序論：好文章的創作是一個不斷探索和完善的過程，我們為您推薦十篇智能混凝土范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質，帶來更深刻的閱讀感受。

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在科學技術日新月異的今天，材料科學也獲得了很大的發展，作為建筑重要材料的混凝土不斷向高性能、多功能和智能化方向發展。用它可以建造大型化和復雜化的混凝土結構。因此，研發具有主動、自動地對結構進行自我診斷、自我調節、自我修復、恢復的智能混凝土已成為混凝土的主要發展趨勢。

一、智能混凝土的定義和研發過程

1、智能混凝土的定義

智能混凝土是在混凝土原有成分的基礎上復合智能型的建筑材料，它使混凝土具有自我感知和記憶能力，能自己適應和自我修復特性的多功能型材料。依據它的這些特性可以有效地感知混凝土材料內部的損傷，滿足結構自我安全檢測需要，防止混凝土結構潛在的危險性破壞，它能根據檢測結果自動進行修復，明顯地提高混凝土結構的安全性和耐久性。總而言之，智能混凝士是自我感知和記憶、自我適應、自我修復等多種功能的綜合體，缺一不可，但是以當今的科技水平制備完善的智能混凝土材料還相當困難。但近年來損傷自診斷混凝土、溫度自調節混凝土，仿生自愈合混凝土等一系列智能混凝土的相繼出現，為智能混凝土的研究打下了堅實的基礎。

2、智能混凝土的研發過程

智能混凝土的基本材料與一般的混凝土沒有什么區別，都是水泥和砂子。但是智能混凝土中還含有石英砂和各種加固的材料、纖維。這種石英砂和其他大量混在砂子中的石英砂是不同的，它的純度很高，高達100%。依據它的特點，伊朗的土木工程師把智能混凝土應用到從修建水壩到鋪設污水管的各個領域，并且不斷地完善其應用技術。哈馬丹布-阿里大學的穆哈穆德?尼力教授在智能混凝土中配入了聚丙烯纖維和石英粉，使其韌性大大提高，抗爆能力比普通混凝土高出數倍。盧合拉?阿里扎德的改進更加完善。薩韋省伊斯蘭阿薩德大學阿里?納扎里教授及其同事發表了多篇論文，研究使用各種氧化金屬納米粒子改變混凝土內部結構的方法。他們使用過氧化鐵，氧化鋁，氧化鋯，氧化鈦及氧化銅。材料經過納米粒子處理后會呈現出極佳的屬性。盡管只有幾件小樣品呈現出了這種屬性，但至少證明了這個方法是可行的。使用這樣的納米粒子，有望制造出比拉法基混凝土強度高出四倍的混凝土。2008年，德黑蘭大學發表了一份研究報告，研究的是智能混凝土抵御鋼彈沖擊的能力。一般情況下，這些在地震時都不是問題。研究發現，加有大量長鋼質纖維的混凝土性能最佳。隨著智能混凝土的研發過程的不斷推進，其工能也在不斷完善和強化。

二、智能混凝土的研究現狀，及其研究中應注意的問題

1、智能混凝土的研究現狀

對于具有自診斷、自調節和自修復功能的混凝土只是智能混凝土研究的初步階段，它們不是具備智能混凝土的全部特征，而是只擁有它的某一個特征，所以說它們是一種智能混凝土的最初形成的簡化形式。因此有人把它們叫做機敏混凝土。顯然這種功能不完整的混凝土不能代替發揮智能混凝土的作用，當今科研工作者們正努力于將兩種以上的功能進行混合組裝在一起，這就是我們知道的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我感應、自我凋節和自我修復組件材料的功能，混凝土基材復合可以做到依據結構的需要進行排列，以此來達到混凝土結構的內部損傷的自我診斷、自我修復以及抗震減振的智能化。

2、智能混凝土研究中應注意的問題

在建筑房地產飛速發展的今天，智能混凝土具有非常廣闊的前景，但是作為新型的功能材料，在運用到實際的工程中，我們還有一些問題需要進一步地加強探索和研究：例如碳纖維混凝土電阻率的穩定性、電極布置方式、耐久性等方面的研究；光纖混凝土的光纖傳感陣列的最優排布方式研究；自愈合混凝土的修復粘結劑的選擇研究，自愈后混凝土耐用和持久性能的完善等。這些問題的解決將對智能混凝土的進一步發展產生深遠的影響。為進一步為促進智能混凝土的研究工作我們可以從以下幾點著手。

首先，要用針對性地進行開發研究。研究的針對性是指要針對混凝土的性能發生惡化以及結構發生破壞等具體情況，采取不同的智能方法，例如可以針對這些情況，進一步縮小智能化范圍，以某一種具體功能為對象，然后研究出相對應的方法。

其次，注重其實際應用中的可行性。澆注混凝土要在工程現場進行，因而應以原有工藝為基礎開發相應的較為簡單的方法。選用的材料應具有化學穩定性，要有利于安全施工，不揮發任何有刺激的氣味以及其它有害物質等，并且還能夠能大量使用而且成本較低。

再次，注意研究設計的綜合功能性。采用智能化，雖能夠提高材料的耐用和持久性，但是也存在一些負面影響。例如因為采用了某種材料雖可以對某種惡化情況進行控制以及進一步改善，但是否會對其它性能會產生，面對正反兩方面的問題都在判斷和設計時進行綜合而全面的考慮和衡量。

三、智能混凝土的應用前景

智能混凝土是科學技術日新月異時展的結果，它的運用對重大土木基礎設施應變的實量監測、損傷的無損評估、及時修復以及減輕臺風、地震的沖擊等諸多方面有很大的意義，對保證建筑物的安全耐用和持久性都具有十分重要的作用。而且隨著現在建筑發展的智能化趨勢，傳統的建筑材料的研究、制造、缺陷預防和修復等都面臨著強烈的挑戰。智能混凝土材料作為建筑材料領域的高新技術，為傳統建材的未來發展注入了新的內容和活力，也提供了全新的機遇。它發展可以使混凝土材料的應用具有更廣闊的前景，相信也會帶來巨大的社會經濟效益。

四、結束語

綜上所述，隨著科學技術的創新運用到建筑材料領域，隨之就產生了智能混凝土材料，智能混凝土材料的出現以及運用將會革新我國土木工程的建設，其意義重大。

【參考文獻】

[1]馬成松.信息化背景下的新世紀土木工程[A].土木工程與高新技術――中國土木工程學會第十屆年會論文集[C].2002.

[2]丁勇，施斌，徐洪鐘，等.基于仿生學的建筑物智能結構系統初探[J].防災減災工程學報，2004（04）.

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隨著現代材料科學的不斷進步，作為最主要的建筑材料之一的混凝土已逐漸向高強、高性能、多功能和智能化發展。用它建造的混凝土結構也趨于大型化和復雜化。然而混凝土結構在使用過程中由于受環境荷載作用。疲勞效應、腐蝕效應和材料老化等不利因素的影響，結構將不可避免地產生損傷積累、抗力衰減，甚至導致突發事故。為了有效地避免突發事故的發生，延長結構的使用壽命，必須對此類結構進行實時的“健康”監測，并及時進行修復。現有的無損檢測方法，如聲波檢測X射線及C掃描等，只能定性檢測，而不能定量、數據化處理，更主要的是不能實現實時監測。因而對結構內部狀態的監測和損傷估計還比較困難，甚至是不可能的。傳統的混凝土結構的維修方式主要是在損傷部位進行外部的加固，而對損傷的原結構進行維修比較困難，尤其是對結構內部的損傷修復更是非常困難。隨著現代社會向智能化的發展，這種停留在被動和計劃模式的檢測與修復方式已不能適應現代多功能和智能建筑對混凝土材料提出的要求。因此，研究和開發具有主動、自動地對結構進行自診斷、自調節、自修復、恢復的智能混凝土已成為結構一功能（智能）一體化的發展趨勢[1]

1 智能混凝土的定義和發展歷史

智能材料，指的是“能感知環境條件，做出相應行動”的材料。它能模仿生命系統，同時具有感知和激勵雙重功能，能對外界環境變化因素產生感知，自動作出適時。靈敏和恰當的響應，并具有自我診斷、自我調節、自我修復和預報壽命等功能。智能混凝土是在混凝土原有組分基礎上復合智能型組分，使混凝土具有自感知和記憶，自適應，自修復特性的多功能材料。根據這些特性可以有效地預報混凝土材料內部的損傷，滿足結構自我安全檢測需要，防止混凝土結構潛在脆性破壞，并能根據檢測結果自動進行修復，顯著提高混凝土結構的安全性和耐久性。正如上面所述，智能混凝士是自感知和記憶、自適應。自修復等多種功能的綜合，缺一不可，以目前的科技水平制備完善的智能混凝土材料還相當困難。但近年來損傷自診斷混凝土、溫度自調節混凝土。仿生自愈合混凝土等一系列智能混凝土的相繼出現；為智能混凝土的研究打下了堅實的基礎。

1.1 損傷自診斷混凝土

自診斷混凝土具有壓敏性和溫敏性等自感應功能。普通的混凝土材料本身不具有自感應功能，但在混凝土基材中復合部分其它材料組分使混凝土本身具備本征自感應功能。目前常用的材料組分有：聚合類、碳類、金屬類和光纖。其中最常用的是碳類、金屬類和光纖。下面主要介紹2種當前研究比較熱門的損傷自診斷混凝土。

