Stress sensing technology utilizing the piezoelectric characteristics of carbon nanotube-mixed concrete

利用碳纳米管混凝土压电特性的应力传感技术

• 批准号: 21K04345
• 负责人: 福山 智子
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: Ritsumeikan University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04345/
• 关键词: カーボンナノチューブ; 電圧; ひずみ; 繰返し載荷; 摩擦帯電; 圧電効果; 炭素繊維; セメントペースト; モルタル; コンクリート; 自己診断; カーボンナノチューブ; 電圧; ひずみ; 繰返し載荷; 摩擦帯電; 圧電効果; 炭素繊維; セメントペースト; モルタル; コンクリート; 自己診断

カーボンナノチューブ（以下，CNT）を混和したセメント系材料（以下，CNTCM）は，その圧電特性から自己応力検知が可能な構造材料として有望視され，構造物のセルフセンシングによる点検・診断の省力化とLCC縮減が期待されている。本研究は、施工性と圧電センサとしての性能を両立するCNTCMを実現するため，①適切な調合・作製条件，②CNTCMのフレッシュ特性，③CNTCMの圧電メカニズムなどの把握を目的とし，2022年度の検討により以下の成果を得ている。1)CNTCMの載荷に対するセンサ性能のうち，セメントペースト破壊時や骨材／セメントペースト界面（遷移帯）破壊時に発生する電圧に着目して実験を行った。特に遷移帯が発電現象に及ぼす影響について，モルタルやコンクリートといった複数の骨材を含む系だけでなく，単一の石材（円柱や四角柱）を埋設したシリンダ型のセメントペースト試験体に対する繰返し載荷実験を行い，電気的応答（電圧，電流）とひずみの時刻歴波形を得た。その結果，セメント系材料は載荷に伴う発電現象を示し，破壊時に特徴的な電圧変動を発すること，電圧波形を特徴づける要因の1つに遷移帯有無の影響があること，セメント系材料における電圧変動はコンデンサとコンダクタンスで構成される過渡現象モデルとして整理できることを明らかにした。2)炭素繊維の混和有無により導電性が異なるセメントペーストを組み合せた複合体に対し，繰返し載荷と電圧の測定，ひずみとの相関の確認を行った。その結果，ひずみと電圧の関係は線形ではなく，炭素繊維や材料界面に起因すると考えられる緩和現象を確認した。3)CNTCM硬化体の基礎物性として乾燥収縮特性や水蒸気吸着特性，SEMによる水和生成物の確認を行った。結果は現在整理中である。

与碳纳米管（以下称为CNT）混合的水泥材料（CNTCM）被认为是有望作为结构材料，它们可以由于其压电性能而检测到自我压力，并有望通过对结构的自我感应和降低LCC来减少检查和诊断的劳动。这项研究旨在实现CNTCM，将CNTCM结合在一起，将施工性和性能作为压电传感器，以理解1）适当的混合和制造条件，2）CNTCM的新鲜特性，3）CNTCM的压电机制，并在2022年进行了实验时，在研究中实现了以下结果。粘贴界面（过渡区）断开，以加载CNTCM的传感器性能。特别是，关于过渡区对发电现象的影响，我们不仅对包含多个聚集物（例如砂浆和混凝土）的系统进行了重复的载荷实验，还对圆柱型水泥膏（用单石（圆柱体和正方形））埋了，并获得了电响应的时光响应（和散发）（散发）（和散发）（和散发）（伏击量）（参速）（伏击）。结果，发现基于水泥的材料表现出与负载相关的发电现象，并且它们在分解时会散发出独特的电压波动，这是特征电压波形的特征的一个因素受到过渡带或不存在过渡带的影响，并且基于水泥材料中的电压波动可以按照瞬态的模型来组织。 2）通过电压反复测量的水泥糊制成的复合材料，其电导率不同，具体取决于是否混合了碳纤维，并确认了失真之间的相关性。结果，失真和电压之间的关系不是线性的，而是被认为是由碳纤维和材料界面引起的。 3）使用SEM来确认CNTCM固化体的基本特性通过干燥收缩，水蒸气吸附性能和水合产物来证实。结果目前正在建设中。