KR102786403B1 - Ｐｃｃ 및 비정질 금속섬유를 혼용한 모르타르 조성물 - Google Patents
Ｐｃｃ 및 비정질 금속섬유를 혼용한 모르타르 조성물 Download PDFInfo
- Publication number
- KR102786403B1 KR102786403B1 KR1020230060340A KR20230060340A KR102786403B1 KR 102786403 B1 KR102786403 B1 KR 102786403B1 KR 1020230060340 A KR1020230060340 A KR 1020230060340A KR 20230060340 A KR20230060340 A KR 20230060340A KR 102786403 B1 KR102786403 B1 KR 102786403B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- pcc
- amorphous metal
- metal fibers
- cement
- water
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000000835 fiber Substances 0.000 title claims abstract description 81
- 239000005300 metallic glass Substances 0.000 title claims abstract description 68
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 title claims abstract description 37
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 25
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 43
- 239000004568 cement Substances 0.000 claims abstract description 33
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 25
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 22
- 239000002775 capsule Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000002893 slag Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000010881 fly ash Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 claims description 13
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 claims description 13
- 229940068984 polyvinyl alcohol Drugs 0.000 claims description 13
- 235000019422 polyvinyl alcohol Nutrition 0.000 claims description 13
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims description 10
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 claims description 7
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 claims description 6
- 239000003292 glue Substances 0.000 claims description 6
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 claims description 6
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 claims description 4
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims description 3
- 238000003823 mortar mixing Methods 0.000 claims description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 7
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 abstract description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 106
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 12
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 10
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 9
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 7
- 239000004567 concrete Substances 0.000 description 7
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 6
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 6
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 6
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 5
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 5
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 4
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 239000011210 fiber-reinforced concrete Substances 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 3
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 239000011162 core material Substances 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 2
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 2
- 239000003094 microcapsule Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 238000000611 regression analysis Methods 0.000 description 2
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 2
- 229920000914 Metallic fiber Polymers 0.000 description 1
- 239000011398 Portland cement Substances 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000001112 coagulating effect Effects 0.000 description 1
- 239000004035 construction material Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002542 deteriorative effect Effects 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000035876 healing Effects 0.000 description 1
- 239000011372 high-strength concrete Substances 0.000 description 1
- 230000036571 hydration Effects 0.000 description 1
- 238000006703 hydration reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- 238000007589 penetration resistance test Methods 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- KJFMBFZCATUALV-UHFFFAOYSA-N phenolphthalein Chemical compound C1=CC(O)=CC=C1C1(C=2C=CC(O)=CC=2)C2=CC=CC=C2C(=O)O1 KJFMBFZCATUALV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 210000002268 wool Anatomy 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B40/00—Processes, in general, for influencing or modifying the properties of mortars, concrete or artificial stone compositions, e.g. their setting or hardening ability
- C04B40/06—Inhibiting the setting, e.g. mortars of the deferred action type containing water in breakable containers ; Inhibiting the action of active ingredients
- C04B40/0675—Mortars activated by rain, percolating or sucked-up water; Self-healing mortars or concrete
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B14/00—Use of inorganic materials as fillers, e.g. pigments, for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of inorganic materials specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
- C04B14/38—Fibrous materials; Whiskers
- C04B14/48—Metal
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B18/00—Use of agglomerated or waste materials or refuse as fillers for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of agglomerated or waste materials or refuse, specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
- C04B18/04—Waste materials; Refuse
- C04B18/06—Combustion residues, e.g. purification products of smoke, fumes or exhaust gases
- C04B18/08—Flue dust, i.e. fly ash
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B18/00—Use of agglomerated or waste materials or refuse as fillers for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of agglomerated or waste materials or refuse, specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
- C04B18/04—Waste materials; Refuse
- C04B18/14—Waste materials; Refuse from metallurgical processes
- C04B18/141—Slags
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B24/00—Use of organic materials as active ingredients for mortars, concrete or artificial stone, e.g. plasticisers
- C04B24/24—Macromolecular compounds
- C04B24/26—Macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
- C04B24/2623—Polyvinylalcohols; Polyvinylacetates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B24/00—Use of organic materials as active ingredients for mortars, concrete or artificial stone, e.g. plasticisers
- C04B24/24—Macromolecular compounds
- C04B24/28—Macromolecular compounds obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
- C04B24/32—Polyethers, e.g. alkylphenol polyglycolether
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
- C04B28/02—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing hydraulic cements other than calcium sulfates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B40/00—Processes, in general, for influencing or modifying the properties of mortars, concrete or artificial stone compositions, e.g. their setting or hardening ability
- C04B40/06—Inhibiting the setting, e.g. mortars of the deferred action type containing water in breakable containers ; Inhibiting the action of active ingredients
- C04B40/0641—Mechanical separation of ingredients, e.g. accelerator in breakable microcapsules
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
- C04B2111/00034—Physico-chemical characteristics of the mixtures
- C04B2111/00068—Mortar or concrete mixtures with an unusual water/cement ratio
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2201/00—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values
- C04B2201/50—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values for the mechanical strength
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W30/00—Technologies for solid waste management
- Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
- Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)
Abstract
본 발명은 잔골재의 일부를 시멘트계 재료 기반 자기 치유용 분말 압축 캡슐(PCC : Powder Compacted Capsule)로 치환 적용하면서, 비정질 금속섬유(AMF : amorphous metal fiber)로 인성(靭性, toughness)을 보강하여 인장강도, 내구성 등의 전체적 물성이 개선되는 모르타르 조성물에 관한 것이다.
