《道路建筑材料》课件-桥梁新材料

桥梁新材料01自愈混凝土02智能超材料03压敏混凝土04FRP01自愈混凝土一、自愈混凝土1.自愈混凝土概念自愈混凝土是在传统混凝土基础上，通过特殊技术向混凝土基体中引入自修复功能组分（如微生物、微胶囊、纤维等），使混凝土在受到损伤（如产生裂缝）后，无需人工干预，能够自主启动修复机制，实现裂缝闭合、结构性能恢复，从而延长建筑结构服役寿命、降低维护成本。一、自愈混凝土2.自愈混凝土技术路线（1）物理化学自愈水颗粒从0.05-0.1mm宽的类似毛细血管的裂缝中渗透，这些水颗粒使未反应或部分反应的水泥发生水化，水泥膨胀，进而填满裂缝。但当裂缝大过以上宽度时，就需要别的修复措施。一、自愈混凝土2.自愈混凝土技术路线（2）微生物自愈由未发生反应的石灰石和钙基营养素在细菌的帮助下，通过生物反应来修复建筑物上出现的裂缝。当制备混凝土时，将微生物加入到已拌好的湿混凝土中；这种细菌的休眠期可达约200年。当混凝土出现裂缝时，水就会从裂缝中渗入；这时细菌的孢子发芽，开始吞噬乳酸钙，消耗氧气，可溶的乳酸钙转化成了不溶的石灰石，不溶的石灰石开始变硬，从而自动填充裂纹。一、自愈混凝土2.自愈混凝土技术路线结果表明：细菌混凝土的抗压强度和抗弯强度均优于普通混凝土。2.自愈混凝土技术路线一、自愈混凝土一、自愈混凝土3.自愈混凝土优缺点优点缺点1.无需任何外部辅助下自我修复裂纹

2.抗压强度和抗弯强度比普通混凝土显著提高3.冻融损害减缓4.混凝土渗透性降低5.降低钢筋腐蚀性，增强钢筋混凝土耐久性6.芽孢细菌对人无伤害，可大量应用1.成本比常规混凝土翻倍2.细菌在某些气候和介质环境下生长不佳3.含有自愈合物质的粘土介质，在混凝土中体积占比近20%。可能成为混凝土剪切带或断层带4.细菌混合混凝土设计没有任何规范或其他规范5.碳酸钙的形成相关研究成本极高4.自愈混凝土适用范围混凝土结构受损后，依托内部修复机制可自主启动修复，经测试，自修复率通常可达80%以上，显著延缓结构老化进程，大幅延长服役寿命。修复响应速度快，能在裂缝产生后短时间内启动；不过，受材料特性与修复机制限制，当前对宽深裂缝的修复效果仍有待提升，需进一步技术突破。一、自愈混凝土4.自愈混凝土适用范围一、自愈混凝土桥梁工程可增强墩柱、梁体耐久性，降低病害维修频率建筑工程提升楼板、墙体抗裂防渗性能地铁、水利设施等在对防水、耐久性要求严苛的项目中，同样可发挥关键作用，为各类混凝土结构提供兼具强度与自修复功能的材料支撑。02智能超材料二、智能超材料打破常识的反直觉纵向越拉，横向变胖？纵向越压，横向变瘦？1.智能超材料概念二、智能超材料1.智能超材料概念什么是负泊松比?当横向变形与纵向变形方向一致时，泊松比就变成了负数！二、智能超材料1.智能超材料概念负泊松比材料——拉伸时横向膨胀，压缩时横向收缩！这种材料被称为“拉胀材料”（Auxetic），这个词源自希腊语“auxetos”，意为“有增长趋势的”。二、智能超材料1.智能超材料概念二、智能超材料2.超智能材料制作最初涉及热机械工艺，结合机械压缩和热成型。利用CO2可在室温下将聚氨酯泡沫高效转化为拉胀泡沫。01FDM（熔融沉积建模）SLS/SLM（选择性激光烧结/熔化）SLA（立体光刻）DLP（数字光处理）02包括铸造、锻造和焊接等技术。铸造涉及将液体材料倒入特殊形状的空腔中，随后凝固形成部件。03通过上述制造方法并行连接结构单元，构建用于防护设备的大型拉胀超材料。04拉胀泡沫制备增材制造（3D打印）等材制造离散组装二、智能超材料3.超智能材料特性

