课题基金 / 基金详情

结构-功能一体化智能传感地聚物混凝土本征自感知性能研究

批准号:
52078149
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
马玉玮
依托单位:
学科分类:
工程材料
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
马玉玮

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
自感应混凝土作为结构/传感功能一体化复合材料,是传统混凝土结构智能化发展的重点方向。本项目针对现有自感应混凝土基体导电性差、导电相分散不均等问题,提出从基体材料与导电相两方面对自感应混凝土进行优化设计:采用导电性能更优异的地质聚合物替代传统水泥提升基体材料的压敏性;同时设计制备负载导电组分的导电骨料替代普通骨料提升导电均匀性,开发基于地质聚合物的高性能本征自感应混凝土,不仅能有效减少碳纤维用量,同时可增强导电相与基体界面粘结力,极大提升材料感知性能。课题将从材料设计-结构应用展开多尺度研究,首先围绕基体材料感知性能调控与导电骨料优化设计展开研究,揭示反应产物组成、微观结构与不同形态导电相的自感知机理;基于此制备高性能地聚物自感应混凝土,开展其在结构健康监测中的应用研究,构建结构应力-应变自检测评价体系,为研发本征类自感应混凝土提供新途径,为智能材料在结构健康监测中的应用提供科学理论依据。
英文摘要
Self-sensing concrete, as a structural/sensing-integrated composite material, is an important topic for the intelligent development of traditional concrete structure. In this study, in order to solve the problems of poor conductivity and uneven dispersion of conductive phases in the existing self-sensing concrete matrix, it is proposed to optimize the design of self-sensing concrete both from the matrix material and conductive phase: the application of geopolymer with better conductivity to replace traditional cement to improve the piezoresistivity of the matrix material; meanwhile, to design and prepare conductive aggregates loaded with conductive components to replace normal aggregates to enhance the conductivity uniformity. The development of high-performance intrinsic self-sensing concrete based on geopolymer can not only effectively reduce the amount of carbon fibers, but also enhance the bonding between the conductive phase and the matrix interface, which is expected to greatly improve the sensing behavior of materials. In this project, multi-scale research will be carried out from material design to structural application. Firstly, research will be carried out on the control of self-sensing property of geopolymer and the optimization of conductive aggregates. The self-sensing mechanism of the reaction products, microstructure and different forms of conductive phases is revealed. Based on this, high-performance self-sensing geopolymer concretes is prepared. The application of self-sensing geopolymer concretes in structural health monitoring is investigated, and the self-evaluating system on the stress-strain in concrete structure is established. This project is expected to provide new insights to the development of innovative intrinsic self-sensing concretes. Meanwhile, it is also expected to establish scientific basis for the application of intelligent materials in structural health monitoring.
自感应混凝土作为结构/传感功能一体化复合材料,是传统混凝土结构智能化发展的重点方向。本项目针对现有自感应混凝土基体导电性差、导电相分散不均等问题,从基体材料与导电相两方面对自感应混凝土进行优化设计:采用导电性能更优异的地质聚合物替代传统水泥提升基体材料的压敏性;同时设计制备了负载导电组分的导电骨料替代普通骨料提升导电均匀性,开发了基于地质聚合物的高性能本征自感应混凝土,开展了其在结构健康监测中的应用研究。本项目取得的突破性进展概述如下: .(1)揭示了不同原材料组成与反应产物类型对地聚物材料压敏性能的影响机制,提出了基体材料的致密性和均质性是影响复合材料导电和压敏性能的关键,地质聚合物中所形成的C-A-S-H 凝胶微观结构相比于水泥基材料更加致密和均质,而水泥基材料的物相组成复杂,不利于电子传导。通过对基体组成与微结构优化,在导电相掺量仅为0.1%的情况下,所制备的地聚物砂浆具备优异的导电性与压敏性,解决了传统水泥基自感知混凝土导电相用量过大的瓶颈问题。.(2)设计制备了一种由改性琼脂和炭黑负载的轻质导电骨料,使地聚物导电混凝土的导电均匀性进一步得到提升,阐明了地聚物自感知混凝土在单调加载、循环加载作用下应力/应变-电阻变化规律,形成了导电相优化调控策略,使其电阻率在未调控的基础上下降了2 个数量级,仅为5 Ω∙cm,且在低电阻率情况下,压敏的灵敏度提升了30%%。.(3)设计制备了埋设地聚物传感器的自感知柱与地聚物自感知梁,阐明了传感器尺寸、采集电流、埋入前后感知信号的变化,建立了自感应地聚物与混凝土构件的应力、应变及电阻变化率之间的关系,实现了自感知混凝土感知信号的有效采集,初步构建了混凝土智能构件应力-应变-损失自监测评价体系。.本项目的研究成果为开发和应用本征类智能混凝土结构提供了一种低成本、可规模化生产的新途径,为智能材料在混凝土结构健康监测中的应用提供科学理论依。
基于晶体和凝胶组成协同调控的地聚物体积稳定性提升技术与机理研究
  • 批准号:
    52378227
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    50万元
  • 批准年份:
    2023
  • 负责人:
    马玉玮
  • 依托单位:
结构-功能一体化智能传感地聚物混凝土本征自感知性能研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    --
  • 资助金额:
    58万元
  • 批准年份:
    2020
  • 负责人:
    马玉玮
  • 依托单位:
原材料对碱激发粉煤灰/矿渣复合体系的影响和调控的基础研究
  • 批准号:
    51402057
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万元
  • 批准年份:
    2014
  • 负责人:
    马玉玮
  • 依托单位:
国内基金
海外基金