Διάγνωση βλαβών σε κατασκευές σκυροδέματος με χρήση "ευφυών" πιεζοηλεκτρικών αισθητήρων σαν αδρανή σκυροδέματος

Abstract

Η παρούσα διδακτορική διατριβή πραγματεύεται τη χρήση των πιεζοηλεκτρικών υλικών για το μη καταστροφικό έλεγχο του σκυροδέματος και ειδικότερα τη δυνατότητα εφαρμογής τους, σε διαδικασίες ανίχνευσης μηχανικών βλαβών σε δομικά στοιχεία. Επιπλέον διερευνάται η εφαρμογή των πιεζοηλεκτρικών υλικών στην παρακολούθηση των μεταβολών της μηχανικής συμπεριφοράς του πρώιμου σκυροδέματος. Λόγω της ανάγκης ελέγχου του σκυροδέματος από τα πρώτα στάδια παρασκευής του, μια από τις θεμελιώδεις στοχεύσεις της παρούσας διατριβής, είναι ο σχεδιασμός και η ανάπτυξη διατάξεων-συσκευών παρακολούθησης με βάση τα πιεζοηλεκτρικά υλικά, οι οποίες θα έχουν τη δυνατότητα ενσωμάτωσης στη μάζα του σκυροδέματος, λειτουργώντας ως «ευφυή» αδρανή υλικά.

Η κύρια τεχνική που εφαρμόστηκε για τη παρακολούθηση της δομικής ακεραιότητας του σκυροδέματος είναι η μέθοδος της Ηλεκτρο-Μηχανικής Εμπέδησης (ΗΜΕ). Η συγκεκριμένη μέθοδος στηρίζεται στη συγκριτική ανάλυση μεταξύ των ενοργάνωςκαταγραφόμενων ή αριθμητικώς προσδιοριζόμενων φασμάτων απόκρισης της ΗΜΕ, στο πεδίο των συχνοτήτων. Στα πλαίσια της παρούσας διατριβής αναπτύχθηκε μια καινοτόμα μέθοδος συγκριτικής ανάλυσης, η οποία στηρίζεται στο στατιστικό έλεγχο των διαφορών που εμφανίζουν μεταξύ τους το φάσμα αναφοράς μιας δομικά «υγιούς» κατασκευής και τα φάσματα απόκρισης της ιδίας κατασκευής μετά την εκδήλωση μιας ή περισσοτέρων μηχανικών βλαβών (π.χ. ρηγμάτωση). Ο στατιστικός έλεγχος των διαφορών υλοποιείται με τον προσδιορισμό των ορίων εμπιστοσύνης, μέσα στα οποία θα πρέπει να κινούνταιοι όποιες διαφοροποιήσεις εμφανίζονται μεταξύ διαδοχικών καταγραφών των φασμάτων απόκρισης της δομικά «υγιούς» κατασκευής.

Για την ενόργανη παρακολούθηση των δομικών συστημάτων σκυροδέματος αναπτύχθηκε ένα πρωτότυπο ολοκληρωμένο σύστημα αυτόματης καταγραφής της Ηλεκτρο-Μηχανικής Εμπέδησης, το οποίο ενσωματώνει το χαμηλού κόστους τυπωμένο κύκλωμα μέτρησης της ηλεκτρικής εμπέδησης, AD5933 EB και ένα πρωτότυπο «ευφυές» αδρανές με βάση το Teflon. Επιπλέον το συγκεκριμένο σύστημα αξιοποιεί την ασύρματή τεχνολογία για τη μεταφορά δεδομένων από το τυπωμένο κύκλωμα μέτρησης της ηλεκτρικής εμπέδησης AD5933 ΕΒ, σε ένα υπολογιστή διαχείρισης και δίνει τη δυνατότητα της αυτόματης καταχώρησης των μετρήσεων σε μια κατάλληλα διαμορφωμένη βάση δεδομένων. Σημαντική καινοτομία της παρούσας εφαρμογής αποτελεί το γεγονός ότι δίνεται η δυνατότητα στον οποιοδήποτε χρήστη έχει δικαιώματα στη βάση δεδομένων, να συνδέεται απομακρυσμένα μέσω διαδικτύου σε αυτή και να ανακτά τις μετρήσεις της Ηλεκτρο-Μηχανικής Εμπέδησης για περαιτέρω επεξεργασία και αξιολόγηση.