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논문 상세정보

다중벽 탄소나노튜브의 혼입량에 따른 시멘트 복합체의 유동성 및 강도 변화

Flowability and Strength of Cement Composites with Different Dosages of Multi-Walled CNTs

초록

이 연구에서는 다중벽 탄소나노튜브(Multi-walled CNT) 혼입량을 Binder 중량 대비 0.1, 0.3, 0.5%로 다르게 하여 CNT 혼입량에 따른 CNT 보강 시멘트 복합체의 굳지 않은 상태에서의 유동특성, 강도 및 강도발현 특성 등을 살펴보았다. 유동특성에 대한 실험결과, CNT 혼입량이 증가함에 따라 굳기 전 상태의 작업성이 저하되는 것으로 나타났으며, 레올로지 실험에서는 CNT 혼입량 증가에 따라 소성점도의 감소와 항복응력의 증가를 확인할 수 있었다. 또한 레올로지 실험에서 얻은 흐름곡선에서는 낮은 전단속도에서의 틱소트로피 현상이 높은 CNT 혼입량에서 더욱 뚜렷하게 나타나는 것을 볼 수 있었다. CNT 혼입량 증가에 따른 강도특성 실험결과에서는 압축강도 및 인장강도 모두 CNT 혼입량이 증가함에 따라 향상되는 것으로 나타났으며, 압축강도에 대한 CNT 보강에 따른 강도향상 효과가 인장강도에 비해 더 크게 나타났다. 한편 재령별 강도 측정 결과에 따르면 CNT 혼입이 초기강도 발현에도 효과적인 것을 확인할 수 있었다.

Abstract

With several different dosages of multi-walled CNTs which was 0.1, 0.3, and 0.5% of the weight of binder, the fluidity in fresh CNT cement composites, as well as the strength and strength development with age of the hardened composites were investigated in this experimental study. The experimental results from flow test indicated that the increase in the dosage of CNTs badly impacted on the workability of fresh composites, and the results from rheological measurements presented the decrease in plastic viscosity and the increase in yield stress according to the amount of CNTs. In addition, the thixotrophy in the flow curve obtained from the rheology test was observed more noticeably in the composites with higher dosage of CNTs. With the experiments on the strength properties, the improvement of both compressive and tensile strengths with the increase of CNTs dosage could be obtained. Moreover, early strength development by adding CNTs was found when it was compared with plain cementious matrix without CNT.

본문요약 

문제 정의
  • 따라서 본 연구에서는 CNT 혼입량 변화에 따른 굳지 않은 상태에서의 유동성 및 경화 후 강도 특성을 살펴보고자 실험연구를 수행하였다.

    이상의 관련 연구결과들을 살펴볼 때 가장 효과적으로 강도증진을 이룰 수 있는 적절한 CNT 혼입량이 어느 정도인지 아직까지 명확히 규명되지 않은 상태이며, 일반 섬유보강 콘크리트에서도 작업성, 섬유뭉침 현상 등으로 인해 적정 범위의 섬유혼입률 범위가 있음을 고려할 때 CNT 시멘트 복합체에서도 적정 혼입률이 존재할 것으로 추측할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 CNT 혼입량 변화에 따른 굳지 않은 상태에서의 유동성 및 경화 후 강도 특성을 살펴보고자 실험연구를 수행하였다.

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질의응답 

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핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
탄소나노튜브
탄소나노튜브의 활용분야는?
현재 전기·전자 재료, 바이오, 환경 및 에너지, 화학 분야 등 다양한 산업 분야에서 매우 활발히 사용

1991년 Iijima1) 교수에 의해 발견된 탄소나노튜브(Carbon Nanotubes, CNT)는 우수한 역학적 특성, 전기전도성, 열 전도성 등으로 엄청난 관심을 불러 일으켰으며 현재 전기·전자 재료, 바이오, 환경 및 에너지, 화학 분야 등 다양한 산업 분야에서 매우 활발히 사용되고 있다. 탄소나노튜브는 탄소원자가 육각벌집구조형태로 결합된 그래핀(Graphene)이 나노 크기의 직경으로 둥글게 말려진 형태로서, 각도와 구조에 따라서 도체 또는 반도체의 특성을 나타낸다.

시멘트를 기반으로 한 재료
시멘트를 기반으로 한 재료의 약점을 해결하기 위해 어떤 방법을 사용해 왔는가?
100여 년 전부터 섬유를 시멘트계 재료에 혼입하는 방법을 사용

한편, 모르타르나 콘크리트와 같이 시멘트를 기반으로 한 재료는 우수한 경제성과 성능으로 건설 산업에서 가장 많이 사용되고 있는 건설재료이지만 취성적인 거동을 보이는 특성과 압축강도에 비해 인장강도가 매우 작다는 약점을 가지고 있다. 이러한 문제점을 극복하기 위하여 100여 년 전부터 섬유를 시멘트계 재료에 혼입하는 방법을 사용해 왔다. 혼입된 섬유가 시멘트계 재료에 가해지는 인장력의 일부를 분담하고, 또 균열 이후에 섬유가 지속적으로 인장에 저항하여 인장강도 및 인성 항샹에 기여하는 것이다.

탄소나노튜브
탄소나노튜브의 특성은?
탄소원자가 육각벌집구조형태로 결합된 그래핀(Graphene)이 나노 크기의 직경으로 둥글게 말려진 형태로서, 각도와 구조에 따라서 도체 또는 반도체의 특성

1991년 Iijima1) 교수에 의해 발견된 탄소나노튜브(Carbon Nanotubes, CNT)는 우수한 역학적 특성, 전기전도성, 열 전도성 등으로 엄청난 관심을 불러 일으켰으며 현재 전기·전자 재료, 바이오, 환경 및 에너지, 화학 분야 등 다양한 산업 분야에서 매우 활발히 사용되고 있다. 탄소나노튜브는 탄소원자가 육각벌집구조형태로 결합된 그래핀(Graphene)이 나노 크기의 직경으로 둥글게 말려진 형태로서, 각도와 구조에 따라서 도체 또는 반도체의 특성을 나타낸다. 탄소나노튜브의 말려진 겹 수에 따라 한 겹으로 말려진 단일벽 탄소나노튜브(Single-walled CNT, SWCNT)와 두 겹 이상의 여러 겹으로 말려진 다중벽 탄소나노튜브(Multi-walled CNT, MWCNT)로 구분된다.

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저자의 다른 논문

참고문헌 (24)

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