土木工程结构在使用过程中由于出现疲劳、损坏或遭遇突然的灾害,会造成财产、危及人的生命安全。因此进行有关重大土木基础设施的安全健康监测和自适应控制系统的探索和研究是一项涉及国家可持续发展的重要科学技术问题。碳纤维混凝土在实现土木工程无损的、在线的监测和修复方面有广阔的应用前景,因此日益为人们重视。 在碳纤维导电混凝土的机敏特性研究中,主要测量对象是材料的电阻值,通过电阻值变化率可以测定碳纤维混凝土所处的安全、损伤和破坏三个工作阶段。而电极是联系被测试样和测试仪表的桥梁,电极和测点布置、测点内容、测点范围、应力状态及测试精度有关。电极布置就是确定定位,测试范围、精度。通过电极布置可以反映不同的应力情况,而这个问题在之前没有得到应有的重视。我们认为电极构造研究是碳纤维混凝土自监测系统的中心内容之一,电极构造的研制在整个碳纤维混凝土制作研究中有着非常重要的地位。我们对目前国内外碳纤维水泥基复合材料电阻测量中主要采用的两种电极形式即片形电极、杆形电极进行了比较研究,研究表明杆形电极能在小区域内测试碳纤维混凝土的电阻,布置灵活、监测数据全面,比片形电极更有优越性能。 本文重要研究了电极构造包括电极间距、电极直径、连接方式对测试结果的影响。为以后应用于混凝土构件、结构的电极布置提供了实验依据。 将杆形电极实际应用于碳纤维混凝土构件(梁、柱)的应力测试、和应变片比较,结果表明,构件正常使用阶段,灵活布置杆形电极,能感知构件的应力梯度,与应变存在良好的一一映射关系;构件出现损伤,能敏锐的感知,具有自预警功能。我们认为杆形电极实际应用于碳纤维混凝土健康自监测中,具有有效性。 研究了本方法测试复杂应力状态的能力,杆形电极通过适当的电极布置所采集的电阻变化率具有应变花的能力;试件出现损伤,能及时触发预警信号,并大致判断损伤的位置,从而实现碳纤维混凝土的健康自监测系统。 此外还研究了不同超细粉对碳纤维水泥基复合材料的改性,改善了碳纤维水泥基复合材料电性能的稳定性和可重复性不佳的问题。