본 발명은 「시멘트, 잔골재 및 물이 혼합된 모르타르 조성물로서, 상기 잔골재의 5~15 wt%는 PCC(Powder Compacted Capsule)로 치환되고, 비정질 금속섬유를 단위체적 1 ㎥ 당 20 kg 이하(0 kg 제외)의 양으로 첨가하고, 상기 PCC는 시멘트와 고로슬래그 미분말 및 플라이애시 중 어느 한 가지 이상의 혼화재를 혼합하여 응집시킨 것을 특징으로 하는, PCC 및 비정질 금속섬유를 혼용한 모르타르 조성물」을 제공한다.
본 발명은 「시멘트, 잔골재 및 물이 혼합된 모르타르 조성물로서, 상기 잔골재의 5~15 wt%는 PCC(Powder Compacted Capsule)로 치환되고, 비정질 금속섬유를 단위체적 1 ㎥ 당 20 kg 이하(0 kg 제외)의 양으로 첨가하고, 상기 PCC는 시멘트와 고로슬래그 미분말 및 플라이애시 중 어느 한 가지 이상의 혼화재를 혼합하여 응집시킨 것을 특징으로 하는, PCC 및 비정질 금속섬유를 혼용한 모르타르 조성물」을 제공한다.
Description
본 발명은 잔골재의 일부를 시멘트계 재료 기반 자기 치유용 분말 압축 캡슐(PCC : Powder Compacted Capsule)로 치환 적용하면서, 비정질 금속섬유(AMF : amorphous metal fiber)로 인성(靭性, toughness)을 보강하여 인장강도, 내구성 등의 전체적 물성이 개선되는 모르타르 조성물에 관한 것이다.
콘크리트는 우수한 압축강도, 내구성 및 뛰어난 구조적 안정성 등을 보유한 건설 재료이다. 그러나, 압축성능과 내구성에 비해 현저히 낮은 인장성능과 소성수축, 건조수축 등의 균열 발생으로 인해 내구성의 저하가 발생될 우려가 있다. 최근에는 콘크리트의 낮은 인장성능 및 균열 발생 등의 단점을 보완하기 위해 다양한 종류의 섬유를 혼입하여 콘크리트의 성능 향상을 위한 연구가 국내·외적으로 활발히 진행되고 있다. 이중 하나인 강섬유 보강 콘크리트는 압축강도, 인장강도의 증진 및 연성능력을 향상시키는 것으로 알려져 있으나, Fiber-Matrix 결합강도가 낮으며, 부식에 취약하다는 단점을 가지고 있다. 이러한 강섬유의 단점을 보완하기 위해 강섬유 제조공정과 달리 용해된 금속을 급속 냉각하여 제조한 비정질 금속섬유는 기존 강섬유에 비해 상대적으로 높은 인장강도와 내식성을 보유하고 있는 것으로 알려져 있어 비정질 금속섬유를 시멘트 복합체에 적용한 연구가 다수 보고되고 있다.
비정질 금속섬유 보강 콘크리트의 휨 거동 평가 결과, 비정질 금속섬유는 기존 강섬유에 비해 가늘고 연성이 높으며 거친 표면을 가지고 있어 콘크리트 부피의 25%를 혼입할 경우 대조시편에 비해 최대 약 25% 증가한 휨강도를 발현하였으며 75%를 혼입할 경우 최대 약 44% 증가한 휨강도를 발현하였다고 보고된 바 있다(아래 비특허문헌 1).
