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MWCNT 보강 시멘트 복합체의 압축강도 향상에 대한 실험적 연구
Experimental Study on Improving Compressive Strength of MWCNT Reinforced Cementitious Composites 원문보기

콘크리트학회논문집 = Journal of the Korea Concrete Institute, v.26 no.1, 2014년, pp.63 - 70  

강수태 (대구대학교 토목공학과) ,  박순홍 (대구대학교 토목공학과)

초록
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이 연구에서는 multi-walled CNT 보강 시멘트 복합체의 효과적인 압축강도 향상을 위하여 섬유 분산을 위한 초음파처리 정도, 계면활성제의 사용량, 실리카퓸 치환율 등을 실험변수로 하여, 그 영향을 실험적으로 살펴보았다. 초음파 처리 시간에 따른 CNT 분산성 변화는 광학현미경을 통해 확인하였으며, CNT 시멘트 복합체의 압축강도가 초음파 처리 정도에 따라 향상됨을 확인할 수 있었다. 계면활성제로 사용된 고성능감수제 사용량의 영향은 SP/CNT비가 4~6일 때 강도향상 효과가 가장 좋은 것으로 나타났다. 한편, 실리카퓸 치환율에 따른 압축강도의 변화에서는 실리카퓸을 10 % 치환했을 때 강도에 대한 CNT 보강효과가 가장 큰 것으로 나타났다. CNT 보강 시멘트 복합체의 미세구조 분석도 함께 실시하였는데, XRD와 SEM 분석 결과에서는 CNT 혼입으로 인한 수화생성물 및 미세구조의 변화는 거의 없는 것으로 나타났으며, MIP 분석을 통해서는 공극률 감소와 함께, $10{\mu}m$ 및 100 nm 크기 전후의 공극분포가 줄어드는 대신 수 십 나노미터 크기의 작은 공극들의 분포가 증가함을 확인하였다. 이를 통해 CNT의 혼입에 따른 압축강도 증가는 화학적 영향보다는 물리적 영향이 큰 것으로 판단된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This experimental study was intended to improve the compressive strength of multi-walled CNT reinforced cementitious composites with efficiency. The variables considered are the degree of sonication, the amount of surfactant, the replacement ratio of silica fume, etc. Optical microscope informed tha...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 이 연구에서는 CNT 보강 시멘트 복합체의 효과적인 압축강도 향상을 위하여 CNT 혼입 유무, 섬유 분산을 위한 초음파 처리 정도 및 계면활성제의 사용량 등을 실험변수로 하여, 그 영향을 실험적으로 살펴보고자 하였다.
  • 이 연구에서는 탄소나노튜브의 우수한 역학적 특성을 시멘트계 재료에 활용하고자 하는 목적으로, 압축강도에 대한 CNT 보강 효과를 여러 가지 변수들을 고려하여 실험적으로 살펴보았다. CNT 보강 시멘트 복합체의 역학적 특성을 좌우하는 가장 큰 영향인자는 CNT의 분산성이며, 이와 관련하여 초음파 처리 정도, 계면활성제 사용량 및 실리카퓸 치환율 등을 실험에서 변수로 고려하였다.

가설 설정

  • 그런데 기존의 섬유들은 밀리미터 스케일의 크기로 시멘트계 재료에 혼입되어 균열의 발생과 진전을 억제하는 효과를 나타내는 반면에 시멘트계 재료에서 초기 미세균열의 발생은 대부분 마이크로미터 스케일로 존재하여 초기 미세균열을 효과적으로 제어하는데 있어 한계가 있는 것이 사실이다. 초기 미세균열을 억제하기 위해서는 발생영역과 균열크기와 유사한 스케일의 섬유를 사용하는 것이 효과적일 것이다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
계면활성제는 그 종류에 따라 CNT 복합체에 어떤 영향을 끼치는가? 6,25-28) 대부분의 연구에서 공통적으로 CNT의 분산성을 향상시키기 위해서는 계면활성제의 사용과 초음파 처리가 효과적임을 보이고 있다. 계면활성제는 종류에 따라서 CNT 복합체의 강도증진 효과가 크게 달라지며, 일반적으로 콘크리트 제조 시 사용하고 있는 폴리카르복실계 고성능감수제를 시멘트계 CNT 복합체에 사용할 경우 섬유의 효과적 분산과 함께 강도증진에 효과가 있다고 밝히고 있다.6,27) 하지만 CNT의 혼입량, 계면활성제의 종류 및 사용량, 초음파 처리 방법 및 시간 등에 있어서 다양한 방법들을 적용하고 있으며, 관련 변수들의 영향에 대한 연구는 아직까지 체계적으로 이루어지지 못하고 있는 실정이다.
시멘트계 재료의 특징은 무엇인가? 시멘트계 재료는 건설재료로서 가장 널리 사용되는 재료이면서도, 압축강도에 비해 상대적으로 매우 작은 인장강도와 취성적인 거동 특성 등에 약점이 있다. 그래서 지금까지 인장강도의 향상과 연성 확보를 위하여 수많은 연구 노력들이 이루어져 왔다.
탄소나노튜브의 장점은 무엇인가? 1-7) CNT는 1991년에 일본의 Iijima 교수에 의해 발견되었는데,8) 지난 30여 년간 발견된 새로운 재료들 중에 가장 많은 관심을 받고 있는 재료 중의 하나이다. CNT는 우수한 역학적 특성, 전기전도성, 열전도성, 낮은 단위중량, 우수한 부식에 대한 저항성 등으로 인해 다양한 산업분야에서 널리 활용되고 있다.1-5,9-11) CNT는 탄소원자를 육각 벌집구조로 평평하게 배열한 그래핀(Graphene)의 변형된 형태로, 한 겹 또는 여러 겹의 그래핀이 튜브 구조로 말려져 있는 상태로, 한 겹으로 구성된 것을 SWCNT(single-walled carbon nanotubes)라고 하고, 여러 겹으로 된 것을 MWCNT(multi-walled carbon nanotubes)라고 부른다(Fig.
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