在國家自然科學基金等項目的資助下，東莞理工學院特聘教授田俊團隊與合作者在結構健康監測領域取得重要進展，成功研發出兼具結構加固與損傷自感知雙重功能的智能材料——自感知工程水泥基復合材料（自感知ECC）。相關成果近日發表于《建筑建材》（Construction and Building Materials）。
建筑、橋梁等基礎設施的長期安全監測，對預防事故、保障公共安全意義重大。傳統結構監測技術主要依靠傳感器，但許多傳感器存在耐久性差、與結構相容性不足、價格昂貴等問題，限制了其大規模應用。智能水泥基傳感器是土木工程智能化的關鍵材料，堪稱智能基礎設施的“神經脈絡”。然而，自感知ECC的電阻率易受攪拌工藝和養護條件等因素的影響，其性能穩定性仍有待提升。
為此，研究人員創新性地提出集結構加固與實時感知于一體的綜合方案，開發出自感知ECC。該成果創新性地揭示了溫度與單軸受壓荷載作用下自感知ECC電阻值變化率的演變規律，為自感知ECC在真實環境下的應用提供了理論支撐。通過在ECC中摻入多壁碳納米管、碳纖維等導電材料，使其在承受荷載時，電阻變化率與應力、應變及損傷程度顯著相關，進而實現對結構內部裂縫、損傷及溫度變化的實時監測。
“與傳統傳感器相比，自感知ECC優勢明顯。”論文第一作者田俊稱，它靈敏度高、力學性能良好、抗海水侵蝕性能優異。更重要的是，自感知ECC與混凝土結構服役壽命等同，且易布設、易維護、價格相對低廉，真正實現了結構與傳感功能的集成。這些特性使其能對服役周期長、分布廣、荷載和環境作用復雜的基礎設施進行長期、實時監測，尤其適用于侵蝕性環境下的建筑與橋梁結構。
同時，研究人員提出一種基于電阻值角度量化ECC局部損傷程度的理論方法，為相關研究開辟了新路徑。最為突出的是，他們建立了損傷自感知理論模型，能準確表征自感知ECC電阻值變化率與軸向壓縮變形量、損傷程度之間的定量關系。
研究人員提出的理論模型在基礎設施健康監測領域應用前景廣闊。在橋梁等大型結構中，可將自感知ECC置于關鍵受壓區域（如橋墩、立柱等），并埋設嵌入式電極實時采集電阻值。通過同步布設位移傳感器監測軸向變形，經試驗標定獲得自感知參數λ后，工程人員可定量反演結構的損傷狀態，實現結構的損傷預警與評估。
該研究成果為基礎設施長期結構健康監測提供了經濟、有效的解決方案，尤其適用于傳統傳感器難以應對的惡劣環境和復雜荷載條件，將推動我國土木工程健康監測技術發展，為未來智慧基礎設施的建設與維護提供關鍵技術支撐。
相關論文信息：https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2025.144088
本文鏈接：研究人員開發自感知ECC 突破結構監測難題http://www.sq15.cn/show-11-27442-0.html
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