使用石墨和混合碳微纤维的3D打印自传感UHPC复合材料的研究
Han Liu1, Simon Laflamme1,2, Bin Cai1
1Department of Civil, Construction, and Environmental Engineering, Iowa State University, Ames, IA 50011, USA.
Sensors (Basel, Switzerland)
|December 17, 2024
概括
这项研究使用石墨和碳微纤维开发了3D打印的自传感超高性能混凝土 (UHPC). 最好的混合增强机械性能和感应能力用于结构健康监测应用.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 土木工程 土木工程是指土木工程.
- 纳米技术纳米技术
背景情况:
- 超高性能混凝土 (UHPC) 提供卓越的机械性能.
- 开发自我感应混凝土对于结构性健康监测至关重要.
- 3D打印使复杂的混凝土结构制造成为可能.
研究的目的:
- 开发可3D打印,自传感的超高压电脑,具有增强的压力阻抗特性.
- 为了研究石墨 (G),磨碳微纤维 (MCMF) 和切碳微纤维 (CCMF) 对UHPC的影响.
- 为了优化填充剂的含量,以提高机械性能和传感能力.
主要方法:
- 将G粉末,MCMF和CCMF纳入UHPC矩阵.
- 透曲线分析以确定最佳填充剂度.
- 准静态循环,动态循环和单调压缩负荷测试.
- 评估29个混合设计的压电阻和机械性能.
主要成果:
- 石墨提高了导电性,但强度降低;MCMF/CCMF增强了压力强度 (高达19.2%) 和模量 (高达9.8%).
- 混合MCMF/CCMF组合显著提高了传感性能,应变线性超过600m.
- 最佳的混合 (3G250M250CCMF) 实现了540的应变量系数,68的分辨率,和4.5的精度.
- 与模具造相比,3D打印的标本显示性能略有下降.
结论:
- 研磨和切碎的碳微纤维有效地提高了UHPC的机械和传感性能.
- 开发的自传感UHPC适用于结构健康监测中的3D打印应用.
- 进一步的研究可能将重点放在缓解3D打印标本的性能降低上.
