智能材料在土木工程中的应用

智能材料在土木工程中的应用

[摘要]：智能材料是2l 世纪的一种新型的材料、是材料科学发展的方向，而在当代的土木工程领域内，智能材料已经得到了广泛的应用。本文对智能材料的概念、类型及其特点进行介绍，论述了智能材料在土木工程中应用和研究现状。

[关键词]:智能材料;土木工程;应用现状

智能材料是一种能感知外界环境变化并自动改变自身特性以适应该变化，可实现自诊断、自调节、自适应、自修复等功能的新型复合材料，是近年来引起世界各发达国家重视的新材料高技术体系，其全新的构思源于仿生，目标是要获得类似人的各种功能的“活”的材料。智能材料的出现为土木工程材料与结构提供了新的发展方向，智能材料与结构系统在木土工程领域中有着巨大的应用潜力，目前压电、压磁、光纤、形状记忆合金等智能材料，在当代土木工程领域内也已得到了广泛应用。

1智能材料的概念，类型及其特性

1.1概念.

智能材料（Intelligent material），是一种能感知外部刺激，能够判断并适当处理且本身可执行的新型功能材料。

1.2组成.

目前智能材料主要有形状记忆合金、电流变体和磁流变体、磁致伸缩材料、压电材料等几大类。一般情况下智能材料由基体材料、敏感材料、驱动材料和信息处理器四部分构成。 l）基体材料基体材料担负着承载的作用，一般宜选用轻质材料. 基体材料首选高分子材料，因为其重量轻、耐腐蚀，尤其具有粘弹性的非线性特征. 其次也可选用金属材料，以轻质有色合金为主。

2）敏感材料敏感材料担负着传感的任务，其主要作用是感知环境变化（包括压力、应力、温度、电磁场、PH 值等）. 常用敏感材料如形状记忆材料、压电材料、光纤材料、磁致伸缩材料、电致变色材料、电流变体、磁流变体和液晶材料等.

3）驱动材料因为在一定条件下驱动材料可产生较大的应变和应力，所以它担负着响应和控制的任务. 常用有效驱动材料有形状记忆材料、压电材料、电流变体和磁致伸缩材料等. 可以看出，这些材料既是驱动材料又是敏感材料，起到了双重作用，这也是智能材料设计时

可采用的一种思路.

4）信息处理器信息处理器是在敏感材料、驱动材料间传递信息的部件，是敏感材料和驱动材料二者联系的桥梁.

1.3特性.

因为设计智能材料的两个指导思想是材料的多功能复合和材料的仿生设计，所以智能材料系统具有或部分具有如下的智能功能和生命特征：

1）传感功能：能够感知外界或自身所处的环境条件，如负载、应力、应变、振动、热、光、电、磁、化学、核辐射等的强度及其变化。

2）反馈功能：可通过传感网络，对系统输入与输出信息进行对比，并将其结果提供给控制系统。

3）信息识别与积累功能：能够识别传感网络得到的各类信息并将其积累起来。

4）响应功能：能够根据外界环境和内部条件变化，适时动态地作出相应的反应，并采取必要行动。

5）自诊断能力：能通过分析比较系统的状况与过去的情况，对诸如系统故障与判断失误等问题进行自诊断并予以校正。

6）自修复能力：能通过自繁殖、自生长、原位复合等再生机制，来修补某些局部损伤或破坏。

7）自调节能力：对不断变化的外部环境和条件，能及时地自动调整自身结构和功能，并相应地改变自己的状态和行为，从而使材料系统始终以一种优化方式对外界变化作出恰如其分的响应。

2智能材料在土木工程中应用

2．1 形状记忆合金在土木工程中的应用

形状记忆合金(SMA)是一类具有形状记忆效应(Shape Memory Effect)的智能合金材料。具有形状记忆效应的合金包括Ni—Ti，Cu—Zn—Al，Cu—Al—Ni以及聚氨基甲醇乙醇等。作为一种新型的功能性材料，形状记忆合金其最显著的优点之一就是在激发材料的形状记忆效应时，材料能产生很高的回复应力(700 MPa以上)和回复应变(8％左右)，并且还具有很强的能量储存和能量传输能力。利用这一特性就可把材料埋植在各种结构中，进行结构的自增强、自增韧、自诊断和自适应控制的研究与应用，同时也可将材料制成智能型驱动器，进行结构的裂缝、损伤、变形及振动的主动隔振等方面的研究与应用。

形状记忆合金的另一个显著的优点是相变伪弹性性能和相变滞后性能，其应力一应变曲线在加卸载过程中形成环状，这说明材料在此过程中可吸收和耗散大量的能量。试验结果表明，形状记忆合金的相变回复力也很高，其值可达近400 MPa。根据这一特性就可研制具有相变伪弹性性能的形状记忆合金被动耗能器或被动耗能控制系统，以便进行土木工程结构的被动耗能抗震控制。

目前，国外已将形状记忆合金耗能器用于砌体结构和钢筋混凝土结构的被动抗震控制设计，同时也有用于古建筑抗震加固的应用实例，还有将形状记忆合金制成主动阻尼控制系统的研究。用 TiNi 形状记忆合金作为隔音材料及探测地震损害控制的潜力已显示出来。已试验了桥梁和建筑物中的应用，因此作为隔音材料及探测损害控制的应用已成为一个新的应用领域。

2．2压电材料在土木工程中的应用

将压电体集成于传统的结构中，利用压电传感元件感知结构的振动模态，并根据其输出，再通过相应的控制算法确定压电作动体的输入，以实现结构振动的主动控制，是目前压电类智能结构应用研究的前沿和热点。为此，许多研究人员先后利用压电陶瓷(ZPT)作为加速度传感器和驱动体研究了任意复杂激励下压电层合结构的主动阻尼和被动阻尼以及主动振动控制等问题，还有的学者根据经典复合板理论，采用加速度反馈控制方法讨论了利用压电传感元件实现复合材料层合梁的主动阻尼控制并进行了试验研究。特别是近年来压电材料和压电堆技术的迅速发展，为压电类智能结构的研究和应用开辟了许多新领域。

目前压电材料和压电堆技术广泛应用于土木工程结构的静变形控制能、噪声主动控制、健康监测、安全评定和自适应修复以及抗震抗风等多个领域。

2．3光导纤维在土木工程中的应用

光导纤维是一种由外包层和内芯构成的纤维状光通信介质材料，这种先进的信息传输材料最先被用于通信传输系统，而且其研究发展速度很快。原因是作为信息载体的光子要比电子的速度容量与空间容量优越得多。光子响应速度比电子高出三个数量级。光子的高并行处理能力和高信息率等特性，使其具有远高于电子信息容量与处理速度的潜力。

目前，在传统的混凝土结构中埋人光纤作为传感元件进行结构强度、裂缝、损伤、变形、振动、钢筋锈蚀和施工质量等方面的自动诊断、监测、预报、控制和评价，同时再埋人驱动元件(如形状记忆合金等)，并将控制元件和信息处理系统与之结合，形成具有智能功能的混凝土结构，从而实现混凝土结构的自检测、自诊断、自适应和自修复等，也是智能材料结构系统在土木工程中的研究与开发应用的热点和前沿。

