[논문]다중벽 탄소나노튜브의 분산방법에 따른 섬유보강 시멘트복합체의 역학적 특성

김문규; 김규용; 편수정; 최병철; 이예찬; 남정수

doi:10.5345/jkibc.2024.24.2.203

[국내논문] 다중벽 탄소나노튜브의 분산방법에 따른 섬유보강 시멘트복합체의 역학적 특성
Mechanical Properties of Fiber-reinforced Cement Composites according to a Multi-walled Carbon Nanotube Dispersion Method

한국건축시공학회지 = Journal of the Korea Institute of Building Construction, v.24 no.2, 2024년, pp.203 - 213

김문규 (Department of Architectural Engineering, Chungnam National University) , 김규용 (Department of Architectural Engineering, Chungnam National University) , 편수정 (Department of Architectural Engineering, Chungnam National University) , 최병철 (Department of Architectural Engineering, Chungnam National University) , 이예찬 (Department of Architectural Engineering, Chungnam National University) , 남정수 (Department of Architectural Engineering, Chungnam National University)

초록
AI-Helper

본 연구에서는 내열성, 화학적 안정성 등 다양한 특성으로 인해 산업 분야에서 자기감지, 균열 감지 등의 용도로 활용되고 있는 MWCNT를 활용하여 진행하였다. 하지만 MWCNT는 전기적 특성을 활용한 자기감지 및 스마트 센서에 대한 연구에 집중되어 있다. 또한, 연구자의 기술 및 장비의 차이로 인해 정량적 분산이 어렵고, 과도한 분산은 기계적 성능 저하로 이어질 수 있다. 따라서 본 연구에서는 일정 시간 초음파 분산과 분산 효과가 입증된 PCE 계면활성제를 활용하여 섬유보강 시멘트복합체 시험편을 제조하고, 각 시험편에 대해 강도 시험, 인발 시험, 직접 인장 시험을 수행하여 기계적 물성을 평가하였다. Micro-CT 촬영과 압축, 휨, 인장 강도 시험 결과 초음파 분산과 분산제를 사용한 시험체인 U-A0.5와 분산제만을 사용한 N-A0.5가 다른 시험체에 비해 높은 강도를 보이는 것을 확인하였으며 분산 방법에 따라 MWCNT의 분산 효율이 섬유보강 시멘트복합체의 기계적 성능 향상에 미치는 영향을 조사하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study delves into the mechanical properties of fiber-reinforced cement composites(FRCC) concerning the dispersion method of multi-walled carbon nanotubes(MWCNTs). MWCNTs find utility in industrial applications, particularly in magnetic sensing and crack detection, owing to their diverse properties including heat resistance and chemical stability. However, current research endeavors are increasingly directed towards leveraging the electrical properties of MWCNTs for self-sensing and smart sensor development. Notably, achieving uniform dispersion of MWCNTs poses a challenge due to variations in researchers' skills and equipment, with excessive dispersion potentially leading to deterioration in mechanical performance. To address these challenges, this study employs ultrasonic dispersion for a defined duration along with PCE surfactant, known for its efficacy in dispersion. Test specimens of FRCC are prepared and subjected to strength, drawing, and direct tensile tests to evaluate their mechanical properties. Additionally, the influence of MWCNT dispersion efficiency on the enhancement of FRCC mechanical performance is scrutinized across different dispersion methods.

Keyword

표/그림 (13)

표 Table 1. Experimental factors and levels
표 Table 2. Properties of multi-walled carbon nanotubes(MWCNTs)
표 Table 3. Mechanical properties and high-speed film(HSF) image
표 Table 4. Mix proportion of FRCC with MWCNT
표 Table 5. Classification of test specimens according to dispersion method
그림 Figure 1. Micro CT scan and crosssectional analysis
그림 Figure 2. Set-up for pull-out test
그림 Figure 3. Set-up for tensile test
그림 Figure 4. Cross-sectional micro CT image
그림 Figure 5. Analysis results of cross-sectional micro CT images
그림 Figure 6. Flexural and compressive strength of FRCC incorporating MWCNTs
그림 Figure 7. Fiber pull-out load-displacement curve of FRCC with varying MWCNT incorporation rates
그림 Figure 8. Direct tensile stress strain curve of FRCC with MWCNT incorporation

참고문헌 (18)

Cho BH, Jeong SK. Flexural behavior of PVA fiber reinforced cement composites modified by graphene oxide nanoflake by？DIC technique. Korean Society of Road Engineers. 2023 Jun;25(3):55-64. https://doi.org/10.7855/IJHE.2023.25.3.055

