摘要

隨著建筑信息模型（BIM）與人工智能（AI）的發(fā)展，智能砂漿通過嵌入傳感器、形狀記憶合金等功能元件，實(shí)現(xiàn)"感知-響應(yīng)-自適應(yīng)"的智能化升級。本文探討智能砂漿的材料設(shè)計(jì)、制備工藝及典型應(yīng)用場景。

一、智能砂漿的感知機(jī)制

1. 自診斷型砂漿
   在砂漿中摻入碳纖維（長度3mm，摻量0.5%）與壓電陶瓷片（PZT），構(gòu)建分布式傳感網(wǎng)絡(luò)：

• 裂縫產(chǎn)生時(shí)，碳纖維網(wǎng)絡(luò)電阻變化率＞500%

• PZT片通過壓電效應(yīng)檢測應(yīng)力波傳播速度（v＜3000m/s時(shí)報(bào)警）
  上海中心大廈健康監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用顯示，該技術(shù)可提前30天預(yù)警結(jié)構(gòu)損傷。

2. 環(huán)境響應(yīng)型砂漿
   溫敏型砂漿通過摻入相變材料（PCM，熔點(diǎn)23℃）實(shí)現(xiàn)熱調(diào)節(jié)：

• 當(dāng)環(huán)境溫度＞25℃時(shí)，PCM吸熱熔化（潛熱200J/g）

• 溫度＜20℃時(shí)，PCM凝固放熱
  在迪拜太陽能電站中，PCM砂漿使設(shè)備間溫度波動范圍從±15℃縮小至±5℃。

二、智能功能元件集成技術(shù)

1. 4D打印智能砂漿
   采用溫敏水凝膠（PNIPAM）改性砂漿，實(shí)現(xiàn)形狀隨溫度變化：

• 25℃以下：水凝膠吸水膨脹（體積增加200%）

• 35℃以上：水凝膠脫水收縮
  在橋梁伸縮縫修復(fù)中，該砂漿可自動補(bǔ)償溫度變形，消除傳統(tǒng)橡膠支座的老化問題。

2. 電磁屏蔽砂漿
   通過摻入鎳粉（粒徑5μm，摻量15%）與碳納米管（CNT，0.3%），制備出屏蔽效能＞60dB的復(fù)合砂漿：

• 鎳粉提供高頻屏蔽（1-18GHz）

• CNT增強(qiáng)低頻吸收（＜1GHz）
  在5G基站建設(shè)中，該砂漿可降低電磁輻射泄漏99.7%。

三、數(shù)字建造中的智能砂漿應(yīng)用

1. 機(jī)器人3D打印系統(tǒng)
   北京大興機(jī)場航站樓曲面屋頂采用智能砂漿3D打印技術(shù)：

• 砂漿配方：水泥35%+礦渣40%+玄武巖纖維15%+智能添加劑10%

• 打印參數(shù)：擠出速度200mm/s，層高8mm

• 智能控制：通過激光掃描實(shí)時(shí)調(diào)整漿體流變性與打印路徑
  項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)曲面精度±2mm，較傳統(tǒng)木模施工效率提升5倍。

2. 數(shù)字孿生監(jiān)測平臺
   港珠澳大橋沉管隧道采用智能砂漿+物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)：

• 砂漿中埋入光纖光柵傳感器（FBG），監(jiān)測應(yīng)變（精度±1με）與溫度（精度±0.1℃）

• 數(shù)據(jù)通過5G傳輸至數(shù)字孿生模型，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)實(shí)時(shí)評估
  系統(tǒng)運(yùn)行5年來，成功預(yù)警3次滲漏風(fēng)險(xiǎn)，避免經(jīng)濟(jì)損失超2億元。

四、技術(shù)發(fā)展瓶頸

1. 功能-性能平衡：智能元件（如金屬粉）的摻入可能降低砂漿耐久性，需開發(fā)核殼結(jié)構(gòu)保護(hù)技術(shù)。

2. 規(guī)�；�生產(chǎn)挑戰(zhàn)：智能砂漿的均勻分散要求攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速≥1000rpm，現(xiàn)有設(shè)備需升級改造。

3. 標(biāo)準(zhǔn)體系缺失：尚無針對智能砂漿性能測試的國際標(biāo)準(zhǔn)，需建立涵蓋電學(xué)、熱學(xué)、力學(xué)