸缩材料

因磁化状态的改变而导致磁性体产生应变的现象称为磁致伸缩现象。与压电陶瓷相比，磁致伸缩材料具有如变形大、驱动电压低、弹性模量高、频响性好等特点，是制作大能量驱动器的良好材料。磁致伸缩材料的驱动形式主要有电磁式和组合式两种。近年来许多学者利用超磁致伸缩材料制作了主动控制器，并对其进行了试验与分析，取得较好的控制效果[7]。

2.4 形状记忆合金

形状记忆合金（简称SMA）是一类对形状有记忆功能的材料，这种材料本身具有自感知、自诊断和自适应的功能。SMA由于具有可恢复变形大、在受限回复时能产生很大的驱动力、电阻对应变敏感、高阻尼性能、抗疲劳性能好，并且可以实现多种变形形式，易于同混凝土、钢等材料相结合等特点而日益受到重视。SMA不仅可以作为驱动器，而且可以作为传感器使用，尤其在结构振动控制与健康监测与诊断方面利用SMA的成果显著［5］、［8］。

2.5 磁致形状记忆合金（MSMA）

磁致形状记忆合金与传统的形状记忆合金相比，其相变的发生既可以由热诱发。也可以由磁诱发。由于磁诱发相变是在瞬间产生的，因此磁致形状记忆合金在保留了形状记忆合金大变形、大驱动力和感知功能优点的同时，还具有反应迅速、响应频率高的优点。

3 展望

随着智能材料研究的不断深入，结构振动控制的智能驱动器也必将有着广阔的应用前景。目前磁流变阻尼器的研制与应用得到了较为广泛的关注，是一种具有良好应用前景的智能控制装置。对于压电材料、磁致伸缩材料以及记忆形状记忆合金材料、磁致形状记忆合金材料等智能材料在建筑工程结构振动控制中的应用研究还有待于进一步深化。今后研究的一个重点方向应是将几种智能材料有机组合起来，做到取长补短、优势互补。对于智能材料本身的力学性能和控制的响应速度、实现方法、控制精度等问题还需要进一步的深入研究。

参考文献:

[1] 欧进萍，关新春． 磁流变耗能器及其性能［J］． 地震工程与工程振动，1998，18( 3) : 74－79.

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[3] 胡旭林，杨光，韩秀清． 电流变阻尼器用于抑制系统的振动［J］． 吉林工学院学报，2000，21( 4) : 46－48.

[4] Aldawod M, Samali B, Naghdy F, et al. Active control of along wind response of all building using a fuzzy controller [J]. Engineering Structures,2001, 23(11): 1512-1522.

[5] 薛伟辰，郑乔文，刘振勇，等． 结构振动控制智能材料研究及应用进展［J］． 地震工程与工程振动，2006，26( 5) : 213－217.

[6] 李宏男，李军，宋钢兵． 采用压电智能材料的土木工程结构控制研究进展［J］． 建筑结构学报，2005，26( 3) : 1－9.

[7] 夏春林，丁凡，陈大军，等．超磁致伸缩材料在流体控制元件中应用研究展望［J］．液压气动与密封，1997，（2）.

[8] 瞿伟廉，李卓球，姜德生，等． 智能材料－结构系统在土木工程中的应用［J］． 地震工程与工程振动，1999，19( 3) : 87－95.

智能材料篇6

关键词：智能混凝土，自修复混凝土，自调节混凝土，自感应混凝土，智能混凝土展望

 

混凝土作为最主要的、用量最大的建筑材料，它以其低廉的成本，广泛的原材料来源，易成形，抗压强度高，耐腐蚀性好等优点成为建筑材料的首选。混凝土自诞生以来，经历了从普通的结构材料到复合材料然后到功能材料发展过程，已逐步向高强、多功能、高性能和智能化发展，而最新的发展趋势是向结构——智能一体化发展。论文大全。而智能混凝土则是这一趋势的综合体现。

混凝土的生产能耗高，污染严重，这么多年过去了，沙子和碎石的消耗很大，如此下去沙石的供应将很快枯竭。所以为了提高沙石的利用效益和混凝土的可持续发展，我们应该致力于对混凝土性能提高的研究，而智能化的混凝土则能达到这个目的。智能混凝土研究才刚刚起步，智能混凝土还有巨大的发展空间。

智能混凝土经过一定时间的发展，已有很多的种类，总的来说可简单分为：自修复混凝土、自调节混凝土和自感应混凝土。下面对这几种智能混凝土进行简单分析：

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。论文大全。日本学者曾在实验中模仿骨组织结构，将内含粘接剂的空心胶囊掺入混凝土材料中，一旦混凝土材料在外力作用下发生开裂，空心胶囊就会破裂而释放粘结剂，粘结剂流向开裂处，使之重新粘结起来，起到愈伤的效果，这样混凝土就有了自修复的能力了。而混凝土结构在使用过程中出现裂缝是不可避免的，比如说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、深人裂缝并硬结，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。

