仿生智能混凝土在實(shí)際工程中的運(yùn)用

《仿生智能混凝土在實(shí)際工程中的運(yùn)用》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫(kù)。

1、仿生智能混凝土在實(shí)際工程中的運(yùn)用摘要：仿生智能混凝土是將仿生學(xué)的思想融入混凝土工程建設(shè)的一種新的建設(shè)思路，它的核心理念就在于如何給一些“死”的或被動(dòng)的事物賦予生物學(xué)中經(jīng)億萬年進(jìn)化而來的“活”的具有靈魂的東西，使其能夠更加合理的進(jìn)行使用甚至可以進(jìn)行自我恢復(fù)和調(diào)節(jié)。近幾年，仿生學(xué)在混凝土的研究中有了突飛猛進(jìn)的發(fā)由先前的單一性的發(fā)展逐漸形成整體性的發(fā)展，即由先前“神經(jīng)系統(tǒng)”、“皮膚系統(tǒng)”等單一性的研究逐漸組成體系性的研究。使得我國(guó)建筑和構(gòu)筑物智的能化研究得到了進(jìn)一步的發(fā)展，也為以后的研究提供了新思路。關(guān)鍵詞：仿生智能

2、混凝土仿生學(xué)智能化中圖分類號(hào)：TV331文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A引言生物界經(jīng)過億萬年的進(jìn)化，已經(jīng)形成了非常合理的生命結(jié)構(gòu)，其各種優(yōu)異的特性等優(yōu)點(diǎn)令人嘆為觀止。如骨骼之間的連接既能滿足人體所需的受力要求，又能滿足靈活地運(yùn)動(dòng)要求。再如骨折后體液流入骨折后的縫隙之中能夠起到保護(hù)破裂面和促使破裂面愈合的作用。這些例子均是來源于人或動(dòng)物自身。而自然界本身也存在許多可以讓我們借鑒的例子，如蜂巢和蜘蛛網(wǎng)等都具備相當(dāng)合理的力學(xué)結(jié)構(gòu)，見圖1-2。這樣的例子不勝枚舉，也賦予了我們?cè)谛率挛镅芯恐械男滤悸?--即：在建筑物到智能建筑的歷程上沿用

3、由機(jī)器到機(jī)器人的思路。2仿生學(xué)在1仿生學(xué)在工業(yè)實(shí)踐中的運(yùn)用（一）工程實(shí)踐中的運(yùn)用（二）1智能混凝土的概念對(duì)智能混凝土的研究源于上世紀(jì)90年代，是建筑物智能化時(shí)代的要求。所謂智能混凝土即是具有自診斷、自調(diào)節(jié)或自修復(fù)等特定功能的一種新型混凝土。近年來的研究思路還主要圍繞在自診斷、自調(diào)節(jié)這個(gè)環(huán)節(jié)上，也有了較為可觀的研究成果如：1989年，美國(guó)的D.D.L.Chung發(fā)現(xiàn)將一定形狀尺寸和摻量的短切碳纖維摻入到混凝土材料中，有可以使混凝土材料具自感知內(nèi)部應(yīng)力、應(yīng)變和損傷程度的功能。日本學(xué)者發(fā)現(xiàn)采用加入天然沸石的方法制成的

4、調(diào)濕性混凝土具有以下特點(diǎn)：其可通過溫度變化自行進(jìn)行吸、放濕活動(dòng)，溫度上升時(shí)放濕，溫度下降時(shí)吸濕。通過大量的研究，該材料已應(yīng)用于實(shí)際的工程當(dāng)中。如日本月黑雅敘園美術(shù)館、東京攝影美術(shù)館以及成天山書法美術(shù)館等。對(duì)于自調(diào)節(jié)，尤其是自修復(fù)上還存在較大的問題，主要問題是一直沒有一個(gè)解決思路或方向，而仿生學(xué)的引入為此提供了較為明確的思路，即以物擬人的思路。2仿生學(xué)在智能混凝土中的運(yùn)用和發(fā)展2.1仿生學(xué)在智能混凝土中的運(yùn)用在現(xiàn)實(shí)生活當(dāng)中，人的皮膚劃破后，經(jīng)過一段時(shí)間能夠自然愈合；骨頭折斷后，若對(duì)接的好也可以很好地恢復(fù)。這些現(xiàn)象