1.1.1　碳纖維智能混凝土

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。將一定形狀、尺寸和摻量的短切碳纖維摻入到混凝土材料中，可以使混凝土具有自感知內部應力、應變和操作程度的功能。通過觀測，發現水泥基復合材料的電阻變化與其內部結構變化是相對應的。碳纖維水泥基材料在結構構件受力的彈性階段，其電阻變化率隨內部應力線性增加，當接近構件的極限荷載時，電阻逐漸增大，預示構件即將破壞。而基準水泥基材料的導電性幾乎無變化，直到臨近破壞時，電阻變化率劇烈增大，反映了混凝土內部的應力一應變關系。根據纖維混凝土的這一特性，通過測試碳纖維混凝土所處的工作狀態，可以實現對結構工作狀態的在線監測[2]。在入碳纖維的損傷自診斷混凝土中，碳纖維混凝土本身就是傳感器，可對混凝土內部在拉、壓、彎靜荷載和動荷載等外因作用下的彈性變形和塑性變形以及損傷開裂進行監測。試驗發現，在水泥漿中摻加適量的碳纖維作為應變傳感器，它的靈敏度遠遠高于一般的電阻應變片。在疲勞試驗中還發現，無論在拉伸或是壓縮狀態下，碳纖維混凝土材料的體積電導率會隨疲勞次數發生不可逆的降低。因此，可以應用這一現象對混凝土材料的疲勞損傷進行監測。通過標定這種自感應混凝土，研究人員決定阻抗和載重之間的關系，由此可確定以自感應混凝土修筑的公路上的車輛方位、載重和速度等參數，為交通管理的智能化提供材料基礎。

碳纖維混凝土除具有壓敏性外，還具有溫敏性，即溫度變化引起電阻變化（溫阻性）及碳纖維混凝土內部的溫度差會產生電位差的熱電性（Seebeck效應）。試驗表明，在最高溫度為70℃，最大溫差為15℃的范圍內，溫差電動勢（E）與溫差t之間具有良好穩定的線性關系。當碳纖維摻量達到一臨界值時，其溫差電動勢率有極大值，且敏感性較高，因此可以利用這種材料實現對建筑物內部和周圍環境變化的實時監控；也可以實現對大體積混凝土的溫度自監控以及用于熱敏元件和火警報警器等可望用于有溫控和火災預警要求的智能混凝土結構中。

碳纖維混凝土除自感應功能外，還可應用于工業防靜電構造。公路路面、機場跑道等處的化雪除冰。鋼筋混凝土結構中的鋼筋陰極保護。住宅及養殖場的電熱結構等。

1.1.2 光纖傳感智能混凝土

光纖傳感智能混凝土[3]，即在混凝土結構的關鍵部位埋人入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、裂紋及擴展等損傷進行實時監測。光在光纖的傳輸過程中易受到外界環境因素的影響，如溫度、壓力、電場、磁場等的變化而引起光波量如光強度、相位、頻率、偏振態的變化。因此人們發現，如果能測量出光波量的變化，就可以知道導致光波量變化的溫度、壓力、磁場等物理量的大小。于是，出現了光纖傳感技術。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、應變及裂縫發生與發展等內部狀態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測和結構的長期監測。光纖在傳感器中的應用，提供了對土建結構智能及內部狀態進行實時、在線無損檢測手段，有利于結構的安全監測和整體評價和維護。到目前為止，光纖傳感器已用于許多工程，典型的工程有加拿大Caleary建設的一座名為Beddington Tail的一雙跨公路橋內部應變狀態監測；美國Winooski的一座水電大壩的振動監測；國內工程有重慶渝長高速公路上的紅槽房大橋監測和蕪湖長江大橋長期監測與安全評估系統等。

1.2 自調節智能混凝土

自調節智能混凝土具有電力效應和電熱效應等性能。混凝土結構除了正常負荷外，人們還希望它在受臺風、地震等自然災害期間，能夠調整承載能力和減緩結構振動，但因混凝土本身是惰性材料，要達到自調節的目的，必須復合具有驅動功能的組件材料，如：形狀記憶合金（SMA）和電流變體（ER）等。形狀記憶合金具有形狀記憶效應（SME），若在室溫下給以超過彈性范圍的拉伸塑性變形，當加熱至少許超過相變溫度，即可使原先出現的殘余變形消失，并恢復到原來的尺寸。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于擾時，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。

電流變體（ER）是一種可通過外界電場作用來控制其粘性、彈性等流變性能雙向變化的懸膠液。在外界電場的作用下，電流變體可于0.1ms級時間內組合成鏈狀或網狀結構的固凝膠，其初度隨電場增加而變調到完全固化，當外界電場拆除時，仍可恢復其流變狀態。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。

有些建筑物對其室內的濕度有嚴格的要求，如各類展覽館、博物館及美術館等，為實現穩定的濕度控制，往往需要許多濕度傳感器、控制系統及復雜的布線等，其成本和使用維持的費用都較高。日本學者研制的自動調節環境溫度的混凝土材料自身即可完成對室內環境濕度的探測，并根據需要對其進行調控。這種混凝土材料帶來自動調節環境濕度功能的關鍵組分是沸石粉。其機理為：沸石中的硅酸鈣含有（3－9）X10－10m的孔隙。這些孔隙可以對水分、N0x和 S0x氣體選擇性的吸附。通過對沸石種類進行選擇，可以制備符合實際應用需要的自動調節環境濕度的混凝土復合材料。它具有如下特點：優先吸附水分；水蒸氣壓力低的地方，其吸濕容量大；吸、放濕與溫度相關，溫度上升時放濕，溫度下降時吸濕。

1.3 自修復智能混凝土

混凝土結構在使用過程中，大多數結構是帶縫工作的。混凝土產生裂縫，不僅強度降低，而且空氣中的CO2、酸雨和氯化物等極易通過裂縫侵人混凝土內部，使混凝土發生碳化，并腐蝕混凝土內的鋼筋，這對地下結構物或盛有危險品的處理設施尤為不利，一旦混凝土發生裂縫，要想檢查和維修都很困難。自修復混凝土就是應這方面的需要而產生的。在人類現實生活中可以見到人的皮膚劃破后，經一段時間皮膚會自然長好，而且修補得天衣無縫；骨頭折斷后，只要接好骨縫，斷骨就會自動愈合。自愈合混凝土[4]就是模仿生物組織，對受創傷部位自動分泌某種物質，而使創傷部位得到愈合的機能，在混凝土傳統組分中復合特性組分（如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，模仿動物的這種骨組織結構和受創傷后的再生、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。在日本，以東北大學三橋博三教授為首的日本學者將內含粘結劑的膠囊或空心玻璃纖維摻入混凝土材料中，一旦混凝土在外力作用下發生開裂，部分膠囊或空心玻璃纖維破裂，粘結液流出并深人裂縫。粘結液可使混凝土裂縫重新愈合。美國伊利諾伊斯大學的Carolyn Dry在1994年采用類似的方法，將在空心玻璃纖維中注人縮醛高分子溶液作為粘結劑埋人混凝土中使混凝土具有自愈合功能。在此基礎上Carolyn Dry還根據動物骨骼的結構和形成機理，嘗試制備仿生混凝土材料，其基本原理是采用磷酸鈣水泥（含有單聚物）為基體材料，在其中加人多孔的編織纖維網。在水泥水化和硬化過程中，多孔纖維釋放出聚合反應引發劑與單聚物聚合成高聚物，聚合反應留下的水分參與水泥水化。這樣便在纖維網的表面形成大量有機與無機物，它們相互穿插粘結，最終形成的復合材料是與動物骨骼結構相似的無機與有機相結合的材料，具有優異的強度及延性等性能。而且在材料使用過程中，如果發生損傷，多孔有機纖維會釋放高聚物，愈合損傷。

2 智能混凝規究現狀和應注意的問題

前面所述的自診斷、自調節和自修復混凝土是智能混凝土研究的初級階段，它們只具備了智能混凝土的某一基本特征，是一種智能混凝土的簡化形式。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揮智能混凝土作用，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、自凋節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。

智能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：如碳纖維混凝土的電阻率穩定性、電極布置方式、耐久性等；光纖混凝土的光纖傳感陣列的最優排布方式；自愈合混凝土的修復粘結劑的選擇。封人的方法以及愈合后混凝土耐久性能的改善等。解決上述一系列問題將對智能混凝土今后的發展產生深遠的影響。為促進智能混凝土研究工作的順利開展有必要就以下幾點形成共識：

（1）開發應有針對性。所謂針對性就是要針對混凝土性能發生惡化和結構發生破壞等現象，考慮不同的智能方法，如針對這些現象，設想開發出一種能應對所有這些情況的手段是很困難的，因此，縮小智能化范圍，以某種功能為對象，從而開發出相對最適應的方法是必要的。

（2）實施中應具有可行性。澆注混凝土多在施工現場進行，因而作為智能混凝土的施工方法，對其技術與工藝要求不能過高。應以原有工藝為基礎開發相應的較為簡單的方法。選用的材料應具有化學穩定性，要有利于安全使用，不揮發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。

