土木道橋建設工程中智能材料的應用分析

楊毅坤

摘要：隨著科學技術的發展；在現代化的土木道橋建設工程中；越來越多的使用到了智能材料；智能材料的使用給土木道橋建設工程提供了安全性、可靠性、便利性等。本文對智能材料進行簡單的介紹；重點分析其在土木道橋建設工程中的應用；通過舉例的方式對其應用方式進行具體闡述。

關鍵字：智能材料；土木道橋建設；應用分析

中圖分類號：F274文獻標識碼：A文章編號：2095-3178（2018）19-0324-01

引言：土木道橋建設是國家重要的基礎設施建設，是國家經濟發展必不可少的關鍵設施，所以它必須要有非常高的質量標準，以便土木道橋工程建筑可以長期穩定的為國家發展服務。但是由于傳統材料耐久性和抗腐性等性能的限制，這些工程建筑往往壽命都不太長。隨著時代的進步和科學技術的發展，智能材料作為一種新型的材料以尋常材料難以比擬的優勢進入土木道橋建設行業中來。

1智能材料概述

1.1智能材料概念

智能材料是一種新型材料，當前并沒有一個統一的概念，大概來說智能材料是指能對內外環境進行感知，并進行分析、處理、判斷及采取一定程度相應措施的材料[1]。

1.2智能材料的功能

智能材料具有七大功能，分別是傳感功能、反饋功能、信息識

別與積累功能、響應功能、自診斷功能、自修復功能、自適應功能。

1.3智能材料分類

智能材料大致可以分為兩大類。一類是感知材料，其可以對內外界的力、聲、電、磁、光、熱等作用進行感知，包括光導纖維、壓電材料等；另一類驅動材料，可以根據外界環境的刺激或者內部狀態發生的變化及時做出反應，包括形狀記憶合金、磁致伸縮材料、磁流變體等[2]。

2智能材料在土木道橋建設工程中的應用

2.1智能材料在土木道橋建設工程中的應用現狀分析

在當前的土木道橋建設工程中，因為智能材料的應用可以解決傳統土木道橋工程建設中的安全性、完整性、持久性等問題，并且可以降低對工程的維護管理費用，所以智能材料的應用范圍越來越廣泛，應用的規模也不斷擴大。我國許多地區在土木道橋建設工程中都會積極使用智能材料。

在國外許多發達國家中，智能材料在土木道橋工程中的應用在上個世紀八十年代就開始了。例如美國，在橋梁建筑中安裝了大量傳感儀器對其進行預測和監控；英國為了提升橋梁施工建設的水準，也大量的在橋梁建筑上安裝相應的檢測裝置和設備。

2.2智能材料在土木道橋建設工程中的應用情況分析

2.2.1在土木道橋建設工程中光導纖維的應用

因為光子可以成為信息傳遞的載體，同時具備一定的信息容量

和處理信息的潛力，所以光導纖維被作為一種通信介質材料應用于

信息傳輸。

目前，在土木道橋建設工程中，光纖材料被應用于檢測、傳感、遠距離信息傳輸等領域，在混凝土結構中放置光纖材料，可以檢測混凝土結構的多個指標，并同時對指標進行評價和診斷。所以，土木道橋建設工程常常應用光導纖維來對工程結構進行診斷，利用相關的傳感器獲取結構性能的變化信息，從而對結構的相關變化進行診斷。主要包括：混凝土的溫度檢測、混凝土溫度應力檢測、混凝土結構強度檢測、混凝土結構裂縫檢測等等[3]

