水泥基功能复合材料器件及混凝土结构监测-济南大学科技处

水泥基功能复合材料、器件及混凝土结构监测

1.成果名称及应用领域

团队长期致力于土木工程结构健康监测方面的相关研究工作，在结构超声诊断、结构

损伤定位、应力/应变监测、交通监测等方面显示了一定的优势。研究成果涉及压电材料

与传感器技术 、超声监测技术 、结构应力/应变监测技术、声发射结构损伤监测技术、压

电交通监测技术。

为有效解决了传统智能材料与混凝土相容性差的问题，开发了一系列压电复合材料与

传感器，包括声发射传感器、应力监测传感器 、超声传感器和压电交通传感器，用于大

型混凝土工程结构健康监测。

声发射传感器的应用领域：确定声发射源的部位、分析声发射源的性质、确定声发

射发生的时间或载荷、评定声发射源的严重性。其特点是工作频率范围宽、灵敏度高，能

够有效覆盖混凝土的损伤频段。

压力传感器的应用领域：通过在道路或桥梁引桥处埋设交通传感器，监测车辆速度、流量及载重等，实现超载、超速预警。其特点是传感器成本低、安装简单、监测设备简单。

超声传感器的应用领域：可作为埋入式传感器用于各种类型的混凝土结构损伤超声

探测。 其特点是造价低、与混凝土相容性好、精度高且耐久性良好。

正交异性压电传感器的应用领域：在不同应力方向上具有不同的感知灵敏度，主要

应用于混凝土结构的损伤源定位。

目前，研发的水泥基压电复合监测系统已经在京沪高铁、胶州跨海大桥及南水北调等

国家重点工程，取得了显著的社会和经济效益

2.预期效益

随着大型土木工程结构的不断涌现和已有的建（构）筑物不断老化，重大工程的安全

性已引起人们的密切关注。为保障重大土木工程结构的安全性、适用性与耐久性，采用监

测材料对其实施在线健康监测是各国政府关注的焦点。

与其它用于混凝土结构健康检/监测的监测材料相比，水泥基压电传感器不仅与混凝

土相容性好，性能优良，而且需外部设备少，价格低廉。 目前，淄博宇海电子陶瓷有限

公司、保定市宏声声学电子器材有限公司采用我们研发的压电复合材料与器件及其制备技术，已生产出0‐3型、1‐3型、1‐3‐2型和2‐2型等多种类型的压电复合材料及器件； 北京

软岛科技有限公司、北京一洋应振测试技术有限公司、山东广信工程试验检测集团有限公

司等配套采用了水泥基压电超声、声发射等传感器，替代了国内外价格昂贵的同类产品，

产生了良好的经济和社会效益。

本项目组与京沪高铁、中铁十局集团济南铁路工程有限公司、济南铁路局、济南市公路局、淄博公路局、山东高速路桥集团有限公司等机构开展应用合作，研发的水泥基压电复合监测材料及其系列传感器已经成功应用于京沪高铁、胶州湾跨海大桥、309国道公铁立交桥等混凝土桥梁的健康监测工程，

由于混凝土工程健康监测是一项关系人们生命财产安全的保障工作，对混凝土工程实施健康监测后，难以统计产生的具体利润和税收，但可以为工程管理部门对工程结构的诊断、评估、维护和预测提供直接有效手段。

3.成果水平

2014年，中国建筑材料联合会对本项目组织了成果鉴定，鉴定委员会一致认为：该项成果已获得多项发明专利，形成了具有自主知识产权的材料制备技术，对推动土木工程结构的智能化发展起到积极作用，社会效益显著，市场前景广阔，成果整体达到国际先进水平。

研究成果在《Composite Science and Technology》、《Journal of Applied Physics》、《Smart Materials and Structures》等国内外知名期刊发表，被SCI、EI收录89篇。论文被国内外知名学者引用，包括哈尔滨工业大学欧进萍院士、清华大学李龙土院士等国内学者，美国、英国、俄罗斯、法国等20多个国家及地区的学者。

研发的压电复合材料与器件经中国计量科学研究院和山东省电子产品监督检验所检验，性能指标满足应用需求。

上海铁路监督管理局依据我们对京沪高铁上跨公路桥的监测数据，致函济南市人民政府，提出京沪高铁界首上跨公路桥存在安全隐患，危及京沪高铁运行安全，要求加强监管。济南市人民政府已决定对该桥改道重建，目前，工程正在进行中。

4.专利、项目及获奖

共获国家授权发明专利14项，申请国际专利1项，软件著作权2项。申请行业标准

1项，获得中国建筑材料联合会基础研究二等奖1项，获国家级科研项目10余项。

5. 转化条件、方式及投资概算

转化条件：为企业提供相应的技术支持，成果共享；利润分成

转化方式：技术转让、产学研合作等。

投资概算：设备投入约300万。