周乐仙
广西华蓝建筑装饰工程有限公司 广西 南宁 530000
摘要：土木工程是建筑工程建设中的核心部分，随着我国经济建设的发展，土木工程无论在技术方面还是在材料方面都有了很大的进步。尤其在我国高科技的发展条件下，土木工程建设施工中在材料的选择上更是趋于完善化，智能材料是高科技产物下较为成功的代表。智能材料的普遍应用大大提升了土木工程建设的施工质量，同时缩减了企业施工的成本。本文就围绕着土木工程智能材料的应用与发展进行一个简单的论述。
关键词：土木工程；智能材料；应用；发展；
智能材料的衍生，大大满足了土木工程建设施工的所有需求，目前在土木工程建设中，智能材料的应用越来越广泛，智能材料所具备的自我修复能力、感应外界气候能力、信号预警能力等，在提高了城市居民居住整体水平的同时，促进了建筑企业主体的发展。
1、智能材料
智能材料是为满足建筑企业施工需求而产生的一种新型的材料结构。一般而言，建筑智能材料具有感知外界环境外变化的多种能力和功能，同时可以对所受外界的刺激进行分析、处理和判断。是一种具有超高性价比的材料。同时，在土木工程实际施工中，智能材料还能够采取一定的措施适应各种突发状况，除此之外，智能材料具有诸多的特征：首先，智能材料具有强大的感知功能，能够检测并且识别外部环境的刺激的强度，如对光源、电压、拉力作用、辐射强度等的冲击力；其次，智能材料具有强大的驱动功能，能适应外界变化的规律。智能材料在应用中能够根据外界设计需求以及建筑工程设计方案，对建筑的形式进行选择和控制响应；最后，建筑材料的反应能力十分敏捷，当建筑物受外界环境刺激消散后，智能材料本身能够迅速地恢复到它原本的特性。智能材料最主要的组成部分为：基本材料、感知材料、执行材料以及监测系统。
2、智能材料的优势
智能材料作为一种新型的材料形式，它主要由传感器和敏感元件所组成。首先，智能材料可以自我发现施工故障，并且能够快速修复[1]。同时，根据施工实际情况，做出最优化的选择和反应。一般来讲，目前土木工程施工中所应用的智能材料分为两种形式：即嵌入式智能材料和微观结构智能材料。所谓的嵌入式智能材料又称智能材料结构或者智能材料系统，具体是在基础的材料中嵌入具有传感能力、动作能力和处理能力三种能力为一体的材料结构，并且根据对建筑结构采集和检测到的所受外界环境与信息给予支持，驱动软件进行工作。
相比较与传统的施工材料，智能材料具有较多的优势，其一，智能材料具有传感能力，在土木工程施工过程中，建筑材料能够对外界的施工作用力进行实时的监控与限定，保证施工质量的安全；其二，智能材料具有反馈能力，在土木工程施工中，智能材料会将监控和控制获取过程中所得到的信息进行传输和反馈，将数据参数完好地传输到终端系统中；其三，智能材料具有强大的信息识别能力与积累能力，在土木工程施工中，智能材料可以识别、并记忆从外界获取的信息资源；其四，智能材料具有响应外界各种环境的能力，并且能迅速且灵活地针对问题做出相应的反应；其五，智能材料具有自我检测与诊断的能力，对施工过程中的各个环节进行自我诊断、分析、评判等，大幅度提高建筑结构的稳定性；其六，智能材料的自动检修能力十分完善，当智能材料受到外界的干扰或刺激时，它能以自身强大的修复力能力对建筑结构进行故障的排除和检修；其七，智能材料具有较强的适应能力，可以对外界刺激后的结构行恢复。
3、智能材料与传统材料的对比
在土木工程建设中，传统使用的施工材料均为静态材料，也就是说材料的形态与作用是固定不变的，而智能材料是通过一系列的高科技技术手段将静态的材料赋予丰富的内容，使材料生动起来[2]。另外，智能材料具备的各种功能可以在土木工程施工中随时监测各项技术指标，不仅能够大大降低施工人员的现场作业强度，还全方位提高了建筑施工的质量。再次，传统的土木工程施工材料在维修中，需要花费大量的资金和人力资源，而智能材料所具备的自我修复能力、自我检测能力不仅可以实现自主管理，还能给施工人员提供更具体的技术问题点，施工人员只需针对具体技术问题进行改进即可。大幅度缩减了人员的结构维修时间，同时降低了土木工程施工的成本。