光纤材料是土木工程结构健康诊断及其地震响应主动控制中传感器设计的理想材料。早在20世纪80年代的时候美国就已经将光纤维材料应用于桥梁的振动监测，我国也已经将光纤材料用于三峡大坝健康监测和安全评定系统中。

2．4 压磁材料在土木工程结构中的应用

磁流变液(MRF)悬浮体系，在外加磁场的作用下，它们的粘性、塑性、弹性等流变性能会发生显著的可逆变化。且当外加场强超过临界值后，磁流变液会在几毫秒内从液态变为固态。在显微镜下可以观察到，在磁场的作用下，磁流变液的分散相颗粒结成了沿磁场方向的链状结构。由于磁流变液的特性可以在介于液体和固体的属性之间进行可控(由外加磁场直接控制流体的流变特性)、快速(响应时间只有几毫秒)和可逆的转变的独特性质，而且对流体的特性实施控制时所需的能量又较低，变化动态范围大，易于大面积铺放、成本低，磁流变液成为智能结构中作动器件的主要材料。

目前，人们主要将磁流变液应用到减振器、离合器、柔性机械卡具、机器人手臂、液压阀门、直升机旋翼、油缸运动的控制桥路以及电源的高速开关等各个领域，已设计出了一些应用磁流变液的高性能参数可控的减振器、离合器、隔振器等新产品，在土木工程领域主要应用于高层建筑、电视塔、大跨网架和大跨桥梁等土木结构地震的半主动控制。

另外，磁致伸缩智能材料也在土木工程的研究中得到了广泛的重视。磁致伸缩智能材料是一类磁致伸缩效应强烈，具有高磁致伸缩系数并具有电磁能／机械能可逆转换功能的材料。磁致伸缩材料在智能材料与结构领域中光纤材料主要用于传感、监测和远距离信息传具有较好的应用前景，目前这类材料已广泛用于声纳系统、大功率超声器件、精密定位控制、各种阀门和驱动器件等。

3结语.

智能材料与我们的生活息息相关，其在土木工程结构中的研究与应用更是展现出独特的优越性能和广阔的应用前景，智能材料的发展将推动结构的智能监测与诊断系统的研究与应用，为结构自修复、自愈合功能的研究和设计提供应用基础。智能材料与结构系统及其应用技术的兴起与发展不仅意味着结构功能的增强，结构使用效率的提高和结构设计形式的优化，更重要的是对传统土木工程的结构设计、建造、维护及使用控制等许多观念的更新起了重大的推进作用。

参考文献：

[1]郑智能，张永兴，董强.智能材料及其在土木工程中的应用.重庆交通学院学报. 2005,06

[2]邓友生,孙宝俊.智能材料系统及其在土木工程中的应用研究.建筑技术.2005,36(2)

[3]任勇生.智能材料在土木结构监测和振动控制中的应用.太原理工大学学报.2000,05

[4]谢建宏,张为公,梁大开.智能材料结构的研究现状及未来发展.材料导报.2006,11.

[5]程显,文关群.智能材料在土木工程中的应用.工程与建设.2006,01

感想：

冬季学期研讨课结束了，虽然只有短短五周，却学到了不少东西。印象最深的是程老师的全英文PPT，虽然看不懂，但深深体会到材料学科的学术严谨之风，更觉高端大气上档次，让人一下子静下心来投入到课程中去。也许是氛围太严肃了吧，每节课都有打瞌睡的人，自己有时候也克制不住，听着听着就快睡了，毕竟这是充斥着一大堆陌生学术名词的理科课，兴奋点不多。所以，在此提点小小建议供老师参考：

1，可在每节课上适当放几分钟科学视频等引起我们的兴趣，让我们“兴奋”起来。2，分小组时应明确组长的责任与作用，并对组长和课堂展示的同学（两者不能为一人）以加分为奖励，鼓励同学们积极参与小组讨论与竞选。

最后，衷心地希望“智能材料与科学”这门课可以越办越精彩，同时也祝老师万事如意，新春快乐啦。

几种智能材料在一些领域中有应用1

上课班级：2班学院：艺术学院姓名：王定波专业：雕塑学号：1016040104 几种智能材料在一些领域中的应用 智能复合材料成型工艺的在线监控技术 智能结构健康监控系统的研究 智能结构振动主动控制系统的研究 形状自适应改变智能结构的研究 智能蒙皮的研究 1、建筑和结构工程领域 将建筑和结构传感元件、微型计算机芯片、形状记忆合金’电流变体及压电材料等经设计后复合在结构体中，可研制出带有感知用判断能力，可自动加固用防护的自适应性智能结构，实现在线监测、自诊断、自预警、自修复，防止灾难性事故的发生。 ●自诊断混凝土 ●自愈合混凝土 2、航空航天领域 能经受恶劣环境，同时能对自己的状况进行自我诊断，并能阻止损坏和退化，能自动加固或自动修补裂纹，从而防止灾难性事故的发生。

a.机翼用智能材料：在高性能复合材料中嵌入细小的光纤，光纤象神经那样 感受机翼上承受的不同压力，光纤断裂时，光传输中断，发出事故警告。 b.自动加固的直升飞机水平旋转叶片：当叶片在飞行中遇到疾风作用而猛烈 振动时，分布在叶片中微小液滴会变成固体自动加固叶片。 c.智能蒙皮：对于飞行器如飞机、火箭、卫星及潜水艇等，具有随外界条件 变化而变化以及探测周围环境的能力的表皮（蒙皮）。 d.检测飞行速度、温度、湿度等各种条件，并能对变化的环境做出反应，如 抑制噪声和振动、维持飞行器座舱的通风、温度恒定、改变机翼形状等。 e.对于材料内部的缺陷和损伤，能进行自诊断，确定缺陷和损伤的部位并进 行自我修复、自适应。 3、抑制振动和噪声 传感元件对结构的振动进行监测，驱动元件在微电子的控制下准确地动作以改变结构的振动状态 ——具有振动和噪声主动控制功能的智能结构。 成功应用：减轻交通工具如汽车、飞机振动和噪声。 ●压电材料 将压电材料置于结构表面或内部用来感测振动，利用经过放大的输出功率去驱动另一个粘贴于下同区域的压电材料，为减小振动反应。这种方法已经成功地应用在降低圆柱型卫星天线桅杆的振动。 ●电（磁）流变体 在复合材料悬臂梁的空腔内注入电流变体，通过外电场改变电流变体的状态，从而实时控制梁的刚度、阻尼，实现了对结构整体振动的主动控件。 4、用于机器人 ●形状记忆合金能够感知温度或位移的变化，可将热能转换为机械能。如果 控制加热或冷却，可获得重复性很好的驱动动作。 ●刺激响应性高分子凝胶 在机器人中应用：触觉传感器、机器人手足和筋骨动作部分等。 5、在医学领域的应用 ●智能药物释放体系——以智能材料为载体材料，根据病情所引起的化学物

