摘要
碳黑（CB）纳米颗粒（约20纳米）具有较高的比表面积和导电性，适用于自感知水泥基复合材料，但由于粒子间的范德华力较强，在碱性孔隙溶液中容易发生团聚，从而影响传感的可靠性。本研究提出了一种纳米级界面工程策略，将碳黑纳米颗粒吸附在聚丙烯（PP）纤维表面，作为有序排列的导电元素，并通过EDS检测发现纤维与基体界面处的水化物覆盖度有所提高。研究测试了三种不同含量的碳黑（按粘结剂质量计分别为0.5%、1.0%和1.5%），并搭配0.5%的PP纤维。通过SEM-EDS对纳米颗粒涂层及界面微观结构进行了分析，同时利用FTIR确认纤维主体未发生化学变化；还通过循环压缩、DIC实验以及湿热循环测试了材料的压阻响应性能和耐久性。含1.0%碳黑的纳米复合材料处于有效的渗透窗口范围内（约0.9–1.2%），表现出良好的线性度、稳定的灵敏度系数（约100），以及可用于早期预警的显著FCR加速度响应。含1.5%碳黑的复合材料虽然灵敏度更高，但由于纳米颗粒聚集现象导致响应较为分散；而含0.5%碳黑的复合材料则仍处于渗透阈值以下，其网络结构不连续。经过60次湿热循环后，含1.0%碳黑的纳米复合材料的灵敏度系数仍保持在93%以上，且电阻值变化极小。这种经过纳米工程设计的碳黑-PP纤维结构为在水泥基纳米复合材料中实现裂纹桥接、渗透网络构建以及持久的自感知功能提供了一种可扩展的解决方案，有助于结构健康监测。