상세보기
Seo DJ, Lee YJ, Choi BG, Park JG, Heo GH. Analysis of microstructure, electrical and resistance heating properties of cement？composites incorporating conductive fibers. Journal of the Korea Concrete Institute. 2023 Oct;35(5):543-52. https://doi.org/10.4334/JKCI.2023.35.5.543

상세보기
Suh JW, Han TS. Phase segmentation of PVA fiber-reinforced cementitious composites using u-net deep learning approach.？Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea. 2023 Oct;36(5):323-30. https://doi.org/10.7734/COSEIK.2023.36.5.323

원문보기 상세보기
Yoon HD, Yang IS, Han BC, Kim SW, Choi CS. Characteristics of high performance hybrid fiber reinforced cement-based？composites using twisted five steel fibers. Journal of t he Korean Institute of Architects-Structural Systems. 2005 Sep; 21(9):3-10.
Jang JH, Wang ZJ, Kouong J, Gu GY, Park JM, Lee WI, Park JK. Single carbon fiber/acid-treated CNT-epoxy composites by？electro-micromechanical technique and wettability test for dispersion and self-sensing. Journal of Adhesion and Interface. 2009 Jun;10(2):90-7.
Kang IS. Development of Dual Antibody-Based Biosensor Using Carbon Nanotube Materials [master's thesis]. [Jeju (Korea)]: Jeju National University. 2023. p. 1-33.
Lee SH, Han SJ, Jang BS, Kim KS, Seo SY. Evaluation of self-sensing performance of UHPC with carbon nanotube. Journal of？the Korea Concrete Institute. 2020 Dec;32(6):505-12. https://doi.org/10.4334/JKCI.2020.32.6.505

상세보기
Kang ST, Park SH. Experimental study on improving compressive strength of MWCNT reinforced cementitious composites.？Journal of the Korea Concrete Institute. 2014 Feb;26(1):63-70. https://doi.org/10.4334/JKCI.2014.26.1.063

원문보기 상세보기
Ga SJ, Yoo SW, Choi YC. Heating and mechanical properties of MWCNT reinforced cement composites. Journal of the Korea Concrete Institute. 2021 Feb;33(1):49-56. https://doi.org/10.4334/JKCI.2021.33.1.049

상세보기
Zhou C, Li F, Hu J, Ren M, Wei J, Yu Q. Enhanced mechanicalproperties of cement paste by hybrid graphene oxide/carbon？nanotubes. Construction and Building Materials. 2017 Mar;134:336-45. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.12.147

상세보기
Liew KM, Kai MF, Zhang, LW. Mechanical and dampingproperties of CNT-reinforced cementitious composites. Composite？Structures. 2017 Jan;160:81-8. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2016.10.043

상세보기
Yun CH, Lee HS. Carbon Nanotube Composite. The Polymer Society of Korea. 2007 Feb;18(1):4-7.
Kim HS, Kim GY, Lee SK, Choe GC, Nam JS. Direct tensile properties of fiber-reinforced cement based compositesaccording？to the length and volume fraction of amorphous metallic fiber. Journal of Korea Institute of Building Construction. 2019 Jun;19(3):201-7. https://doi.org/10.5345/JKIBC.2019.19.3.201

원문보기 상세보기
Youn DA, Kim JH, Lee GC, Seo SY, Yun HD. Tensile and strain-sensing properties of hybrid fibers reinforced strain-hardening？ement composite(Hy-SHCC) with different carbon nanotube(CNT) dosages. Journal of the Korea Concrete Institute. 2020 Jun;32(3):285-93. https://doi.org/10.4334/JKCI.2020.32.3.285

상세보기
Kim MH, Kim JH, Kim YR, Kim YD. An experimental study on the mechanical properties of HPFRCCs reinforced with the？micro and macro fibers. Journal of the Korea Concrete Institute. 2005 Apr;17(2):263-71. https://doi.org/10.4334/JKCI.2005.17.2.263

원문보기 상세보기
Lee YC, Kim GY, Nam JS, Kim HS, Lee SK. The effect of fiber on the pull-out behavior and tensile performance of FRCC.？Journal of the Korea Concrete Institute. 2021 Aug;33(4):411-20. https://doi.org/10.4334/JKCI.2021.33.4.411

상세보기
Sanal I, Zihnioglu NO. To what extent does the fiber orientation affect mechanical performance?. Construction and Building？Materials. 2013 Jul;44:671-81. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2013.03.079

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Maya DLF, Graybeal B. Fiber orientation distribution and tensile mechanical response in UHPFRC. Materials and Structures. 2016 Aug;50:1-17. https://doi.org/10.1617/s11527-016-0914-5

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