智能材料结课论文

高分子智能材料 摘要：从合成、加工、新产品开发及其应用诸方面综述了智能高分子材料，如智能高分子凝胶、形状记忆高分子材料、智能织物、智能高分子膜和智能高分子复合材料等的研究进展，展望了其发展前景，并阐述了智能高分子材料的潜在应用领域。 关键词：高分子材料；智能材料；智能化 一引言 材料的发展经历着结构材料→功能材料→智能材料→模糊材料的过程[1]。智能化是指材料的作用和功能可随外界条件的变化而有意识地调节、修饰和修复[2]。 智能材料的构想来源于仿生学，它的目标就是想研制出一种材料，使它成为具有类似于生物的各种功能的“活”的材料。因此智能材料必须具备感知、驱动和控制这三个基本要素。但是现有的材料一般比较单一，难以满足智能材料的要求，所以智能材料一般由两种或两种以上的材料复合构成一个智能材料系统。这就使得智能材料的设计、制造、加工和性能结构特征均涉及到了材料学的最前沿领域，使智能材料代表了材料科学的最活跃方面和最先进的发展方向。 纵观材料发展，经历了单一型、复合型和杂化型，进而发展为异种材料间不分界的整体式融合型材料，最近几年兴起的智能材料是受集成电路技术的启迪而构思的三维组件式融合性材料。它是通过在原子、分子及其团簇等微观、亚微观水平上进行材料结构设计和控制，赋予材料自感知（传感功能）判断、自结构（处理功能）和自指令（相应功能）等智能性。 由此可知，智能材料不同于以往的传统材料，它模仿生命系统，具有传感、处理和响应功能，而且较机敏材料（只能进行简单线性响应）更近于生命系统，它能根据环境条件的变化程度实现非线性响应已达到最佳适应效果。早在1970年代，田中丰一就发现了智能高分子现象，即当冷却聚丙烯酰胺凝胶时，此凝胶由透明逐渐变得浑浊，最终呈不透明状，加热时，它又转为透明[3]。1980年代，出现了用来制造高分子传感器、分离膜、人工器官的智能高分子材料。1990年

土木工程材料(简答题含答案)归纳.doc

简答题 1.简述土木工程材料的主要类型及发展方向。 (1).主要类型：①土木工程材料按使用功能可分为：承重材料、围护材料、保温隔热材料、防水材料和装饰材料等5种；②按化学成分可分为：有机材料、无机材料和复合材料等3种。 (2).发展方向：①从可持续发展出发；②研究和开发高性能材料；③在产品形式方面积极发展预制技术；④在生产工艺方面要大力引进现代技术。 2.简述发展绿色建筑材料的基本特征。 ①建材生产尽量少使用天然资源，大量使用尾矿、废渣、垃圾等废弃物；②采用低能耗、无污染环境的生产技术；③在生产过程中不得使用甲醛、芳香族、碳氢化合物等，不得使用铅、镉、铬及其化合物制成的颜料、添加剂和制品；④产品不仅不损害人体健康，而且有益于人体健康；⑤产品具有多功能，如抗菌、灭菌、除霉、除臭、隔热、保温、防火、调温、消磁、防射线、抗静电等功能；⑥产品可循环和回收利用，废弃物无污染排放以防止二次污染。 3.简述石灰的主要特点及用途。 (1).特点：①可塑性和保水性好；②硬化速度慢，强度低；③耐水性差，硬化时体积收缩大。 (2).用途：①配制石灰砂浆和灰浆；②配制石灰土和三合土；③生产硅酸盐制品；④制造碳化制品； ⑤生产无熟料水泥。 4.简述建筑石膏的主要特性及应用。 (1).特性：①凝结硬化快；②硬化时体积微膨胀；③硬化后孔隙率较大，表观密度和强度较低；④防火性能好；⑤具有一定的调温、调湿作用；⑥耐水性、抗冻性和耐热性差。 (2).应用：①制作石膏抹面灰浆；②制作石膏装饰品；③制作各种石膏板制品。 5.简述水玻璃的主要特性及应用。 (1).特性：①黏结性能良好；②耐酸腐蚀性强；③耐热性良好；④抗压强度高。 (2).应用：①涂刷建筑物表面；②用于土壤加固；③配制速凝防水剂；④配制水玻璃矿渣砂浆；⑤配制耐酸、耐热砂浆及混凝土。 6.简述孔隙对材料性质的影响。 ①孔隙率越大材料强度越低、表观密度越小；②密实的材料且为闭口孔隙的材料是不吸水的，抗渗性、抗冻性好；③粗大的孔隙因水不易留存，吸水率常小于孔隙率；④细小且孔隙率大、开口连通的孔隙具有较大的吸水能力，抗渗性、抗冻性差。 7.土木工程材料的基本性质包括哪些？各性质之间有何内在联系及相互影响？ (1).基本性质：①材料的物理性质：密度、表观密度、毛体积密度、堆积密度、密实度、孔隙率、填充率、空隙率、间隙率；②材料的力学性质：强度、比强度、弹性变形和塑性变形、徐变、脆性、韧性、硬度、耐磨性；③材料与水有关的性质：亲水性、憎水性、吸水性、吸湿性耐水性、抗渗性、抗冻性；④材料的热物理性质：导热性、热容量、温度变形；⑤材料的耐久性；⑥材料的安全性。 (2).内在联系及相互影响：（空）

新型土木工程材料

新型土木工程材料 摘要：土木工程材料是我国经济发展和社会进步的重要基础原材料之一。人类进入21世纪以来，对生存空间以及环境的要求达到了一个前所未有的高度。这对土木工程材料的生产研究使用和发展提出了更新的要求和挑战。特别是小康社会的建设和城镇化的全面推进，乃至整个现代化建设的实施，预示着我国未来几十年的经济发展和社会进步对土木工程材料有着更大的市场需求，也意味着我国土木工程材料领域有着巨大的发展空间。因此，了解土木工程材料的发展状况、把握土木工程材料的发展趋势显得尤为重要。 关键词：新型土木工程材料发展环保 引言：随着人类文明及科学技术的发展，土木工程材料的不断进步与改善。现代土木工程中，尽管传统的土、石等材料的主导地位已逐渐被新型材料所取代。目前，水泥混凝土、钢材、钢筋混凝土已是不可替代的结构材料；新型合金、陶瓷、玻璃、有机材料及其他人工合成材料各种复合材料等在土木工程折中占有愈来愈重要的位置。 材料在土木工程建设中的作用：土木工程建筑物形成的过程，主要是根据材料性能而设计成适当的结构形式，并按照设计要求将材料进行构筑或组合的过程。在此过程中，材料的选择是否正确，材料的使用是否科学，材料的构筑是否合理，不仅直接决定了建筑物的质量或使用性能，也直接决定着工程的成本。因此，材料的性能直接决定了工程的设计方法和准则，也决定着工程的建造技术于构筑方式，对土木工程建设各方面都具有重要的影响。

1.材料对土木工程质量的影响质量是土木工程建设中追求的第一目标，而工程质量的优劣与所采用材料的质量水平以及使用的合理与否具有直接的关系。通常，材料的品种、组成、构造、规格及使用方法等对土木工程的结构安全性、坚固耐久性及适用性等工程质量指标都有直接的影响。以往工程实践表明，从材料的选择、生产、使用、检验评定，到材料的贮运、保管等环节都必须做到科学合理；否则，任何环节的失误都可能造成工程的质量缺陷，甚至是重大质量事故。国内外土木工程的重大质量事故多与材料的质量不良或使用不当有关。 2.材料对土木工程造价及资源消耗地影响在一般土木工程的总造价中，与材料直接有关的费用占50％以上。在工程建设中，材料的选择、使用和管理是否合理。对其工程成本的影响很大。在有些工程或工程的某些不为，可选择的材料品种很多。虽然采用不同的材料或不同的使用方法，但在土木工程中最终的体现效果相近，但是所学要的成本以及所消耗的资源相差可能很大。为此，可以通过优化选择和正确与充分使用材料，在满足工程各项使用要求的条件下，见地材料的资源消耗或能源消耗，节约与材料有关的费用。因此，从工程技术经济及可持续发展的角度来看，正确选择和使用材料，在土木工程建设中有着十分重要的意义。 3.材料对土木工程技术的影响土木工程建设过程中，工程的设计方法、施工方法往往都与材料密切有关，材料的性能直接决定了土木工程所采用的结构形式、使用方法或操作技术工艺等。通常情况下，

