アスファルト舗装用のCNT改変ゲル材料に封じ込められたFBGセンサーの適応性に関する研究
Tengteng Guo1,2,3,4, Xu Guo1, Yuanzhao Chen1,2,3,4
1School of Civil Engineering and Transportation, North China University of Water Resources and Electric Power, Zhengzhou 450045, China.
Gels (Basel, Switzerland)
|August 28, 2025
まとめ
カーボキシル化炭素ナノチューブ (CNT-COOH) で強化された新しいファイバーブラッグ格レーティング (FBG) センサーは,アスファルト舗装のストレスのモニタリングを改善します. この開発により 舗装の寿命が長くなり 長期にわたる構造的健康監視により メンテナンスコストが削減される見込みです
科学分野:
- 材料科学と工学
- 土木工学とインフラ
- センサー技術
背景:
- アスファルト舗装のメンテナンスには費用がかかり,使用寿命は制限されます.
- 既存のストレスのモニタリング方法は,長期の舗装の評価に耐久性や感度が欠けている可能性があります.
- 繊維ブラッグ格レーティング (FBG) センサーは構造的健康モニタリングの可能性を秘めていますが,頑丈な封装が必要です.
研究 の 目的:
- アスファルト路面のストレスを監視するための耐久性があり,敏感なFBGセンサーを開発する.
- FBGセンサーの性能を向上させるため,カーボキシル化炭素ナノチューブ (CNT-COOH) で改造されたゲルに封じ込みます.
- 改造されたゲル材料の機械的特性と有効性を評価する.
主な方法:
- 異なるCNT用量でCNT-COOH改変ゲルに封入したFBGセンサーの製造
- 最適なCNT用量を決定し,材料の性質を評価するための機械的試験 (張力および曲げ).
- 材料の特徴を特定するために赤外線スペクトロスコーピーとスキャニング電子顕微鏡を用いる.
- ストレスと温度に対するセンサーの校正.
- アスファルト試料の静的および動的負荷試験を用いた適用性試験で,ANSYSの有限要素分析で検証された.
主要な成果:
- CNT-COOHの組み込みにより,ゲル材料の牽引強度 (36.2%),破裂時の伸縮度 (47%),および牽引モジュール (17.2%) が著しく改善されました.
- 屈折強度は89. 7%,屈折モジュールは7. 5%,屈折ストレスは63. 8%増加した.
- カーボキシル機能化が確認され,CNTの分散を改善し,ゲルの強さを高めました.
- 封装されたFBGセンサーは,裸のFBGと比較して,より高いストレスと温度感性を示した (1.9864 pm/μmと0.0383 nm/°C).
- 静的負荷と内部ストレスの間の線形関係 (0.0286 με/N),有限要素解析で検証された.
結論:
- CNT-COOHを改良したゲル材料は,カプセル化の機械的特性と強さを大幅に高めます.
- 開発されたFBGセンサは,歩道の監視に適した優れたストレスの感度と温度を示しています.
- 封装されたFBGセンサーは,ダイナミックな負荷下でのアスファルト舗装の長期のストレスの監視に有効で正確です.