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1工程概況

德州至商丘高速公路聊城段位于山東省西部，縱貫山東西部地區。該公路在山東省“五縱四橫一環八連”高速公路網絡中是“一縱”及“一環”的重要組成部分。本項目的實施，既是貫徹落實山東省委省政府“突破菏澤，帶動西部”的經濟發展戰略部署的具體體現，也是進一步加快山東省高速公路網的形成、推進全省交通現代化建設的需要。此條高速公路是山東省第一條實施標準化建設的道路，要求標準高，質量嚴。這一項目在一定程度上加大了預應力混凝土橋梁工程的施工管理難度，因此要求建設單位以及監理單位根據《公路橋涵施工技術規范》中的相關規定進行預應力混凝土張拉與壓漿工作。并且在實際工作中還需要與技術經驗豐富的工作人員共同探討，從而保證工程的施工質量，避免因人為因素影響到工程的施工質量。

2預應力智能張拉系統

2.1預應力智能張拉系統的構成及工作原理

在橋梁工程施工過程中，智能張拉系統主要由主機、油泵、千斤頂三個部分構成。在其運行過程中，該系統主要是通過應力作為控制指標，然后采用其伸長量來控制其運行情況，這樣可以將誤差控制在可控的范圍之內。為了使系統能夠正常運行，我們還需要采用傳感技術作為控制系統采集其運行中的各種數據，然后對這些數據進行分析與判斷之后反饋給系圓通，從而實現智能張拉與壓漿工作，并對其誤差進行實時控制。在智能張拉系統中，主機的主要功能是接受并處理信息數據之后再將發出指令，從而控制每一臺設備的運行情況，完成橋梁工程預應力張拉工作。

2.2預應力智能張拉系統的技術特點

2.2.1施加應力時具有精確性

相對于人工張拉技術而言，智能張拉系統在施加應力的過程中可以降低其工作誤差，保證其精準性，便于工作人員的管理，提高工程的施工質量。

2.2.2可以及時對其伸長量進行校對，達到雙控的目的

在采用智能張拉系統的過程中，我們可以實時采集并計算鋼絞線伸長量，觀察其是否處于可控的范圍之內，避免因存在較大的誤差而導致工程出現質量問題，從而達到雙控的目的。

2.2.3預應力智能張拉系統在工作中達到對稱性與同步性

在橋梁工程施工中，我們只需要在其中設置一臺計算機就能夠對多臺千斤頂的工作進行統一控制，這樣也就能夠提高其施工效率，并且還能夠減小誤差，保證其施工質量。

2.2.4智能張拉系統在工作中可以降低預應力損失

通過計算機、遙感技術對智能張拉系統的控制，可以避免系統在工作中受到各種因素的影響，可以有效的提高其施工效率，達到工程設計的要求，降低在張拉過程中產生的預應力損失。

2.2.5實現遠程監控以及質量管理

在智能張拉系統運行過程中，技術人員可以通過計算機或者遙感技術對其實際施工質量進行全方位的監控，掌握其實際質量狀況，避免在施工中出現各種質量問題。

2.2.6試驗板張拉

本項目四合同聊城市公路工程總公司于2013年5月12預制了第一塊試驗板，王古路分離立交K157+672.5左3-2。7天后，混凝土強度達到設計強度的101%，進行了智能張拉，經檢測各項指標都達到預期要求。

3循環智能壓漿系統

3.1循環智能壓漿系統的構成及工作原理

循環智能壓漿系統主要是由主機、測控系統、循環壓降系統三個部分構成。其工作原理是：由于在循環智能壓漿系統中的管道進出口位置設置了一個傳感器，其主要作用是對其壓力進行全面的監測，然后再將這一監測數據直接傳輸到主機中，通過科學合理的判斷之后再對這一壓力值進行適當的調整，然后在一定數值的約束下達到壓漿的目的。這樣也就能夠保證其密實度，有效的解決了傳統壓漿技術難以克服的問題。

3.2循環智能壓漿系統的技術特點

3.2.1對施工材料水膠比進行精確的控制

循環智能壓漿系統在運行過程中，技術人員可以事先錄入相關信息，然后按照配合比自動控制其水膠比，使其達到施工的要求，提高工程的施工質量。

3.2.2實現一次性壓漿，提高工程的施工效率

在橋梁工程施工中，若與質量的跨徑小于50m，單孔長度不超過80m，那么我們可以采用循環智能壓漿系統進行一次性壓漿施工，這樣可以有效的降低工作強度，提高工程的施工效率，達到理想的施工效果。

3.2.3實現高速制漿工程，提高水泥漿液的質量

在循環壓降系統運行過程中，通過其中相應的設備可以將水泥、水、壓漿劑進行均勻的拌和，并且實現高速拌和的要求，通過這一工作也就達到了工程的施工要求，從而提高工程的施工質量。

3.2.4實現遠程監控

在循環壓降系統運行過程中，技術人員同樣需要采用一臺計算機進行合理的控制，這樣也就避免了工程受到人為因素的影響，并且對其運行的各個參數、指標進行全面控制，將其中的數據進行記錄并打印成報表，交給上級部門，使其對整個工程進行監控，以保證工程的施工質量。

3.2.5系統集成度高，簡單適用

系統將高速制漿機、儲漿桶、進漿測控儀、返漿測控儀、壓漿泵集成與一體，現場使用只須將進漿管、返漿管與預應力管道對接，即可進行壓漿施土。操作簡單，適用與各種預應力管道壓漿。

3.2.6漿液滿管路循環排除管道內空氣

管道內漿液從出漿口導流至儲漿桶，再從進漿口泵入管道，形成大循環回路漿液在管道內持續循環，通過調整壓力和流量，將管道內空氣通過出漿口和鋼絞線絲間空隙完全排出，還可帶出孔道內殘留雜質。

3.2.6試驗板壓漿

本項目四合同在預制梁場于2013年5月20日進行了第一塊試驗板智能壓漿。經檢測各項指標都達到預期要求。

4結語

在廠家技術人員的指導下，經過第一塊試驗板的預應力智能張拉和智能壓漿，發現預應力智能張拉與壓漿系統土作性能穩定，張拉與壓漿施土質量良好，工作效率很高，達到了較為理想的效果，為以后的施工打下了良好的基礎。

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0 前言

進入21世紀,建筑技術和建筑材料的發展催生了建筑的智能化。混凝土作為最主要的建筑材料之一,它逐漸由傳統的僅具承載能力的結構材料發展成具有高性能、多功能和智能化的結構材料。近幾十年,雖然高性能混凝土發展迅速,如鋼纖維混凝土等,滿足了大部分建筑結構的復雜化、大型化,但這些混凝土也只能在靜力和小動力的條件下保持穩定,一旦遇到大動力(如大地震),便很容易失效。智能混凝土作為一種新型的智能材料,能夠主動的對結構進行自診斷、自調節和自修復,從而很好的避免突發事故(如地震引起的房屋倒塌)的發生,延長建筑的使用壽命,它是建筑智能化發展的基礎。

1 智能混凝土的定義及基本概況

智能混凝土是在混凝土原有組分的基礎上復合智能型組分,使混凝土材料具有自感知、自調節、自修復等特性的結構材料。一般來說,僅復合單一智能材料的混凝土只具備一種功能,混合多種功能材料雖然使混凝土具備了多種功能,但卻大大降低了其基本的功能――承載力,智能混凝土還處在研究的初級階段,現有的技術水平還不能使其同時具備多種功能。

2 目前研究的智能混凝土的智能性及其應用

2.1 智能混凝土的自感應性能

普通混凝土不具有自感應性能,若向其中加入導電成分,它就具有了自感應性能,目前常用的導電組分有聚合物類、碳類和金屬類。

碳纖維屬于碳類,它具有很高的強度和彈性,導電性能優良,將一定形狀、尺寸和滲量的短切碳纖維滲入到混凝土中就制備成了碳纖維混凝土,碳纖維混凝土具有壓敏性、溫敏性和磁敏性,這些特性使得其本身就是一個傳感器。

碳纖維混凝土電阻率和壓應力之間存在一定的對應關系,通過碳纖維混凝土電阻率的變化可以大致判斷其內部應力、應變的變化情況,從而感知結構材料內部損傷部位。碳纖維混凝土還具有溫敏性,當其結構兩端出現溫度差時,會在此兩端產生電位差,從而對建筑物內外溫差進行實時監控,若結構溫度發生變化,碳纖維混凝土的電阻率相應的發生改變,它的這種溫阻現象可以實現對大體積混凝土的溫度自監控,還可用于火警報警器。

光纖維混凝土是將光纖維傳感器陣列直接埋入混凝土中而得到。當光纖維混凝土結構受到壓力或溫度變化時,混凝土產生裂縫或變形,混凝土內的光纖維也會跟著變形,這時,通過光纖維中光的強度、波長等性質就會發生變化,我們就可以通過測量光的這些性質的變化推測結構的變形和裂縫寬度等。

2.2 智能混凝土的自調節性能

混凝土是無生命材料,它并不具備自調節能力,要使其具有此能力,必須向其中添加具有驅動功能的智能材料(如形狀記憶合金和電流變體等),現在的自調節混凝土主要用于結構承載力和環境溫濕度的自調節。