智能材料

智能材料及其在医学领域的应用 目录 1、智能材料的概述 1.1智能材料的定义和基本特征........................................................ 1.2智能材料的构成............................................................................ 1.3智能材料的分类............................................................................ 1.4智能材料的制备............................................................................ 2、智能材料的应用领域 2.1智能材料的研究方向................................................................... 2.2智能材料在医学上的应用............................................................ 2.3智能材料在医疗方法中的应用....................................................

2.4智能材料在医学器械方面的应用................................................. 3、结束语.................................................................... 4、参考文献................................................................ 摘要本文综合评述了智能材料的研究、应用和进展。对智能材料与结构的概念进行了描述，全面总结了智能材料智能材料生物医药方面的应用, 探讨了智能材料光明的应用前景和发展趋势。 关键词智能材料；医学应用；发展 1智能材料的概述 1.1定义：智能材料（Intelligent material），是一种能感知外部刺激，能够判断并适当处理且本身可执行的新型功能材料。智能材料是继天然材料、合成高分子材料、人工设计材料之后的第四代材料，是现代高技术新材料发展的重要方向之一，将支撑未来高技术的发展，使传统意义下的功能材料和结构材料之间的界线逐渐消失，实现结构功能化、功能多样化。科学家预言，智能材料的研制和大规模应用将导致材料科学发展的重大革命。 基本特征：因为设计智能材料的两个指导思想是材料的多功能复合和材料的仿生设计，所以智能材料系统具有或部分具有如下的智能功能和生命特征： （1）传感功能（Sensor）

智能材料的研究现状与未来发展趋势

龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/905223404.html, 智能材料的研究现状与未来发展趋势 作者：邓焕 来源：《科学与财富》2017年第36期 摘要：智能材料这一概念在上世纪80年代首次被提出，近年来，关于智能材料在航空航天领域的研究与应用被频繁提及。由于智能材料具备着结构整体性强、可塑性高、功能多样化等优点，因此在航空航天领域得到了广泛的研究与使用，首先根据功能性的不同对智能材料进行了系统的分类与概述，然后对当前智能材料在航空航天领域的主要应用进行了系统性的分析与总结，最后对智能材料在未来的航空航天的应用前景中进行了进一步地展望。 关键词：智能材料；复合材料；航空航天；功能多样化 1 引言 进入二十一世纪以来，全球各大航空航天强国在航天航空领域投入了大量的研发资金，而作为航空航天领域重要环节的航天材料，近年来也不断有着新的突破，而其中被提及最多的就是智能材料在航空航天领域的应用。在智能材料的范畴中，智能复合材料最具有代表性，智能复合材料主要具备着：外界环境感知功能；判断决策功能；自我反馈功能；执行功能等。此外，由于当前智能复合材料都向着轻量化、低成本化的方向发展，因此在航天领域复合材料的设计结构以及使用用途上都有着不同的侧重发展方向。而近年来国内外各国也均加快了各自在该领域的研发使用发展进度，主要的研究大方向还是集中在了智能检测、结构稳定性、低成本化等方向上，本文着重对相关部分进行系统性的概述与总结。 2 航空航天领域智能复合材料的功能介绍 在航空航天领域中，国内外普遍利用智能复合材料以实现在降低航空航天飞行器的自身重量的前提下保证系统结构的稳定性，其次根据复合智能材料具备智能检测自身系统内部工作状态和自愈合等功能实现航空航天材料在微电子与智能应用方向的交叉发展。 2.1 智能复合材料在航天结构检测方向的应用 智能复合材料在航空航天器中的应用，主要是通过将传感器以嵌入的方式与原始预浸料铺层以及湿片铺层等智能复合材料紧密键合，最终集成在控制芯片控制器上实现对整个系统的实时监控诊测、自我修复等供能，值得注意的是，在这一过程中，智能化不仅仅是符合材料的必要功能，复合材料在很大程度上可以有效承受比传统应用材料更大外界机械压力[1]。 除此之外，由于智能复合材料作为传感器的铺放衬底，因此智能复合材料还可以实现对整个材料内部结构的状况进行收集并且将出现的诸如温度异常、结构异常、表面裂痕等隐患及时反馈至中央处理器，这在一定程度上可以有效实现整个系统内部的检测与寿命预测，在这方面的技术上，美国的Acellent公司研发的缠绕型复合材料以压力感应的形式，按照矩形布线形式

土木工程材料知识点)

1、孔隙率及孔隙特征对材料的表观密度、强度、吸水性、抗渗性、抗冻性、导热性等性质有何影响？ 对表观密度的影响：材料孔隙率大，在相同体积下，它的表观密度就小。而且材料的孔隙在自然状态下可能含水，随着含水量的不同，材料的质量和体积均会发生变化，则表观密度会发生变化。 对强度的影响：孔隙减小了材料承受荷载的有效面积，降低了材料的强度，且应力在孔隙处的分布会发生变化，如：孔隙处的应力集中。 对吸水性的影响：开口大孔，水容易进入但是难以充满；封闭分散的孔隙，水无法进入。当孔隙率大，且孔隙多为开口、细小、连通时，材料吸水多。 对抗渗性的影响：材料的孔隙率大且孔隙尺寸大，并连通开口时，材料具有较高的渗透性；如果孔隙率小，孔隙封闭不连通，则材料不易被水渗透。 对抗冻性的影响：连通的孔隙多，孔隙容易被水充满时，抗冻性差。 对导热性的影响：如果材料内微小、封闭、均匀分布的孔隙多，则导热系数就小，导热性差，保温隔热性能就好。如果材料内孔隙较大，其内空气会发生对流，则导热系数就大，导热性好。 2、建筑钢材的品种与选用 建筑钢材的主要钢种 1）碳素结构钢:牌号的表示方法： Q 屈服点数值—质量等级代号脱氧程度代号Q235—BZ Q235——强度适中，有良好的承载性，又具有较好的塑性和韧性，可焊性和可加工性也较好，是钢结构常用的牌号，大量制作成钢筋、型钢和钢板用于建造房屋和桥梁等。Q235良好的塑性可保证钢结构在超载、冲击、焊接、温度应力等不利因素作用下的安全性，因而Q235能满足一般钢结构用钢的要求 Q235-A一般用于只承受静荷载作用的钢结构。含C0.14~0.22% Q235-B适用于承受动荷载焊接的普通钢结构，含C0.12~0.20% Q235-C适用于承受动荷载焊接的重要钢结构，含C≤0.18% Q235-D适用于低温环境使用的承受动荷载焊接的重要钢结构。含C≤0.17% 2)低合金高强度结构钢:牌号的表示方法：Q 屈服点数值质量等级代号 由于合金元素的强化作用，使低合金结构钢不但具有较高的强度，且具有较好的塑性、韧性和可焊性。低合金高强度结构钢广泛应用于钢结构和钢筋混凝土结构中，特别是大型结构、重型结构、大跨度结构、高层建筑、桥梁工程、承受动力荷载和冲击荷载的结构。 3、常用建筑钢材 1)低碳钢热轧圆盘条:强度较低，但塑性好，便于弯折成形，容易焊接。主要用做箍筋，以及作为冷加工的原料，也可作为中、小型钢筋混凝土结构的受力钢筋。 2)钢筋混凝土用热轧钢筋:钢筋混凝土用热轧钢筋共分为四级钢筋，根据其表面状态分为光圆钢筋和带肋钢筋。I级钢筋为光圆钢筋，其余三级为带肋钢筋。I级钢筋不带肋，与混凝土的握裹力不好，其末端需做180?弯钩。 I级钢筋由碳素结构钢轧制，其余均由低合金钢轧制。I级钢筋的强度较低，但塑性及焊接性能很好，便于各种冷加工，因而广泛用作普通钢筋混凝土构件的受力筋及各种钢筋混凝土结构的构造筋。 HRB335级和HRB400级钢筋的强度较高，塑性和焊接性能也较好，故广泛用作大、中型钢筋混凝土结构的受力钢筋。 HRB500级钢筋强度高，但塑性和可焊性较差，可用作预应力钢筋。

