本征自感知混凝土及其智能結構

丁思齊，韓寶國，歐進萍

(1. 哈爾濱工業大學(深圳)土木與環境工程學院，廣東，深圳 518055 ；2. 大連理工大學土木工程學院，遼寧，大連 116024)

地球上人造物質將超過生物物質總量，混凝土占所有人造物質的40%，是承載人類社會文明的最大物質載體，其生產和使用對資源、能源和環境的影響非常巨大。廣義的混凝土是由包括水泥、瀝青、聚合物等為膠凝材料制備的復合材料，其中水泥混凝土的應用最為量大面廣，如不特殊強調本文中混凝土皆指水泥混凝土且包括不含骨料的水泥石、含細骨料的砂漿和含粗細骨料的混凝土。混凝土的組成包括水泥、水、細骨料、粗骨料、礦物外加劑和化學外加劑等。生產1 t 水泥，需要2 t 原材料，消耗4 GJ 的能源，產生近1 t 的二氧化碳、大約3 kg 的氮化物和大約0.4 kg 的PM10；另外，近些年世界一些國家或地區出現天然骨料或淡水資源匱乏，也與混凝土的大量生產和使用密切相關。雖然生產混凝土原材料會使用大量的資源和能源，但是從價格、消耗產能以及地球上元素和物質構成等方面來看，混凝土在未來仍將是基礎設施建設不可替代的工程材料[1-3]。

但混凝土的可持續發展還面臨很多挑戰，主要包括：① 作為一種多組分、多相和多尺度的復合材料，混凝土處于熱力學亞穩態、性脆易裂；② 混凝土主要用作結構材料不具有多功能/智能特性(如感知、修復等)；③ 由于混凝土材料離散性大、使用環境復雜、以及缺乏先進的設計與狀態評估工具和及時維護，混凝土結構的可靠性較低。本征自感知混凝土的出現為解決上述問題提供了新途徑。這是因為工程結構是一個耗散結構，服役過程是熵增過程，因此會緩慢老化并逐漸劣化，即從有序走向無序而可用性降低。工程結構的劣化從材料層面開始，在早期階段感知材料性能的劣化便可在結構發生重大損壞前進行維護，即引入負熵(包括信息、物質和能量)避免或減緩熵增，從而提升其安全性、韌性與壽命。本征自感知混凝土作為一種智能材料可以賦予工程結構原位感知能力而具有數字化特征，應用其有助于更好地理解、調控和設計混凝土的性能，降低混凝土的生產和生態成本，提升和實現工程結構安全性、耐久性、韌性、多功能/智能性，延長工程結構的使用壽命并減少對混凝土材料的相對需求[4-8]。

傳統混凝土作為結構材料，不具備感知性能，主要通過外設或埋入非本征的傳感材料/器件而獲得感知能力。相對于此，本征自感知混凝土是一種自身具有感知性能的智能材料，即通過自身而不需要額外傳感材料/器件即具有感知性能，其是一種兼具結構和感知功能于一體的結構-功能/智能一體化材料。目前國內外研究者對該材料的定義還不統一，比如壓阻混凝土(piezoresistive concrete，感知內容概括不全面且前綴piezo 常用于壓電材料)、壓敏混凝土(pressure-sensitive concrete，感知內容概括不全面)、自感知混凝土(self-sensing concrete，無法與采用額外傳感器自感知混凝土區別)、自診斷混凝土(self-diagnosing concrete，診斷來源于感知，沒有說明具體機制)、智能混凝土(smart /intelligent concrete，過于籠統)、本征智能混凝土(intrinsically smart concrete，稍籠統)等。從具體內涵和外延來看，作者認為本征自感知混凝土(intrinsic self-sensing concrete)這一定義更為合理和準確。本征自感知混凝土是一種電導基的感知材料，與傳統的電阻應變片具有類似的感知機制，主要通過在傳統混凝土中復合導電或半導體填料而提高其電導性能，進而增強其電場與力場、熱場或者濕度場等之間的耦合效應，從而使其具有本征自感知性能[9,10]。

本征自感知混凝土最早提出于1993 年[1,11]，隨后世界各國的研究者對其開展了大量深入的研究，并取得了很多成果；經過近30 年的發展，其內涵與外延在不斷深化和擴大。本文將系統介紹本征自感知混凝土的組成與制備、測試與表征、性能與調控、機理與模型及工程應用，并探討本征自感知混凝土發展面臨的挑戰和相應解決策略。