形狀記憶合金是一種新型金屬功能材料,具有獨特的形狀記憶效應,它具有溫敏性和在不同溫度下回復變形的能力,將其置入混凝土中,當混凝土結構受到沖擊荷載等異常荷載時,記憶合金形狀發生變化,使混凝土結構產生內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。

電流變體是一種懸膠液,在外電場作用下,其黏性、彈性等流變性能發生變化,使得電流變體在瞬間組合成鏈狀或網狀結構的固凝膠,其黏度隨電場增加直至完全固化,撤銷電場作用,它又回復到流變狀態。利用其這種特性,當建筑物受到地震等沖擊荷載時,這種智能混凝土能夠調節自身的阻尼特性,使結構在變形中充分吸收能量,以達到消弱沖擊荷載作用的效果。

2.3 智能混凝土的自修復性能

建筑物中的大多數混凝土結構存在裂縫,空氣中的二氧化碳和水等物質透過裂縫腐蝕結構內部的鋼筋,并侵入混凝土內部,使混凝土碳化,最終使結構失效,基于這些問題,混凝土裂縫的自修復功能越來越受到人們的青睞。

國內外研究混凝土自愈合的方法主要是在水泥基材料中滲入特殊的修復材料。日本學者將內含粘結劑的微膠囊附和到水泥基材料的基材內,當結構出現裂縫,膠囊中的凝結液流出,讓裂縫重新粘結在一起,從而實現混凝土的自愈合。美國學者是在中空玻璃纖維中注入縮酯高分子溶液,當結構出現裂縫時,玻璃纖維破裂,其中的縮酯高分子溶液流出愈合裂縫,從而達到恢復結構承載力的效果。

這些自修復混凝土能夠及時對結構損傷部位進行修復,但如果混凝土的齡期過長,或者裂縫寬度超過了一定限額,它們也無能為力,研究還有待繼續。

3 智能混凝土的發展現狀及運用問題

我國正處于社會主義建設初級階段,基礎建設正如火如荼的進行著,近年來,我國每年用于房屋、公路、鐵路、橋梁和港口等工程和基礎建設的混凝土用量約40億立方米,混凝土的研究生產和應用取得了長足的進步,但智能混凝土的研究還比較薄弱。如今大多數智能混凝土僅僅具備單一功能,這種功能單一的混凝土并不能充分發揮智能混凝土的作用,比如,碳纖維混凝土具備自感知特性,它能夠自動檢測到結構內部材料的損傷部位,但其不具有自修復性能,修復還是需要人工操作,沒有實現真正的智能化,再之,人工修復結構內部的材料損傷非常困難且不及時。

現在用于混凝土復合的智能型材料還非常有限,隨著科學的發展,具有更優性能的智能復合材料將運用到智能混凝土中,這些材料將會成為兩種以上功能的智能混凝土研究的助推器。

智能混凝土較普通混凝土造價高是制約其廣泛運用的巨大瓶頸。開發商的投入增加必定使房價相應增加,民眾的承受能力有限,從而減少房屋銷售量,這是開發商目前不愿意看到的,因此它們不愿意使用造價更高的智能混凝土。

4 結語

上文所述的智能混凝土的自感應、自調節和自修復特性,還只是智能混凝土研究的初級階段,這些功能單一的混凝土還遠沒有達到建筑智能化所期望的目標。智能性的工程材料是制備智能混凝土的基礎,因此,及時開發多種新型智能型工程材料對實現混凝土全面智能化尤為重要。各國學者在智能混凝土方面的研究將更加深入,作為智能建筑物的建設基礎,智能混凝土的應用前景將越來越廣闊。

參考文獻

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[2]嚴捍東等.新型建筑材料教程[M]北京:中國建材工業出版社,2005.1:95-98

篇（5）

1.智能型材料的定義與特點

智能混凝土是智能型材料的一種，目前正被大力運用于建筑的施工過程中。智能混凝土的形成是在混凝土原有的組成部分上添加一些復合智能型部分，讓混凝土具備了自感知、自記憶、自適應、自修復等多種特點的多功能型材料。智能混凝土由于具備多種功能，因而可以對混凝土材料內部的損傷進行準確地預報，為混凝土的安全檢測提供必要的條件，這就消除了混凝土結構內部潛在的脆性破壞。如果混凝土內部出現問題，也能根據檢測后的結果進行自動修復，對提高混凝土的安全性和耐久性很有幫助。

智能型混凝土歸根到底是將自感知、自記憶、自修復、自適應等各種能力集中于一身的新型建筑材料，是建筑材料多種功能的綜合。盡管我國的科學技術水平沒有達到很高的境界，自主生產制造智能型混凝土還比較困難，但是通過國外引進和自主研究等途徑，近幾年損傷溫度自調節混凝土、自診斷混凝土、仿生自愈合混凝土等品種的智能混凝土陸續被引進使用，為我國智能型混凝土的發展開辟了廣闊的前景。

2.智能型混凝土的具體分類

2.1 仿生混凝土材料

是由無機物與有機物相結合后出現的一種復合材料，由纖維網表面大量的有機與無機物相互穿插粘結而成。仿生混凝土是把用磷酸鈣水泥為基體材料，然后加人多孔的編織纖維網進行組合。水泥使用時需要經過水化和硬化過程，使引發劑與單聚物聚合成高聚物，改善了混凝土的性能結構。

2.2 損傷自診斷混凝土

壓縮性和溫敏性是自診斷混凝土所特有的自感應功能，傳統的普通混凝土不具有自感知功能的。在混凝土的基本材料中加入其它材料組分會讓混凝土具備自感應的功能。常用的材料組分有：碳類、聚合類、光纖和金屬類等。碳纖維智能混凝土和光纖傳感智能混凝土是損傷自診斷混凝土的代表。

2.3 自修復智能混凝土

裂縫是混凝土常見的問題，很多混凝土結構在施工使用過程中存在不同程度的裂縫。空氣中的CO2、酸雨和氯化物等可以通過裂縫進入到混凝土內部，對混凝土造成碳化、腐蝕的損壞，破壞了正常的使用功能，自修復混凝土具有較強的自動修復能力，好符合了這種需要。

2.4 自調節智能混凝土

電力效應和電熱效應是自調節智能混凝土所具有的性能，如果出現臺風、暴雨、地震等自然災害時，普通混凝土就無法承受。智能混凝土能自動調整自身的承載能力，在混凝土其內部加入具有驅動功能的組件材料能實現自我調節，增加承載能力。

2.5 自愈合混凝土

向混凝土材料中加入含有粘結劑的膠囊，當混凝土出現裂縫時，膠囊中的粘結劑就會流入裂縫中，對混凝土裂縫進行自動修補。這是模仿了生物組織，當受到創傷時生物能過自動分泌出某種物質自動愈合。將粘結材料和基材進行復合，能使混凝土材料具備再生功能。

3.新型材料應用于建筑施工

智能混凝土的產生既是時展所需，也是建筑技術進步的途徑。智能型混凝土因為具備多項建材使用功能，既符合建筑行業發展的需要，又能起到節能環保的作用。隨著建筑施工技術的發展，智能型混凝土必將在建筑施工中被廣泛應用，具體表現在以下幾點：

（1）實時監控。在施工過程中可以先選擇形狀、尺寸和摻量比較合適的短切碳纖維，然后把選擇好的碳纖維加入到混凝土材料中來提高混凝土的強度、韌性耐久性和物理性能。這樣的施工方法可以增加混凝土能夠自感知內部的應力、應變和操作程度等功能。加上碳纖維混凝土具有溫敏性[4]，對溫度能夠產生較準的感應，一旦混凝土內的碳纖維含量到達一定程度時，其溫差電動勢率就會增大，提高了混凝土的敏感性，施工過程中常常利用這種混凝土對建筑物內部結構以及建筑周圍環境進行實時監控。

（2）抗震防裂。由于大多數建筑物在施工完畢后不久，常常會出現因開裂而形成裂縫等現象。造成裂縫的原因有兩類，一類是外部原因，如受到外力強大的沖擊、震動時會導致裂縫的出現；另一方面的原因則是建筑物本身，尤其是建筑材料的選用，如果材料不復合標準就會導致建筑物的承載能力、抗震能力、防裂能力沒有保障，容易引發裂縫。在施工過程中，工程技術人員常常會根據建筑結構的不同，選用合適的智能型混凝土材料，這樣一方面是減少投資，更重要的是增加建筑物的綜合能力，提高建筑的使用壽命。

（3）安全耐用。智能型混凝土將耐久性高、承載能力強、抗災能力好等特點綜合到一起，這對于建筑物來說的確是一種既新型又實用的材料。工程設計師在進行建筑設計時，必須要考慮到的是建筑物所處的地理位置。因為地域存在差異，使得各個地方的自然氣候存在不同，有的地方受氣候影響長期多風多雨，有的則相對干燥。面對不同的建筑地點，在施工過程中就需要選擇適合的智能混凝土，充分發揮其安全耐用的性能。

綜上所言，智能型混凝土作為一種新型的功能材料，當被投入到實際工程中運用時還需要在應用過程中進一步展開研究。智能混凝土對于確保建筑物的安全和耐久性具有重要的作用。在建筑施工過程中需要根據不同的情況進行合理地選擇，以減少建筑的返修次數，提高使用質量。

參考文獻：

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Abstract: Intelligent is a modern concrete building materials and modern technology to combine the product of a traditional concrete material development of the advanced stage. Recalling the history of the development of concrete intelligence and research and look forward to a smart concrete development trends and application prospects on the research should pay attention to.