土木工程材料的发展趋势

土木工程材料是指土木工程中使用的 各种材料及制品，它是土木工程的奠基石。 在我国现代化建设中，土木工程占有极为重 要的地位。由于组分、结构和构造的不同， 土木工程材料品种繁多、性能各不相同、价 格相差悬殊，同时在土木工程中用量巨大， 因此，正确选择和合理使用土木工程材料， 对整个土木工程的安全、实用、美观、耐久 及造价有着重大意义。 一般的来说，各类土木工程设施都会对它所采用的材料提出种种要求，譬如“坚固、耐久”是对所有材料的共同要求；不同的土木工程设施还会对材料提出“耐火、防水、耐磨、隔热、绝缘、抗冲击”等多种要求；甚至是抗辐射这样的特殊需要。归纳起来，土木工程材料的基本要求是：必须要有足够的强度，能够安全的承受荷载；材料自身的重量以轻为宜（即表观密度较小），以减少下部结构和低级的负载;具有与使用环境相适应的耐久性，以减少维修费用；用于装饰的材料，应能美化建筑，产生一定的艺术效果；用于特殊部位的材料，应具备相应的特殊功能，例如屋面材料能隔热、防水，楼板和内墙材料能隔声。 材料是一切土木工程的物质基础。在材料的选择、生产、储存、保管和检验评定等各个环节中，任何环节的失误都有可能造成土木工程的质量缺陷，甚至造成重大质量事故。所以我们通过物理性质等方面衡量土木工程材料的好坏。这些基本性质是： 1、材料的力学性质： A强度与比强度B材料的弹性与塑性 C脆性和韧性D硬度和耐磨性； 2、材料与水有关的性质： A材料的亲水性与憎水性B材料的含 水状态C材料的吸湿性和吸水性D 耐水性E抗渗性F抗冻性； 3、材料的热性质： A热容性B导热性C热变形性； 4、材料的耐久性，是指用于构筑物的材料在环境的各种因素影响下， 能长久的保持其性能的性质。 土木工程材料是随着人类社会生产力和科学技术水平的提高而逐步发展起 来的。人们最早穴居巢处，后来进入能够制造 简单的石器时代、铁器时代，才开始挖土、凿 石为洞，伐木搭竹为棚，利用天然建材--石块 木材。公元前12~~4世纪前后先后创制了砖和 瓦。人类才有了用人造材料制成的房屋。土木 工程材料有天然材料进入人工生产阶段，围剿 大规模的建造房屋创造了条件。17世纪有了

《新型土木工程材料》

中国矿业大学 《新型土木工程材料》课程考试作业 学院：环测学院 专业：测绘工程 班级： 13- 04班 姓名：张磊 学号： 06132292 得分： 新型防水材料的发展与应用

张磊 摘要：人类建设的各种建筑物的围护结构都要有一定的防水、防湿气以及其他有害液体和气体的侵蚀的能力，而这种分隔结构的构成材料则被我们称为防水材料。传统的防水材料是三毡四油。随着社会的进步与发展，我们已经逐渐摒弃了传统的防水材料，开始使用一些新开的发出来的建筑防水材料主：SBS/APP改性沥青防水卷材、高分子防水卷材、防水涂料、玻纤沥青瓦、自黏防水卷材等新型防水材料，以及以石油沥青纸胎油毡、沥青复合胎柔性防水卷材为主的沥青油毡类防水卷材等。本文针对目前市面上几种比较热门的新型防水材料进行分析评价，来了解防水材料对我国设施建设所带来的各种影响。 关键字：防水材料高分子防水卷材沥青油毡类防水卷材 Development and application of new waterproof materials Zhanglei Abstract:Envelope of various buildings Construction of humanity must have a waterproof, anti-moisture and erosion ability of other hazardous liquids and gases, and the constituent material of this separation structure we were called waterproof material. The traditional waterproof material three felt four oil. With social progress and development, we have gradually abandoned the traditional waterproof material, begin to use some of the newly opened issued to the main building waterproof materials: SBS / APP modified bitumen membrane, waterproofing, waterproof coating , fiberglass asphalt shingles, self-adhesive waterproofing membrane waterproofing and other new materials, as well as oil fetal asphalt felt paper, asphalt composite fetal flexible waterproofing membrane consisting mainly of asphalt waterproofing membrane and the like. In this paper, several currently on the market more popular new waterproof materials analysis and evaluation, to understand the variety of waterproof material impact on our facilities brought.

土木工程材料笔记

土木工程材料(笔记) csl 2011.3

第一章. 土木工程材料的基本性质 结构：宏观，细观，微观(晶体、玻璃体、胶体)。 §1-1物理性质 一、基本性质：密度ρ 表观密度0ρ 堆积密度0 ρ' 孔隙率P 空隙率P ' 相关公式：)1(0ρ ρ-=P V 1 -0 2?=H k m m P ρ干饱 )1(0 0ρρ'- ='P 亲、憎水性——润湿角 吸水性——重量吸水率W m ， 体积吸水率W v 二、与水有关性质 吸湿率——含水率 耐水性——软化系数：系数↑，耐水性↑ 抗渗性——渗透系数，抗渗等级 相关公式: 干 干 饱干 m m -m 2= = m m W O H m k 1 m -m 22P V V V W O H O H V =?= = ρ干饱干 0ρ?=m V W W 干饱00ρρ-=V W 三、孔隙对性能的影响：孔隙↑，强度↓，导热系数↓，热容↓，与抗冻无关 吸水率↑，透气透水性↑ 压拉弯剪 211mm N MPa = §1-2力学性质 比强度: 0ρf 轻质高强的指标 弹塑脆韧性 §1-3耐久性：耐水，抗渗，抗冻，耐候，其他 第二章．无机胶凝材料:气硬,水硬 §2-1气硬性 原料与生产: O H CaSO 245.0?α 高强：晶体粗大结实，比表面积小 O H CaS 245.00?β 建筑：(与上相反) 水化硬化：水化→CaSO 4. 0.5H 2O(晶体) 一、石膏 凝结硬化 凝结：初、终凝 硬化：快，加缓凝剂，微膨胀 指标：强度，细度，凝结时间 特性：强度低，孔隙率大，隔音保温，防火好 生产 欠火石灰（不能消解） 过火石灰，消解缓慢——陈伏 二、石灰 熟(消)化→Ca(OH)2 放热，体积↑ 硬化 干燥结晶，析出Ca(OH)2 碳化硬化→CaCO 3 慢，表为CaCO 3，内为Ca(OH)2 特性：可塑性，保水性好，强度低，易开裂，耐水性差，吸湿性强 生产-- 湿法，干法 三、水玻璃 模数：SiO 2与Na 2O 的分子比n 硬化→无定形硅酸，缓慢，加促硬剂(Na 2SiF 6 氟硅酸钠) 特性：粘结力强，强度高，耐热高，不耐碱、水、渗 四、比较 强度：水玻璃>石膏>石灰 硬化速度：石膏>石灰>水玻璃 { { { { {