1 本征自感知混凝土的結構特征

如圖1 所示，本征自感知混凝土是由填料和傳統混凝土材料復合而成，填料分布在基體內部形成導電網絡。作為一種復合材料，本征自感知混凝土內部結構可劃分為三相：傳統混凝土材料構成的基體相、填料構成的填充相、以及二者之間的界面相。基體相本身電阻率高且不具備感知性能，因此填料相和界面相主導復合材料的導電和感知性能。

圖1 本征自感知混凝土的組成(圖中僅以粒子狀填料為例，事實上填料可以為纖維狀，也可以是片狀，也可以是不同形狀填料的復合)Fig. 1 Composition of intrinsic self-sensing concrete (here only taking particle filler for reference, in fact, the filler can be fibrous, flaky or a hybrid of different shapes)

1.1 本征自感知混凝土的組成

導電或半導電填料是混凝土獲得穩定和靈敏本征自感知性的決定因素，目前用于制備本征自感知混凝土的有效導電或半導電填料(包括單摻或復摻)有30 余種[5,12]，其中最有代表的填料如表1所示，具體包括：碳纖維、鋼纖維、鋼渣、刺球形鎳粉、碳納米管/纖維、石墨烯、自組裝填料、不銹鋼微絲等[9]。一般二維(片狀)和一維(纖維)填料比零維(粒子)填料、微米填料比納米填料更易在混凝土內部搭接形成導電網絡。一些填料共同使用會產生單種填料不具有的復合效果，可產生協同或多尺度作用(長短程協同導電)[13-14]。另外，雖然填料是制備本征自感知混凝土的決定因素，但是填料分布在混凝土基體中，混凝土基體也會在整個復合材料導電網絡中參與導電(如填料之間的混凝土基體構成隧道勢壘)，因此混凝土基體本身的結構、力學性能、耐久性等方面也會在一定程度上影響本征自感知混凝土的電阻率和感知性能。比如骨料的加入，特別是粗骨料(不導電骨料)會切斷導電通路，因此需要較高填料摻量復合材料才能具有良好的導電性和感知性。

表1 制備本征自感知混凝土的代表性填料Table 1 Representative fillers for intrinsic self-sensing concrete

1.2 本征自感知混凝土的制備

由于填料的加入并為實現填料在混凝土內部的合理分布，一般本征自感知混凝土的制備與傳統混凝土的制備稍為復雜或者有區別。如圖2 所示，本征自感知混凝土的制備大體上和傳統混凝土類似，包括攪拌、成型和養護。一般來講，攪拌和成型是本征自感知混凝土制備的關鍵，其中攪拌尤為重要，因為會直接決定本征自感知混凝土中填料的分布，進而決定導電網絡和感知性能；此外填料的加入一般也會引起復合材料工作性的下降進而影響混凝土基體及復合材料的均勻性。通常，為制備性能穩定的本征自感知混凝土，實現填料的復合效率和復合效果，需要通過合適的攪拌和成型工藝制備出結構均勻的復合材料。攪拌的方法/設備、順序、強度和時間是制備本征自感知混凝土通常要考慮的四個因素，成型的方法/設備以及強度和時間也是本征自感知混凝土制備中的三個重要影響因素。特別值得注意的是，一些填料(比如纖維或納米填料)需要特殊的攪拌或者分散方法(如超聲、高速剪切或球磨等)預分散在混凝土拌和水或者原材料中，才能結合傳統混凝土攪拌工藝來制備本征自感知混凝土。為保證填料在混凝土基體內部均勻分布和復合材料整體均勻性、以及充分保證填料的復合效果和復合效率，攪拌、分散或者成型過程中可能會對填料造成損害，一般也要選擇合適的工藝或者設備減少或避免對填料的損害(比如采用非金屬制的不帶葉片的特殊攪拌機攪拌摻纖維的本征自感知混凝土、采用表面活性劑制備摻納米填料的本征自感知混凝土)，進而減少或避免對感知性能的不利影響。養護對混凝土的結構、力學性能和耐久性都會有所影響，所以在一定程度上也會影響本征自感知混凝土的電阻率和感知性能。傳統混凝土的所有養護方法都可用于本征自感知混凝土，通過調整養護方法也可以實現本征自感知混凝土性能的調控[1,5]。