剪切模量G=E/2(1+ν)理论上，当泊松比接近-1时，剪切模量趋近无穷大。抗剪性能普通材料：受到尖锐撞击时，材料会向四周逃逸，撞击点变薄、破裂拉胀材料：受到撞击时，材料反而会向撞击点聚集，瞬间变得更致密、更硬抗冲击性能极佳传统材料在受压时向外扩散，降低局部密度和抗压痕能力。而拉胀超材料在受力方向和垂直方向同时收缩，增加局部密度和抗压痕能力抗压痕性能普通板材：弯曲时会变成马鞍形拉胀材料：弯曲时会变成完美的球面完美的曲线贴合二、智能超材料3.超智能材料特性

二、智能超材料4.超智能材料应用

阻尼耗能桥梁防撞耗能元件填充、包裹等加固地基抑制混凝土开裂满足应变监测需求03压敏混凝土三、压敏混凝土1.压敏混凝土概念压敏性能就是材料在受到外部应力或应变时，其电阻率会发生变化。对于混凝土而言，这种变化主要体现在其导电网络的改变上。当混凝土受到压力、拉力或变形时，其内部的导电网络掺入导电材料（如碳纤维、石墨烯、钢纤维）后，形成导电通路会受到影响，进而导致电阻值发生变化。三、压敏混凝土第一阶段第二阶段第三阶段受压状态下电阻变化1.压敏混凝土概念三、压敏混凝土第一阶段第二阶段第三阶段受拉状态下电阻变化1.压敏混凝土概念三、压敏混凝土在安全范围内，受压时导电网络更紧密，电阻率降低；受拉时网络疏松，电阻率升高。这种可逆变化能灵敏反映结构变形。然而当应变过大产生宏观裂缝，导电网络被切断，电阻率会急剧飙升，发出明确的“损伤警报”1.压敏混凝土概念三、压敏混凝土2.影响感知能力的因素导电材料种类与掺量混凝土配合比及养护外界环境碳纤维（导电性好、易分散）石墨（成本低、但需大掺量）钢纤维（强度高、易锈蚀）纳米碳管（灵敏度极高、但价格昂贵）水灰比过大，孔隙多，导电材料接触不稳定，压敏性能变差；水灰比过小，材料难搅拌均匀，可能导致导电局部聚集。温度升高，混凝土内部离子运动加快，导电性增强，可能导致电阻“漂移”潮湿环境下水分会进入孔隙，形成“离子导电通路”，改变整体导电性三、压敏混凝土3.实际应用范围超载车辆通行。地震后的隐性损伤结构健康监测通过电阻变化统计车流量、车速电阻异常升高提示路面结冰风险智能交通系统安防预警在墙体中嵌入压敏混凝土，当有人试图破坏（如钻孔、撞击）时，压力突变会触发警报。04FRP四、FRP1.FRP概念

FRP（FiberReinforcedPlastics），俗称玻璃钢，是一种由纤维材料与基体材料按一定的比例混合后形成的高性能材料玻璃纤维增强复合塑料(GFRP)碳纤维增强复合塑料(CFRP)硼纤维增强复合塑料(BFRP)芳纶纤维增强复合塑料(AFRP)根据采用的纤维不同FRP分类四、FRP1.FRP概念

杆状，代替钢筋布状网格状型材针片状带状四、FRP1.FRP概念

四、FRP2.FRP特点可以根据需要设计各种形状和尺寸的产品，且具有栓接在内的多种连接方式制造灵活，便于拆卸可根据产品的要求选择成型工艺工艺性好可以设计成透明的结构透明性热导率低，‌能在瞬时超高温情况下提供保护优良的绝热性能对大气、‌水和一般浓度的酸、‌碱、‌盐以及多种油类和溶剂都有较好的抵抗能力出色的耐腐蚀性航空、‌火箭、‌宇宙飞行器、‌高压容器轻质高强高频下仍能保持良好的介电性，‌微波透过性良好优良的绝缘性能（1）FRP优点四、FRP2.FRP缺点FRP缺点弹性模量低FRP的弹性模量比木材大两倍，‌但比钢小10倍，‌导致产品结构中刚性不足，‌容易变形；‌长期耐温性差不能在高温下长期使用，‌通用聚酯FRP在50℃以上强度就明显下降，通用型环氧FRP在60℃以上强度有明显下降，‌限制了其在高温环境下的应