智能材料的种类、来源与功能

智能材料 定义：智能材料是模仿生命系统，能感知环境变化，并能实时地改变自身的一种或多种性能参数，作出所希望的、能与变化后的环境相适应的复合材料或材料的复合。 智能材料的分类 一．按材料种类 1.1金属系智能材料 1.2无机非金属系智能材料 1.3高分子系智能材料 1.3.1记忆功能高分子材料 1.3.1.1应力记忆高分子材料 1.3.1.2形状记忆高分子材料 1.3.1. 2.1反式聚异戊二烯（trans-polyisoprene,TPI） 特点：形变量大、加工成型容易、形状回复温度可调整、耐溶剂性好、耐 酸碱、高度的绝缘性、极好的耐寒性、耐臭氧性 主要原料：巴拉塔胶、杜仲胶和古塔波胶，以及人工合成的反式聚异戊二 烯。 应用：○1土木建筑，如固定铆钉、空隙密封、异径管连接等；○2机械制造，如自动启闭阀门、热收缩管、防音辊、防震器、连接装置、衬里材料、 缓冲器等；○3电子通讯，如电子集束管、电磁屏蔽材料、光记录媒体、 电缆防水接头等；○4印刷包装，如热收缩薄膜、夹层覆盖、商标等； ○5医疗卫生，如人工假肢套、绷带、夹板、矫形材料、扩张血管、四 肢模型材料等；○6日常用品，如便携式餐具、头套、人造花、领带、 衬衣领、包装材料等；○7文体娱乐，如文具、教具、玩具、体育保护 器材；○8科学试验，如大变形的应变片；○9其它，如商品识伪、火灾 报警、口香糖基料、服装定型剂、丝绸印染剂、用于机械零件模拟实 验等。 1.3.1. 2.2聚降冰片烯（polynorbornene） 特点：○1分子内没有极性官能团和一般橡胶具有的交联结构，属于热 塑性树脂，可通过压延、挤出、注射、真空成型等工艺加工成 型，但由于分子量太高，加工较为困难；○2Tg接近人体温度， 室温下为硬质，适于制造人工织物，但此温度不能任意调整；○3 充油处理后变成JIS硬度为15的低硬度橡胶，具有较好的耐湿 气性和滑动性；○4未经硫化的式样强度高，具有减震性能。 构成：由环戊二烯与乙烯在狄尔斯-阿尔德（Diels-Alder）催化条件下 反应合成降冰片烯，在通过开环聚合而得到含双键和五元环交 替结合的无定形高分子化合物的。 1.3.1. 2.3苯乙烯—丁二烯共聚物(styrene-butadiene copolymer)

土木工程智能材料的应用发展研究

土木工程智能材料的应用发展研究 0引言 随着材料技术的快速发展，越来越多的高新技术被运用到工程材料的研发中，各种新型材料层出不穷，以复合材料为基础发展而来的智能材料，为解决相应材料的力学问题提供了科学牢靠的途径。作为有着多学科交叉背景的综合学科，智能材料为土木工程中日益复杂的结构提供了实现的可能性，因此这一学科的研究也日益受到重视。诸如大跨度桥梁、高层建筑、水利枢纽、海洋钻井平台以及油气管网系统之类的基建设施，在其较长的使用期中，外界各种不利作用会使得组成这些结构的材料发生不可逆的变化，从而导致结构出现不同程度地性能衰减、功能弱化，甚至会诱发重大工程事故。若是能将智能材料运用到对这些超规模的工程结构物中，能够时刻评定相应的安全性能、监控损伤，并智能修复，则将为未来工程建设提供新的发展思路。所谓智能材料，是指随时能够对环境条件及内部状态的变化做出精准、高效、合适的响应，同时还具备自主分析、自我调整、自动修复等功能的新材料。受仿生学科的启发，其目标是要开发出能运用到具体工程中、将无机材料变得有生命活力。二十世纪90年代初逐渐兴起的智能材料结构系统，吸引了包括物理、化学、电子、航空航天、土木工程等领域的研究者涉足其中，取得了丰硕的成果。

1智能材料的概念及特点 智能材料发源于“自适应材料”（AdaptiveMate-rial），在Rogers和Claus等人的努力下，智能材料系统逐渐受到全世界各国官方机构的认可与重视，发展迅速。智能材料（IntelligentMaterial，IM）当前没有一个明确的定义，不过大体上都是根据功能做出相应的定义，是继天然材料、合成高分子材料、人工设计材料之后的第四代材料，具有不可限量的前景。智能材料产生的背景决定了其所具有的独特优势，决定了其终将会带来材料科学的重大革新。通常而言，智能材料主要以下七大功能：（1）传感：能够对内外部的作用进行监控与鉴别；（2）反馈：将监控获取的信息进行传输以及反馈；（3）信息识别与积累：识别并记忆反馈来的信息；（4）响应：对内外部的变化做出灵活有效的反应；（5）自诊断：对内外部信息实施自行诊断、分析、评判等；（6）自修复：依特定的方法修复系统的故障；（7）自适应：待外部作用消失后可恢复原状。在具体的工程中，若要实现这么多的功能，仅仅依靠单一材料是无法实现的，因此通常情况下都是通过多种智能材料的组合才能达到目的。 2智能材料在土木工程结构中的应用 2.1光导纤维 光纤维的主要化学成分为二氧化硅，作为信息传递的绝佳介质，有着其他任何材料无法比拟的传导能力。材料主要由内层圆柱

