[논문]마이크로 강섬유와 MWCNT를 혼입한 전도성 모르타르의 발열성능, 휨강도 및 미세구조 분석

최범균; 허광희

doi:10.11112/jksmi.2024.28.3.47

마이크로 강섬유와 MWCNT를 혼입한 전도성 모르타르의 발열성능, 휨강도 및 미세구조 분석
Analysis of Heat-generating Performance, Flexural Strength and Microstructure of Conductive Mortar Mixed with Micro Steel Fiber and MWCNT

한국구조물진단유지관리공학회 논문집 = Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection, v.28 no.3, 2024년, pp.47 - 58

최범균 (건양대학교 재난안전공학과) , 허광희 (건양대학교 해외건설플랜트학과)

초록
AI-Helper

본 연구에서는 마이크로 강섬유와 다중벽 탄소나노튜브(multi-walled carbon nanotube, MWCNT)를 혼입한 전도성 모르타르의 발열성능, 휨강도 및 미세구조를 분석하기 위해 실험적으로 수행하였다. 전도성 모르타르 발열성능 및 휨강도 시험에서 MWCNT의 혼입 농도는 시멘트 중량 대비 0.0wt%, 0.5wt% 및 1.0wt%로 선정하였으며, 마이크로 강섬유는 부피 대비 2.0vol%로 혼입하였다. 발열성능 실험은 다양한 인가전압 (DC 10V, 30V, 60V) 및 상이한 전극간격 (40 mm, 120 mm)을 매개변수로 수행하였으며, 양생 재령 28일에서 휨강도를 측정하여 일반 모르타르와 비교, 분석하였다. 더 나아가, 전계방사 주사전자현미경(field emission scanning electron microscope, FE-SEM)을 이용하여 전도성 모르타르의 표면 형상과 미세구조를 분석하였다. 그 결과 MWCNT의 혼입 농도와 인가전압이 증가할수록 발열성능이 향상되었으며, 전극간격이 좁을수록 발열성능이 더욱 향상되는 것으로 나타났다. 하지만 MWCNT의 혼입 농도를 1.0wt%까지 추가하더라도 발열성능은 크게 향상되지 못하였다. 휨강도 시험결과, PM 시편과 MWCNT를 혼입한 시편을 제외한 모든 시편의 평균 휨강도가 4.5 MPa 이상으로 나타나 마이크로 강섬유 혼입에 따른 높은 휨강도를 보였다. FE-SEM 이미지 분석을 통해 시멘트 매트릭스 내 마이크로 강섬유와 MWCNT 입자 사이에 전도성 네트워크가 형성되는 것을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study were conduced experimentally to analyze the heat-generating performance, flexural strength, and microstructure of conductive mortar mixed with micro steel fiber and multi-wall carbon nanotube (MWCNT). In the conductive mortar heat-generating performance and flexural strength tests, the mixing concentration of MWCNT was selected as 0.0wt%, 0.5wt%, and 1.0wt% relative to the weight of cement, and micro steel fibers were mixed at 2.0vol% relative to the volume. The performance experiments were conducted with various applied voltages (DC 10V, 30V, 60V) and different electrode spacings (40 mm, 120 mm) as parameters, and the flexural strength was measured at the curing age of 28 days and compared and analyzed with the normal mortar. Furthermore, the surface shape and microstructure of conductive mortar were analyzed using a field emission scanning electron microscope (FE-SEM). The results showed that the heat-generating performance improved as the mixing concentration of MWCNT and the applied voltage increased, and it further improved as the electrode spacing became narrower. However, even if the mixing concentration of MWCNT was added up to 1.0 wt%, the heat-generating performance was not significantly improved. As a result of the flexural strength test, the average flexural strength of all specimens except the PM specimen and the MWCNT mixed specimens was 4.5 MPa or more, showing high flexural strength due to the incorporation of micro steel fibers. Through FE-SEM image analysis, Through FE-SEM image analysis, it was confirmed that a conductive network was formed between micro steel fibers and MWCNT particles in the cement matrix.