5、啟發(fā)了混凝土仿生科學(xué)工作者研制自修復(fù)混凝土。自修復(fù)混凝土就是在混凝土中摻人某些特殊的成分，如日本研發(fā)的內(nèi)含粘結(jié)劑的空心膠囊和美國(guó)研制的空心玻璃纖維或液芯光纖，通過這些內(nèi)摻成分模仿人體組織分泌的可以使得傷口愈合的物質(zhì)以使混凝土材料在受到損傷時(shí)在一定的程度內(nèi)自動(dòng)愈合。美國(guó)和日本學(xué)者分別在內(nèi)置坡璃纖維管和空心膠囊內(nèi)加入化學(xué)粘結(jié)劑，當(dāng)裂縫出現(xiàn)時(shí)，玻璃纖維管和空心膠囊隨之破碎，隨之其內(nèi)部的化學(xué)粘結(jié)劑沿裂縫流出遇到空氣立刻凝結(jié)。這樣不僅可以起到一定的粘和作用，減緩或停止裂縫的發(fā)展，還可以保護(hù)內(nèi)部鋼筋，避免鋼筋銹蝕，消除后期

6、隱患，如圖3所示：3裂縫自修復(fù)混凝土工作原理我國(guó)的學(xué)者近年來也在自愈合混凝土的研究中獲得了一定的成果，如同濟(jì)大學(xué)混凝土材料研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室曾將注入聚氨酯的空心玻璃管埋入40mmX40mmX160mm的水泥砂漿試件，并對(duì)構(gòu)件進(jìn)行三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)，通過加載使試塊產(chǎn)生微裂縫，導(dǎo)致修復(fù)纖維斷裂，釋放出的修復(fù)劑滲入基體內(nèi)。再將試件再放回養(yǎng)護(hù)室中繼續(xù)養(yǎng)護(hù)，直至修復(fù)劑固化。最后再次進(jìn)行三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)并對(duì)試件破壞過程進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，增大加載后，修復(fù)部位并未開裂，裂縫出現(xiàn)在其他部位。這很有力地說明了不僅開裂的混凝土構(gòu)件可以很好地

7、自修復(fù)，而且自修復(fù)后的強(qiáng)度和韌性還略有提高。見圖4所示。除了上述結(jié)果外，還有學(xué)者在混凝土外面設(shè)計(jì)一層樹脂保護(hù)層，模擬動(dòng)物的皮膚并使其具備相似的功能。4同濟(jì)大學(xué)三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)2.2仿生學(xué)在智能混凝土結(jié)構(gòu)中的發(fā)展出于實(shí)用性的需要，仿生智能的研究不能僅僅限制于在混凝土中的應(yīng)用，事實(shí)上其在橋梁和建筑的其他方面的研究也已經(jīng)開展了好多年，并基本形成體系，如圖5所示：5仿生智能混凝土系統(tǒng)1）主動(dòng)自防護(hù)系統(tǒng)模仿高級(jí)生命體身體的皮膚系統(tǒng)與免疫系統(tǒng)，把結(jié)構(gòu)物置于一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定、具備自主免疫、基本封閉的健康環(huán)境中，提高結(jié)構(gòu)的壽命。（如在

8、橋梁結(jié)構(gòu)表面涂環(huán)氧樹脂圖層，形成橋梁的“皮膚系統(tǒng)”，以抵抗外界侵蝕性介質(zhì)的入侵。）2）自動(dòng)修復(fù)系統(tǒng)模仿生命體內(nèi)分泌系統(tǒng)，在肌體破損時(shí)能自修復(fù)現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)細(xì)小裂縫時(shí)自動(dòng)修復(fù)的功能。（如內(nèi)置含有膠結(jié)劑的膠囊或纖維管的自修復(fù)混凝土，當(dāng)出現(xiàn)裂縫時(shí)膠囊或纖維管破裂，“分泌物”膠結(jié)劑流出并對(duì)裂縫進(jìn)行填充修補(bǔ)。）1）神經(jīng)系統(tǒng)如前面所提及的損傷自診斷混凝土就是利用結(jié)構(gòu)變形引起的碳纖維的變形