《土木工程材料》知识点

《土木工程材料》重要知识点 关注各章习题：选择题、判断题、是非题 一、材料基本性质 （1）基本概念 1.密度：材料在绝对密实状态下单位体积下的质量； 2.体积密度：材料在自然状态下单位体积（包括材料实体及开口孔隙、闭口孔隙）的质量，俗称容重； 3.表观密度：单位体积（含材料实体及闭口孔隙体积）材料的干质量，也称视密度； 4.堆积密度：散粒状材料单位体积（含物质颗粒固体及其闭口孔隙、开口孔隙体积以及颗粒间孔隙体积）物质颗粒的质量； 5.孔隙率：材料中的孔隙体积占自然状态下总体积的百分率 6.空隙率：散粒状材料在堆积体积状态下颗粒固体物质间空隙体积（开口孔隙与间隙之和）占堆积体积的百分率； 7.强度：指材料抵抗外力破坏的能力（材料在外力作用下不被破坏时能承受的最大应力） 8.比强度：指材料强度与表观密度之比，材料比强度越大，越轻质高强； 9.弹性：指材料在外力作用下产生变形，当外力取消后，能够完全恢复原来形状的性质； 10.塑性：指在外力作用下材料产生变形，外力取消后，仍保持变形后的形状和尺寸，这种不能恢复的变形称为塑性变形； 11.韧性：指在冲击或震动荷载作用下，材料能够吸收较大的能量，同时也能产生一定的变形而不破坏的性质； 12.脆性：指材料在外力作用下，无明显塑性变形而突然破坏的性质； 13.硬度：指材料表面抵抗其他物体压入或刻划的能力； 14.耐磨性：材料表面抵抗磨损的能力； 15.亲水性：当湿润角≤90°时，水分子之间的内聚力小于水分子与材料分子之间的相互吸引力，这种性质称为材料的亲水性； 16.憎水性：当湿润角＞90°时，水分子之间的内聚力大于水分子与材料分子之间的吸引力，这种性质称为材料的憎水性；

智能材料研究进展及应用

各专业全套优秀毕业设计图纸 目录 0 引言 (2) 1 智能材料结构的研究现状 (3) 1.1 智能传感技术 (3) 1.2智能驱动技术 (4) 1.3智能控制技术 (6) 1.4智能信息处理与传输 (6) 2 常用制备方法 (8) 2. 1 物理气相沉积法 (8) 2. 2 喷涂法 (8) 2. 3烧结法 (8) 2. 4 注射成型法 (8) 2.5创构智能材料的物理新技术 (8) 3智能材料的应用领域 (9) 3.1军事领域中的应用 (9) 3.2医学领域中的应用 (11) 3.3建筑领域的应用 (13) 3.4智能服装和纺织品领域的应用 (13) 3.5 未来热点应用 (14) 3 结束语 (15) 参考文献 (15)

智能材料研究进展及应用 侯博 材料与化工学院材料科学与工程 摘要：智能材料是广受瞩目的新兴材料科学门类,经过几十年的发展，已日趋成熟,必将逐渐深入到人类生活之中，且越来越多地影响乃至大范围地改变人们的生活方式。本文介绍了智能材料的基本构成和分类，对对智能材料结构的研究现状进行了阐述，并简单介绍了一些常用的制备方法，概述了其应用，探讨了其研究价值和广阔的发展应用前景。 关键词：智能材料智能传感技术智能驱动技术智能控制技术智能信息处理与传输 0 引言 材料是人类一切生产和生活水平提高的物质基础，是人类进步的里程碑。随着科技的发展，特别是20世纪80年代以来，现代航天、航空、电子、机械等高技术领域取得了飞速的发展，人们对所使用的材料提出了越来越高的要求，传统的结构材料或功能材料已不能满足这些技术的要求，材料科学的发展由传统单一的仅具有承载能力的结构材料或功能材料，向多功能化、智能化的结构材料发展。20世纪80年代末期，受到自然界生物具备的某些能力的启发，美国和日本科学家首先将智能概念引入材料和结构领域，提出了智能材料结构的新概念。 智能材料结构又称机敏结构(Smart/Intelligent Materials and Structures)，泛指将传感元件、驱动元件以及有关的信号处理和控制电路集成在材料结构中，通过机、热、光、化、电、磁等激励和控制，不仅具有承受载荷的能力，而且具有识别、分析、处理及控制等多种功能，能进行自诊断、自适应、自学习、自修复的材料结构。智能材料结构是一门交叉的前沿学科，所涉及的专业领域非常广泛，如:力学、材料科学、物理学、生物学、电子学、控制科学、计算机科学与技术等，目前各国都有一大批各学科的专家和学者正积极致力于发展这一学科[1]。当

土木工程材料习题-第五版201102-答案

一、土木工程材料的基本性质 一、填空题 (请把答案填在题目的横线上，共20空) 1.材料的密度是指在绝对密实状态下，单位体积的质 量。 2.一般情况下，若材料孔隙率越大，则其表观密度越 小， 强度越低。 3.材料的空隙率是指散粒材料在堆积体积中，固体颗粒之间 的空隙体积占堆积体积所占的比例。 4.随含水率的增加，材料的密度不变，导热系数增 加。 5.同一组成材料，其孔隙率大，则强度低、保温 好、表观密度小。 6.材料的孔隙水饱和系数是指材料的吸水饱和的孔隙体积 与材料的孔隙体积之比，其值越大，则抗冻性越 差。 7.材料的耐久性是指材料在物理、化学、生物等因素作用下， 能经久不变质不破坏，而尚能保持原有的性能。

8. 材料的耐水性是指材料在 长期水的（吸水饱和） 作用下不破坏， 强度 也不明显下降的性质。 9. 材料的耐水性以 软化 系数表示，其数值越大，则 材料的耐水性越 好 。 10. 材料的抗冻性是指材料在 吸水饱和状态 下 ，经受多次冻融循环作用而不破坏，强 度也不明显下降的性质。 11. 若提高材料的抗冻性，应增加 闭口 孔隙，减少 开口 孔 隙。 12. 材料的抗渗性是指材料在 压力水 作用下抵抗渗透的能 力。 13. 憎水材料与亲水材料相比，更适宜做 防水 材料。 二、单项选择题：(请把选择的答案填在题目题干的横线上，共 10空) 1. 材料密度ρ、表观密度0ρ、堆积密度0ρ'存在下列关系 A 。 A) ρ＞0ρ＞0ρ' B) 0ρ'＞ρ＞0ρ C) ρ＞0ρ'＞0ρ 2. 表观密度是指材料在 B 状态下，单位体积的质量。 A ）绝对密实 B ）自然 C ）堆积 D ）饱和面