圖2 本征自感知混凝土的制備Fig. 2 Preparation of intrinsic self-sensing concrete

還需注意的是，一些研究中也嘗試利用填料在混凝土基體內部的不均勻分布制備或優化本征自感知混凝土的性能，比如利用振動成型使金屬纖維定向分布或局部密集調控混凝土的感知性能、利用外場(如磁場或電場)是金屬纖維或離子定向分布增強混凝土的導電和感知性能[5,15]、以及應用體積排阻效應去改變填料在混凝土基體內部局部水泥石中的分布提高混凝土的電導和感知性[16]；另外，目前對填料在混凝土基體內部整體均勻分布還是整體均勻-局部分布不均勻對混凝土的導電性和感知性的影響也有不同的認識，同時填料絕對的均勻分布也是無法實現的且缺乏有效的表征方法判斷填料在復合材料中的分布特征。

2 本征自感知混凝土的機理

本征自感知混凝土是在傳統混凝土中添加導電或半導體填料使混凝土導電性能提高，在荷載(外力或變形)或環境(溫度、濕度等)作用下，復合材料內部導電網絡發生變化，從而使其電學性能參數(包括電阻、電容、電感、阻抗等)會發生穩定的、有規律的變化，即復合材料具有靈敏和穩定的力(變形)-電、熱-電、濕度-電等耦合關系而具有感知應力、應變、損傷(包括裂紋和疲勞等)、溫度和濕度等的能力[9]。添加的導電或半導體填料一般不應對混凝土的力學和耐久性有損害，理想的填料可顯著提升混凝土的力學和耐久性[17-18]。已有研究主要關注混凝土的力-電自感知性能，因此如不特殊強調，本文中的自感知混凝土皆指本征力-電自感知混凝土。

傳統混凝土材料的電阻率一般為106Ω·cm～109Ω·cm，其與養護齡期和含水量等因素密切相關[9]。由于混凝土中水泥水化生成各種離子如Ca2+、Na+、K+、OH-、 SO24-等，且混凝土內部含有大量孔，一些孔隙被水所充填，所以混凝土的電阻率主要由其內部孔溶液離子電導決定[1]。當測量混凝土的電阻時，由于外加電場作用使孔溶液內正負離子移動并聚集在孔表面產生極化效應，使得測量的電阻值隨測試時間而增加。因此，離子導電會影響混凝土電阻測量時的穩定性。

摻入導電或半導體填料有助于短路離子電導通路，從而使混凝土具有穩定的電阻(率)。混凝土的電阻率隨導電或半導體填料的摻量而會發生變化，即滲流現象，如圖3 所示：① 當導電或半導體填料的摻量較低時，對復合材料的電阻改變不大，復合材料的電阻由離子導電主導；② 當導電或半導體填料達到一定數值時，復合材料的電阻會發生顯著的變化，即發生滲流，復合材料的電阻由離子電導、(場致)隧道導電和接觸導電共同主導；③ 當導電或半導體填料摻量繼續增加至一定數值后，復合材料的電阻變得穩定，復合材料的電阻由接觸導電主導。一般而言，自感知混凝土需要具有低的電阻率即具有穩定的電阻，同時具有高的感知靈敏度即高的電阻率變化率，但是這兩方面是矛盾的。所以自感知混凝土填料摻量范圍建議在滲流閾值附近，具體還要根據荷載作用情況和應用場合選取[5,9]。

圖3 本征自感知混凝土的電導滲流現象(僅以粒子狀填料為例)Fig. 3 Conduction percolation of intrinsic self-sensing concrete (here only taking particle filler for reference)

3 本征自感知混凝土感知信號測試、提取與采集

本征自感知混凝土的體積電阻最能直接反映荷載或環境的作用。根據歐姆定律，本征自感知混凝土的體積電阻可如下式所示：

式中：Rs為本征自感知混凝土的電阻值； ρ為本征自感知混凝土的電阻率；S為本征自感知混凝土的橫截面積；L為本征自感知混凝土測試部分的長度。對式(1)兩邊微分可得：

式中：ν為本征自感知混凝土的泊松比。由式(2)可得，本征自感知混凝土的感知信號變化是由其本征電阻率變化和其幾何系數變化共同決定。由于本征自感知混凝土的體積變化一般很小可忽略不計，因此有：

式中：R0為本征自感知混凝土初始電阻值； ρ0為本征自感知混凝土初始電阻率。由式(3)可知，本征自感知混凝土的電阻變化率近似于其電阻率變化率。另外，電阻易于測試或易于轉換成電壓信號進行測試，因此，電阻常被用作感知信號，本文中如不特殊強調，本征自感知混凝土感知信號皆指電阻或電壓信號。