Key words: smart concrete development

前言

隨著現代材料科學的不斷進步，作為最主要的建筑材料之一的混凝土已逐漸向高強、高性能、多功能和智能化發展。用它建造的混凝土結構也趨于大型化和復雜化。然而混凝土結構在使用過程中由于受環境荷載作用。疲勞效應、腐蝕效應和材料老化等不利因素的影響，結構將不可避免地產生損傷積累、抗力衰減，甚至導致突發事故。為了有效地避免突發事故的發生，延長結構的使用壽命，必須對此類結構進行實時的“健康”監測，并及時進行修復。現有的無損檢測方法，如聲波檢測X射線及C掃描等，只能定性檢測，而不能定量、數據化處理，更主要的是不能實現實時監測。因而對結構內部狀態的監測和損傷估計還比較困難，甚至是不可能的。傳統的混凝土結構的維修方式主要是在損傷部位進行外部的加固，而對損傷的原結構進行維修比較困難，尤其是對結構內部的損傷修復更是非常困難。隨著現代社會向智能化的發展，這種停留在被動和計劃模式的檢測與修復方式已不能適應現代多功能和智能建筑對混凝土材料提出的要求。因此，研究和開發具有主動、自動地對結構進行自診斷、自調節、自修復、恢復的智能混凝土已成為結構一功能（智能）一體化的發展趨勢[1]

1智能混凝土的定義和發展歷史

智能材料，指的是“能感知環境條件，做出相應行動”的材料。它能模仿生命系統，同時具有感知和激勵雙重功能，能對外界環境變化因素產生感知，自動作出適時。靈敏和恰當的響應，并具有自我診斷、自我調節、自我修復和預報壽命等功能。智能混凝土是在混凝土原有組分基礎上復合智能型組分，使混凝土具有自感知和記憶，自適應，自修復特性的多功能材料。根據這些特性可以有效地預報混凝土材料內部的損傷，滿足結構自我安全檢測需要，防止混凝土結構潛在脆性破壞，并能根據檢測結果自動進行修復，顯著提高混凝土結構的安全性和耐久性。正如上面所述，智能混凝士是自感知和記憶、自適應。自修復等多種功能的綜合，缺一不可，以目前的科技水平制備完善的智能混凝土材料還相當困難。但近年來損傷自診斷混凝土、溫度自調節混凝土。仿生自愈合混凝土等一系列智能混凝土的相繼出現；為智能混凝土的研究打下了堅實的基礎。

1.1損傷自診斷混凝土

自診斷混凝土具有壓敏性和溫敏性等自感應功能。普通的混凝土材料本身不具有自感應功能，但在混凝土基材中復合部分其它材料組分使混凝土本身具備本征自感應功能。目前常用的材料組分有：聚合類、碳類、金屬類和光纖。其中最常用的是碳類、金屬類和光纖。下面主要介紹2種當前研究比較熱門的損傷自診斷混凝土。

1.1.1碳纖維智能混凝土

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。將一定形狀、尺寸和摻量的短切碳纖維摻入到混凝土材料中，可以使混凝土具有自感知內部應力、應變和操作程度的功能。通過觀測，發現水泥基復合材料的電阻變化與其內部結構變化是相對應的。碳纖維水泥基材料在結構構件受力的彈性階段，其電阻變化率隨內部應力線性增加，當接近構件的極限荷載時，電阻逐漸增大，預示構件即將破壞。而基準水泥基材料的導電性幾乎無變化，直到臨近破壞時，電阻變化率劇烈增大，反映了混凝土內部的應力一應變關系。根據纖維混凝土的這一特性，通過測試碳纖維混凝土所處的工作狀態，可以實現對結構工作狀態的在線監測[2].在入碳纖維的損傷自診斷混凝土中，碳纖維混凝土本身就是傳感器，可對混凝土內部在拉、壓、彎靜荷載和動荷載等外因作用下的彈性變形和塑性變形以及損傷開裂進行監測。試驗發現，在水泥漿中摻加適量的碳纖維作為應變傳感器，它的靈敏度遠遠高于一般的電阻應變片。在疲勞試驗中還發現，無論在拉伸或是壓縮狀態下，碳纖維混凝土材料的體積電導率會隨疲勞次數發生不可逆的降低。因此，可以應用這一現象對混凝土材料的疲勞損傷進行監測。通過標定這種自感應混凝土，研究人員決定阻抗和載重之間的關系，由此可確定以自感應混凝土修筑的公路上的車輛方位、載重和速度等參數，為交通管理的智能化提供材料基礎。

碳纖維混凝土除具有壓敏性外，還具有溫敏性，即溫度變化引起電阻變化（溫阻性）及碳纖維混凝土內部的溫度差會產生電位差的熱電性（Seebeck效應）。試驗表明，在最高溫度為70℃，最大溫差為15℃的范圍內，溫差電動勢（E）與溫差t之間具有良好穩定的線性關系。當碳纖維摻量達到一臨界值時，其溫差電動勢率有極大值，且敏感性較高，因此可以利用這種材料實現對建筑物內部和周圍環境變化的實時監控；也可以實現對大體積混凝土的溫度自監控以及用于熱敏元件和火警報警器等可望用于有溫控和火災預警要求的智能混凝土結構中。

碳纖維混凝土除自感應功能外，還可應用于工業防靜電構造。公路路面、機場跑道等處的化雪除冰。鋼筋混凝土結構中的鋼筋陰極保護。住宅及養殖場的電熱結構等。

1.1.2光纖傳感智能混凝土

光纖傳感智能混凝土[3]，即在混凝土結構的關鍵部位埋人入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、裂紋及擴展等損傷進行實時監測。光在光纖的傳輸過程中易受到外界環境因素的影響，如溫度、壓力、電場、磁場等的變化而引起光波量如光強度、相位、頻率、偏振態的變化。因此人們發現，如果能測量出光波量的變化，就可以知道導致光波量變化的溫度、壓力、磁場等物理量的大小。于是，出

現了光纖傳感技術。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、應變及裂縫發生與發展等內部狀態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測和結構的長期監測。光纖在傳感器中的應用，提供了對土建結構智能及內部狀態進行實時、在線無損檢測手段，有利于結構的安全監測和整體評價和維護。到目前為止，光纖傳感器已用于許多工程，典型的工程有加拿大Caleary建設的一座名為Beddington Tail的一雙跨公路橋內部應變狀態監測；美國Winooski的一座水電大壩的振動監測；國內工程有重慶渝長高速公路上的紅槽房大橋監測和蕪湖長江大橋長期監測與安全評估系統等。

1.2自調節智能混凝土

自調節智能混凝土具有電力效應和電熱效應等性能。混凝土結構除了正常負荷外，人們還希望它在受臺風、地震等自然災害期間，能夠調整承載能力和減緩結構振動，但因混凝土本身是惰性材料，要達到自調節的目的，必須復合具有驅動功能的組件材料，如：形狀記憶合金（SMA）和電流變體（ER）等。形狀記憶合金具有形狀記憶效應（SME），若在室溫下給以超過彈性范圍的拉伸塑性變形，當加熱至少許超過相變溫度，即可使原先出現的殘余變形消失，并恢復到原來的尺寸。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于擾時，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。

轉貼于

電流變體（ER）是一種可通過外界電場作用來控制其粘性、彈性等流變性能雙向變化的懸膠液。在外界電場的作用下，電流變體可于0.1ms級時間內組合成鏈狀或網狀結構的固凝膠，其初度隨電場增加而變調到完全固化，當外界電場拆除時，仍可恢復其流變狀態。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。

有些建筑物對其室內的濕度有嚴格的要求，如各類展覽館、博物館及美術館等，為實現穩定的濕度控制，往往需要許多濕度傳感器、控制系統及復雜的布線等，其成本和使用維持的費用都較高。日本學者研制的自動調節環境溫度的混凝土材料自身即可完成對室內環境濕度的探測，并根據需要對其進行調控。這種混凝土材料帶來自動調節環境濕度功能的關鍵組分是沸石粉。其機理為：沸石中的硅酸鈣含有（3－9）X10－10m的孔隙。這些孔隙可以對水分、N0x和S0x氣體選擇性的吸附。通過對沸石種類進行選擇，可以制備符合實際應用需要的自動調節環境濕度的混凝土復合材料。它具有如下特點：優先吸附水分；水蒸氣壓力低的地方，其吸濕容量大；吸、放濕與溫度相關，溫度上升時放濕，溫度下降時吸濕。

