本文以聚氨酯水泥(PUC)加固桥梁的工程实践为背景,通过向PUC中加入纳米碳纤维(CNF)等导电填料,将其制成纳米碳纤维聚氨酯水泥(CPUC)复合材料。从CPUC的制备、力学特性入手,对CPUC的机敏特性进行了系统研究,并提出了一种简便易行的评估CNF分散效果的方法。研究了 CPUC在疲劳荷载作用下的电阻率变化规律,利用CPUC电阻率变化对其疲劳累积损伤进行定量评定。通过CPUC材料加固混凝土大梁,建立电阻变化率与外荷载关系模型,对梁体的承载力状况进行实时评估,加固的同时实现了梁体健康监测的双重效果。利用CPUC加固混凝土柱,提高柱承载能力的同时,通过CPUC的纵向电阻变化率预估钢筋纵向应变,对柱体损伤程度进行定量表征,形成具有损伤自诊断功能的外包CPUC混凝土柱体。最后,以某加固实桥为例,利用集成型CPUC智能传感器,对主梁张拉体外预应力钢束前后,及静载试验下的主梁关键截面应变进行监测,验证了其在工程应用中的可行性。本研究为CPUC在智能监测方向的工程应用提供了理论依据与方向。主要研究成果如下:1、以双组分聚氨酯(PU)为胶凝材料,水泥作为主要细集料,CNF作为主要导电填料,通过对CNF粒子进行表面化学改性,采用机械高速共混的一步法制备CPUC复合材料。CPUC的平均抗压、抗弯强度分别为53.7 MPa、30.75 MPa;当温度介于-40℃～40℃时,直接拉伸强度范围在24.13MPa与18.13MPa之间,极限应变小于5500με;CPUC与混凝土之间的粘结应力平均值为3.47MPa,大于混凝土材料自身的粘结强度;粘结抗剪强度可达3.08MPa,与未掺加碳纤维的PUC相比,粘结抗剪强度提高了8%。2、以灵敏度500作为压敏特性的参考指标,建立CPUC复合材料CNFs导电填料浓度与其相应正六面体电阻变异系数二次曲线关系,可评估CPUC复合材料中CNFs的分散效果,进而判别CPUC的灵敏度特性,为CPUC拌合物灵敏度的判别提供一种简便易行的新方法。3、疲劳荷载作用下,CPUC疲劳寿命符合两参数的weibull分布,CPUC弯拉状态下电阻率随着疲劳应力幅值与循环次数的增加而增加,呈现三阶段的变化规律;不同环境温度疲劳荷载作用下,CPUC弯拉电阻率随温度的增加而逐渐增大,可利用CPUC电阻率变化预测其弯拉疲劳累积损伤,采用损伤阈值电阻率,或极限电阻率作为开始损伤或破坏的衡量标准,为实际工程应用提供理论基础。4、利用CPUC材料加固混凝土大梁,可显著提升梁的屈服荷载与极限荷载,作为加固材料时CPUC与PUC相比,对梁体极限荷载、延性指数提升较大。CPUC弯曲过程中的电阻变化率可反映钢筋受力过程中应变状态的全过程,可利用CPUC电阻变化率的突变监测钢筋屈服,进而对构件进行安全预警,借助CPUC材料初始电阻变化率-拉应变的本构关系,建立电阻变化率与外荷载关系模型,可对梁体的承载力状况进行实时评估,加固的同时实现了梁体健康监测的双重效果。5、利用CPUC加固混凝土柱,可使柱承载能力、延性与能量耗散能力得到不同程度的提高,且随CF掺量的增加提升较为显著。可利用CPUC的纵向电阻变化率预估钢筋或混凝土的纵向应变,对柱体损伤程度进行定量表征,形成具有损伤自诊断功能的外包CPUC混凝土柱体,为结构的健康监测、预警提供了新途径。6、利用集成型CPUC智能传感器,对某实桥箱梁张拉体外预应力钢束前后,及加固后静载试验主梁关键截面的应变进行测量,表明CPUC智能传感器可对混凝土表面应变进行实时监测,进而对构件的损伤程度进行定量评估,并具有一定的安全储备,验证了其在工程应用中的可行性、可靠性。