Умные строительные материалы, которые также известны как интеллектуальные материалы, активные материалы и перенимающие материалы, – это материалы, которые обладают способностью реагировать на изменения своего состояния или окружающей среды, которой они подвергаются, полезным и контролируемым образом.
Воздействие, вызывающее изменение свойств интеллектуального материала, может быть в виде механического напряжения / деформации, электрического / магнитного поля или изменения температуры, влажности, pH и света.
Уникальные свойства делают их важнейшим материалом во многих областях техники и науки. Они используются в проектах гражданского строительства и способствуют повышению производительности, комфортабельности и энергоэффективности конструкции.
Умные строительные материалы и их применение
Виды умных материалов
Исходя из входных и выходных данных, умные материалы делятся на следующие категории.
1. Сплавы с памятью формы (СПФ)
Такие материалы обладают способностью восстанавливать ранее заданную форму или размер при соответствующих температурных изменениях. Сплавы с памятью формы находят свое применение в новых областях гражданского строительства, в частности, в сейсмозащите зданий.
Применение сплавов с памятью формы в гражданском строительстве – это многократное поглощение энергии деформации без постоянной деформации, для получения широкого диапазона циклического поведения, для сопротивления усталости при больших циклах деформации, а также благодаря их большой прочности и надежности в долгосрочной перспективе.
Принцип работы интеллектуальных сплавов
Умные материалы из сплавов
2. Магнитострикционные материалы
Эти материалы подвергаются механической деформации пропорционально квадрату электрического поля, что означает свойство материала изменять размер в ответ на воздействие электрического или магнитного поля и, наоборот, создавать напряжение при растяжении. Эти материалы перспективны для применения в самых разных областях – от насосов и клапанов до аэрокосмической аэродинамической трубы.
Магнитострикционные материалы изменяют свою форму в ответ на приложенное магнитное поле
Магнитострикционные материалы
3. Пьезоэлектрические материалы
Эти материалы обладают способностью создавать напряжение при деформации поверхности. И наоборот, эти материалы подвергаются деформации (напряжению), когда к ним прикладывается электрическое поле. Когда пьезоэлектрический материал интегрирован в конструкцию, он генерирует электрическое поле в ответ на механические усилия.
Пьезоэлектрические материалы
4. Электрореологические жидкости
Это коллоидные суспензии, вязкость которых изменяется при воздействии электрического поля. Такие жидкости очень чувствительны и мгновенно реагируют на любое изменение приложенного электрического поля. находят свое применение в амортизаторах.
Электрореологические жидкости
5. Электрохромные материалы
Эти материалы изменяют свои светопропускающие свойства при подаче напряжения.
Электрохромные материалы
Применение “умных” материалов в строительстве
1. Умный бетон (композит из углеродных волокон и бетона), используемый в умных конструкциях, способен обнаруживать мелкие трещины/дефекты. В отличие от обычного бетона, умный бетон обладает более высоким потенциалом и повышенной прочностью.
Он может быть использован для электромагнитного экранирования и для повышения электропроводности бетона. Умный бетон при нагрузке и разгрузке теряет и восстанавливает свою проводимость, служа, таким образом, как конструкционным материалом, так и датчиком.
Умный бетон играет важную роль в строительстве дорожных покрытий как датчик движения, а также растапливает лед на автомагистралях и аэродромах во время снегопада в зимнее время года, пропуская через себя ток низкого напряжения.
2. Умные материалы находят применение при проектировании интеллектуальных зданий. Умные материалы используются для борьбы с вибрацией, снижения уровня шума, обеспечения безопасности и эксплуатационных характеристик.
3. В строительстве интеллектуальных зданий для контроля окружающей среды, мониторинга состояния конструкций.
4. В интеллектуальных зданиях они используются для повышения эффективности, комфорта и безопасности людей и имущества.
5. Умные материалы уменьшают последствия землетрясений.
6. В морском и железнодорожном транспорте для мониторинга деформации с помощью встроенных волоконно-оптических датчиков.
7. Использование интеллектуальных материалов позволяет строить интеллектуальные мосты, особенно вантовые мосты с более широким пролетом, чтобы избежать повышенной восприимчивости к вибрациям, вызванным факторами окружающей среды, такими как ветер, дождь или движение транспорта. Следовательно, конструкция требует меньшего обслуживания, а ее реакцию можно контролировать.
8. Они используются для мониторинга гражданских инженерных сооружений с целью оценки их долговечности.
9. Умные материалы в конструкциях используются для мониторинга целостности мостов, плотин, морских нефтебуровых вышек, где волоконно-оптические датчики, встроенные в конструкции, используются для выявления проблемных зон.
10. Они могут быть использованы для восстановления трещин в бетоне, когда в качестве арматурного стержня используется сверхэластичный смарт-материал.
Умный бетон
Детали умного моста
Читайте далее:- Как выполнить контроль магнитных частиц? [PDF].
- Топ-6 носимых технологий в строительной сфере.
- Что такое мониторинг состояния конструкций в гражданском строительстве?.
- Типы мостов по пролетам, материалам, конструкциям, функциям, полезности и т.д..
- Гибридный фиброармированный бетон – преимущества и применение в строительстве.
- Датчики бетона: Работа и типы.
- Что такое интеллектуальная транспортная система? Ее работа и преимущества.