NCREE-2012-017
時間 2012-12-28
標題 智慧型碳纖混凝土於結構監測應用之研究
作者 連婉佑、葉芳耀張國鎮、廖文正
摘要
結構物監測是現今土木工程界重要的議題之一,纖維混凝土是目前主要的補強材料,具有高抗張強度、高彈性模數、韌性佳與減少裂縫產生等優點,可增加結構耐震能力與安全性。在混凝土中添加纖維可改善混凝土抗彎、抗張、易脆等特性,進而發展出纖維混凝土材料。現今土木工程界常用之纖維混凝土包括鋼纖維混凝土、玻璃纖維混凝土與碳纖維混凝土(Carbon Fiber Reinforced Concrete, CFRC)等。目前工程界及學術界常用之監測方式,主要是將電子感測元件置入試體內部或是被覆於試體表面上,以進行物理量量測。然而感測元件的有效期限通常遠低於結構物之使用壽命,耐久性較差。為使感測元件的使用壽命與所監測之結構物相近,本研究嘗試以碳纖維砂漿作為結構監測之元件。由於碳纖維本身為導體,加入砂漿之後會使砂漿的電阻值大大地降低,使碳纖維砂漿成為一個導體,將其通入電流後,當結構受力時,造成碳纖維與砂漿之間的拉拔(pull-out)或推進(push-in),前者將使電阻值提高,後者則是使電阻值降低,而兩者的電阻變化與應變皆存在著一定的線性關係,此線性關係可用於量測應變;而當試體即將發生破壞時,電阻值的變化量會較彈性階段時大許多,此時可藉由此現象得知結構體的損壞程度是否已達到破壞,近一步達成監測及預警的目的。
然而,考慮實際應用時的經濟性,本研究僅使用0.2 vol.%之碳纖維添加量,其約為文獻中用量的一半,且經實驗結果得知,在此碳纖維含量之下對於材料之導電率不但能有明顯之提升,亦能達成量測與預警之目的,其量測範圍較文獻廣,再者,塗層試體之實驗結果亦能作為將來應用之參考。
關鍵字 Gauge Factor、碳纖維、電阻變化率、甲基纖維、塗層
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