电热效应的国内外研究综述

研究表明机敏混凝土具有电热（由电产生热）和电力（由电产生变形）等效应，因此由机敏混凝土所组成的结构可对自身进行温度调节，可针对由于温度所产生的应力和变形进行调节可在一定范围内对自身结构的变形进行调节。例如对平整度要求极高的特殊钢筋混凝土梁而言，可通过机敏混凝土的电热和电力的调节功能，来调节由于温度、自重所引起的蠕变机敏混凝土的热电效应使其可以方便地实时监测建筑物内部和周边环境温度变化，并利用电热效应在冬季控制建筑物内部环境的温度，可极大地促进智能化建筑的发展。

90年代初，日本一建筑研究所曾与美国国家科学基金会合作研制了具有调整建筑结构承载能力的自调节混凝土材料。加拿大的Xie Ping、J.J.Beaudoin于1995年研究了钢纤维混凝土的电热效应，并在实验室将它用于融雪化冰的实验。Chung（2001）提出了机敏混凝土可具有温度传感、加热、热储存的功能。近年来，同济大学混凝土材料研究国家重点实验室也曾尝试在混凝土中复合电黏性流体来研制自调节混凝土材料。

在李卓球教授的带领下，本人所在课题组中，孙明清（2001）提出了利用止热电效应进行钻入度自诊断、利用电热效应进行自调节的机敏混凝结构的构想。唐祖全、侯作富等利川碳纤维导电混凝土的电热效应来达到融雪化冰的目的，对应用碳纤维机敏混凝土融雪化冰进行了实验研究和分析，结果表明：碳纤维机敏混凝土具有良好的导电性，通电后其发热功率十分稳定，他们还对融雪化冰所需功率进行了分析。陈龙对轻集料导电混凝土路面融雪化冰性能进行了研究。朱四荣研制了集传感与驱动等功能特性和结构性能于一体的碳纤维（毡）机敏混凝土叠层结构，分析了叠层梁的电热效应和电热响应，得到了叠层梁的电热驱动规律，建立了机敏混凝土叠层梁电—热—力耦合问题的数学模型，从结构层次上首次实现了碳纤维毡机敏混凝土梁结构的温度自监测、温度与变形自调节。本课题组还研究了钢纤维、碳纤维混杂增强混凝土的电热性能，并将它与碳纤维混凝土的Seebeck效应结合起来，研制了具有温度自诊断自适应功能的碳纤维混凝土板结构。(www.xing528.com)

本课题组在碳纤维机敏混凝土研究基础上，近几年，又研制了一种可以进行变形传感的碳纤维智能层。将智能层覆盖于混凝土结构表面，形成类似于皮肤的薄膜，利用其功能特性，将结构的应变或者应力转化为易于检测的电参数，结合电阻层析成像技术，实现土木工程结构健康监测的可视化。

虽然，国内外对机敏混凝土的传感特性进行了大量的研究，一旦研究仅涉及单轴均匀受力，且大都是在特定环境下进行应力应变与电阻率的关系研究，而在模拟实际环境下的研究明显不足，如机敏混凝土在复杂应力状态下的传感特性研究方面的文献还未见到。另外，机敏混凝土传感器是无源传感器，它的传感特性是否受供电方式的影响，也未见报道。