Самочувствующий бетон – это технология “умного” бетона, который может самостоятельно ощущать напряжение, деформацию и повреждения. Его также называют самоконтролирующимся, пьезорезистивным, чувствительным к давлению или интеллектуальным бетоном.
Состав и значение самочувствующего бетона кратко описаны в этой статье.
Состав самочувствующего бетона
Состав самочувствующего бетона аналогичен составу обычного бетона с добавлением функциональных наполнителей. В качестве функциональных наполнителей могут использоваться стальные волокна, углеродные волокна или углеродные нанотрубки, никелевый порошок и т.д. Наличие функциональных волокон создает в бетоне проводящую сеть, которая дает значения электрического сопротивления, проводимости и импеданса, когда через нее пропускают ток.
Свойство самочувствия самочувствующего бетона
Свойство самочувствия умного бетона основано на расположении функциональных волокон в бетоне. Функциональные волокна хорошо диспергированы в бетонной матрице, на основе чего бетонная матрица имеет уникальную и обширную проводящую сеть.
Когда бетон подвергается любой форме деформации или напряжения, проводящая сеть нарушается. Это изменяет электрические параметры бетонной матрицы. Изучаемые электрические параметры – это емкость, электрическое сопротивление и импеданс материала. Измерение этих электрических параметров определяет деформацию, напряжение и повреждение бетона в статических и динамических условиях. Деформация измеряется путем определения электрического сопротивления.
Структура самочувствующего бетона
Самочувствующий бетон имеет сложную структуру. Он представляет собой многофазный и многомасштабный композит.
На рисунке 1 ниже показана структура самочувствующего бетона на макроскопическом уровне. Он представляет собой комбинацию двухфазного материала, в котором функциональные наполнители диспергированы в бетонной матрице. Функциональные наполнители могут существовать в любой из следующих форм:
- Фибра
- Частица
- Гибрид волокна и частицы
Рис.1. Структура самочувствующего бетона на макроскопическом уровне.
Распределение этих наполнителей формирует проводящую сеть бетона.
Структура самочувствующего бетона на микроскопическом уровне не имеет однородной структуры. На микроскопическом уровне самочувствующий бетон распределен на трех уровнях:
- Распределение функциональных наполнителей в вяжущем
- Распределение вяжущего с функциональными наполнителями среди мелких заполнителей
- Мелкие заполнители, распределенные с вяжущим и функциональными наполнителями среди курсовых заполнителей.
Распределение функциональных волокон в бетонной матрице зависит от :
- Геометрическая форма функционального наполнителя
- Методы обработки
- Концентрация функционального наполнителя
Значение самочувствующего бетона
Среди всех функциональных наполнителей, используемых в самочувствующем бетоне, углеродное волокно обеспечивает уникальное преимущество для самочувствующего свойства бетона. Эта комбинация может обнаружить напряжение или деформацию в бетонных конструкциях до того, как они разрушатся.
Самочувствующий бетон может обнаружить даже небольшие дефекты структуры. Это имеет большое значение для изучения внутреннего состояния конструкций, подверженных землетрясениям.
Композитные и обычные бетонные конструкции подвергаются трещинам при неожиданных нагрузках. Встраивание датчиков внутрь конструкций обычно позволяет оценить эти неожиданные деформации. Датчик стоит очень дорого и еще дороже обходится его установка. Именно тогда применение умного бетона находит свое место, поскольку самовосстанавливающийся бетон намного дешевле по сравнению с датчиками.
С ростом рынка интеллектуальных зданий применение интеллектуального бетона поощряется. Его основная функция заключается в обнаружении мелких трещин и остановке их развития для создания более надежной смеси.
Умный бетон требует большой внешней силы для изгибания даже в небольших объемах. Он может накапливать больше энергии перед разрушением.
Значение умного бетона не ограничивается только строительными конструкциями. Он используется для определения положения, скорости и веса транспортных средств.
Важные моменты
1. Что такое самочувствующий бетон?
Самочувствующий бетон – это технология “умного” бетона, который может самостоятельно определять напряжение, деформацию и повреждения. Его также называют самоконтролирующимся бетоном, пьезорезистивным, чувствительным к давлению или интеллектуальным бетоном.
2. Как самочувствующий бетон обнаруживает деформации?
В бетоне, подверженном деформации или напряжению, нарушается проводящая сеть. Это изменяет электрические параметры бетонной матрицы. Изучаемые электрические параметры – это емкость, электрическое сопротивление и импеданс материала. Измерение этих электрических параметров определяет деформацию, напряжение и повреждение бетона в статических и динамических условиях. Деформация измеряется путем определения электрического сопротивления.
3. Каков состав самочувствующего бетона?
Состав самочувствующего бетона аналогичен составу обычного бетона с дополнительным добавлением функциональных наполнителей. В качестве функциональных наполнителей могут использоваться стальные волокна, углеродные волокна или углеродные нанотрубки, никелевый порошок и т.д. Наличие функциональных волокон обеспечивает наличие в бетоне проводящей сети
4. Как самочувствующий бетон используется в дорожном строительстве?
При строительстве автомобильных дорог “умный” бетон может использоваться для определения положения, скорости и веса транспортных средств.
5. Каковы области применения самочувствующего бетона?
Важными областями применения самочувствующего бетона являются:
a). Обнаружение дефектов и трещин в конструкции до ее разрушения
b). Для определения характеристик движения транспортных средств по дорогам.
c). Задержать развитие трещин с помощью волокон (функциональных наполнителей).
d). Для анализа конструкции после воздействия динамических нагрузок
Читать далее:
- Армированный фибробетон – виды, свойства и преимущества армированного фибробетона.
- Гибридный фиброармированный бетон – преимущества и применение в строительстве.
- Передовые композиционные материалы (ACM).
- Умные строительные материалы – применение в гражданском строительстве.
- ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ КОМПОЗИТНЫЕ ВОЛОКНА.
- Топ-6 носимых технологий в строительной сфере.
- Цементные композиты, армированные волокном (FRC), и высокоэффективные композиты FRC.