新型土木工程材料

新型土木工程材料 2013-04-17 06:20:23| 分类：建筑工程| 标签：|举报|字号大中小订阅 土木工程材料是指在土木T程中所使用的各种材料及其制品的总称。它是一切建筑工程的物质基础，是组成建筑结构物的最基本构成元素。由于科学技术的发展，使得土木工程的新型材料如雨后春笋般出现，表现出节能、高效、环保等特点，并呈现种类繁多，性质各异，用途不同的特性。 1高性能混凝土fHPc)HPC要求 具有高耐久性和高强度、优良的工作性，首先体现在较高的早期强度、高验收强度、高弹性模量；其次是高耐久性。可保护钢筋不被锈蚀，在其他恶劣条件下使用，同样可保持混凝土坚固耐久；最后是高的和易性、可泵性、易修整性。可配制大坍落度的流态混凝土，而不发生离析；可降低泵送压力，修整容易。冬天浇筑时，混凝土凝结时间正常，强度增长快于普通混凝土，低温环境下不冰冻，高温环境下浇筑混凝土保持正常的坍落度，并可控制水化热。 1．1低强混凝土这种材料可用于基础、桩基的填、垫、隔离及作路基或填充孔洞之用，也可用于地下构造。在一些特定情况下，可用低强混凝土调整混凝土的相对密度、工作度、抗压强度、弹性模量等性能指标，而且不易产生收缩裂缝。 1．2轻质混凝土利用天然轻骨料(如浮石、凝灰岩等)、工业废料轻骨料(如炉渣、粉煤灰陶粒、自燃煤矸石等)、人造轻骨料(页岩陶粒、粘土陶粒、膨胀珍珠岩等)制成的轻质混凝土具有密度较小、相对强度高以及保温、抗冻性能好等优点。利用工业废渣，如废弃锅炉煤渣、煤矿的煤矸石、火力发电站的粉煤灰等制备轻质混凝土，可降低混凝土的生产成本，并变废为宝，减少城市或厂区的污染，减少堆积废料占用的土地，对环境保护也是有利的。 1. 3自密实混凝土自密实混凝土不需机械振捣，而是依靠自重使混凝土密实。该种混凝土的流动度虽然高，但仍可以防止离析。配制这种混凝土的方法有：f1)粗骨料的体积为固体混凝土体积的50％；(2)细骨料的体积为砂浆体积的40％；(3)水灰比为0．9—1．0；(4)进行流动性试验，确定超塑化剂用量及最终的水灰比，使材料获得最优的组成。 这种混凝土的优点有：现场施工l尢振动噪音，可进行夜间施工，不扰民；对工人健康无害；混凝土质量均匀、耐久；钢筋布置较密或构件体型复杂时也易于浇筑；施工速度快，现场劳动量小。 2高掺量粉煤灰混凝土 随着人们对粉煤灰的颗粒形态效应、火山灰活性效应和微集料效应等内在潜能的认识日渐深入，以及混凝土外加剂技术的迅速发展，粉煤灰成为继外加剂之后混凝土的又一必需组分的观点正在被越来越多的人接受．粉煤灰的掺量也有不断增大的趋势。在混凝土技术方面较先进的美、英、加等国，自20世纪80年代中期就开始了高掺量粉煤灰混凝土f粉煤灰掺量占总胶凝材料用量的55％以上)的研究与应用。 大量使用粉煤灰的重要意义并不仅在于节约有限的工程材料费，还在于它的环境效益与社会效益．水泥是一种高能耗与高环境污染产品，尽可能地少用水泥，尽可能地多用各种工业废渣，是使混凝土成为一种人类可持续发展材料的必然趋势。在环保要求特别严格的西方lT业国家，尤其重视各种工业废料的二次开发与充分利用。随着我国经济的快速发展与人民生活水平的迅速提高，环境与社会效益将日益受到重视，工业废渣的充分开发利用将成为必然的选择。 3新型节能墙体材料 3. 1新型砌体材料采用砌筑结构的墙体，通常依靠选用导热系数小、保温隔热性能好的砌体材料，以此来达到墙体传热量小的目的。这类材料主要有空心钻土砖、加气混凝土砌块、普通混凝土以及粉煤灰、煤研石、浮石等混凝土空心小砌块等砌体材料，采用保温砂浆作为砌体胶凝材料。 近年来发展应用由保温绝热材料与传统的墙体材料f例如实心黏土砖、混凝土等)或新型墙体材料[例如空心砖、空心砌块等)复合而成的节能墙体。常用的绝热材料有矿物棉、玻璃棉、泡沫塑料、膨胀珍珠岩、

智能材料及其应用进展

智能材料及其应用进展 姓名：吴柏君 学号：201307231 班级：应化1301班 专业：化学与生物工程学院 兰州交通大学 2015年10月20日

摘要:概述了智能材料的内涵;介绍了智能材料的设计思想来源,材料组元的选择和复合形式以及其中的几条复合途径;综述了压电陶瓷复合材料和压电聚合物、形状记忆合金和形状记忆高分子聚合物、光纤材料和电流变体等几类智能材料的研究情况和应用概况;最后,指出了智能材料的研究价值和广阔的应用前景。 关键词: 智能材料; 压电陶瓷; 形状记忆合金; 光纤材料; 电流变体 中图分类号:TB381文献标识码:A 材料是人类生活和生产的基础,一般将其划分为结构材料和功能材料两大类。对结构材料主要要求的是其机械强度;而对功能材料则侧重于其特有的功能。智能材料不同与传统的结构材料和功能材料,它模糊了两者之间的界限,并加上了信息科学的内容,实现了结构功能化,功能智能化。由智能材料组成的智能结构具备传感、驱动和控制三个基本要素,能通过自身的感知,做出判断,发出指令,并执行 和完成动作,实现自检测、自诊断、自监控、自校正、自修复及自适应等多种功能[1～5]。当前,科学技术的发展对材料性能的要求越来越高。本文将对智能材料的设计原理和其中几类智能材料的发展状况及其应用情况作概括介绍。 1智能材料设计原理 智能材料的设计思想来自于下列因素:(1)材料的开发历史,结构材料※功能材料※智能材料;(2)人工智能计算机对材料性能的新要求;(3)从材料设计的角度考虑智能材料的制造;(4)软件功能引入材料;(5)对材料的期望;(6)能量的传递;(7)材料具有时间轴的观点,即仿照生物体的功能[6]。随着信息科学的迅速发展,自动装置不仅用于机器人和计算机等人工机械,更可用于能条件反射的生物机械。此自动装置能依据过去的输入信号(信息)产生输出信号(信息)。过去输入的信息则作为内部状态存储于系统内。因此,自动装置由输入、内部状态、输出三部分组成。智能材料与自动装置的概念相似,可控制材料内部状态系数、状态转变系数和输出系数的变化来实现材料的智能化。对于陶瓷,就是涉及材料组成、结构与功能性的关系。陶瓷一般是微小晶粒的多晶聚集体,可添加微量的第二组分控制其特性。该第二组分的本体和微晶界的性能均影响材料特性。为使陶瓷具有高功能进而达到智能化,应使材料处于非平衡态、拟平衡态和亚稳定状态。用现有材料组合,并引入多重功能,特别是软件功能,可以得到智能材料。由于智能材料具有传感、处理和执行功能,其研制即是将此类软件功能(信息)引入材料,将多种软件功能寓于几纳米到数十纳米厚的不同层次结构,使材料智能化。此时材料的性能不仅与其组成、结构、形态有关,同时也是环境的函数[6]。智能材料组元的选择有敏感材料和功能材料两大类。敏感材料包括压电材料、磁致伸缩材料、形状记忆材料、电(磁)致粘流体、液晶材料、PH控伸缩材料等;功能材料包括磁性材料、超导材料、导电材料、半导体材料等。材料复合的形式可分为嵌入式和积层式两大类。嵌入的材料包括颗粒、短纤维材料等,而积层式则指功能、敏感以及结构材料的多层复合。材料智能化的几条典型途径:压电材料+电热材料※压热材料(阻尼材料);压电材料+电致变色材料※压致变色材料(示警材料);光电材料+电致变色材料※光致变色材料(智能玻璃);PH致伸缩材料+压电材料※PH致电材料(生体材料)[7]。 2智能材料发展现状 随着太空通讯、观测等要求的提高,航天飞行器的重量越来越大。为减轻重量,降低发射成本,必须采用新的材料设计方法。自1985年起,美国政府提出了开展智能材料的研究计划,要求航天飞行器具有自适应性能。1987年,此项目列入美国空军科研项目[8]。1990年,四大学会(ADAA、AIAA、ASME、SPIE)联合举办了主