試論智能材料在土木工程建設(shè)中的應(yīng)用

陳慶豐

（邵陽(yáng)學(xué)院　422000）

試論智能材料在土木工程建設(shè)中的應(yīng)用

陳慶豐

（邵陽(yáng)學(xué)院422000）

人類進(jìn)入21世紀(jì)后，智能材料得到了廣泛的應(yīng)用。依托于生物科學(xué)的設(shè)計(jì)靈感，當(dāng)前智能材料已成為高新材料的重中之重。從具體實(shí)踐來(lái)看，智能材料的應(yīng)用渠道與方式愈加靈活多樣，可以說(shuō)在當(dāng)前的一段時(shí)間，智能材料前景廣闊，必將代表材料領(lǐng)域的發(fā)展方向，引領(lǐng)材料領(lǐng)域的發(fā)展潮流。通過(guò)對(duì)智能材料的概述，本文指出了智能材料的優(yōu)點(diǎn)與特長(zhǎng)，并且分析了該材料的發(fā)展現(xiàn)狀，對(duì)其發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了合理預(yù)測(cè)，以期提高智能材料在土木建設(shè)中的應(yīng)用水平。

土木工程；智能材料；應(yīng)用

智能材料是一種新興的材料，它能夠智能化地感知并判斷外部刺激，甚至能夠采取一定的措施進(jìn)行處理，換句話說(shuō)它不僅具有“認(rèn)知”能力，而且具有相當(dāng)強(qiáng)的“執(zhí)行力”。基于該材料的上述優(yōu)點(diǎn)，我們將其命名為智能材料，它隸屬第四代材料的范疇。可以說(shuō)，智能材料的出現(xiàn)掀起了材料領(lǐng)域的一場(chǎng)革命。

1　當(dāng)前智能土木結(jié)構(gòu)工程發(fā)展情況

在土木工程領(lǐng)域，如果將智能材料用于土木工程，就形成了智能土木結(jié)構(gòu)。和一般的土木工程結(jié)構(gòu)一樣，智能土木工程統(tǒng)一非常強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)的安全程度和穩(wěn)固性，對(duì)其持久耐用的性質(zhì)考察十分嚴(yán)格。所以，基于此本文將重點(diǎn)探究如何才能最大程度地保證智能土木結(jié)構(gòu)的良好性能。在工程實(shí)施之前，就必須對(duì)該結(jié)構(gòu)的各種性能進(jìn)行深入探究，這樣一方面有利于實(shí)現(xiàn)建筑效益的最優(yōu)化，同時(shí)能夠有效地規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，促進(jìn)工程的良好實(shí)施。傳統(tǒng)的檢測(cè)手段單純地基于外部檢測(cè)，無(wú)法及時(shí)監(jiān)控結(jié)構(gòu)內(nèi)部各種性能的實(shí)況。這樣，如果結(jié)構(gòu)內(nèi)部出現(xiàn)損耗或其他不良現(xiàn)象，利用傳統(tǒng)的檢測(cè)手段就不能做到及時(shí)監(jiān)控，并提出預(yù)警。當(dāng)前，智能傳感器被廣泛應(yīng)用于高層建筑以及其他大規(guī)模的施工建筑，它可以有效地感知內(nèi)部結(jié)構(gòu)的微妙變化，在很大程度上為施工建設(shè)提供了保障。當(dāng)前高科技手段不斷發(fā)展，在這種背景下，智能傳感器得以問(wèn)世，并被廣泛地應(yīng)用于建筑施工中。通過(guò)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的改變進(jìn)行客觀檢測(cè)，它能夠及時(shí)地采取措施，做出適當(dāng)調(diào)整，提高建筑施工的安全性。鑒于該技術(shù)的優(yōu)良特征，它被廣泛地應(yīng)用到社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域，智能大廈就是在利用該項(xiàng)技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。建筑應(yīng)用的研究重點(diǎn)就是智能震動(dòng)控制方法。

2　智能材料的工程運(yùn)用分析

不同的智能材料功能各異，在此基礎(chǔ)上可以對(duì)其進(jìn)行劃分。一般來(lái)說(shuō)，主要有兩類∶①感知材料；③驅(qū)動(dòng)材料。前者的特點(diǎn)在于能它能夠?qū)Ω鞣N外部刺激，例如物理和化學(xué)刺激進(jìn)行客觀感知。具體來(lái)說(shuō)，它又可以被劃分為若干種，其中運(yùn)用比較多的就是記憶合金。而對(duì)于后者來(lái)說(shuō)，其主要特點(diǎn)在于能夠在對(duì)這些刺激進(jìn)行適當(dāng)判斷的基礎(chǔ)上，做出適當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行調(diào)整，其中的代表當(dāng)為電致伸縮材料。

