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（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。

CNTCM is a mixture of CNCM and CNCM. CNCM is a mixture of CNCM and CNCM. This study aims to establish CNTCM's performance in terms of constructability and voltage stability,(1) appropriate blending and operating conditions,(2) CNTCM's performance characteristics,(3) CNTCM's voltage stability and control objectives, and achieve the following results in the 2022 review. 1)CNTCM load response performance, when the material/material interface (migration zone) is broken, the voltage generated during the operation. In particular, due to the influence of migration on the phenomenon of electricity transmission, a number of stone materials including a series of stone materials (circular columns and quadrangular columns) are buried in a single stone material (circular columns and quadrangular columns), and the response of electricity (voltage, current) is obtained. As a result, the voltage fluctuation characteristic of the material under load has no influence on the migration of the voltage waveform characteristic, and the voltage fluctuation characteristic of the material under load has no influence on the transition phenomenon. 2)The determination of the electrical conductivity of the carbon mixture and the determination of the electrical voltage of the carbon mixture As a result, the relationship between carbon and electric voltage is linear, and the cause of carbon and material interface is confirmed. 3) Basic physical properties of CNTCM cured body, drying shrinkage characteristics, water vapor adsorption characteristics, SEM analysis of water and products. The result is now in order.

项目成果

POWER GENERATION TO CYCLIC LOADING IN CEMENT PASTE COMPOSITES WITH DIFFERENT CONDUCTIVES

具有不同导电剂的水泥浆复合材料的循环加载发电

• DOI: 10.14250/cement.76.220
• 发表时间: 2023
• 期刊: Cement Science and Concrete Technology
• 作者: 福山 智子;金 侖美;生野 孝
• 通讯作者: 生野 孝

炭素繊維を混和したセメントペーストの圧電特性に関する基礎的検討

碳纤维水泥浆体压电性能的基础研究

• DOI: 10.34382/00014974
• 发表时间: 2021
• 期刊: 歴史都市防災論文集
• 作者: Ma Jiachen;福山智子;金侖美
• 通讯作者: 金侖美

導電性セメント硬化体の一軸繰返載荷によるひずみ変化と電気的応答特性

导电水泥硬化体单轴循环载荷引起的应变变化和电响应特性

• 发表时间: 2022
• 期刊: 日本コンクリート工学会年次論文集
• 作者: 金侖美;福山智子
• 通讯作者: 福山智子

炭素繊維含有量および含水状態がセメントペーストの一軸繰返し試験による圧電挙動に及ぼす影響

碳纤维含量和含水量对水泥浆单轴循环试验压电行为的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: 福山智子;金侖美;山田悠二;田中章夫;佐野由宇，石川巧真，村野竜也，北山和宏，晉沂雄;金 侖美，福山 智子
• 通讯作者: 金 侖美，福山 智子

カーボンナノチューブを混和したセメント系材料の建設材料としての適用可能性

掺有碳纳米管的胶凝材料作为建筑材料应用的可能性

• 发表时间: 2021
• 期刊: セメント・コンクリート
• 作者: 福山 智子;金 侖美;山田 悠二;田中 章夫
• 通讯作者: 田中 章夫