4、智能材料在土木工程中的应用
城市建设中，近年来智能材料在土木工程施工中的应用越来越广泛。智能材料涉及在工程施工的各个阶段中，并对提高建筑结构的稳定性起着决定性的作用。
4.1、智能材料在光导纤维中的应用
在土木工程施工中，光导纤维是十分重要的材料组成。一般而言，光导纤维的主要原材料为化学二氧化硅。二氧化硅在介质中的传递速度十分快，这是其他任何材料都无法相比较的。在土木工程施工中，光导纤维材料主要是由内层柱体结构形成的透明介质和外层圆环形透明介质所组成，内部为纤蕊主体结构。这种材质能够保证信息在传送过程中，光纤所受到的损失最小化，而传输的距离最大化。在土木工程施工中，光纤的应用对结构的稳定奠定了良好的基础。首先在施工中将光纤插入到混凝土的结构中，形成混凝土光纤整体结构。而光纤一旦因混凝土的结构受外界的环境变化而产生变形情况时，所植入的光导纤维也会随着混凝土结构而发生改变，此时光导纤维智能材料中的传感器就可以直接的获取各种环境变化，并能够快速检测到施工过程中各项风险，且直接定位混凝土结构的性能变化，从而实现对结构的全方位监测目的[3]。另外，在土木工程施工中，将光导纤维采用分布式混合结构布置形式，可以使其牵扯到各个部位，达到全方位无死角监测。也可以说，智能光导纤维的植入相当于给混凝土结构中创造了一个覆盖性广泛的大面积监测网络。在目前的土木工程施工中，光纤智能材料主要应用在测量混凝土温度及湿度、混凝土结构的裂缝、混凝土强度与变形的监测中，提升工程施工中的风险预防能力。
4.2、形状记忆合金在土木工程施工中的应用
所谓的形状记忆合金，主要是指材料具有形状的记忆功能，也就是说当建筑结构的形状因外界作用力发生改变后，形状记忆合金其中所蕴含的记忆能力就会被激发出来，从而使材料在应力的作用下恢复原状。同时，在施工中形状记忆合金能够传输各种资源能量，并实现能量的储存。根据形状记忆合金的具体功能，在土木工程中主要被装置于混凝土结构中的，其目的是及时发现变形混凝土结构有无断裂、损伤以及受到外界抗力及拉力作用影响而变形的问题。一旦发现结构变形，形状记忆合金就能将导致变形的能量快速消耗掉，提高建筑结构的稳定性。形状记忆合金因其功能的特殊性，常被应用在较为特殊的城市或地区中，
例如：在我国地震多发地区的土木工程施工中，在建筑混凝土结构中加入形状记忆合金，可以大大提高对能量的吸收和消耗，提高该地区建筑物的稳定性能及抗震能力。另外，由于形状记忆合金智能材料具有的超弹能力，且强度十分高，因此在施工中也可以用它来制作耗能阻尼器。耗能阻尼器可以实现结构的被控制目的。同时，根据形状记忆合金的弹性回环能力，还能够提高材料的抗疲劳能力。因此，在制作过程中加入形状记忆合金智能材料，能使其功能超出普通材料的几倍之多，不仅降低工程建筑成本，而且能够使建筑结构的整体品质得到大幅度的提升。
4.3、碳纤维混凝土材料的应用
在土木工程施工过程中，混凝土的应用是必不可少的。混凝土材料作为建筑工程施工重要材料组成，其质量的好坏直接决定了整体结构的稳定性。随着我国科技的发展，目前土木工程施工中，在混凝土配比中加入大量的智能材料元素，使混凝土的强度、粘结性更符合建筑结构所需。碳纤维元素作为一种具有超强粘合力和超强弹性的智能材料，近几年被大量应用于混凝土配比中。例如：在国内某土木工程队施工中，为增强混凝土的性能，施工人员在混凝土中加入一定比例的碳纤维元素，可使混凝土具有较强的驱动能力和本征质感应能力。同时，作为一种具有高强度高抗压力高弹性的智能材料，将碳纤维元素加入到混凝土中，可以大大加强混凝土的韧性。另外，根据碳纤维之间形成电阻网络的特性，能使混凝土材料中对外界的电源干扰进行阻隔，降低混凝土材料中的电阻率，从而提升导电能力。但在碳纤维混凝土配比中，需要注意的是，混凝土的电导率与温度及抗力应力作用变化是成正比的。