本征自感知混凝土的感知信號需要布設電極來采集，電極材料應具有高電導(遠高于被測試本征自感知混凝土的電導或相對本征自感知混凝土的電導可以忽略不計)、耐腐蝕等特點，常用的電極材料包括金屬片/網/環/棒/絲、碳布/束和導電膠等。電極布設方式主要包括粘貼式和埋入式，粘貼式電極具有容易替換的優勢，常用于實驗室材料性能測試，但存在粘貼式電極易剝離、易發生銹蝕，且粘貼的質量受導電膠質量和老化影響大的缺點；埋入式電極與本征自感知混凝土結合好且受本征自感知混凝土保護而具有穩定的長期性能，但片狀電極埋入會影響本征自感知混凝土的力學性能、棒狀電極測試電場不均勻而影響測試準確性，所以可用網狀或環狀電極避免或減小電極介入對本征自感知混凝土力學性能的不利影響[5,10]。

本征自感知混凝土感知性能的測試，不僅涉及電極材料和電極布設方式，還涉及所采用的電阻測試方法。常用電阻測試方法有兩電極法和四電極法，如圖4 所示。兩電極法測試簡單，但受電極與被測本征自感知混凝土之間接觸電阻的影響因而電阻測試值不準確；采用四電極法可避免接觸電阻的影響而能準確地測試本征自感知混凝土的電阻。但根據四電極法的測試原理，該方法主要適用于低電阻、高電導的材料(電阻值相對于電壓測試儀表的內阻可以忽略)。如果被測本征自感知混凝土的電阻值較高(相對于電壓測試儀表內部不是可以忽略的)，四電極法測試的準確度也會降低[10]。基于此，加之四電極法電路相對兩電極法較為復雜，而且本征自感知混凝土在應用中接觸電阻不變化(電極與本征自感知混凝土結合好的情況下)，同時實際工程應用中關注的是電阻或電壓變化的相對值，所以兩電極法常被采用。只是根據兩電極法測試并計算感知靈敏度時會比四電極法低，這是由于兩電極法測試的本征自感知混凝土初始電阻值包括了接觸電阻，而比四電極法測試的電阻初始值高[19]。

圖4 兩電極法和四電極法電阻測試比較Fig. 4 Comparison of two-probe method and four-probe method for electrical resistance measurement

本征自感知混凝土的感知信號會受混凝土自身極化作用、環境溫濕度的影響，為去除或抑制這些因素的耦合作用，可通過電路設計、信號處理等方法提取感知信號。比如，可采用交流電路避免或消除極化作用的影響[20]，可采用補償或差分電路實現溫度影響的解耦[21]，可采用去趨勢項提取受極化、溫濕度耦合作用的感知信號[19]，還可采用盲源分離方法分離荷載和溫度同時作用下的信號并提取出感知信號[22]。

本征自感知混凝土的感知靈敏度是傳統電阻應變片的數十倍至數百倍，通常可以不采用信號放大電路即可直接采集。由于電阻信號很容易轉換成電壓信號，所以常用的電壓信號采集方法都適用于本征自感知混凝土信號的采集。在采集電路中應用參比電阻Rr與本征自感知混凝土串聯，可得到式(4)～式(6)：

簡化可得式(9)和式(10)：

由式(10)可知，可以通過本征自感知混凝土兩端的電壓變化來反映其電阻變化[10]。本征自感知混凝土的信號傳輸常通過有線的方式，但是要注意電學信號長距離傳輸的損耗與導線的屏蔽問題，無線傳輸方式的使用可以幫助克服這些問題[23]。

特別值得注意的是，近年一些新的技術也被用于本征自感知混凝土的信號采集，如交流阻抗譜EIS(electrical impedance spectroscopy)、電阻抗層析成像技術EIT(electrical impedance tomography)、電容層析成像技術ECT(electrical capacitance tomography)等。這些新技術可以提供比傳統的電阻或電壓信號更豐富的信息，如利用EIS 技術，既可以用作本征自感知混凝土的感知信號[24]，又可以得到本征自感知混凝土的微觀結構以及電解質與電極微觀界面處的特征[25]；利用EIT 或ECT技術既可以對本征自感知混凝土的阻抗或電容的分布進行二維或三維成像[26]，還可以表征本征自感知混凝土在不同狀態下阻抗或電容的變化反映出的結構變化程度、形狀以及位置等信息[27-28]。