2.2.2在土木道橋建設工程中壓電材料的應用

壓電材料具有壓電效應，受到壓力后會因為變形使材料兩端產

生電壓，產生電壓后又會對材料本身的尺寸產生影響。利用這一點，

在土木道橋建設工程中，壓電材料常常被用作傳感原件和驅動原件，

用于檢測工程結構的震動及對震動進行控制。具體情況如下：作為

傳感原件時，通過電壓的變化檢測原件安置位置結構的形變量。同

時，如果在壓電原件外部產生電場，對原件內部施加定向的電場力，

影響原件內的正負電子，從而迫使原件發生形變，就會形成驅動力，

產生驅動原件，改變材料結構的應力狀態，進而影響材料的結構變

化。此外，壓電材料還可以利用傳感器的形式對工程結構的情況和

安全性進行評定。

2.2.3在土木道橋建設工程中壓磁材料的應用

壓磁材料在土木道橋建設工程中的應用主要是磁致伸縮材料和

磁流變材料。

磁致伸縮材料因為其可以在電磁和機械之間進行可逆轉換的特

性，常被應用于精密定位控制，具有廣闊的應用前景。

當磁場強度超過臨界值時，磁流變材料會快速的由液態轉化為固態，介于固態、液態之間時，磁流變材料具有快速、可逆、可控的等特性，可以以較低的能量控制流體特性實施。基于磁流變材料的這個原理，它往往被應用于土木道橋中智能結構的動器件，可以對地震等帶來的損害進行半主動控制。

2.2.4在土木道橋建設工程中形狀記憶合金的應用

形狀記憶合金是一種形狀被改變后在一定條件下可以激發記憶

效應對應力和應變進行回復的智能材料，同時它還具有較強的能量儲存和能量傳輸能力。

基于這個特點，形狀記憶合金在土木道橋建設工程中往往用于實現各種結構的自我診斷及增強材料強度和韌性等。利用形狀記憶合金研發的智能驅動器可以對結構的變形、裂縫等進行控制，還可以增強工程結構的抗震功能。目前在土木道橋建設工程的實踐中，往往是在結構底部等受地震影響較大的區域安置形狀記憶合金被動耗能控制系統，以此來實現對安置區域結構形變的感知以及對地震能量進行消耗的功能[4]。

2.2.5在土木道橋建設工程中碳纖維混凝土材料的應

用

混凝土是傳統的建筑材料，應用極為廣泛，因此怎樣改善混凝土材料是許多科研人員的重要目標。基于此，碳纖維混凝土成功問世。

碳纖維混凝土是一種具有高強度、高韌性、低電阻率，具備驅動功能和本征自感應功能的混凝土材料。在土木道橋建設工程中，使用碳纖維混凝土，可以極大的提升結構的強度和韌性，降低結構內部的溫差，從而提高結構的穩定性。

3在土木道橋建設工程中智能材料的應用前景分

析

3.1提升智能材料安全檢測性能

目前智能材料對土木道橋建設工程中的檢測大多只限于質量問

題。由于智能材料具有較好的仿生性能，在未來可以對智能材料進行改進，提高智能材料的融合度，使其可以更好的對工程結構中的各個原件進行檢測和分析，以便除檢測質量問題外，還可以對工程結構的安全方面提供感知和預判。

3.2提升智能材料的可塑性

目前在土木道橋建設工程中對智能材料的使用往往是簡單根據

材料的性質進行劃分。而隨著科技的發展，在未來人們對材料分子結構的掌控能力會越來越高，可以根據結構的不同對材料進行改造和融合，使材料可以更好的和工程結構結合，發揮出更高的效用。

3.3提升智能材料的經濟性和適用性

大多數智能材料的造價很高，導致其使用成本也很高，這就使

其在土木道橋建設工程中使用智能材料會大大加大預算。另外，智能材料屬于高端材料，在使用時需要配套的設備和專業的技術支持，這也導致智能材料使用成本的增加和使用范圍的縮減。在未來，隨著科技的發展，智能材料的成本和使用要求都會不斷降低，將會大大擴大智能材料的使用范圍。

4結束語

智能材料由于其突出的優點在土木道橋建設工程中被廣泛運用，

彌補了傳統材料對環境適應能力較差的缺點，不僅提高了土木道橋工程建筑的穩定性、安全性、實用性，還利用各種各樣的特性提升了土木道橋工程建筑在自我檢測、自我調整、災害預防等方面的能力。

參考文獻

[1]李書艷.土木道橋建設工程中智能材料的應用分析[J].

中國科技投資，2017（6）.

[2]徐潔.智能材料在土木工程建設中的應用分析[J].門窗，2017（1）：239-239.

[3]胡云峰.土木工程建設中智能材料的應用[J].河南科技，2016（21）：100-101.