Zależność pomiędzy odkształceniem przy ściskaniu a oporem elektrycznym kompozytów cementowych zbrojonych włóknami węglowymi

• Autorzy: Teomete E. , Kocyigit O. I.

Warianty tytułu

EN

Correlation between compressive strain and electrical resistance in carbon fiber reinforced cement composites

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

Stała kontrola stanu konstrukcji ma kluczowe znaczenie dla ochrony przed awariami oraz ma duży wpływ na koszty utrzymania w dobrym stanie obiektów budowlanych. Opracowanie inteligentnych materiałów, które same kontrolują zmiany swoich właściwości umożliwi solidne i niezawodne oraz tanie śledzenie stanu konstrukcji betonowych. W pracy wytworzono dwadzieścia jeden zapraw cementowych. Jedna z mieszanek nie zawierała włókien węglowych, podczas gdy pozostałe zawierały włókna węglowe o różnej długości oraz ich różnym udziale objętościowym. Z każdej mieszanki wykonano i zbadano na ściskanie po trzy próbki; zbadano sześćdziesiąt trzy próbki. Jednocześnie z badaniami ściskającymi mierzono właściwości elektryczne próbek. Określono korelacje pomiędzy odkształceniem a zmianą oporu elektrycznego. Parametry eksploatacyjne czujnika odkształcenia, które określa się jako współczynnik czujnika, liniowość i granica odkształcenia, zostały ocenione dla tych zapraw cementowych. Wyniki pokazały, że kompozyty cementowe zbrojone włóknami węglowymi miały znacznie większą czułość na odkształcenia niż komercyjne metalowe czujniki tensometryczne, natomiast charakteryzował je mały błąd w szacowaniu odkształcenia. Stwierdzono, że granice odkształcenia zapraw cementowych były na tyle wysokie, że mogą one być zastosowane jako czujniki odkształcenia w konstrukcjach betonowych. Niniejsza praca jest wkładem do rozwoju inteligentnych materiałów i konstrukcji w budownictwie.

EN

Structural health monitoring has crucial importance to protect the lives and to organize the management of concrete structures. Development of self-sensing smart materials will enable cost effective, robust and reliable solutions for structural health monitoring of concrete. In this study, twenty one cement mortars without and with carbon fibers reinforcement were produced and their compressive strength was tested. Simultaneously, the correlations between strain and electrical resistance change of all mortars were determined. Performance parameters of a strain sensor, which are gauge factor, linearity and strain limit, were evaluated for these cement mortars. The results showed that the cement mortars were much more sensitive to strain than commercial metal strain gauges, while they had a little error of strain estimation. The strain limits were found to be high enough for the mortars without and with carbon fibers reinforcement to be used as strain sensors for concrete structures. This study is a contribution to develop smart materials as sensors for the concrete constructions.

Słowa kluczowe

PL

kompozyt cementowy; włókno węglowe; fibrobeton; materiał inteligentny; samokontrola; odkształcenie; opór elektryczny

EN

cement composite; carbon fibre; fibre reinforced concrete; smart material; self-checking; strain; electrical resistance

• Wydawca: Fundacja Cement, Wapno, Beton
• Czasopismo: Cement Wapno Beton
• Rocznik: 2015
• Tom: R. 20/82, nr 1
• Strony: 1--10
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Teomete E.

• Civil Engineering Department, Dokuz Eylul University, Kaynaklar, Buca, Izmir, Turkey

autor

Kocyigit O. I.

