该项目属土木工程领域结构工程与材料的科学技术范畴。纤维增韧机敏混凝土材料是一种集高强高韧性和多种功能性于一体的先进水泥基复合材料。通过采用混杂纤维形成高强、坚韧和机敏的复合材料具有多项技术优势：纤维的强度得以充分发挥，显著提高水泥基材料的强度和抗冲击韧性；弥补了单一纤维增韧效果的不足，保持材料和结构的完整性；有效地减低了整体纤维材料的成本；使材料具有本征机敏特性，实现材料内部应力、应变、温度和损失程度变化的自诊断；实现结构与功能材料一体化，为智能结构的设计、健康监测和寿命评估提供了材料基础和技术手段。纤维增韧机敏混凝土材料具有广泛而重要的工程应用前景，可以在实践中解决传统材料所不能解决的技术关键问题。其高强高韧性可以适应超高层、大跨度、无裂缝和薄壁等特种结构的要求。其导电性能可以作为传感器，用于道路工程进行车辆荷载、车速和数量等参数的监控，实现交通管理的智能化，也可用于桥梁、建筑等结构的特征部位进行实时抗震、抗风监测和损失评估、预报。该项目在国家自然科学基金重点项目的持续资助下，通过研究混杂纤维增韧混凝土材料的综合力学性能和等效电路，建立综合抗裂模型和导电模型，系统地研究分析了该复合材料的各种单一机敏特性的机理和多重机敏特性的耦合效应，成功地解决了一系列材料机敏性的科学难题，主要研究内容和核心发现点包括：1.建立了水泥基复合材料的导电模型。通过高分辨电镜观察，发现了短切导电纤维空间分布的临界尺寸现象，将隧穿导电机制引入复合材料的等效电路中，建立了导电模型。从理论上揭示了不同受力状态下水泥基复合材料机敏性的差异以及机敏系数与纤维空间分布关系等多种实验现象所遵循的共同规律。该模型对水泥基复合材料机敏性研究以及指导水泥基机敏材料的开发都具有重要的学术价值。2.发现并证实了纤维增韧混凝土材料存在着伏安非线性，丰富了材料的机敏性，为拓展机敏水泥基复合材料的应用、开发适用于土木工程的新型传感器和换能调节器提供了理论基础。在该理论指导下研制出了灵敏系数大于800的水泥基力敏传感器和温敏传感器，并应用于地下隧道管片的应力和温度监测，获得了国家发明专利授权(ZL200710036893.5)；开发出了与土木工程材料具有良好相容性的CFRC换能调节器，可用于混凝土构件的变形调节并提高构件的承载能力，该项应用技术也获得了国家发明专利授权(ZL200710036234.1)。3.发现了纤维增韧混凝土材料的纤维几何混杂效应。通过不同尺度的纤维混杂，与混凝土材料不同层次的特征尺寸相匹配，在较低纤维掺量下使混凝土材料的综合性能得到大幅度提高，为低成本开发和设计多功能和高性能混凝土材料提供了理论依据和有效途径。该项目共发表论文45篇，被SCI收录25篇、EI收录20篇，被国内外论文他引456次，最高单篇论文他引47次。该项目申请发明专利6项，其中授权专利4项。
同济大学
姚武;吴科如
