In this dissertation proposed the applicability of cementitious composites composed of carbon nanotube (CNT) and carbonyl iron powder (CIP) for structure health monitoring (SHM). A polycarboxylate-based superplasticizer and silica fume were used to effectively disperse the CNT and CIP in cement pastes. The dispersion of conductive material in the cement pastes was evaluated through electrical resistance measurement, zeta-potential test, and precipitation test. The piezoresistive sensing characteristics of cementitious composites under cyclic loading conditions were explored. The effect of CIP incorporation on the electrical resistance change, time-based peak shifts, repeatability as expressed as R2 and the durability of the composites were evaluated. The results indicated that the incorporation of CIP improved the electrical conductivity of the composite with a high CNT content, and improved the piezoresistive characteristics under cyclic loadings. In addition, the piezoresistive characteristics of cementitious composites according to the loading conditions were analyzed. The piezoresistive characteristics of the composites were different according to the speed, acceleration and magnitude of the applied load. Furthermore, crack detection test with real-time monitoring under constant compressive loadings was conducted. The effects of various temperature conditions on the piezoresistive characteristics of cementitious composites were studied. Changes in piezoresistive characteristics of the composites exposed to high temperature and the composites subjected to freeze-thaw cycles were analyzed. In addition, a real-time electrical resistance change experiment according to temperature change was also performed.
본 논문에서는 구조물 상태 모니터링 (SHM)에 활용하기 위한 탄소나노튜브 (CNT)와 카르보닐 철분말(CIP)을 혼입한 시멘트계 복합체를 제안하였다. 폴리카르복실기 고성능 감수제와 실리카퓸을 활용하여 CNT와 CIP를 시멘트 페이스트에 효과적으로 분산시켰다. 전기 저항 측정, 제타포텐셜 실험, 침전 실험 등을 통해 시멘트 페이스트 내 전도성 물질의 분산을 평가하였다. 반복 하중 조건 하에서 제조된 시멘트 복합체의 압저항 감지 특성이 탐구되었다. CIP의 혼입이 센서의 전기 저항 변화, 시간 기반 피크시프트, R2로 표현한 센서의 반복성 및 내구성 등에 미치는 영향이 평가되었다. 실험결과에 따르면, CIP의 혼입은 높은 CNT 함량을 가진 복합체의 전기 전도성을 향상시켰으며, 반복하중에서 압저항 특성을 향상시켰다. 또한 충격하중, 정적하중과 같은 하중의 조건에 따른 시멘트 복합체의 압저항 특성을 분석하였다. 같은 시편임에도 하중의 속도, 크기에 따라 압저항 특성이 달라졌다. 정적하중에서 실시간 복합체의 손상 감지 실험도 수행되었다. 다양한 온도 조건이 시멘트 복합체의 압저항 특성에 미치는 영향이 연구되었다. 고온에 노출된 복합체와 동결 하중을 겪은 복합체의 압저항 특성 변화를 분석하였다. 그리고 온도 변화에 따른 실시간 저항 변화 실험 역시 수행되었다.
