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碳纤维增强水泥基材料(CFRC)不仅具有优异的力学性能，同时还具有应
力应变的自监测自调节功能，是一种本征机敏材料。碳纤维水泥基材料以灵敏
系数高、耐久性好、造价低、与混凝土相容性好，同时具有应力应变调节作用
等众多优点日益得到各国研究者的重视，因此，应用碳纤维水泥基材料有望开
发出适合混凝土局部应力应变监测和调节，继而发展成为相应的机敏混凝土结
构。
本文围绕着碳纤维水泥基材料的等效电路和机敏性能两个主题，针对CFRC
材料内部电阻计算、电元件联结关系、启动态电流验证、CFRC梁三点弯曲荷载
下的裂纹监测、埋入构件的CFRC电学行为响应以及应变监测与调节一体化等
几个方面进行了系统的研究，主要内容如下：
1)根据纤维间距理论、隧道效应理论以及电学和统计学知识提出在一定掺
量下碳纤维水泥基复合材料的理论电阻值计算模型，为CFRC材料的电学性能
提供了定量化标准，并根据电阻计算模型对测试电压、载流子能量等参数对电
阻的影响予以分析，同时参考国内外众多研究者有关碳纤维导电复合材料电阻
与纤维掺量关系的研究数据对计算模型进行了验证。结合分形和渗流理论对
CFRC材料二维状态下渗流阈值的临界掺量进行初步探讨和计算。同时通过不同
频率下的交流阻抗测试，探讨了CFRC材料内部电学元件的联结关系，建立了
电容电阻的串并联关系模型，并且根据动态电路理论对所得电路联结模型进行
启动态电学性能测试，从而对电元件的联结关系予以实验论证。
2)从预警系数，安全系数等指标对CFRC梁在三点弯曲作用下电学与裂纹
扩展对应关系进行了探讨，分别从CFRC材料的碳纤维掺量、电极制作、测试
方法以及混杂纤维中钢纤维在其中的作用等因素分析了CFRC的裂纹监测性能。
3)研究埋置于不同等级混凝土构件中CFRC传感器应力应变的自监测性能，
分别从CFRC材料的埋入尺寸、与构件尺寸比、交流直流电学表征、电极处理、
埋置形态等多个方面对CFRC材料在小应力以及破坏荷载状态下的应力应变监
测予以分析。
4)对埋置于构件中的CFRC材料调节器输入功率与调节效果的关系以及监
测与调节功能一体化进行了初步研究。CFRC材料在构件中的调节性能建立在
CFRC材料充当传感器的基础之上，分别从无应力状态和不断加载状态对构件应
力应变调节进行了调节作用有效性的研究。结合研究结果提出了简洁、合理、
有效的自诊断、自调节一体化电路。
关键词：碳纤维增强水泥基材料，等效电路，自监测，自调节