주제어

표/그림 (22)

그림 Fig. 1 Appearance of micro steel fiber used in this study
표 Table 1 Specifications of micro steel fibers used in this study
그림 Fig. 2 FE-SEM images of micro steel fibers (×100)
그림 Fig. 3 Appearance of MWCNT powder put in this study
그림 Fig. 4 FE-SEM images of MWCNT powder (×100,000)
표 Table 2 Specifications of multi-welled carbon nanotube (MWCNT) used in this study
표 Table 3 Mix proportions and specimens designation of mortars
그림 Fig. 7 Set-up of the specimens surface temperature measurement equipment
그림 Fig. 8 Schematic diagram according to the voltage supply method for each experimental variable
그림 Fig. 5 Specimens fabrication process
그림 Fig. 6 Configuration of copper mesh electrodes (unit: mm)
그림 Fig. 9 Maximum heat-generation of each specimens according to applied voltage
그림 Fig. 10 Temperature increase curve at electrode spacing of 40 mm
그림 Fig. 11 Temperature increase curve at electrode spacing of 120 mm
그림 Fig. 12 Thermal images of specimens at applied voltage of 10V and electrodes spacing of 40 mm
그림 Fig. 13 Thermal images of specimens at applied voltage of 30V and electrodes spacing of 40 mm
그림 Fig. 14 Thermal images of specimens at applied voltage of 60V and electrodes spacing of 40 mm
그림 Fig. 15 Thermal images of specimens at applied voltage of 10V and electrodes spacing of 120 mm
그림 Fig. 16 Thermal images of specimens at applied voltage of 30V and electrodes spacing of 120 mm
그림 Fig. 17 Thermal images of specimens at applied voltage of 60V and electrodes spacing of 120 mm
그림 Fig. 18 Test results of average flexural strength
그림 Fig. 19 FE-SEM images of various specimens

참고문헌 (14)

Wu, J., Liu J., and Yang, F. (2015), Three-Phase Composite Conductive Concrete for Pavement Deicing, Construction and Building Materials, 75, 129-135.？

상세보기
Oh, S. W., Oh, K. S., Jung, S. H., Chung, W. S., and Yoo, S. W. (2017), Effects of CNT Additions on Mechanical Properties and Microstructures of Cement, Journal of the Korea Institute for Structural of Maintenance and Inspection, 21(6), 162-168.？
KoROAD. (2023), 2023 version of traffic accident statistical from TAAS(Traffic Accident Analysis System), KoROAD Online, http://taas.koroad.or.kr (in Korean).？
Iijima, S. (1991), Helical Microtubules of Graphitic Carbon, Nature, 354(7), 56-58.？
Das, B. B., and Mitra, A. (2014), Nanomaterials for Construction Engineering-A Review, International Journal of Materials, Mechanics and Manufacturing, 2(1), 41-46.？
Siddique, R., and Mehta, A. (2014), Effect of Carbon Nanotubes on Properties of Cement Mortars, Construction and Building Materials, 50, 116-129.？

상세보기
Wang, Q., Kim, D. H., Yun, H. D., Jang, S. J., and Kim, S. W. (2021), Compressive and Flexural Properties of Concrete Reinforced with High-strength Hooked-end Steel Fibers, Journal of the Korea Institute for Structural of Maintenance and Inspection, 25(6), 209-217 (in Korean).？
Heo, G. H., Park, G. J., Seo, D. J., and Koh, S. G. (2021), Improved Compressive.Flexural Performance of Hybrid Fiber-Reinforced Mortar Using Steel and Carbon Fibers, Journal of the Korea Institute for Structural of Maintenance and Inspection, 25(5), 48-59 (in Korean).？
Ministry of Land, Infrastructure and Transport. (2016), Road Construction Standard Specification, (in Korean).？
Musso, S., Tulliani, J. M., Ferro, G., and Tagliaferro, A. (2009), Influnce of Carbon Nanotubes Structure on the Mechanical Behavior of Cement Composites, Composites Science and Technology, 69(11-12), 1985-1990.？
Sobolkina, A., Mechtcherine, V., Khavrus, V., Maier, D., Mende, M., Ritschel, M., and Leonhardt, T. (2012), Dispersion of Carbon Nanotubes and Its Influence on the Mechanical Properties of the Cement Matrix, Cement and Concrete Composites, 34(10), 1104-1113.？

상세보기
Korea Agency for Technology and Standards (KATS). (2016), Methods of Testing Cements-Determination of Strength (KS L ISO679), Korean Standards Association (KSA), 16 (in Korean).？
Xu, S., Liu, J., and Li, Q. (2015), Mechanical Properties and Microstructure of Multi-walled Carbon Nanotube-reinforced Cement Paste, Construction and Building Materials, 76, 16-23.？

상세보기
Oh, S. W., Oh, K. S., Jung, S. H., Chung, W. S., and Yoo, S. W. (2017), Effects of CNT Additions on Mechanical Properties and Microstructures of Cement, Journal of the Korea Institute for Structural of Maintenance and Inspection, 21(6), 162-168 (in Korean).

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].

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