• Dokuz Eylul University, The Graduate School of Natural and Applied Sciences, Kaynaklar, Izmir, Turkey

Bibliografia

• 1. F. Reza, G. B. Batson, J. A. Yamamuro, J. S. Lee, Resistance changes during compression of carbon fiber cement composites. J. Mat. Civil. Eng., 15, 5, 476-483 (2003).
• 2. D. D. L. Chung, Review functional properties of cement –matrix composites. J. Mat. Sci., 36, 1315-1324 (2001).
• 3. E. Teomete, T. K. Erdem, Cement Based Strain Sensor: A Step to Smart Concrete. Cement Wapno Beton, 77, 78-92 (2011).
• 4. B. Demirel, S. Yazicioglu, N. Orhan, Electrical behaviour of carbon fibre-reinforced concrete with increasing loading in varying and constant frequencies. Mag. Concr. Res., 58, 10, 691-697 (2006).
• 5. D. D. L. Chung, Self-monitoring structural materials. Mat. Sci. Eng., 22, 57-78 (1998).
• 6. X. Fu, E. Ma, D. D. L. Chung, W.A. Anderson, Self-monitoring in carbon fiber reinforced mortar by reactance measurement, Cem. Concr. Res., 27, 6, 845-852 (1997).
• 7. X. Fu, D. D. L. Chung, Effect of curing age on the self-monitoring behavior of carbon fiber reinforced mortar. Cem. Concr. Res., 27, 9, 1313-1318 (1997).
• 8. M. Chiarello, R. Zinno, Electrical conductivity of self-monitoring CFRC. Cem. Concr. Comp., 27, 463-469 (2005).
• 9. B. Han, X. Guan, J. Ou, Electrode design, measuring method and data acquisition system of carbon fiber cement paste piezoresistive sensors. Sens. Actuators A., 135, 360-369 (2007).
• 10. F. Reza, J. A. Yamamuro, G. B. Batson, Electrical resistance change in compact tension specimens of carbon fiber cement composites. Cem. Concr. Comp., 26, 873-881 (2004).
• 11. B. Chen, J. Liu, Damage in carbon fiber –reinforced concrete, monitored by both electrical resistance measurement and acoustic emission analysis. Constr. Build. Mater., 22, 2196-2201 (2008).
• 12. D. D. L. Chung, Cement reinforced with short carbon fibers: a multifunctional material, Composites Part B: Engineering, 31, 511-526 (2000).
• 13. B. Han, K. Zhang, X. Yu, E. Kwon, J. Ou, Nickel particle-based self-sensing pavement for vehicle detection. Measurement, 44, 1645–1650 (2011).
• 14. R. Rianyoi, R. Potong, N. Jaitanong, R. Yimnirun, A. Chaipanich, Dielectric, ferroelectric and piezoelectric properties of 0-3 barium titanate–Portland cement composites. Appl. Phys. A., 104, 661–666 (2011).
• 15. H. Gong, Y. Zhang, J. Quan, S. Che, Preparation and properties of cement based piezoelectric composites modified by CNTs. Curr. Appl. Phys., 11, 653-656 (2011). 16. B. Chen, K. Wu, W. Yao, Conductivity of carbon fiber reinforced cement-based composites. Cem. Concr. Comp., 26, 291–297 (2004).
• 17. S. Vaidya, E. N. Allouche, Strain sensing of carbon fiber reinforced geopolymer concrete. Mat. Struct., 44, 1467–1475 (2011).
• 18. H. Li, H. Xiao, J. Ou, Electrical property of cement-based composites filled with carbon black under long-term wet and loading condition. Comp. Sci. Tech., 68, 2114-2119 (2008).
• 19. H. Li, H. Xiao, J. Ou, Effect of compressive strain on electrical resistivity of carbon black-filled cement – based composites. Cem. Concr. Comp., 28, 824-828 (2006).
• 20. E. Teomete, O.I. Kocyigit, Tensile strain sensitivity of steel fiber reinforced cement matrix composites tested by split tensile test. Constr. Build. Mat., 47, 962–968 (2013).
• 21. E. Teomete, Transverse Strain Sensitivity of Steel Fiber Reinforced Cement Composites Tested by Compression and Split Tensile Tests. Constr. Build. Mat., 55, 31 March 2014, Pages 136–145. http://dx.doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2014.01.016
• 22. E. Teomete, Relations of Crack Length and Electrical Resistance for Smart Cement Based Composites. Cement Wapno Beton, 79, 329-334, 2013.