4 本征自感知混凝土的感知性能與模型

已有研究證實，本征自感知混凝土在壓(單向、準雙向和三向以及沖擊，單調和循環加載)、拉(單向，劈拉，單調和循環加載)、彎(單向和沖擊，三點彎曲和四點彎曲，單調和循環加載)荷載下皆具有感知性能，并可以感知應變、應力、損傷(包括裂紋和疲勞)等參數。本征自感知混凝土的感知性能可以通過力-電關系，電阻率變化率(彈性階段和一次加載至破壞)、靈敏度系數、感知范圍、線性度、重復性、遲滯性、分辨率、零點漂移、靈敏度漂移等表征[5]。代表性的力-電關系曲線示意圖和代表性實際測試曲線可參考文獻[5, 9, 12]。

一般在壓縮荷載作用下，本征自感知混凝土的電阻隨荷載增加先減小、然后平穩、最后增加，對應混凝土加載過程中的彈性階段、裂紋閉合和擴展平衡階段、裂紋擴展破壞三個階段；在拉伸荷載作用下，電阻一般隨著荷載的增加而增加；在彎曲荷載作用下，電阻變化依賴受拉和受壓下電阻變化的疊加。值得注意的是，本征自感知混凝土的力-電關系曲線與具體填料種類、混凝土基體種類、電極布置位置、及荷載下實際受力狀態等因素密切相關[5]。已有研究中，電阻率變化率和靈敏度系數是較常關注的兩個參數，文獻[5, 9, 12, 15]中列出了代表性本征自感知混凝土的這兩個參數值。實際上，這兩個參數即使不十分高也可滿足實際應用，往往上面所述的其它參數可能對于實際應用更為關鍵。需注意的是，本征自感知混凝土的力-電關系曲線根據導電機理(如前第三節機理部分)的不同可能表現為線性或非線性，一般由于搭接導電(即滲流曲線中的導電區)的力-電關系曲線是線性的，而由于(場致)隧道效應導電的力-電關系曲線是非線性的(即滲流曲線中的滲流區)。

為描述感知性能，一些力-電本構模型被建立以描述本征自感知混凝土的力-電關系、預測本征自感知混凝土的感知性能、及作為本征自感知混凝土的工作曲線，其中一些是通過無物理模型的數學回歸獲得，一些是基于物理模型建立，比如基于纖維拔出-插入的碳纖維自感知混凝土力-電本構關系、基于隧道效應的碳纖維自感知混凝土力-電本構關系、基于場致隧道效應的刺球型鎳粉自感知混凝土力-電本構關系、基于電子躍遷和滲流導電網絡的碳納米管自感知混凝土力-電本構關系、以及基于等效集總電路模型的碳納米管自感知混凝土力-電本構關系等[5,29,30]。

5 本征自感知混凝土智能結構

目前本征自感知混凝土智能結構的研究主要集中在土木和交通領域，在土木領域主要應用其進行結構健康監測，在交通領域主要是應用其進行交通探測(見圖5)。如表2 所示，本征自感知混凝土智能結構進行健康監測的形式包括：嵌入式、粘貼式、層合式和一體式，可實現構件/結構在不同荷載下的應變、應力、撓度、損傷(包括疲勞和裂紋)、頻率等參數監測[9,15]，一些具體的應用示例可參考文獻[5, 9, 12, 15]。特別是最近Ding等[31]應用靜電自組裝納米填料復合自感知混凝土設計并集成了一個5 層模型框架智能結構系統，分析了不同測試頻率下系統動態響應過程的功率譜密度，驗證了基于自感知混凝土的智能結構系統用于結構模態識別和損傷探測的可行性(如圖6)。

圖5 基于本征自感知混凝土的結構健康監測和交通探測系統架構Fig. 5 Framework of structural health monitoring and traffic detection system based on intrinsic self-sensing concrete

圖6 本征自感知混凝土智能結構的模態識別和損傷探測Fig. 6 Modal identification and damage detection of smart structures based on intrinsic self-sensing concrete

表2 本征自感知混凝土在結構健康監測中的應用形式Table 2 Application forms of intrinsic self-sensing concrete for structural health monitoring