當(dāng)今科學(xué)技術(shù)手段先進(jìn)，光導(dǎo)纖維得到大量應(yīng)用，各個(gè)行業(yè)與領(lǐng)域都能發(fā)現(xiàn)光導(dǎo)纖維的身影。一般來(lái)說(shuō)，在建筑工程中，主要運(yùn)用了光導(dǎo)纖維的通訊與監(jiān)控作用。將其用于混凝土結(jié)構(gòu)中，可以有效控制混泥土結(jié)構(gòu)的變化。另外，在土木結(jié)構(gòu)中運(yùn)用光纖傳感器，能夠及時(shí)掌握根基損耗元件的具體情況。而近幾年來(lái)碳纖維之所以備受追捧，一方面是因?yàn)樗Ａ袅颂嫉莫?dú)特屬性，另一方面又具備纖維可處理、柔韌性強(qiáng)的優(yōu)良性能。將其置于水泥熔漿中，進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)，水泥熔漿便會(huì)發(fā)生回應(yīng)力敏感變化。這時(shí)候，如果發(fā)生損害或破裂的現(xiàn)象，光纖傳感器便會(huì)及時(shí)監(jiān)控到這些變化，繼而發(fā)出警報(bào)。另外，在土木建設(shè)中，碳纖材料也有著自身的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。因?yàn)樘祭w有著良好的診斷能力，所以在橋墩和水壩的建設(shè)中都有該材料的應(yīng)用。就橋梁來(lái)說(shuō)，它的自身強(qiáng)度越大，載荷承受能力也就越大，反之亦然，二者呈正相關(guān)。對(duì)橋梁的養(yǎng)護(hù)往往需要依托于檢測(cè)的實(shí)際結(jié)果，智能檢測(cè)器能夠客觀地檢測(cè)出橋梁承受重量的最大值，在很大程度上節(jié)省了養(yǎng)護(hù)開(kāi)支，避免了資源浪費(fèi)。具體來(lái)看，需要將光敏管、發(fā)光管以及光纖檢測(cè)器分別置于橋梁的不同位置。隨著承受重量的變化，發(fā)光管與光敏管會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化，同時(shí)光纖傳感器會(huì)及時(shí)接收到光敏管和發(fā)光管的變化情況。這樣，利用有關(guān)的公式加以計(jì)算，就能夠把握受測(cè)橋梁能夠承受重量的實(shí)際能力。

3　結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前，在土木建設(shè)領(lǐng)域，智能材料應(yīng)用范圍愈加廣泛，受到很大重視。與此同時(shí)，在其他的相關(guān)行業(yè)與領(lǐng)域，例如材料學(xué)與計(jì)算機(jī)學(xué)也都能發(fā)現(xiàn)智能材料的存在。繼天然材料、人工設(shè)計(jì)材料和合成高分子材料，智能材料已成為當(dāng)前的第四代新型材料，它的問(wèn)世改變了傳統(tǒng)，掀起了材料領(lǐng)域的一場(chǎng)革命。智能材料在土木工程中的應(yīng)用必將為土木工程帶來(lái)深遠(yuǎn)影響。因此，當(dāng)務(wù)之急就是對(duì)該材料的具體性能進(jìn)行不斷地探究與分析，突破現(xiàn)狀，獲得發(fā)展。與此同時(shí)，大力吸收與借鑒發(fā)達(dá)國(guó)家智能材料的優(yōu)秀經(jīng)驗(yàn)，深化應(yīng)用層次，擴(kuò)寬應(yīng)用領(lǐng)域，組織獨(dú)立的科研單位對(duì)其進(jìn)行全面系統(tǒng)的研究與探索。

[1]閻平.智能材料在土木工程中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代物業(yè)（上旬刊），2011（07）.

[2]張亞?wèn)|.智能材料在土木工程中的應(yīng)用研究[J].科技資訊，2011（10）.

[3]黃浦時(shí).關(guān)于智能材料在土木工程建設(shè)中的研究[J].數(shù)字化用戶，2013（11）.

TU59

A

1673-0038（2015）11-0042-01

∶2015-2-25

∶陳慶豐（1989-），男，漢族，湖南岳陽(yáng)人，本科。