Oparty na cemencie sensor naprężeń: krok w kierunku inteligentnego betonu

• Autorzy: Teomete E. , Erdem T. K.

Warianty tytułu

EN

Cement based strain sensor: a step to smart concrete

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy zbadano oparty na cemencie sensor naprężeń. Zaprojektowano jedenaście mieszanek zbrojonych włóknami stalowymi o różnej długości i różnej ilości. Zbadano oporność elektryczną bez i z przyłożonym obciążeniem. Oznaczono zależności pomiędzy zmianami oporności elektrycznej a naprężeniem. Oznaczono stałą sensora, proporcjonalność pomiarową i naprężenie graniczne. Stała sensora (zmiana oporności elektrycznej na jednostkę naprężenia) wynosi dla handlowych sensorów metalowych około 2, natomiast dla sensorów opartych na cemencie uzyskano znacznie wyższe wartości, nawet 30. Czułość tych ostatnich jest także znacznie wyższa. Sensory oparte na cemencie można umieszczać w elemencie betonowym jak gdyby w formie kruszywa, a w rzeczywistości będą czujnikiami mierzącymi naprężenia. Sensory oparte na cemencie będą poważnym krokiem w stosowaniu inteligentnych materiałów w przemyśle budowlanym.

EN

In this study cement based sensor (CBS) which will be used as strain sensors was investigated. Eleven mixes having steel fibers of different lengths and volume fractions were designed. Electrical resistance measurements with and without compressive load were conducted. The correlations between the electrical resistance change and strain were determined. The performance measures of gage factor, linearity and strain limit were determined. The gage factor (fractional change in electrical resistance per unit strain) of commercial metal strain gages is around 2 while much higher gage factors as high as 30 is obtained from CBS. The CBS is much more sensitive in strain sensing with respect to commercial metal strain gages. The CBS will be placed in the concrete member and act like an aggregate while working as a strain sensor. The development of CBS will be an important step for use of smart materials in the construction industry.

Słowa kluczowe

PL

konstrukcja betonowa; trwałość konstrukcji; czujnik naprężenia; beton zbrojony; włókno węglowe; oporność elektryczna; pomiar

EN

concrete structure; structure durability; stress sensor; reinforced concrete; carbon fiber; electric resistivity; measurement

• Wydawca: Fundacja Cement, Wapno, Beton
• Czasopismo: Cement Wapno Beton
• Rocznik: 2011
• Tom: R. 16/78, nr 2
• Strony: 78--91
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., il.

Twórcy

autor

Teomete E.

autor

Erdem T. K.

• Department of Civil Engineering, Izmir Institute of Technology, Urla, 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. Mater. Civil. Eng. 15, 5, 476-483 (2003).
• 2. D. D. L. Chung, Review functional properties of cement -matrix composites. J. Mater. Sci. 36, 1315-1324 (2001).
• 3. D. D. L. Chung, Self-monitoring structural materials, Mater. Sci. Eng. 57-78(1998).
• 4. 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).
• 5. 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).
• 6. M. Chiarello, R. Zinno, Electrical conductivity of self-monitoring CFRC. Cem. Concr. Comp. 27, 463-469 (2005).
• 7. B. Han, X. Guan, J. Ou, Electrode design, measuring method and data acquisition system of carbon fiber cement paste piezoresistive sensors. Sens. and Actuators A 135, 360-369 (2007).
• 8. 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).
• 9. 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).
• 10. 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).
• 11. 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).
• 12. D. D. L. Chung, Cement reinforced with short carbon fibers: a multi-functional material, Composites Part B: Engineering, 31, 511-526 (2000).
• 13. D. D. L. Chung, Cement-based electronics, J. Electroceramics 6 (1) 75-88(2001).
• 14. European Committee for Standardization, Cement - Part 1: Composition, specifications and conformity criteria for common cements. EN 197-1:2000, Brussells.