目前應用本征自感知混凝土智能結構進行交通探測包括公路和鐵路領域，可實現車速、車重、車流量、車型、壓黃線等方面的探測[9,15]，具體公路方面的代表應用實例可參考文獻[5, 9, 12, 15]。值得注意的是，由于交通荷載作用為動態的、快速的，而環境溫濕度作用引起本征自感知混凝土電阻的變化是連續緩慢的，所以由溫濕度引起的噪聲信號易于解耦或去除，因此在這方面比土木工程中的應用更有優勢[32]。特別是最近Lee 等[33]基于自感知碳納米管混凝土軌枕開發了一套無線智能鐵路傳感系統，并驗證了該系統用于鐵路基礎設施健康監測的可行性。研究結果表明該系統可實現大規模、長時、長距離感知信號的穩定采集和傳輸，以及鐵路基礎設施健康狀態的實時監測與評估。

6 總結與展望

本征自感知混凝土是一種具有數字化特征的智能/多功能材料，其出現有望使傳統意義下的功能材料和結構材料之間的界線逐漸消失，實現結構-功能一體化、功能多樣化，從而提升基礎設施的安全性、韌性與壽命，進而帶來土建工程領域的重大變革。本征自感知混凝土的提出至今近30 年，已取得豐富的研究成果，并逐漸從實驗室走向工程實際。未來還有以下挑戰性問題需要解決：

(1) 低填料摻量、易于大規模生產的本征自感知混凝土設計與制備方法、工藝和設備。采用多尺度復合、納米技術(如原位生長、自組裝、接枝)、3D 打印技術和生物技術等有望為該問題的解決提供途徑。

(2) 本征自感知混凝土與其它先進水泥基材料技術融合以發展多功能混凝土或改善感知性(如穩定性、靈敏度)，比如發展具有自感知性能的ECC(engineered cementitious composites)、超高性能混凝土、自修復混凝土、自加熱混凝土、超疏水混凝土、聚合物混凝土、海水海砂混凝土等。

(3) 有效、便捷的本征自感知混凝土的精細化、多層次感知信號采集與提取的原理和方法的發展。

(4) 本征自感知混凝土導電及感知機理的深入理解和豐富。

(5) 不同種類的本征自感知混凝土在不同形式荷載和環境作用下“感知特征指紋”的明確及統一力-電本構模型的建立。

(6) 本征自感知混凝土長期性能演化規律的明確，感知穩定性和可靠性的提高方法和原理的發展，及預測模型的建立。

(7) 本征自感知混凝土感知性能的拓展，如增強筋(如鋼筋、FRP 筋等)與混凝土的粘結錨固狀態、耐久性或環境參數感知(如pH 值、鹽濃度等)。

(8) 基于本征自感知混凝土的智能結構系統的設計、優化及軟硬件集成方法的建立。

(9) 本征自感知混凝土與智能結構感知性的多尺度多物理場數值模擬方法的探索。

(10) 基于本征自感知混凝土感知信號的結構健康監測與安全評定方法和交通基礎設施智能運營與管理方法的建立。

(11) 本征自感知混凝土應用形式與應用領域的擴展與延伸，比如應用本征自感知混凝土發展裝配式結構的構件或現澆節點，這樣僅在結構關鍵構件/節點采用本征自感知混凝土，可實現分布式傳感并降低本征自感知混凝土的用量；應用本征自感知混凝土發展智能混凝土制品，如砌塊和磚等；在重要基礎實施中應用本征自感知混凝土發展相應智能結構，如高鐵和地鐵(如軌道板、軌枕)、機場(如跑道和場地板)、核電站(如安全殼)、地下管廊及海工結構等；發展FRP 筋自感知混凝土構件/結構，可與不導電FRP 筋(如GFRP、BFRP 等)配合避免鋼筋引起本征自感知混凝土短路或需額外絕緣處理的問題，也可以與導電FRP筋(如CFRP 筋或不導電FRP 筋的樹脂用導電材料改性)配合分別實現混凝土和增強筋的自感知進而實現構件/結構的整體監測。

(12) 本征自感知混凝土材料與智能結構相關規程、規范和標準的發展與建立。

(13) 面向新型基礎設施和未來信息化環境的本征自感知混凝土智能結構體系的 “對象-結構-環境”的精細化感知、深度融合與協同工作，實現基礎設施與泛在網融合發展。比如 “建筑結構-人”、“道路結構-車/機”、“軌道結構-列車”等互聯互通與實時信息共享，智能結構與通信體系的物理信息融合等。