[논문]3D 프린터로 출력된 시멘트 복합체의 내구성에 미치는 폴리머 후처리의 영향

서지석; 현창진; 김윤용

doi:10.11112/jksmi.2022.26.5.20

[국내논문] 3D 프린터로 출력된 시멘트 복합체의 내구성에 미치는 폴리머 후처리의 영향
Effect of Polymer Post-treatment on the Durability of 3D-printed Cement Composites 원문보기

한국구조물진단유지관리공학회 논문집 = Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection, v.26 no.5, 2022년, pp.20 - 29

서지석 ((재)한국건설생활환경시험연구원) , 현창진 (충남대학교, 토목공학과) , 김윤용 (충남대학교, 토목공학과)

초록
AI-Helper

이 연구에서는 ME 방식 3D 프린터로 출력한 시멘트 복합체의 내구성을 개선하기 위해 PDMS, 규산나트륨, 표면강화재를 침지 후 도포하는 방식으로 후처리 하였으며 각각의 내구성 개선 정도를 평가하였다. 그 결과, 모든 평가에서 후처리 한 시험체의 내구성능이 그렇지 않은 시험체에 비해 내구성이 개선되는 경향을 나타냈다. 내흡수성과 염소이온 침투 저항성, 탄산화 저항성의 경우 PDMS로 후처리 했을 때 후처리 하지 않은 시험체에 비해 각각 평균 36.3 %, 77.1 %, 50.4 % 개선되어 가장 우수한 것으로 나타났으며 내동해성의 경우 규산나트륨으로 후처리 했을 때 평균 47.5 % 개선되어 가장 우수한 것으로 나타났다. 3D 프린팅용 시멘트 복합체의 후처리 용액 중 대체로 PDMS가 우수한 것으로 나타났으나 이 연구에서 제안한 바와 같이 침지 후 도포하는 후처리 방식은 3D 프린터로 출력한 시멘트 복합체 구조물에 실질적으로 적용하기 어려울 수 있으므로 시공성을 고려한 성능개선재료에 대한 후속 연구가 필요할 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, in order to improve the durability of the cement composite printed with the ME type 3D printer, PDMS, sodium silicate, and a surface hardener were employed. Post-treatment was performed on 3D-printed cement composite by coating after immersion, and the degree of improvement in durability was evaluated. As a result, in all evaluations, the durability performances of the post-processed specimens were improved compared to those of the plain specimens. Water absorption resistance, chloride penetration resistance, and carbonation resistance of the PDMS treated specimens were improved by 36.3 %, 77.1 %, and 50.4 % when compared to plain specimens. Freeze-thaw resistance of the specimens treated with sodium silicate was found to be the most excellent, with an average enhancement of 47.5% compared to plain specimens. It was found that PDMS was the most efficient post-treatment materials for 3D-printed cement composite. However, as suggested in this study, the post-treatment method by coating after immersion may not be applicable to cement composite structures printed with a 3D printer in field. Therefore, a follow-up study needs to be preformed on the durability enhancing materials suitable for 3D printing.

Keyword

표/그림 (24)

그림 Fig. 1 View of material extrusion type 3D printer
표 Table 1 Properties of binder for 3D printing cementitious composite
표 Table 2 Properties of fine aggregate and agent for 3D printing
표 Table 3 Test mixing design
그림 Fig. 2 View of durability improvement material
표 Table 4 Properties of polydimethylsiloxane
표 Table 5 Properties of sodium silicate
표 Table 6 Properties of surface hardener
그림 Fig. 3 Test specimen manufacturing process
그림 Fig. 4 View of post treated test specimens
그림 Fig. 5 View of freezing and thawing resistance test
표 Table 7 3D printing conditions for specimens
그림 Fig. 6 View of chloride penetration resistance test
그림 Fig. 7 View of carbonation resistance test
표 Table 8 Chloride penetration resistance test conditions
그림 Fig. 8 Beading effect on concrete surface
그림 Fig. 9 Results of absorption ratio
그림 Fig. 10 Improvement results of absorption ratio
그림 Fig. 11 Results of compressive strength after freezing-thawing test
그림 Fig. 12 Improvement results of freeze-thaw resistance
그림 Fig. 13 Results of chloride penetration resistance
그림 Fig. 14 Improvement results of chloride penetration resistance
그림 Fig. 15 Results of carbonation resistance
그림 Fig. 16 Improvement results of chloride penetration resistance

참고문헌 (21)

Chen, M., Li, L., Zheng, Y., Zhao, P., Lu, L., and Cheng, X. (2018), Rheological and mechanical properties of admixtures modified 3D printing sulphoaluminate cementitious materials, The Journal of Construction and Building materials, 189, 601-611.
Seo, J. S., Lee, B. C., and Kim, Y. Y. (2019), The Effects of Void Ratio on Extrudability and Buildability of Cement-based Composites Produced by 3D Printers, Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection, 23(7), 104-112. (in Korean).