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。例如在室内环境湿度自动调节中，日本学者就利用关键组分是沸石粉的混凝土完成对室内环境湿度的探测，并根据需求调节室内湿度，其中沸石粉就是具有驱动功能的组件材料。又如同济大学混凝土材料研究国家重点实验室曾尝试在混凝土中复合电粘性流体（SMA）作驱动组件材料来研制自调节混凝土材料。实际上我们经常是在混凝土中埋入形状记忆合金(ER)，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下，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。

自感应混凝土又可被称为自诊断混凝土，可分为压敏自感应混凝土性和温敏性自感应混凝土等。混凝土材料本身并不具备自感应功能，但在混凝土基材中复合部分导电相可使混凝土具备本征自感应功能。目前常用的导电组分可分三类：聚合物类、碳类和金属类，其中最常用的是碳类和金属类，例如碳纤维智能混凝土和光纤传感智能混凝土。1989年美国的D.D.L.Chung等首先发现将一定形状、尺寸和掺量的短切碳纤维掺入混凝土材料中，可以使材料具有自感知内部应力、应变和损伤程度的功能。而且这种复合材料可以敏感有效地监测拉、弯、压等工况及静态和动态荷载作用下材料的内部情况。此后自感应混凝土获得了一定的发展，例如在公路应用中，自感应混凝土能将各种数据传至监测站，然后工作人员利用抗阻与载重之间的关系就能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。

以上都只是单一的诊断、自调节、自修复、恢复的智能混凝土，只能称之为机敏混凝土。而单一的功能并不能充分发挥智能混凝土的智能作用，我们就应该将两种或两种以上的功能集于一身然后根据实际需要实现混凝土的真正智能化，对于现今及以后智能混凝土的发展，我们最重要的是要实现结构——智能一体化，同时为了使智能混凝土获得更好更广泛的应用，应该让智能混凝土集成化、产业化、小型化、价格低廉化和原材料来源广泛化，另外应该充分利用工业废料，变废为宝，同时降低智能混凝土的造价。还有就是要开发更好的智能控制材料，找到功能更强大的材料和更好的制造工艺。但我们在开发智能混凝土工程中也应注意开发的针对性、实践的可行性和设计思考的综合性。

同时我们也不能只局限于智能混凝土内部的研究和发展，我们可以将眼光放远，将智能混凝土与其他建筑材料综合考虑综合运用。论文大全。比如说采用钢渣成功配制出一种新型的导电混凝土，不仅具有较好的导电性，并且具有较佳的力学性能，同样我们可以将钢渣加入智能混凝土中，提高智能混凝土的导电性能和智能传感性能，然后运用于结构防冻当中，将会带来巨大的效益。

参考文献：

[1]赵巍 智能材料及其在混凝土中的应用科技信息 2009 (25)

[2]姚忠伟 智能混凝土的研究及其发展 新型建筑材料 2005(2)

[3]匡亚川、欧进萍 功能材料2007，38(11)

[4]杨 晶 智能混凝土研穷发展 新型建筑材料 2009(10)

[5]李 惠、欧进萍、LIHui.OU Jin-ping 智能混凝土与结构 工程力学2007,24(z2)

[6]姚 武、吴科如 智能混凝土的研究现状及其发展趋势

 

智能材料篇7

【关键词】土木工程；智能结构；应用

较土木工程传统结构而言，智能化结构主要是将智能化材料、信息技术及自动化控制等交叉融合到了传统结构中，使其不仅拥有传统结构的舒适性、安全性及其耐久性，还具有自控性、自感知性、自修复性及自适应性等特性。虽然，目前想要将上述所有功能集成于一身仍存在一定的难度，但是具有其中某几项智能化特性的土木工程智能化结构已经得到了较为深入的研究。

1.土木工程智能化结构的理论体系构成

1.1 土木工程智能化结构层次的发展

对于土木工程传统结构而言，其结构较为被动，一经设计及制造后将很难对其性能及其使用状态进行控制和预知，因而为土木工程传统结构的使用及其维护带来了诸多不便。为了有效解决此问题，研发出了一种在线监测结构，其使得传统土木工程结构具有了在线监测的功能，为进一步探知土木工程的内部结构性能带来了曙光，并为人们方便有效地了解土木工程结构的内部物理力学场的演变提供了技术支持，此即土木工程智能化结构发展的第一个层次；以在线监测结构为基础，在结构中进一步引入了监测数据的智能化处理机制，这使得传统结构拥有了自动化诊断、推理及感知的功能，使得土木工程智能化结构实现了第二种层次的发展；在智能化结构的第二层次基础上进一步引入了自动化控制及自适应机制，使得结构能够对耦合的动作系统进行必要的反应，因而实现了对土木工程结构的智能化控制，这即第三层次的智能化发展，例如，可对土木工程结构的开裂、变形、锈蚀、老化、损伤及动力振动等多种行为进行有效的抑制性控制，并在更高层次方面对土木工程的结构进行了保护和维修。

