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改性碳纳米管智能材料的检测性能研究
| 论文题名： | 改性碳纳米管智能材料的检测性能研究 |
| 关键词： | 改性碳纳米管混凝土;中空管状结构;四电极传感器;无线传输测量;桥梁超载 |
| 摘要： | 近年来，桥梁超载事件屡禁不止，由此引发的桥梁坍塌事故不但危及人民的生命财产安全，还给社会造成严重的不良影响，必须予以重视！传统的交通监测主要依靠雷达以及压电称重传感器之类装置，成本高，准确度以及安装条件又受到许多客观环境因素影响，桥梁交通状况监测结果并没有达到预期效果，超载问题依然严峻。 改性碳纳米管混凝土（P-CNTC）传感器是通过在混凝土中加入中空管状结构的纳米级填料（改性碳纳米管）制作而成的，它不仅具有优异的力学、电学性能以及压敏性能，而且其成本低廉，与桥面结构相容性好、耐久性好，这在桥梁交通监测领域显示出很好的应用潜力。本文主要围绕传感器的设计制作、传感器的导电性和压敏性研究、传感器的压敏稳定性试验以及超载监测系统模拟应用展开研究。主要内容如下： （1）查阅文献并结合实际交通参数，从传感器选材、尺寸、电极材料选取、电极嵌入方式四个方面考虑，设计了以自密实混凝土为基础，截面尺寸为4cm×4cm、高宽比为2、电极嵌入间距为1.5cm的四电极传感器。并分别制作了电极材料分别为铜棒和铜网的传感器。 （2）对铜棒、铜网两种电极的传感器进行导电性和压敏性试验。两种传感器都存在极化现象，铜棒电极传感器导电性相对较好；在外加循环荷载作用下，两款传感器电阻率都随着加载而降低、随着卸载而增大，具有良好的压敏反应，但铜网电极传感器电阻率变化比铜棒电极的更明显。超载监测应用更侧重于压敏性能，最终选择铜网电极传感器。 （3）研究长时间通电、循环断电、环境温度、湿度变化对传感器导电性及压敏稳定性的影响。每隔两小时进行循环加载测试，在通电总时长10小时情况下，传感器电阻率和荷载之间保持线性关系，压敏反应稳定性较高；经过7次循环通断电，每次试验传感器电阻率和荷载之间保持线性关系，压敏反应依然稳定性；传感器内部含水率与电阻率呈负增长关系，且水分的增加降低了传感器的压敏稳定性；温度越低，传感器电阻率越高，虽然温度变化对传感器压敏稳定性略有影响，origin拟合度仍达到0.98。 （4）P-CNTC传感器在桥面采用两侧式布置比单侧式更合理；在课题组研发的无线传输测量设备帮助下，通过试验验证了P-CNTC传感器应用于超载监测的可行性，P-CNTC传感器能够应用于桥面进行超载监测。 |
| 作者： | 庄伟 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 孙敏 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 苏州科技大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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