2023 年度研究成果報告書

カーボンナノチューブ混和コンクリートの圧電特性を利用した応力センシング技術

研究課題

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研究課題/領域番号	21K04345
研究種目	基盤研究(C)
配分区分	基金
応募区分	一般
審査区分	小区分23010:建築構造および材料関連
研究機関	立命館大学
研究代表者	福山智子立命館大学, 理工学部, 准教授 (60587947)
研究期間 (年度)	2021-04-01 – 2024-03-31
キーワード	圧電効果 / カーボンナノチューブ / ひび割れ / 乾燥収縮 / インピーダンス / パーコレーション閾値
研究成果の概要	現在，カーボンナノチューブ（CNT）を混和したセメント系材料（CNTCM）の活用が期待されている。本研究の目的は，CNTCMを圧電センサとして利用するために，①セメントペーストの導電特性を最大化するCNT量の検討，②圧電機構の把握である。実験結果から，CNT量が増えるとインピーダンスが低下し，パーコレーション閾値が存在することが確認された。また，CNT量が増えるほど乾燥収縮量が増加する結果も得られた。さらに，セメントペーストの圧電特性の検討では，圧縮ひずみの増減と電圧変動の間に相関が見られ，ひび割れ発生時の電圧波形から破砕帯電の寄与が示唆された。
自由記述の分野	建築材料
研究成果の学術的意義や社会的意義	本研究は，カーボンナノチューブ混和セメント系材料（CNTCM）への適用における圧電効果と導電特性のメカニズムを解明し，CNTの適切な混和量を特定することを目的としている。本研究の成果により，CNTCMの圧電センサとしての利用可能性を評価し，応力や力学的性能に関するセンサ性能の向上をはかることができる。また，建築および土木分野におけるCNTCMの実用化を大きく進展させる可能性があり，CNTを利用したコンクリートのひび割れ低減や強度増進，構造物の自己診断および交通モニタリングのセンサとしての利用が期待される。これにより，インフラの長寿命化，安全性の向上，維持管理コストの削減の可能性が考えられる。