近期，在国家自然科学基金等项目的资助下，东莞理工学院/广东省城市生命线工程智慧防灾与应急技术重点实验室特聘教授田俊博士团队在结构健康监测领域取得重要突破，成功研发出兼具结构加固与损伤自感知双重功能的智能材料——自感知工程水泥基复合材料（自感知ECC）。通过在ECC中掺入多壁碳纳米管、碳纤维等导电材料，使其在承受荷载时电阻变化率与应力、应变及损伤程度呈显著相关性，从而实现对结构内部裂缝、损伤及温度变化的实时监测。相关研究成果近日发表在国际期刊《建筑建材》（Construction and Building Materials）上，并被《科技日报》、《中国科学报》等中央级主流媒体报道。

建筑、桥梁等基础设施的长期安全监测，对预防事故、保障公共安全意义重大。传统结构监测技术主要依靠传感器，但许多传感器存在耐久性差、与结构相容性不足、价格昂贵等问题，限制了其大规模应用。智能水泥基传感器是土木工程智能化的关键材料，堪称智能基础设施的“神经脉络”。然而，自感知ECC的电阻率易受搅拌工艺和养护条件等因素的影响，其性能稳定性仍有待提升。

研究人员创新性地提出集结构加固与实时感知于一体的综合方案，开发出自感知ECC。该成果创新性地揭示了温度与单轴受压荷载作用下自感知ECC电阻值变化率的演变规律，为自感知ECC在真实环境下的应用提供了理论支撑。通过在ECC中掺入多壁碳纳米管、碳纤维等导电材料，使其在承受荷载时，电阻变化率与应力、应变及损伤程度显著相关，进而实现对结构内部裂缝、损伤及温度变化的实时监测。

“与传统传感器相比，自感知ECC优势明显。”论文第一作者田俊称，它灵敏度高、力学性能良好、抗海水侵蚀性能优异。更重要的是，自感知ECC与混凝土结构服役寿命等同，且易布设、易维护、价格相对低廉，真正实现了结构与传感功能的集成。这些特性使其能对服役周期长、分布广、荷载和环境作用复杂的基础设施进行长期、实时监测，尤其适用于侵蚀性环境下的建筑与桥梁结构。

图1 温度与荷载耦合作用下自感知ECC的自感知机制示意图

图2 面向结构健康监测的自感知ECC性能与机理的系统阐释：试验数据、微观机理及理论模型

研究团队提出的损伤自感知理论模型，在基础设施健康监测领域展现出广阔应用前景，其创新性成果为该领域发展提供了关键支撑。在理论层面，团队首次揭示了温度与单轴受压荷载作用下自感知 ECC 的电阻值变化率演变规律，为其在真实环境中的应用奠定理论基础；同时创新性提出基于电阻值角度的 ECC 局部损伤程度量化方法，为相关研究开辟新思路，更建立了可准确表征自感知 ECC 电阻值变化率与轴向压缩变形量、损伤程度定量关系的理论模型。

在实际应用中，该模型可通过以下方式实现基础设施结构健康监测：在桥梁等大型结构的关键受压区域（如桥墩、立柱）布设自感知 ECC，并埋设嵌入式电极实时采集电阻值，同步布设位移传感器监测轴向变形，经试验标定自感知参数 λ 后，工程人员即可定量反演结构损伤状态，实现损伤预警与评估。这一研究成果为基础设施长期结构健康监测提供了经济有效的解决方案，尤其适用于传统传感器难以应对的恶劣环境与复杂荷载条件，将有力推动我国土木工程健康监测技术发展，为未来智慧基础设施的建设与维护提供核心技术支撑。