近年來，隨著基礎(chǔ)設(shè)施老化問題日益突出，對加固材料性能退化進(jìn)行有效監(jiān)測的需求顯著增長，傳統(tǒng)監(jiān)測方法多依賴人工巡檢或單一傳感器技術(shù)，存在效率低、成本高、實時性不足等局限性，為此，研究人員提出了一種基于多源數(shù)據(jù)融合與人工智能算法的加固材料老化監(jiān)測新方法，該方法通過集成光纖傳感、聲發(fā)射技術(shù)和紅外熱成像等多元監(jiān)測手段，實現(xiàn)對材料應(yīng)力、應(yīng)變、裂紋擴(kuò)展及溫度變化的實時動態(tài)采集。 ，研究團(tuán)隊開發(fā)了基于深度學(xué)習(xí)的多模態(tài)數(shù)據(jù)融合模型，利用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）和長短期記憶網(wǎng)絡(luò)（LSTM）分別處理空間與時間序列數(shù)據(jù)，顯著提升了老化特征提取的準(zhǔn)確性，實驗表明，該方法在混凝土結(jié)構(gòu)老化監(jiān)測中，裂紋識別精度達(dá)到95%以上，且能提前預(yù)警潛在損傷，通過嵌入輕量化算法，系統(tǒng)可適配邊緣計算設(shè)備，降低云端依賴，適用于野外或偏遠(yuǎn)地區(qū)的長期監(jiān)測。 ，該技術(shù)的創(chuàng)新性在于將物理監(jiān)測與數(shù)字孿生技術(shù)結(jié)合，構(gòu)建了材料老化全過程的可視化預(yù)測模型，為基礎(chǔ)設(shè)施維護(hù)決策提供了科學(xué)依據(jù)，未來有望在橋梁、隧道等重大工程中推廣，推動結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測向智能化、自動化方向發(fā)展。

一、傳統(tǒng)材料老化監(jiān)測方法對加固材料的參考

1. 氙燈加速老化試驗方法
   • 氙燈光源可模擬全太陽光譜，通過濾片能過濾掉氙燈譜中短于太陽輻射被切斷的紫外波長。并且它能實現(xiàn)光的強(qiáng)度、溫度、光照期/黑暗期及濕度的自動控制，模擬高分子材料在自然氣候中受光、熱、空氣、溫度、濕度和降雨等主要老化破壞因素的環(huán)境，快速模擬不同氣候的日光曝曬效果以獲得近似于自然氣候的耐候性，是一種常用且通用的光老化試驗方法，相應(yīng)的氙燈老化試驗方法也有多種。測試時需使用氙燈老化試驗機(jī)。這一方法對加固材料老化監(jiān)測有一定的借鑒意義，比如用于檢測加固材料在類似陽光照射等復(fù)雜環(huán)境下的老化情況。
   • 引用：[1]
2. UV熒光紫外光老化試驗方法
   • 熒光紫外燈是波長為254nm的低壓汞燈，通過磷共存物轉(zhuǎn)換成長波長。有UVA（351、340）與UVB（313和F40）兩種類型，UVA - 340型燈模擬太陽光中的短波長紫外光光譜范圍效果較好，更接近太陽光光譜，且UVA因接近自然曝曬被首推，UVB對材料破壞速度更快。熒光紫外燈的光譜能量分布不隨時間變化，這有助于提高實驗結(jié)果的重現(xiàn)性，其冷凝過程能夠模擬室外潮濕環(huán)境對材料的破壞作用。紫外熒光燈設(shè)備可通過控制多種環(huán)境條件來模擬外界環(huán)境。該方法可較快地考核材料耐老化性能，對加固材料在紫外環(huán)境下的老化監(jiān)測有參考價值。
   • 引用：[1][2]
3. 熱老化試驗方法
   • 熱老化實驗加速材料在氧、熱作用下的老化進(jìn)程，以反映材料耐熱氧老化性能。對于烘箱法老化試驗，根據(jù)材料使用要求和實驗?zāi)康拇_定實驗溫度（熱塑性材料低于其維卡軟化點，熱固性材料低于其熱變形溫度，或通過探索實驗確定不致造成試樣分解或明顯變形的溫度），將試樣置于熱烘箱內(nèi)，周期性檢查和測試試樣外觀和性能變化來評價試樣的耐熱性。這種方法常用于塑料和橡膠等材料，對加固材料在熱環(huán)境下的老化監(jiān)測有一定的適用性。
   • 引用：[1][2]
4. 高壓加速老化試驗方法
   • 高壓老化箱可加速測試產(chǎn)品在高溫、高溫高濕及壓力的氣候環(huán)境下貯存、運輸和使用時的性能試驗，主要用于電工、電子產(chǎn)品、元器件、零部件、金屬材料等在模擬高溫、高溫高濕及壓力氣候條件下，對產(chǎn)品的物理以及其它相關(guān)性能進(jìn)行測試，判斷產(chǎn)品性能是否達(dá)標(biāo)，可供產(chǎn)品的設(shè)計、改進(jìn)、檢定及出廠檢驗使用。加固材料如果應(yīng)用于一些特殊的高壓、高溫高濕環(huán)境，可參考此方法進(jìn)行老化監(jiān)測。
   • 引用：[1][2]

