仿生智能混凝土在实际工程中的运用

《仿生智能混凝土在实际工程中的运用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、仿生智能混凝土在实际工程中的运用摘要：仿生智能混凝土是将仿生学的思想融入混凝土工程建设的一种新的建设思路，它的核心理念就在于如何给一些“死”的或被动的事物赋予生物学中经亿万年进化而来的“活”的具有灵魂的东西，使其能够更加合理的进行使用甚至可以进行自我恢复和调节。近几年，仿生学在混凝土的研究中有了突飞猛进的发由先前的单一性的发展逐渐形成整体性的发展，即由先前“神经系统”、“皮肤系统”等单一性的研究逐渐组成体系性的研究。使得我国建筑和构筑物智的能化研究得到了进一步的发展，也为以后的研究提供了新思路。关键词：仿生智能

2、混凝土仿生学智能化中图分类号：TV331文献标识码：A引言生物界经过亿万年的进化，已经形成了非常合理的生命结构，其各种优异的特性等优点令人叹为观止。如骨骼之间的连接既能满足人体所需的受力要求，又能满足灵活地运动要求。再如骨折后体液流入骨折后的缝隙之中能够起到保护破裂面和促使破裂面愈合的作用。这些例子均是来源于人或动物自身。而自然界本身也存在许多可以让我们借鉴的例子，如蜂巢和蜘蛛网等都具备相当合理的力学结构，见图1-2。这样的例子不胜枚举，也赋予了我们在新事物研究中的新思路---即：在建筑物到智能建筑的历程上沿用

3、由机器到机器人的思路。2仿生学在1仿生学在工业实践中的运用（一）工程实践中的运用（二）1智能混凝土的概念对智能混凝土的研究源于上世纪90年代，是建筑物智能化时代的要求。所谓智能混凝土即是具有自诊断、自调节或自修复等特定功能的一种新型混凝土。近年来的研究思路还主要围绕在自诊断、自调节这个环节上，也有了较为可观的研究成果如：1989年，美国的D.D.L.Chung发现将一定形状尺寸和掺量的短切碳纤维掺入到混凝土材料中，有可以使混凝土材料具自感知内部应力、应变和损伤程度的功能。日本学者发现采用加入天然沸石的方法制成的

4、调湿性混凝土具有以下特点：其可通过温度变化自行进行吸、放湿活动，温度上升时放湿，温度下降时吸湿。通过大量的研究，该材料已应用于实际的工程当中。如日本月黑雅叙园美术馆、东京摄影美术馆以及成天山书法美术馆等。对于自调节，尤其是自修复上还存在较大的问题，主要问题是一直没有一个解决思路或方向，而仿生学的引入为此提供了较为明确的思路，即以物拟人的思路。2仿生学在智能混凝土中的运用和发展2.1仿生学在智能混凝土中的运用在现实生活当中，人的皮肤划破后，经过一段时间能够自然愈合；骨头折断后，若对接的好也可以很好地恢复。这些现象

5、启发了混凝土仿生科学工作者研制自修复混凝土。自修复混凝土就是在混凝土中掺人某些特殊的成分，如日本研发的内含粘结剂的空心胶囊和美国研制的空心玻璃纤维或液芯光纤，通过这些内掺成分模仿人体组织分泌的可以使得伤口愈合的物质以使混凝土材料在受到损伤时在一定的程度内自动愈合。美国和日本学者分别在内置坡璃纤维管和空心胶囊内加入化学粘结剂，当裂缝出现时，玻璃纤维管和空心胶囊随之破碎，随之其内部的化学粘结剂沿裂缝流出遇到空气立刻凝结。这样不仅可以起到一定的粘和作用，减缓或停止裂缝的发展，还可以保护内部钢筋，避免钢筋锈蚀，消除后期

6、隐患，如图3所示：3裂缝自修复混凝土工作原理我国的学者近年来也在自愈合混凝土的研究中获得了一定的成果，如同济大学混凝土材料研究国家重点实验室曾将注入聚氨酯的空心玻璃管埋入40mmX40mmX160mm的水泥砂浆试件，并对构件进行三点弯曲试验，通过加载使试块产生微裂缝，导致修复纤维断裂，释放出的修复剂渗入基体内。再将试件再放回养护室中继续养护，直至修复剂固化。最后再次进行三点弯曲试验并对试件破坏过程进行检测。检测发现，增大加载后，修复部位并未开裂，裂缝出现在其他部位。这很有力地说明了不仅开裂的混凝土构件可以很好地

7、自修复，而且自修复后的强度和韧性还略有提高。见图4所示。除了上述结果外，还有学者在混凝土外面设计一层树脂保护层，模拟动物的皮肤并使其具备相似的功能。4同济大学三点弯曲试验2.2仿生学在智能混凝土结构中的发展出于实用性的需要，仿生智能的研究不能仅仅限制于在混凝土中的应用，事实上其在桥梁和建筑的其他方面的研究也已经开展了好多年，并基本形成体系，如图5所示：5仿生智能混凝土系统1）主动自防护系统模仿高级生命体身体的皮肤系统与免疫系统，把结构物置于一个相对稳定、具备自主免疫、基本封闭的健康环境中，提高结构的寿命。（如在

8、桥梁结构表面涂环氧树脂图层，形成桥梁的“皮肤系统”，以抵抗外界侵蚀性介质的入侵。）2）自动修复系统模仿生命体内分泌系统，在肌体破损时能自修复现象，实现混凝土结构出现细小裂缝时自动修复的功能。（如内置含有胶结剂的胶囊或纤维管的自修复混凝土，当出现裂缝时胶囊或纤维管破裂，“分泌物”胶结剂流出并对裂缝进行填充修补。）1）神经系统如前面所提及的损伤自诊断混凝土就是利用结构变形引起的碳纤维的变形