2021 Fiscal Year Research-status Report
Stress sensing technology utilizing the piezoelectric characteristics of carbon nanotube-mixed concrete
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21K04345
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| Research Institution | Ritsumeikan University |
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Principal Investigator |
福山 智子 立命館大学, 理工学部, 准教授 (60587947)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 圧電効果 / 炭素繊維 / カーボンナノチューブ / セメントペースト / モルタル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
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の圧電メカニズムの把握を目的としている。
2021年度においては，1)CNTのセメントペースト中への分散状況の定量評価にについて，CNTの分散には超音波印加と高性能AE減水剤の組合せの効果が高く超音波印加時間の影響があることを定性的に確認した。また，CNT分散状況の画像解析による定量化を試みたが，セメントペースト中では微細なCNTを粒子として認識できず，検討した手法では分散状況を評価するのは困難であった。
2)またCNTCMのセンサ性能については，含水状態や載荷速度，炭素繊維混和の有無をパラメータとしてセメントペーストやモルタルのシリンダ型試験体に対する繰返し載荷実験を行い，電気的応答（電位，電流）とひずみの時刻歴波形が得た。その結果，ひずみと電気的応答には明確な相関があるが，その相関倍率は構成材料によって変動し，電気的応答をひずみや剛性に変換するための係数（電気的応答への各材料の寄与度）に関する検討が必要であることが明らかになった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究初年度の検討として，CNTのセメントペースト中への分散やセメント系材料の圧電効果に関して実験が行われ，順調にデータ取得が進展している。ただし，実験の進展に伴い，当初想定していた材料構成の影響のみならず，それ以外の因子の影響が圧電特性にみられることから，影響因子の抽出や本研究の目的に対するノイズとなるかについての検証が必要となる。
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| Strategy for Future Research Activity |
現在までにセメント系材料の圧電センサとしての基礎的な検討は実施できているが，2021年度の検討で明らかになった影響因子（未発表）を含めて，CNT混和セメント系材料の建築材料としての物性やセンサとしての適用性に関して，試験体実験に基づく検討を継続する。
また，CNT混和セメント系材料において最も重要なセメントペーストへのCNTの分散手法に関しては，実構造物に適用可能な流動性・強度物性，価格に関して材料分野の研究者の協力を仰ぎ研究を継続する。
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| Causes of Carryover |
出席を予定していた学会発表がCovid19によりオンライン開催になったこと，実験消耗品の金額が当初想定よりも安くなったこと，実験の実施における人件費の支出がなかったことから，次年度使用額が発生した。
2022年度はセメントペースト・モルタルだけでなく，コンクリートの圧電挙動について，電位変動やひずみ測定に基づく検討を行う。試験体作製費やひずみゲージなどの実験消耗品，論文投稿や学会発表に関連する費用などを主たる使途として想定している。
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