원문보기 상세보기
Kruger, J., du Plessis, A., and van Zijl, G. (2021), An investigation into the porosity of extrusion-based 3D printed concrete, Additive Manufacturing, 37, 101740.

상세보기
Seo, E. A., Lee, H. J., and Yang, K. H. (2021), Strength Characteristics of 3D Printed Composite Materials According to Lamination Patterns, Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection, 25(6), 193-198. (in Korean).
Liu, C., Zhang, R., Liu, H., He, C., Wang, Y., Wu, Y., and Zuo, F. (2022), Analysis of the mechanical performance and damage mechanism for 3D printed concrete based on pore structure.
Park, K. M., Park. S. H., Lee, B. C., and Roh, Y. S. (2020), Evaluation of Binder Jetting 3D Printed Specimens Using Vacuum Impregnation, Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection, 24(2), 103-110. (in Korean).

원문보기 상세보기
Rehman, A. U., and Kim, J. H. (2021), 3D concrete printing: A systematic review of rheology, mix designs, mechanical, microstructural, and durability characteristics, Materials, 14(14), 3800.

상세보기
Wang, K., Wi, K., Laflamme, S., Sritharan, S., Taylor, P., and Qin, H. (2020), Feasibility Study of 3D Printing of Concrete for Transportation Infrastructure. Final Report, Institute for Transportation, Iowa State University, Ames, IA.
Ishida, T., Maekawa, K., and Kishi, T. (2007), Enhanced modeling of moisture equilibrium and transport in cementitious materials under arbitrary temperature and relative humidity history, Cement and Concrete Research, 37(4), 565-578.

상세보기
Mabrouk, R., Ishida, T., and Maekawa, K. (2004), A unified solidification model of hardening concrete composite for predicting the young age behavior of concrete, Cement and Concrete Composites, 26(5), 453-461.

상세보기
Al-Zahrani, M. M., Al-Dulaijan, S. U., Ibrahim, M., Saricimen, H., and Sharif, F. M. (2002), Effect of waterproofing coatings on steel reinforcement corrosion and physical properties of concrete, Cement and Concrete Composites, 24(1), 127-137.

상세보기
Park, M. J., Lee, B. J., Kim, J. S., and Kim, Y. Y., (2018), Effect of Concrete Strength on Chlordie Ion Penetration Resistance and Chemical Resistance of Concrete Coated by Silopxane-based Water Repellent, Journal of the Korea Concrete Institute, 30(6), 533-590. (in Korean).
Lee, J., Lee, B. C., Cho, Y. G., and Jung, S. H., (2016), Chloride Diffusivity of Concrete using Recycled Aggregate by Strength Levels, Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection, 20(2), 102-109. (in Korean).

원문보기 상세보기
Asami, K., and Kikuchi, M. (2003), In-depth distribution of rusts on a plain carbon steel and weathering steels exposed to coastal-industrial atmosphere for 17 years, Corrosion Science, 45(11), 2671-2688.

상세보기
Ohtsu, M., and Yosimura, S. (1997), Analysis of crack propagation and crackinitiation due to corrosion of reinforcement, Construction and Building Materials, 11(7-8), 437-442.

상세보기
Lee, B. J., Lee, J., and Kim, Y. Y. (2017), Durability Performance of Concrete Penetrated and Coated by Polydimethylsiloxane for Penetrating Water Repellency, Journal of the Korea Concrete Institute, 29(6), 607-613. (In Korean).

상세보기
Cui, H., Tang, W., Liu, W., Dong, Z., and Xing, F. (2015), Experimental study on effects of CO2 concentrations on concrete carbonation and diffusion mechanisms, Construction and Building Materials, 93, 522-527.

상세보기
Park, K. M., Min, K. S., Lee, B. C., and Roh, Y. S. (2021), Proposal for enhancing the compressive strength of alkali-activated materials-based binder jetting 3D printed outputs, Construction and Building Materials, 303, 124377.

상세보기
Lee, J. H., Hyun, J. H., Park, S. H., and Kim, Y. Y.. (2018), Compressive Strength and Chloride Ion Penetration Resistance of SHCC Coated by PDMS-based Penetrating Water Repellency, Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection, 22(6), 16-23. (in Korean).

원문보기 상세보기
Wang, F., Lei, S., Ou, J., and Li, W. (2020), Effect of PDMS on the waterproofing performance and corrosion resistance of cement mortar, Applied Surface Science, 507, 145016.

상세보기
Khunthongkeaw, J., and Tangtermsirikul, S. (2005), Model for simulating carbonation of fly ash concrete, Journal of Materials in Civil Engineering, 17(5), 570-578.

상세보기

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증