自感知混凝土的工作原理与自感知性能影响因素研究进展
Research progress on the working mechanism and influencing factors of self-sensing properties of self-sensing concrete
关键词:
自感知混凝土;组成;工作原理;导电填料;制备工艺;环境条件
Key words:
Self-sensing concrete; Composition; Working mechanism; Conductive filler; Preparation process; Environmental condition
刊期:
2025年第12期
DOI:
10.19761/j.1000-4637.2025.12.083.07
文章编号:
基金项目:
国家自然科学基金 青年科学基金项目(52408245)。
作者:
苏敬皓,许健宇*,郑俊声,廖晓霖,罗鑫怡
单位:
广东海洋大学 海洋工程与能源学院,广东 湛江 524000
摘要
摘 要:介绍了自感知混凝土的组成结构和工作原理,综述了导电填料特性、制备工艺 、环境条件对自感知混凝土性能的影响,指出了自感知混凝土在实际应用中存在的问题,并对其发展前景进行了展望。
Abstract: The composition and working mechanism of self-sensing concrete are introduced, the effects of conductive filler properties, preparation processes, and environmental conditions on its performance are reviewed. The problems existing in practical applications of self-sensing concrete are pointed out, and its development prospects are prospected.
结论
(1)尽管自感知混凝土在理论创新和实践探索方面均取得了重要进展,但其大规模工程化应用仍面临多重挑战,如制备自感知混凝土的成本控制、适用于大规模生产自感知混凝土的方法、自感知混凝土性能的优化以及从试验室到实际工程应用的转化。值得注意的是,现有试验室模拟测试体系存在显著局限性,如针对道路交通检测的场景建模尚未充分考量自感知混凝土与路面结构的协同工作机制,且模拟荷载施加方式与真实车载工况存在一定差异。此外,复杂环境因素对自感知混凝土性能构成多维挑战,如温度波动引发电阻率动态变化、湿度梯度导致内部水分迁移并干扰离子导电机制、冻融循环造成的微观结构劣化会直接破坏导电网络的完整性、荷载作用下的裂缝扩展可能阻断导电通路。上述这些相互耦合的环境效应严重制约了自感知混凝土在极端环境下的长期稳定性,且性能衰减问题尤为突出。与此同时,如何建立适应不同环境条件的精准养护工艺体系,实现自感知混凝土含水量的稳定控制,已成为保障其性能可控的关键问题。未来亟需开展新型功能材料研发与制备技术创新,着力攻克上述技术难题,从而推动自感知混凝土在智能基础设施领域的广泛应用。
(2)自感知混凝土因其独特的技术优势展现出广阔的应用前景,主要表现为实时监测能力、结构安全性提升、运维成本降低、可持续发展特性等价值。在结构健康监测与安全预警领域,嵌入自感知混凝土柱体的地聚物传感器能够高效捕捉结构受力状态,为重大工程结构的健康评估提供可靠依据。该技术已在高层建筑框架、桥梁墩柱、隧道衬砌等关键承重构件中完成理论验证与数值仿真,后续需重点推进适用于复杂工程环境的集成化监测系统开发,着力提升长期监测的稳定性与可靠性。在智能交通系统构建方面,基于导电纳米材料改性的自感知路面,已通过试验验证了其在交通参数动态采集方面的技术可行性,有望实现车辆速度、轴重、流量等关键参数的实时监测,为智慧交通管理提供新型数据源。特别是在高速公路与铁路基础设施的状态监测场景中,自感知混凝土技术将发挥重要作用。
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引用本文
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