损伤自诊断混凝土
自修复智能混凝土
自调节智能混凝土
温度自控智能混凝土
反射与吸收电磁波 的智能混凝土
E=0
E>0
E
E>>0
1. 损伤自诊断智能混凝土
自诊断混凝土是指在普通砼中复合导电、传感器等其它材料 组分使砼本身具备自诊断和自感知功能
常用智能材料组分：聚合物类、碳类、金属类和光纤,等
主要种类：
应用于智能结构中的智能材料应具备三个基本要素：
感知、处理、驱动
智能材料的工作机制
材料因素 电磁场 光
腐蚀
智能材料 感知
信息 处理器判断与处理信息
指令 智能元件驱动材料结构
压力 应力 温度
改变材料结构的性态 使材料结构适应环境
一种水泥基智能材料
0-3型水泥基压电智能材料
0-3型水泥基压电智能材料组成图
压电特性与频率的关系
G(f) (mV/kN) G(f) (mV/kN)
25
Data: Data1_B Model: BoxLucas1
20
Chi^2 = 0.06947 R^2 = 0.99883
a
39.08251
±1.77687
b
0.04636
±0.00289
15
10
G (f)
5
1
Box Lucas fitting curve
0
0
5
10
15
20
Frequency (Hz)
30 25 20 15 10
5 0
0
G (f) 2
Box Lucas fitting curve
Data: Data1_C Model: BoxLucas1
Chi^2 = 1.05274 R^2 = 0.98565
a
27.26237
±1.37027
b
0.1259 ±0.01284
被极化的水泥基压电材料样品
水泥基压电智能材料的工作原理
0-3 型水泥基压电陶瓷复合材料置入水泥砂浆中成为传感器
=======
0-3 型水泥基压电智能材料性 能
d constant 33
60
55
50
45
40
3530Biblioteka 25Polarizing time:
20
2min
15 Ceramic contant: 70%(volume) polarizing voltage: 6500V
❖ 它是20世纪60年代出现并于90年代迅速发展的新型功能材料
❖ 在结构中复合智能材料可改善结构的性能、提高结构对环境 的敏感度和自适应能力，从而可提高结构自身的“智商”
智能材料的主要特点：
✓ 具有感知功能 ✓ 具有驱动及响应环境变化功能 ✓ 能以设定的方式选择和控制响应功能 ✓ 具有反应灵敏的功能 ✓ 具有形状记忆功能
30min 120min
10
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Time (day)
0-3型水泥基压电智能材料极化性能
— 不同极化电压下d33与时间的关系
55
50
45
40
d constant 33
35
30
Ceramic content: 70%(volume)
Polarizing time: 10min
5 0
Polarizing voltage: 6500V Polarizing time: 10min
Ceramic content: (Volume) 70% 50%
20
40
60
80 100 120 140 160
Time (day)
Making the sensors, method 1
MultiFac1 Fac1
Electrode
Electrode Cement
Experiments
12
传感器效应测试装置
Load
27 24 21 18 15 12
9 6 3 0
0
加载程序图
Loading process Frequency fixed
50
100 Time 150
200
250
传感器效应测试结果
voltage (mV)
Results and Analysis
18
振动试验
(二)智能混凝土
智能基混凝体土
自 感
水或泥混自适、凝砂土浆自修
知应复
功能
预报混凝土材料内部损伤 实现砼结构自身安全检测 防止砼结构潜在脆性破坏 实现材料及结构自动修复 提高结构安全性和耐久性
应用
复合智能型组分
光纤材料 压电陶瓷 形状记忆合金 电流变体 碳纤维 高分子材料 等
智能混凝土
(一) 智能材料简介
定义：智能材料(Smart/Intelligent Materials)是指模仿生命
系统、感知环境变化，并可实时改变自身的性能参数,作出 人们所期望的、能与变化后的环境相适应的复合材料或材料 的复合.又被称为智能材料系统(Smart/Intelligent Material System)
5
10
15
20
Frequency (Hz)
CA system (Kistler) – Fac3 in beam
A Fac3 sensor specimen is embedded into a small concrete beam on the upper center position, therefore it is under compression during 4-point bending test.
70
65
1.6KN=1Mpa
60
55
50
45
40
35
Slope
30
25
20
15
10
5
0
0
2
4
6
8
10
Input (KN)
0.1Hz 0.2Hz 0.4Hz 0.7Hz 1.0Hz 2.0Hz 3.0Hz 4.0Hz 5.0Hz 6.0Hz 8.0Hz 10.0Hz 12.0Hz 15.0Hz 20.0Hz
25
20
Polarizing voltage:
500V
15
4000v
10
6500v
5
0 0
20
40
60
80 100 120 140 160
time (day)
0-3 型水泥基压电智能材料极化性能 —不同压电陶瓷粉掺量下d33与时间的关系
d constant 33
55 50 45 40 35 30 25 20 15 10
-14
-16
-18
-20
-22
-24
-26 60
original data Low Pass Filter of original data
70
80
90 100 110 120 130 140
Time (sec)
结果分析
voltage (mV)
Piezo output amplitude ~ Load input amplitude (mean to peak)