由此可见，在土木工程智能化结构的发展及演变过程中，根据其智能化程度的高低可将其分为如下三个层次：1）自感知土木工程结构，此为智能化结构中最为低级的形式；2）自诊断土木工程结构，对第一层次的智能化结果进行了进一步加工和处理，可对土木工程结构的内部力学物理场进行自动化计算，对结构定的目标参数进行自我诊断，并以结构自身行为的对策为目标进行自我推理等；3）智能化控制土木工程结构，其为智能化结构中的最高形式。此三种层次的关系见图1。

1.2 土木工程智能化结构的主要类型

根据材料的不同，可将土木工程智能化结构分为如下两种类型：1）嵌入式智能化结构。即在诸如钢结构、钢筋混凝土结构等基体材料中嵌入具有动作、传感及控制处理等功能的仪器或材料，并集计算机软、硬件技术于其中，通过传感器对结构内部信息进行采集和检测，经计算机的加工和处理后，将分析结果传送至控制处理器中，控制处理器根据结果对各驱动元件进行指挥和激励，使其执行相应的动作。通常而言，此类智能化结构仅需对传统结构进行改进即可，无须对结构内部的力学性能进行额外研究，因此，容易实现传统结构到智能化结构的平稳过渡，因此，也是该领域的研究热点；2）基体及智能化材料耦合结构，这些结构材料自身即具有智能化功能，可根据自身物理及力学状态的改变来对自身性能进行改变。例如，碳纤维混凝土材料可根据受力情况对其导电性能进行改变。因此，只要探测到这些改变即可获得土木工程结构的内部物理及力学信息。

2.土木工程智能化结构的应用情况分析

根据上述理论体系可知，土木工程智能化结构主要是为了解决传统土木工程结构在完整性、安全性、耐久性及结构强度等方面存在的问题。通过对土木工程建筑结构的相关性能进行预报及监测，不仅可以大幅度降低维修费用，还能够有效增强其结构预测能力，通过在结构内部设置传感器，即可对其性能进行实时性监测。由此可见，土木工程智能化结构的应用前景十分乐观，并已经在高层建筑、大坝及桥梁等土木工程领域得到了较为广泛的应用。例如不少桥梁工程已经进行了监测传感器的布设，以便对施工质量及其安全状态进行检测，我国香港青马大桥及国内的虎门大桥等也纷纷装设了传感系统，以监测大桥使用过程中的服役安全状态。

2.1 土木工程结构损伤及其健康方面的检测

诸如人工目测法等传统检测手段及无损检测技术均为局部结构损伤检测方法，很难对土木工程整体结构性能的退化情况进行预报，也无法对结构的损伤及健康情况进行诊断和监测。现代化检测可采用具有自感知、自诊断新型的智能传感元件，例如光导纤维、压电材料、碳纤维以及半导体材料等构成的检测设备，这样不仅克服了传统传感器在监测方面的不足，还能对结构损伤进行灵敏性检测，并对损伤及程度进行定位和表征。以结构失效的发生过程进行判断：首先，是裂纹及损伤的发生；而后裂纹及损伤在应力的作用下进一步扩展；最后，当所累积的损伤超过某值后，裂纹以声速进行扩展，并可能引发灾难性的事故。因此，必须对重要结构的危险截面进行实时性监测，以及时探测到结构中所存在的细微损伤。其损伤诊断过程如下：1）信号的测量；2）特征信号的提取；3）进行典型损伤特征库的构建；4）对损伤位置、程度及类型进行识别。

2.2 智能化材料的应用

根据应用情况可将智能化材料分为如下两种：一种是传感元件类的制作材料，其特点是对于内、外刺激强度具有感知功能，例如，应力、光、热、化学、物理、磁辐射及电等刺激。此类材料即所谓的感知材料，其主要包括了压电高分子、压电陶瓷、应变合金及光导纤维等传感器材料。感知材料可能经电、磁场和温度的变化而对其尺寸、形状、刚度、内耗、振动频率、阻尼及其他特性进行智能化改变，因此，可根据需求的不同对材料进行选择，并加工出合适的驱动或执行元件。另一种即驱动器制作材料，包括磁流变体材料、电流变体材料、电致磁致伸缩材料、形状记忆材料及功能凝胶等等，其特点是可以电场、磁场及温度等的变化为依据对自身尺寸、形状、刚性、位置、阻尼、频率、结构或内耗等进行改变，从而使其具有环境自适应等功能。

3.结语

智能化结构是一项知识跨度大、开发难度高的一项新型学科，其研究意义重大、发展空间广阔。随着科学技术的发展，智能化结构已经在土木工程领域得到广泛的应用，并且大大推动了土木工程的发展。在土木工程的交叉学科应用和结构设计理念中，智能化结构在很大程度上影响了它们的发展。因此，只有对智能化结构进行更为深入的研究和开发，才能使其在土木工程中发挥更大的优势。此外，还应在传统的智能化技术方面，引入集成化技术，以便对土木工程的智能化结构进行不断创新和完善，从而进一步推动土木工程的发展。

参考文献：

[1]曹照平，王社良.智能材料系统在土木工程中的应用[J].重庆建筑大学学报， 2011（1）：108-113.

智能材料篇8

关键词：智能  混凝土  研究  发展

    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beddington tail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carolyn dry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carolyn dry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。

3结语