本课题来自与美国德克萨斯州交通部项目，项目编号为 TxDOT0-6717及TxDOT0-6783。混凝土材料因取材广泛、价格低廉、抗压强度高、养护费用低等特点，成为当今世界建筑结构中最主要的结构材料。然而由于设计缺陷、施工质量、荷载作用和结构自身老化等原因，混凝土结构在其全寿命周期中不可避免地产生不同程度的缺陷和损伤，这些损伤发展到一定程度将威胁结构的使用安全和使用寿命，严重情况下可导致重大事故和巨额经济损失，针对性地开展与不同阶段混凝土材料及结构检测目标需求相适应的参数识别及损伤检测理论方法及技术研究具有非常重要的理论意义和工程价值。　　本文针对混凝土材料及结构全寿命周期不同阶段的参数识别及损伤检测需求，利用压电智能材料响应速度快、频响范围宽、结构简单、功耗小、易加工成型、成本低等优点，开展了基于压电超声传感与驱动一体化技术的、主动的混凝土材料和结构全寿命周期的无损检测研究。论文的主要研究内容和成果包括：　　1.在早期凝固阶段，亦即混凝土材料的施工期，针对贯入阻力方法不适应于对混凝土材料早期特性现场检测和连续监测，以及基于压缩波波速的混凝土材料早期特性测量方法受水泥基材料中含气量影响大的缺点，提出了利用埋入式压电晶片弯曲元发射和接收剪切波来对混凝土材料的早期特性进行测量的方法。将测量结果与传统的商用超声波传感器测量结果进行了对比，证明了测量结果的有效性和可靠性；研究了试验设置、水灰比、骨料成分等因素对压缩波和剪切波波速测量的影响；首次发现了在凝结过程中剪切波波速变化与水泥砂浆贯入阻力变化之间所存在的一一对应关系。为实际工程中混凝土初凝和终凝时刻的确定提供了一种基于剪切波波速测量的在线的连续的测试方法。　　2.在服役期，针对受损生物智能自愈合混凝土的自愈合过程发展进行缓慢，传统超声波方法由于对微小变化不够敏感，对其难以进行精确测量与表征的难题，提出了基于超声尾波干涉的生物智能混凝土自愈合过程监测方法。利用波的扩散理论确定了合理的超声尾波干涉计算窗口，对一系列不同设计的试样进行了长期的自愈合过程监测；研究了细菌含量、损伤工况、养护方案等对自愈合过程的影响，并对其进行了定量的刻画。该研究加深了我们对微生物矿化作用下混凝土内部裂缝自愈合过程的理解，并提供了一种新的可用于刻画该过程的无损检测方法。　　3.针对现有的两种超声尾波干涉计算方法，互相关法和伸展法，由于需要进行互相关计算以及重新抽样等所导致的计算效率低下问题，提出了一种新的基于泰勒级数展开的超声尾波干涉计算方法。所提方法基于对干扰信号的泰勒级数展开进行计算，无需互相关和重抽样计算，使得计算的效率大大提高。研究了计算窗口位置、伸展系数等对所提方法计算结果的影响；对比了所提方法与现有超声尾波干涉方法的计算效率；并在数值算例和真实试验算例中验证了所提方法的有效性。　　4.在损伤加固阶段，针对碳纤维增强复合材料（CFRP）加固混凝土结构在加固及后续服役过程中出现的界面剥离问题，提出了基于压电主动超声的CFRP-混凝土界面剥离检测方法，并利用虚拟仪器LabVIEW建立了基于压电主动超声的CFRP-混凝土界面剥离监测系统。首先在小尺寸的CFRP加固混凝土标准梁上进行了已有CFRP-混凝土界面剥离后剥离长度检测研究，并进一步扩展所提方法至全尺寸T字型CFRP加固混凝土梁在加载破坏过程中，CFRP-混凝土界面剥离过程的动态监测研究。监测系统结果与基于全场视觉处理的位移应变测量系统结果进行了对比，证明了所提方法的有效性。