Умные строительные материалы — применение в гражданском строительстве

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.

  • Применение «умных» материалов в строительстве
  • 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

    Принцип работы интеллектуальных сплавов

    Умные сплавы

    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 изменяют свою форму в ответ на приложенное магнитное поле

    Магнитострикционные материалы

    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

    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

    Электрореологические жидкости

    5. Электрохромные материалы

    Эти материалы изменяют свои светопропускающие свойства при подаче напряжения.
    Электрохромные материалы

    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

    Умный бетон

    Детали

    Детали умного моста

    Читайте далее:
    Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
    Центрсельстрой