1.3自修復智能混凝土

混凝土結構在使用過程中，大多數結構是帶縫工作的。混凝土產生裂縫，不僅強度降低，而且空氣中的CO2、酸雨和氯化物等極易通過裂縫侵人混凝土內部，使混凝土發生碳化，并腐蝕混凝土內的鋼筋，這對地下結構物或盛有危險品的處理設施尤為不利，一旦混凝土發生裂縫，要想檢查和維修都很困難。自修復混凝土就是應這方面的需要而產生的。在人類現實生活中可以見到人的皮膚劃破后，經一段時間皮膚會自然長好，而且修補得天衣無縫；骨頭折斷后，只要接好骨縫，斷骨就會自動愈合。自愈合混凝土[4]就是模仿生物組織，對受創傷部位自動分泌某種物質，而使創傷部位得到愈合的機能，在混凝土傳統組分中復合特性組分（如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，模仿動物的這種骨組織結構和受創傷后的再生、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。在日本，以東北大學三橋博三教授為首的日本學者將內含粘結劑的膠囊或空心玻璃纖維摻入混凝土材料中，一旦混凝土在外力作用下發生開裂，部分膠囊或空心玻璃纖維破裂，粘結液流出并深人裂縫。粘結液可使混凝土裂縫重新愈合。美國伊利諾伊斯大學的Carolyn Dry在1994年采用類似的方法，將在空心玻璃纖維中注人縮醛高分子溶液作為粘結劑埋人混凝土中使混凝土具有自愈合功能。在此基礎上Carolyn Dry還根據動物骨骼的結構和形成機理，嘗試制備仿生混凝土材料，其基本原理是采用磷酸鈣水泥（含有單聚物）為基體材料，在其中加人多孔的編織纖維網。在水泥水化和硬化過程中，多孔纖維釋放出聚合反應引發劑與單聚物聚合成高聚物，聚合反應留下的水分參與水泥水化。這樣便在纖維網的表面形成大量有機與無機物，它們相互穿插粘結，最終形成的復合材料是與動物骨骼結構相似的無機與有機相結合的材料，具有優異的強度及延性等性能。而且在材料使用過程中，如果發生損傷，多孔有機纖維會釋放高聚物，愈合損傷。

2智能混凝規究現狀和應注意的問題

前面所述的自診斷、自調節和自修復混凝土是智能混凝土研究的初級階段，它們只具備了智能混凝土的某一基本特征，是一種智能混凝土的簡化形式。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揮智能混凝土作用，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、自凋節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。

智能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：如碳纖維混凝土的電阻率穩定性、電極布置方式、耐久性等；光纖混凝土的光纖傳感陣列的最優排布方式；自愈合混凝土的修復粘結劑的選擇。封人的方法以及愈合后混凝土耐久性能的改善等。解決上述一系列問題將對智能混凝土今后的發展產生深遠的影響。為促進智能混凝土研究工作的順利開展有必要就以下幾點形成共識：

（1）開發應有針對性。所謂針對性就是要針對混凝土性能發生惡化和結構發生破壞等現象，考慮不同的智能方法，如針對這些現象，設想開發出一種能應對所有這些情況的手段是很困難的，因此，縮小智能化范圍，以某種功能為對象，

從而開發出相對最適應的方法是必要的。

（2）實施中應具有可行性。澆注混凝土多在施工現場進行，因而作為智能混凝土的施工方法，對其技術與工藝要求不能過高。應以原有工藝為基礎開發相應的較為簡單的方法。選用的材料應具有化學穩定性，要有利于安全使用，不揮發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。

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中圖分類號：TU445.57 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）23-0056-02

1、前言

國內目前最為常用的預制梁養生方法多為人工澆水養生，因受操作者的質量意識和工作態度影響，時常出現部分區域漏養、養護時間不足等現象，且箱梁腹板向內傾斜，傳統覆蓋養生沒辦法使用，使得噴上去的水揮發極快，使箱梁腹板、翼板易產生裂紋，形成 “通病”。部分項目也采用自動養護方式，養護效果強于人工養護，但自動養護系統的噴頭固定在地面上或整體架設在預制梁上，使用一段時間后噴頭極易損壞，需要頻繁更換，麻煩且維護成本高，因此很多項目即便安裝了自動養護系統，但中后期也不使用了，轉為人工養護。

灌陽至全州公路土建工程NO.1合同段（下稱灌鳳1標）在預制梁施工中，為滿足預制梁板規模化及質量需要，項目部經過兩個多月的試驗摸索，從足球場的草坪噴灌和農業噴灌系統得到啟發，開發了一套智能噴淋養護施工技術。實踐證明，該技術對預制梁養護具有效果好、安全環保等特點，取得了良好的社會和經濟效益，現將該施工技術進行總結，為類似工程提供參考。

2、工程概況

灌鳳1標1#預制場共需預制30m箱梁161片，25m T梁240片，該預制場日產量2片梁，日平均養護量10～14片梁。2#預制場共需預制20m箱梁40片，25m T梁40片，40m T梁72片，該預制場日產量1.5片梁，日平均養護量7～10片梁。

3、智能噴淋養護系統的設計

3.1 施工場地的設計和布設

（1）整體布置

預制場需設置0.3%的縱坡，養護水池設置在地胎側面的中心樁號位置，使水輸送到各地胎的路程最快最短，沉淀池設置在養護水池的下方最低處，便于匯集施工用水，滿足循環用水的需要。

預制場初次平整場地用平地機精平，壓路機進行壓實，場地平整后高程誤差范圍控制在3cm以內。在場地硬化之前，按設計圖埋設好水管、電纜、噴頭等管件，進行噴淋調試。調試合格后，進行第二次場地平整，最后用C30砼進行硬化，硬化厚度為20cm。

智能噴淋系統整體布置圖1。

（2）水池的設計和布設

預制場需設置兩個水池：養護水池和污水沉淀池，兩個水池均設置在地胎的同一側，距離地胎8m。水池用漿砌片石砌筑，并用水泥抹面，加鋼筋焊網蓋。

水池的尺寸視養護梁的數量而定，以同時養護12條梁為例：養護水池的尺寸為7m×5m×2.5m（長×寬×高），蓄水量為87.5m3，為方便水的輸送，養護水池底面設計比預制場地面高2.5m，并需要在進水口出設聚乙烯濾網，過濾從沉淀池中抽上來的殘渣，以確保噴淋流暢，不堵塞。污水沉淀池的尺寸為5m×3m×2.5m，蓄水量為37.5m3，為方便養護用水的循環利用，沉淀池頂面設計比預制場地面低0.5m。污水處理池中的水經沉淀處理后由抽水機抽送到養護水池中，最終形成水的循環利用。

（3）排水溝的設計和布設

主排水溝設置在地胎靠近水池的一側，距離地胎2m，并在地胎與主排水溝之間設置0.3%的縱坡以便排水。主排水溝尺寸為30×25cm。同時，在每兩列地胎之間橫向設置支排水溝，尺寸為20cm×15cm。場地內施工用水流入支排水溝后，匯集流入主排水溝內，經濾網過濾后后流入沉淀池中。排水溝布置見圖2。

3.2 水管和噴頭的設置

在地胎澆筑的時候就需要把主水管、支路水管和出水口安裝好。主水管為φ75pvc管，支路水管為φ63pvc管。支路水管的布置決定了噴頭距梁體的距離，出水口間距的布置決定了水面的覆蓋面積，因此要根據噴霧咀的型號及其“輻射”面積來確定，以確保預制梁頂部及翼板與腹板的交叉處能被水霧覆蓋為準。灌鳳1標使用的是美國雨鳥 3504型旋轉雨簾噴頭，最大理論輻射面積157m2，理論最大半徑為10m，180°角。經綜合調試，最終將支路水管設置在距地胎邊緣1.7m處，噴頭間距設置為3m，實踐證明，該設置養生效果良好。每個出水口安裝二分叉分別安裝噴頭，噴頭可以上下左右隨意調節角度，使得噴淋范圍更大，且杜絕了噴淋盲區。

水管埋設于地下50cm，其上用土覆蓋壓實，并用C30砼蓋面。噴頭未開動時處于地面以下，開啟系統后噴頭自動伸長13cm露出地面對大梁進行噴淋養護。該設計既能很好的保證噴頭的使用壽命，也不妨礙大梁的鋼筋及模板安裝，同時不會使現場因為水管密布而顯得雜亂無章，實用美觀兩不誤。

3.3 智能控制系統的設置

首先在養護水池出口的主水管上安裝管道增壓泵、控制水泵開關定時的ESP-LXME控制器、水泵開關接觸器和總電源開關，養護水池的水接入控制器后，由主水管（φ75pvc管）導出，并接入到支路水管（φ63pvc管）中。

在每條支路水管與主水管連接處設置有自動進排氣閥，然后在每條支水管上安裝電磁閥，每條梁的噴頭均由一個獨立的電磁閥控制進行2次加壓，電磁閥與支路水管上的自動進排氣閥相連后形成給水系統（見圖4）。

將智能養護控制系統安裝綁定在電腦上，這樣通過控制器上面的信號接收器接收信號，從而實現電腦控制。此系統還可以安裝在智能手機上，從而進行更方便，更靈活的操作。

4、智能噴淋養護系統的使用

打開自動控制系統總電源開關，在泵房控制系統中點擊要養生的地胎編號的按鈕，即可啟動噴淋系統對預制梁進行養生。

根據天氣、溫度情況和梁板養護階段來設置噴淋時間，一般為每隔20～30分鐘噴一次，一次噴淋2.5分鐘（冬季噴淋40s～60s即可）。噴淋時間到點后自動停止噴淋，轉到下一臺座，循環一周后開始等待時間。等待時間根據測試梁體表面水分蒸發完畢時間和總循環時間來確認。等待時間到后水泵再一次開啟進入新一輪循環，如此周而復始直到養護期滿為止。