二、可能的新方法探索

1. 無損檢測技術(shù)結(jié)合老化模型
   • 原理：利用無損檢測技術(shù)（如超聲波檢測、紅外熱成像檢測等）對加固材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行定期檢測，獲取材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化的數(shù)據(jù)，如孔隙率的變化、微裂縫的發(fā)展等。同時，結(jié)合已有的材料老化理論建立老化模型，將檢測到的數(shù)據(jù)輸入模型，預(yù)測加固材料的老化程度和剩余使用壽命。
   • 優(yōu)勢：無損檢測不會對加固材料造成破壞，能夠在不影響其使用性能的前提下進(jìn)行多次檢測。通過建立老化模型，可以更準(zhǔn)確地預(yù)測老化情況，為加固材料的維護(hù)和更換提供科學(xué)依據(jù)。
2. 基于傳感器的實時監(jiān)測方法
   • 傳感器類型：可以使用應(yīng)變傳感器、濕度傳感器、溫度傳感器等多種傳感器。將這些傳感器安裝在加固材料內(nèi)部或表面，實時監(jiān)測材料所處環(huán)境的濕度、溫度、應(yīng)力應(yīng)變等參數(shù)。
   • 數(shù)據(jù)處理與分析：傳感器獲取的數(shù)據(jù)可以通過無線傳輸技術(shù)（如ZigBee、藍(lán)牙等）傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理中心，利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，找出與老化相關(guān)的特征參數(shù)變化規(guī)律，從而實現(xiàn)對加固材料老化的實時監(jiān)測。
3. 微觀結(jié)構(gòu)分析與機(jī)器學(xué)習(xí)相結(jié)合
   • 微觀結(jié)構(gòu)分析：借助電子顯微鏡等設(shè)備定期對加固材料的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察，分析微觀結(jié)構(gòu)（如晶體結(jié)構(gòu)、分子鏈結(jié)構(gòu)等）隨時間的變化情況。
   • 機(jī)器學(xué)習(xí)算法應(yīng)用：將微觀結(jié)構(gòu)分析得到的數(shù)據(jù)作為機(jī)器學(xué)習(xí)算法（如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)等）的輸入，通過訓(xùn)練算法建立微觀結(jié)構(gòu)變化與老化程度之間的關(guān)系模型，從而預(yù)測加固材料的老化情況。

加固材料老化無損檢測技術(shù)

加固材料實時監(jiān)測傳感器選擇

加固材料微觀結(jié)構(gòu)變化分析

加固材料老化模型預(yù)測精度