土木道桥建设工程中智能材料的应用分析

2017-02-21杨毅坤

赢未来 2017年14期

杨毅坤

摘要：随着科学技术的发展；在现代化的土木道桥建设工程中；越来越多的使用到了智能材料；智能材料的使用给土木道桥建设工程提供了安全性、可靠性、便利性等。本文对智能材料进行简单的介绍；重点分析其在土木道桥建设工程中的应用；通过举例的方式对其应用方式进行具体阐述。

关键字：智能材料；土木道桥建设；应用分析

中图分类号：F274文献标识码：A文章编号：2095-3178（2018）19-0324-01

引言：土木道桥建设是国家重要的基础设施建设，是国家经济发展必不可少的关键设施，所以它必须要有非常高的质量标准，以便土木道桥工程建筑可以长期稳定的为国家发展服务。但是由于传统材料耐久性和抗腐性等性能的限制，这些工程建筑往往寿命都不太长。随着时代的进步和科学技术的发展，智能材料作为一种新型的材料以寻常材料难以比拟的优势进入土木道桥建设行业中来。

1智能材料概述

1.1智能材料概念

智能材料是一种新型材料，当前并没有一个统一的概念，大概来说智能材料是指能对内外环境进行感知，并进行分析、处理、判断及采取一定程度相应措施的材料[1]。

1.2智能材料的功能

智能材料具有七大功能，分别是传感功能、反馈功能、信息识

别与积累功能、响应功能、自诊断功能、自修复功能、自适应功能。

1.3智能材料分类

智能材料大致可以分为两大类。一类是感知材料，其可以对内外界的力、声、电、磁、光、热等作用进行感知，包括光导纤维、压电材料等；另一类驱动材料，可以根据外界环境的刺激或者内部状态发生的变化及时做出反应，包括形状记忆合金、磁致伸缩材料、磁流变体等[2]。

2智能材料在土木道桥建设工程中的应用

2.1智能材料在土木道桥建设工程中的应用现状分析

在当前的土木道桥建设工程中，因为智能材料的应用可以解决传统土木道桥工程建设中的安全性、完整性、持久性等问题，并且可以降低对工程的维护管理费用，所以智能材料的应用范围越来越广泛，应用的规模也不断扩大。我国许多地区在土木道桥建设工程中都会积极使用智能材料。

在国外许多发达国家中，智能材料在土木道桥工程中的应用在上个世纪八十年代就开始了。例如美国，在桥梁建筑中安装了大量传感仪器对其进行预测和监控；英国为了提升桥梁施工建设的水准，也大量的在桥梁建筑上安装相应的检测装置和设备。

2.2智能材料在土木道桥建设工程中的应用情况分析

2.2.1在土木道桥建设工程中光导纤维的应用

因为光子可以成为信息传递的载体，同时具备一定的信息容量

和处理信息的潜力，所以光导纤维被作为一种通信介质材料应用于

信息传输。

目前，在土木道桥建设工程中，光纤材料被应用于检测、传感、远距离信息传输等领域，在混凝土结构中放置光纤材料，可以检测混凝土结构的多个指标，并同时对指标进行评价和诊断。所以，土木道桥建设工程常常应用光导纤维来对工程结构进行诊断，利用相关的传感器获取结构性能的变化信息，从而对结构的相关变化进行诊断。主要包括：混凝土的温度检测、混凝土温度应力检测、混凝土结构强度检测、混凝土结构裂缝检测等等[3]

2.2.2在土木道桥建设工程中压电材料的应用

壓电材料具有压电效应，受到压力后会因为变形使材料两端产

生电压，产生电压后又会对材料本身的尺寸产生影响。利用这一点，

在土木道桥建设工程中，压电材料常常被用作传感原件和驱动原件，

用于检测工程结构的震动及对震动进行控制。具体情况如下：作为

传感原件时，通过电压的变化检测原件安置位置结构的形变量。同

时，如果在压电原件外部产生电场，对原件内部施加定向的电场力，

影响原件内的正负电子，从而迫使原件发生形变，就会形成驱动力，

产生驱动原件，改变材料结构的应力状态，进而影响材料的结构变

化。此外，压电材料还可以利用传感器的形式对工程结构的情况和

安全性进行评定。

2.2.3在土木道桥建设工程中压磁材料的应用

压磁材料在土木道桥建设工程中的应用主要是磁致伸缩材料和

磁流变材料。

磁致伸缩材料因为其可以在电磁和机械之间进行可逆转换的特

性，常被应用于精密定位控制，具有广阔的应用前景。

当磁场强度超过临界值时，磁流变材料会快速的由液态转化为固态，介于固态、液态之间时，磁流变材料具有快速、可逆、可控的等特性，可以以较低的能量控制流体特性实施。基于磁流变材料的这个原理，它往往被应用于土木道桥中智能结构的动器件，可以对地震等带来的损害进行半主动控制。

2.2.4在土木道桥建设工程中形状记忆合金的应用

形状记忆合金是一种形状被改变后在一定条件下可以激发记忆

效应对应力和应变进行回复的智能材料，同时它还具有较强的能量储存和能量传输能力。

基于这个特点，形状记忆合金在土木道桥建设工程中往往用于实现各种结构的自我诊断及增强材料强度和韧性等。利用形状记忆合金研发的智能驱动器可以对结构的变形、裂缝等进行控制，还可以增强工程结构的抗震功能。目前在土木道桥建设工程的实践中，往往是在结构底部等受地震影响较大的区域安置形状记忆合金被动耗能控制系统，以此来实现对安置区域结构形变的感知以及对地震能量进行消耗的功能[4]。

2.2.5在土木道桥建设工程中碳纤维混凝土材料的应

用

混凝土是传统的建筑材料，应用极为广泛，因此怎样改善混凝土材料是许多科研人员的重要目标。基于此，碳纤维混凝土成功问世。

碳纤维混凝土是一种具有高强度、高韧性、低电阻率，具备驱动功能和本征自感应功能的混凝土材料。在土木道桥建设工程中，使用碳纤维混凝土，可以极大的提升结构的强度和韧性，降低结构内部的温差，从而提高结构的稳定性。

3在土木道桥建设工程中智能材料的应用前景分

析

3.1提升智能材料安全检测性能

目前智能材料对土木道桥建设工程中的检测大多只限于质量问

题。由于智能材料具有较好的仿生性能，在未来可以对智能材料进行改进，提高智能材料的融合度，使其可以更好的对工程结构中的各个原件进行检测和分析，以便除检测质量问题外，还可以对工程结构的安全方面提供感知和预判。

3.2提升智能材料的可塑性

目前在土木道桥建设工程中对智能材料的使用往往是简单根据

材料的性质进行划分。而随着科技的发展，在未来人们对材料分子结构的掌控能力会越来越高，可以根据结构的不同对材料进行改造和融合，使材料可以更好的和工程结构结合，发挥出更高的效用。