隨著現(xiàn)代材料科學的不斷進步,新型混凝土層出不窮,由于新材料革命使得新型的混凝土結構也趨于大型化和復雜化,傳統(tǒng)的檢測與修復方式已不能適應現(xiàn)代多功能和智能建筑對混凝土材料提出的要求。因此,研究和開發(fā)應用具有主動、自動地對結構進行自診斷、自調節(jié)、自修復的混凝土和具有節(jié)能環(huán)保性能的混凝土已成為混凝土發(fā)展的需要。
一、新型混凝土種類及其特性
1、可自診斷內部損傷的混凝土
(1)碳纖維新型混凝土
碳纖維是一種高強度、 高彈性且導電性能良好的材料。在水泥基材料中摻入適量碳纖維不僅可以顯著提高強度和韌性,而且其物理性能,尤其是電學性能也有明顯的改善,可以作為傳感器并以電信號輸出的形式反映自身受力狀況和內部的損傷程度。
(2)光纖傳感新型混凝土
光纖傳感新型混凝土,即在混凝土結構的關鍵部位埋入光纖維傳感器或其陣列,探測混凝土在碳化以及受載過程中內部應力、應變變化,并對由于外力、疲勞等產生的變形、裂縫及擴展等損傷進行實時監(jiān)測。近年來,國內外進行了將光纖傳感器用于鋼筋混凝土結構和建筑檢測這一領域的研究,開展了混凝土結構應力、應變及裂縫發(fā)生與發(fā)展等內部狀態(tài)的光纖傳感器技術的研究,這包括在混凝土的硬化過程中進行監(jiān)測和結構的長期監(jiān)測。
2、自調節(jié)混凝土
自調節(jié)新型混凝土具有電力效應和電熱效應等性能。在混凝土中埋入形狀記憶合金,利用形狀記憶合金對溫度的敏感性和不同溫度下恢復相應形狀的功能,在混凝土結構受到異常荷載干擾時,通過記憶合金形狀的變化,使混凝土結構內部應力重分布并產生一定的預應力,從而提高混凝土結構的承載力。在混凝土中復合電流變體,利用電流變體的這種流變作用,當混凝土結構受到臺風,地震襲擊時調整其內部的流變特性,改變結構的自振頻率、阻尼特性以達到減緩結構振動的目的。
3、自修復混凝土
自愈合混凝土就是模仿生物組織,對受創(chuàng)傷部位自動分泌某種物質,而使創(chuàng)傷部位得到愈合的機能,在混凝土傳統(tǒng)組分中添加含有粘結劑的液芯纖維或膠囊,在混凝土內部形成智能型仿生自愈合神經網絡系統(tǒng),模仿動物的這種骨組織結構和受創(chuàng)傷后的再生、恢復機理。采用粘結材料和基材相復合的方法,使材料損傷破壞后,具有自行愈合和再生功能,恢復甚至提高材料性能的新型復合材料。
4、綠色混凝土
綠色新型混凝土也稱環(huán)?;炷粒且环N能長草的混凝土,它是利用特殊配比的混凝土形成植物根系可生長的空間,并通過采用化學和植物生長技術,創(chuàng)造出能使植物生長的條件。
二、新型混凝土研究現(xiàn)狀和發(fā)展方向
前面所述的自診斷、自調節(jié)和自修復混凝土是新型混凝土研究的初級階段,它們只具備了新型混凝土的某一基本特征,是一種新型混凝土的簡化形式。因此有人也稱之為機敏混凝土。然而這種功能單一的混凝土并不能發(fā)揮新型混凝土作用,目前人們正致力于將2種以上功能進行組裝的所謂智能組裝混凝土材料的研究。智能組裝混凝土材料是將具有自感應、自調節(jié)和自修復組件材料等與混凝土基材復合并按照結構的需要進行排列,以實現(xiàn)混凝土結構的內部損傷自診斷、自修復和抗震減振的智能化。
三、新型混凝土的應用和應注意的問題
新型混凝土具有廣闊的應用前景,但作為一種新型的功能材料,如果投入實際工程,還有很多問題需要進一步地研究。為促進新型混凝土的開發(fā)研究與應用,應注意以下幾點:
?。?)開發(fā)應有針對性。所謂針對性就是要針對混凝土性能發(fā)生變化和結構發(fā)生破壞等現(xiàn)象,考慮不同的智能方法。(2)實施中應具有可行性。澆注混凝土多在施工現(xiàn)場進行,因而作為新型混凝土的施工方法,對其技術與工藝要求不能過高。應以原有工藝為基礎開發(fā)相應的較為簡單的方法。選用的材料應具有化學穩(wěn)定性,要有利于安全使用,不揮發(fā)任何有刺激的氣味和其它有害物質,并能大量應用而且成本較低。