除此之外，碳纤维混凝土的温度是随着电阻率的温度变化而变化的，同时在材料内部的温差会随着外界温度的变化而产生热力效应。尤其在特殊电场的作用下，碳纤维混凝土还会产生较强的热变效应。因此，在碳纤维智能材料使用中，一定要根据实际的施工情况进行科学的混凝土配比。
4.4、压力智能材料在土木工程中的应用
压力智能材料是有着压电功能的智能材料。它在土木工程建筑中常被用于驱动原件和传感元件的设计中。首先在土木建筑工程中，当压力材料受到外部的刺激或受到压力作用时，其自身会发生形态的转变，从而能够准确地判断出元件的位置。另外，对材料本身施加一定量的电压时，压电的形态就会发生改变。在土木工程施工中，施工人员就充分利用压力智能材料的这一特殊性，对材料中元件的压电变化来进行判断，从而计算出结构的变形趋势。另外，电压智能材料能够在压电元件外部形成强大的电场。如果对压电元件的内部的正负离子施加定向变压，就可以提高建筑结构的稳定性。另外，它作为驱动元件而言，工程设计人员利用驱动元件，同时还可以改变材料的应力形态。
5、智能材料的发展
材料是人类生产建设中必不可少的物质。随着时代的发展和进步，传统的材料已经远远无法满足于现代土木工程的建筑需求。因此，一种新型的智能材料应运而生，智能材料的衍生和发展是我国科技的一次飞跃性的进步。智能材料的发展前景十分广泛，首先一方面来讲智能材料的构思源于生物仿生学，建筑材料研发人员受各类生物启发，利用生物的活动迹象及对外界的感知能力完善材料的各项基本功能，使材料真正的活起来。因此也就是说材料必须具备感知、驱动和控制三个基本功能。而另一方面来讲，材料的单一性已经无法满足现代建筑对材料性能的需求，为解决这一问题，建筑材料研究人员在智能材料中加入了两种或两种以上的动态性能，增加智能材料的功能。目前来看，智能材料的发展涵盖了材料的设计加工、制造性能和结构诸多特性，而这些特性是我国科技发展最前沿领域的基本体现，智能材料所具有的独特性和性功能在我国经济发展的各个领域中都有的重要的决定作用。如：在航天工程中，就利用了智能材料对外界敏锐的感知能力和超强的韧性功能，通过智能材料中的声波传感器对空气中的声波进行监测，确保航天工程的安全[4]。另外，智能材料在航海工程中的应用也极其广泛，它的自动修复功能可以改善传统材料中海水对材料的侵蚀变形，提高了材料的使用寿命。
结语：综上所述术可知，智能材料的发展和应用是新时代科技发进步的一个重要标志。在土土木工程中利用智能材料进行施工，可以增强建筑结构整体的稳定性，提高建筑物在使用过程中的安全系数。另外，在智能材料使用过程中，要结合实际的施工需求，根据智能材料的特性科学匹配与设计，使智能材料发挥出最大的优势。
参考文献
[1]胡仁桂.土木工程中智能材料的应用研究与发展[J].江苏建材,2020,(3):19-21.
[2]吴元成.复合材料在土木工程中的发展与应用[J].智能城市,2020,6(2):159-160.
[3]刘国全,王肖,班程远.智能材料的应用在工程中发展研究[J].建筑工程技术与设计,2019,(27):2112-2112，1108.
[4]曹照平,史庆轩,王社良.智能材料结构系统在土木工程中的应用研究[J].西北建筑工程学院学报（自然科学版）,2020,17(3):1-4.