5、使用效果

灌鳳一標截止2013年4月10日，共預制了418片梁，已預制完成的梁板經監理和項目部質檢部門評定均為合格，經現場施工人員反映，大梁養護效果比人工噴淋方式有了顯著提升，灌鳳路業主將之選為“精品工程”在全線推廣。

使用該技術還產生了良好的經濟效益：①整個系統安裝及材料設備費共20萬，回收材料及設備15萬，建設成本較低。②對比人工養護每年節約人工費12萬元。③養護效果好，砼早期強度上升較快，平均只需4天可達設計張拉強度。按2片/天生產量計算，含張拉、壓漿時間，常規一個循環需要9天 ，采用本技術進行養護一個循環只需要6天，每個循環節約3天。按預制場的地胎配置情況，預制完所有梁地胎共需循環20次，共節約工期3×20=60天。預制場配置2套龍門吊，租金為5萬元/月，因此節約龍門吊租金10萬元。因此共節約資金22萬元。此經濟效益尚未計算縮短工期而產生的隱性效益和由于節約用水而產生的效益。

6、結語

本智能噴淋養護系統與其他智能噴淋系統相比具有以下先進性：所有的管件均埋設于地面以下，使用的噴頭未開動時處于地面以下，開啟系統后噴頭自動伸長露出地面對大梁進行噴淋養護。該設計既能很好的保證噴頭的使用壽命，也不妨礙大梁的鋼筋及模板安裝，同時不會使現場因為水管密布而顯得雜亂無章，實用美觀兩不誤。

該技術與以往的養護方法比起來優勢非常明顯，自動噴淋養護到位，大梁質量得到保證。適合在產量200片以上的混凝土梁預制場中進行推廣應用。

篇（8）

要實現真正意義上的智能型建筑，不僅體現在建筑內部弱電系統的應用，還應該把節能、環保、綠色、生態等發展可持續建筑的戰略思想宗旨融入建筑的智能化建設中去，實現資源的有效持續利用，節能節水節地，減少廢棄物，減低或消除污染，減小地球負荷，體現社會、經濟、環境效益的高度統一。

所以，智能建筑的建設不應僅局限于建筑內部子系統，還應包括能源優化系統、生態綠化系統、廢棄物治理與處置系統、水熱光氣聲環境優化系統等，充分體現建筑與四周環境的協調關系以及自身的穩定性可持續性，充分體現綠色建筑節能建筑和生態建筑的思想內容。要實現上述目標是一個復雜的系統工程，這其中，基于智能建筑材料的開發應用是非常重要的一方面。

1、智能建筑材料

智能材料是指模擬生命系統，能感知環境變化，并及時改變自身的性能參數，作出所期望的、能與變化后的環境相適應的復合材料或材料的復合。仿生命感覺和自我調節是智能材料的重要特征。

智能材料在建筑中的應用廣泛，結構型智能建筑材料可對建筑結構的性能進行預先的檢測和預告，不僅大大減少結構維護費用，更重要的是可避免由于結構破壞而造成的嚴重危害。而本文討論的功能型智能建筑材料，則主要體現出在節能環保、綠色生態等智能化建筑元素中的作用。

以建筑中的功能元素之一濕度調節為例，若使用當前的智能建筑技術，需要通過HVAC（Heating，Ventilating，andAirConditioning）系統實現，能耗很大。而一些建筑材料本身具有調節濕度的功能，可以充分加以利用。傳統材料如木材的平衡含水率、石膏的“呼吸”作用，二者都可隨空氣濕度的變化吸收或放出水分。新開發的某些智能材料其調濕作用更加明顯，如下文討論的調濕混凝土、相轉變材料等。

2、混凝土

除水泥、水、砂、石及化學外加劑外的添加第六組分，不僅可以改善混凝土的使用性能，一些非常的功能型智能型添加物以及一些特種混凝土，可提供非常的綠色節能生態功能。

1）電磁屏蔽混凝土

通過摻入金屬粉末導電纖維等低電阻導體材料，在提高混凝土結構性能的同時，能夠屏蔽和吸收電磁波，降低電磁輻射污染，提高室內電視影像和通訊質量。

2）調濕混凝土

通過添加要害組分納米天然沸石粉制成，可探測室內環境溫度，并根據需要進行調控，滿足人的居住或美術館等建筑對濕度的控制要求，相比較于傳統的利用溫度濕度傳感器控制器和復雜布線系統，使用和維護成本低。

3）透水混凝土

具備良好的透水透氣性，可增加地表透水、透氣面積，調節環境溫度、濕度，減少城市熱島效應，維持地下水位和植物生長。

4）生物相容型混凝土

利用混凝土良好的透水透氣性，提供植物生長所需營養。陸地上可種植小草，形成植被混凝土，用于河川護堤的綠化美化；淡水海水中可棲息浮游動物和植物，形成淡水生物、海洋生物相容型混凝土，調節生態平衡。

5）抗菌混凝土

在傳統混凝土中加入納米抗菌防霉組分，使混凝土具有抑制霉菌生長和滅菌效果，

6）凈水生態混凝土

將高活性凈水組分與多孔混凝土復合，提高吸附能力，使混凝土具有凈化水質功能和適應生物生息場所及自然景觀效果，用于淡水資源凈化和海水凈化。

7）凈化空氣混凝土

在砂漿和混凝土中添加納米二氧化鈦等光催化劑，制成光催化混凝土，分解去除空氣中的二氧化硫、氮氧化物等對人體有害的污染氣體。另外還有物理吸附、化學吸附、離子交換和稀土激活等空氣凈化形式，可起到有效凈化甲醛、苯等室內有毒揮發物，減少二氧化碳濃度等作用。

8）再生混凝土

將廢棄混凝土經過處理，部分或全部代替天然骨料而配制的新混凝土，減少城市垃圾，節約資源。

9）溫度自監控混凝土

通過摻入適量的短切碳纖維到水泥基材料中，使混凝土產生熱電效應，實現對建筑物內部和周圍環境溫度變化的實時測量。此外尚存在通過水泥基復合材料的熱電效應利用太陽能和室內外溫差為建筑物提供電能的可能性。

10）綠色高性能混凝土

在混凝土的生產使用過程中，除了獲得高技術性能外，還綜合體現出節約能源資源，不破壞環境的宗旨。在概念上，綠色混凝土重點在于對環境無害，而生態混凝土強調的是直接有益于環境。

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Abstract: the intelligent material used in carbon fiber as the bridge structure, the application of carbon fiber concrete electric heating, electricity-force-effect, to improve the bearing capacity of the bridge and deformation capacity, open up the carbon fiber concrete application field, and for the bridge structure control and puts forward a new method of intelligent bridge, and for the new bridge development and strengthening old bridge is expanding a new road.

Keywords: carbon fiber concrete; Intelligent bridge; Improve the bearing capacity

中圖分類號：TU37文獻標識碼：A 文章編號：

1.引言

近年來國內外的橋梁研究者們都在努力探索新的具有自診斷和自修復的智能橋梁結構。健康監測系統等一系列的橋梁結構智能控制系統已成為近年研究的焦點，并已經取得了一些成就，光纖光柵傳感技術以及一些引入復合材料后具有機敏性的智能混凝土的應用與研究，為人類橋梁史的發展開辟了新的途徑。

智能混凝土是在混凝土原有組分基礎上復合智能型組分,使混凝土具有自感知和記憶，自適應，自修復特性的多功能材料。根據這些特性，可以有效地預報混凝土材料內部的損傷，滿足結構自我安全檢測需要，防止混凝土結構潛在脆性破壞，并能根據檢測結果自動進行修復，顯著提高混凝土結構的安全性和耐久性。正如上面所述，智能混凝士是自感知和記憶、自適應、自修復等多種功能的綜合，缺一不可，以目前的科技水平制備完善的智能混凝土材料還有一定困難。但近年來損傷自診斷混凝土、溫度自調節混凝土、仿生自愈合混凝土等一系列智能混凝土的相繼出現，為智能混凝土的研究打下了堅實的基礎。

本研究以國家自然科學基金項目為資助，以318國道湖北荊州一座急待改建小橋為依托工程，初步探討碳纖維混凝土智能材料在橋梁結構中的應用，取得了很好的應用效果。

2.實橋改造試驗方案

觀音垱橋是318國道上的一座小橋，該橋為(1×6.80)米鋼筋混凝土板橋，橋面總寬為14.10米，兩邊各有0.30米寬鋼筋混凝土路緣石，凈寬為13.50米。設計荷載為：公路Ⅱ級；公路等級：二級公路。由于該橋處于國道上，日交通量大，重載車日益增多，且使用已久，出現了橋面龜裂，主板出現大量裂縫，伸縮縫壞死，支撐梁損壞等病害。故對橋作如下改造、加固措施。

2.1 三片鋼桁架。鋼桁架用鋼δ22，Q235；焊條，E43型；焊縫厚6mm。

各桁架布置標高一致；在桁架入臺耳處的橋臺內預埋300×300×10mm鋼板，下焊4根φ8長100mm鋼筋，桁架與預埋鋼板焊接。

2.2 三個碳纖維混凝土短柱。短柱：C30混凝土，內摻含體積率1%的短切碳纖維。

短柱上下有兩電極，并將電線接上并外引至南側橋邊，電源為110V，短柱兩側粘好測溫度的線，并外引至南側橋邊；短柱4側打磨干凈，再涂兩遍酚醛樹脂；在短柱頂面上現灌托梁。

2.3 一個托梁。托梁：C30混凝土，8Φ16。

托梁構造如下：（1）N3為托架往下凸出部分內的鋼筋，每處4Φ16，與N1 ，N2綁扎，并于往下凸出部分50cm，內布4φ8@150箍筋。（2）托梁分兩次澆灌，南側托梁與梁板間預留2 cm間隙，北側托梁與梁板間預留1cm間隙，第一次澆筑路左幅（南側）705cm部分；待右邊公路行車后再灌右幅（北側）705cm部分。

2.4 更換梁板及橋面鋪裝。

裝應變片的空心板共5塊，布置在3個上和桁架之間，其中桁架上的板裝4塊應變片，另2塊裝2塊應變片。在安裝處先將鋼筋打磨光滑，讓應變片完全接觸鋼筋，涂上環氧樹脂，貼上應變片，綁上粘膠，然后用紗布一層層裹實，每裹一層涂上一層環氧樹脂；每塊板的應變線做上記號，并外引至南側橋邊。

3.碳纖維混凝土橋梁智能化方案與試驗

3.1 研究了組合結構體系

用桁架與梁組合，使梁跨中彎矩減少40﹪。

3.2 提出了三種智能材料在橋梁結構中的應用方案

（1）梁中CFRP混凝土層橋梁結構

圖1-1短切碳纖維混凝土梁

圖1-1所示結構在梁的下緣作成CFRP混凝土簿層如2cm，通過電極通電，CFRP混凝土層發熱升溫，從而梁上下緣產生溫差，超靜定梁就產生負彎矩和

上拱，這樣，梁彎矩和撓度分別下降54﹪和96﹪，但是耗電較大。

（2）桁架梁智能結構

如圖1-2所示結構的桁架與梁不直接接觸，在橋寬方向布置多片桁架，在各豎桿底端用聯系桿將桁架橫向聯系起來，用托梁（可用鋼筋混凝土構件）將各片梁（板）橫向托起，CFRP混凝土短柱緊挨桁架豎桿，置于聯系桿和托梁之間。短柱通電升溫就伸長，這就可智能化地向梁提供向上的力，從而減少梁的彎矩和橈度，效果分別達到73﹪和64﹪。

圖1-2. 桁架梁智能結構圖1-3. 斜撐梁智能結構

（3）斜撐梁智能結構

如圖1-3所示結果，斜撐支在橋臺（墩）上，CFRP混凝土短柱置于梁和斜撐之間并緊密接觸；CFRP混凝土短柱通電后，短柱伸長給梁頂力，所以梁的彎矩和橈度減少，效果都可超過90﹪甚至達到100﹪。

智能材料在橋梁中控制效果：CFRP層砼橋，彎矩下降54%，撓度下降96%；桁架梁智能橋，彎矩下降73%，撓度下降64%；斜撐梁智能橋，彎矩下降90%以上，撓度下降90%以上。

由此可見優良排序：斜撐梁智能橋、桁架梁智能橋、CFRP混凝土層橋

3.3 CFRP混凝土材料特性試驗

通過試驗獲得CFRP混凝土材料特性，主要為電—熱效應、導電性能、時間溫度關系、時間變形關系；

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Abstract: in the theoretical analysis and test research, it established concrete rebound-ultrasound-pulled out of the synthesis detection artificial neural network model. Comparing the traditional regression algorithm, the artificial neural network model of concrete strength has higher precision.

Keywords: rebound-ultrasound-pull out the synthesis; Concrete; Strength; detection

中圖分類號： TU528 文獻標識碼：A 文章編號：

1 引言

混凝土的強度可采用無損檢測的方法進行推定，如采用回彈法、聲速法、拔出法或綜合法。綜合法由于采用多項物理參數，能較全面地反映構成混凝土強度的各種因素，并且還能夠抵消部分影響強度與物理量相關關系的因素，因而它比單一物理量的無損檢測方法具有更高的準確性和可靠性[1]。通過試驗研究和工程實踐積累的檢測數據，建立了混凝土強度回彈-超聲-拔出綜合法神經網絡模型。

2 試驗設計

2.1 試件制作

設計C15、C20、C25、C30、C35、C40六個強度等級、三個齡期的混凝土，共制作標準養護100×100×100mm立方體試件180組用于回彈法、超聲法檢測，制作標準養護200×200×200mm立方體試件180組用于拔出法檢測，同時制作相同組數的自然養護試件。試件均采用機械攪拌、機械振搗。

2.2 混凝土配合比及原材料基本性能

混凝土配合比及設計參數見表1。

表1 混凝土配合比及設計參數統計表

3 回彈-超聲-拔出綜合法人工神經網絡的設計與模型建立

3.1網絡設計與說明

3.1.1輸入和輸出層的設計

人工神經網絡的輸入、輸出層數是完全根據使用者的要求來設計，問題確定下來，輸入輸出層也就確定了。

3.1.2隱含層單元的選擇

隱含層單元個數的選擇是一個十分復雜的問題，目前尚沒有很好的解析表達式，隱含層單元的個數與問題的要求、輸入輸出單元的數量、訓練樣本的數量等都有直接關系。當隱含層單元的數量太少時會導致網絡的容錯性能降低，即訓練不出理想的結果。但隱含層單元個數太多又往往會造成網絡的訓練時間過長，且網絡的輸出誤差也不一定最小，因此目前主要依靠理論和經驗確立合適的計算網絡[2]。下面公式作為選擇隱含層單元數的參考：

式中：n1為隱含層單元數，m為輸出層單元數，n為輸入層單元數，a為1-10之間的常數。

3.1.3初始值的選取

對于系統是非線性的，初始值對于學習是否達到局部最小和是否能夠收斂的關系很大，一個重要的要求是希望初始權在輸入累加時使每個神經元的狀態接近于零，這樣可以保證開始時不落到那些平坦區域上。權一般取隨機數，而且要求比較小，這樣可以保證每個神經元一開始都在它們轉換函數變化最大的地方進行[3]。

3.1.4數據的歸一化處理

由于輸入數據的密集性，數據之間的差別太小，如超聲值；同時由于采集的各數據單位不一致，直接將數據輸入神經網絡進行訓練會引起混淆。因此，必須對輸入數據和輸出數據進行歸一化處理（Normalization Processing），使得輸入層的輸入值介于[-1,1]之間，而輸出層的輸出值介于[0,1]之間。

神經網絡訓練結束后，在神經網絡進行混凝土強度推測階段（即仿真階段），需要對數據進行反歸一化處理。

3.2網絡算法改進

3.2.1附加沖量(動量)法

附加沖量法修正網絡參數時，不僅考慮誤差函數的梯度下降，而且考慮誤差曲面的變化趨勢。沒有附加沖量作用時，網絡可能陷入局部極小或進入誤差曲面平坦區，而附加沖量則有可能使網絡跳出局部極小或滑過平坦區[4]。

3.2.2自適應學習速率

正確選擇學習速率不是一件容易的事情，通常對訓練初期合適的學習速率，隨著訓練的進行會變得不合適，因為誤差曲面是非常復雜的。為了解決這一問題，設法讓網絡具有這樣一種功能，根據自身的訓練情況自動調整學習速率，即采用自適應學習速率[5]。

3.2.3 S型函數輸出限幅算法

網絡的連接權和閥值的調節量都與中間層輸出b有關，當bj=0或b=l時，vji=0或wji=0或θj=0，即當bj=0或bj=1時，不能對網絡的權值和閥值進行調整。

3.3 網絡訓練和模型的建立

混凝土強度回彈-超聲-拔出綜合法神經

網絡訓練如圖1示。經過訓練，網絡模型如

圖2所示。

建立的神經網絡的訓練函數為Trainlm。

輸入層數是3，即回彈值、超聲值、拔出力；

輸出層數是1，即混凝土立方體抗壓強度。

隱含層是1層，單元數是5。初始學習速率

0.05，沖量系數0.9，允許學習次數3000，

學習樣本數168，計算樣本數15，初始權值和閾值為[-0.01，0.01]區間的隨機數，輸入層的輸入值介于[-1，1]之間，輸出層的輸出值介于[0，1]之間。網絡檢測樣本見表2所示。

4 人工神經網絡與回歸算法推測混凝土強度對比

4.1回歸模型選擇

根據試驗數據情況擬選三種回歸公式，通過回歸指標綜合評價這三種回歸公式，然后選取既能反映混凝土實際工作狀況又較為簡單的回歸公式作為綜合法的測強公式 。

擬選用以下幾種回歸公式模型[6，7]：

冪函數方程 ：

線性方程：

指數方程：

式中；—混凝土強度計算值(MPa)；F—拔出力(kN)；N—回彈值；V—超聲速度(km/s)；A、B、C、D—回歸系數

4.2 綜合法檢測回歸公式及試驗結果分析

本次試驗通過對576組150×150×150mm試塊和90根750×200×200mm小梁180組進行拔出、回彈、超聲檢測。對試驗數據利用Matlab進行回歸分析，得到如下回歸方程和相應的回歸指標，見表3。