강섬유와 비정질 금속섬유를 사용한 고강도 콘크리트의 전자파 차폐 특성에 대한 연구에서는, 비정질 금속섬유는 강섬유에 비해 밀도가 낮아 대량으로 첨가할 수 있어 전도성 네트워크 형성이 유리하고 강섬유에 비해 적은 혼입량으로도 우수한 차폐효과를 나타낸다고 보고하였다(아래 비특허문헌 2).
비정질 금속섬유와 결정질 금속섬유를 사용한 시멘트 복합체의 부착강도를 측정한 연구에서는 비정질 금속섬유를 사용한 시험체에서 최대인발하중이 상대적으로 크게 나타났으며 이는 비정질금속섬유의 높은 인장강도, 섬유 형태 및 표면 성상으로 인해 결합력이 증가한 결과를 보고하였다(아래 비특허문헌 3).
시멘트 복합재료 보강에 사용되는 비정질금속섬유의 내식성 및 소성수축 조절 특성을 평가한 연구에서는, 비정질 금속섬유는 가늘고 내부식성이 높으며 모든 열화 환경에서 강섬유에 비해 높은 내식성과 소성수축 균열제어 성능이 우수하다고 보고하였다(아래 비특허문헌 4).
비정질 금속섬유를 사용한 고성능 섬유보강 콘크리트의 기계적 성질 및 내식성에 대하여 검토한 연구에서는 비정질 금속섬유를 사용한 시험체에서 일반 강섬유를 사용한 시험체에 비해 계면 구조의 개선 및 최대인발하중과 결합 강도가 증가하였다고 보고하였다(아래 비특허문헌 5).
한편 콘크리트 구조물의 균열로 인해 발생하는 지속적인 내구성 저하 문제에 대한 해결방안으로 균열이 발생할 시 스스로 균열을 치유하는 자기치유 시멘트 복합체에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 자기치유 시멘트 복합체의 경우 유무기계 재료를 시멘트 복합체에 그대로 적용하거나, 마이크로 캡슐화 하여 시멘트 복합체 내부에 혼입하는 방법이 적용되고 있다.
이 중 마이크로 캡슐을 활용한 자기치유 기술의 경우 코어재료의 대량 혼입이 가능함과 동시에 균열 발생부에서 캡슐이 파괴되어 선택적인 치유가 가능한 장점이 존재한다(아래 비특허문헌 6, 7). 그러나, 마이크로 캡슐을 사용한 자기치유 시멘트 복합체의 경우 캡슐 코팅막에 의해 매끄러운 표면이 형성되어 부착강도의 저하(아래 비특허문헌 8, 9) 및 캡슐 혼입에 따라 발생하는 미세공극이 시멘트 복합체의 품질을 저하시키는 원인으로 보고되고 있다(아래 비특허문헌 10).
1. Choi, K.K., & Ku, D.O., "Flexural behaviour of amorphous metal-fibre-reinforced concrete", Structures and Buildings, Vol.168, Issue 1, 2015.
2. Lee, S.K., Kim, G.Y., Kim, H.S., Son, M.J., Lee, Y.C., Choi, Y.S., Woo, J.N., & Nam, J.S., "Electromagnetic Wave Shielding Properties of Amorphous Metallic Fiber-Reinforced High-Strength Concrete Using Waveguide", Materials, Vol.14, No.22, 2021.
3. Won, J.P., Hong, B.T., Lee, S.J., & Choi, S.J., "Bonding properties of amorphous micro-steel fiber-reinforced cementitious composites", Compos Struct, Vol.102, 2013.
4. Choi, S.J., Hong, B.T., Lee, S.J., & Won, J.P., "Shrinkage and corrosion resistance of amorphous metallic-fiber-reinforced cement composites", ComposStruct, Vol.107, 2014.
5. Y Li., & Y G Deng, "Mechanical properties and corrosion resistance of high-performance fiber-reinforced concrete with steel or amorphous alloy fibers", Mater. Res. Express, Vol.8, 2021.
6. Choi, Y.W., Oh, S.R., & Choi, B.K., "A study on the Manufacturing Properties of Crack Self-Healing Capsules Using Cement Powder of Addition to Cement Composites", Adv. MaterSciEng, Vol.207, 2017.
7. Oh, S.R., Lee, K.M., Choi, S., & Choi, Y.W., "Fundamental Properties and Self-Healing Performance of Repair Mortar with Solid Capsules Made Using Inorganic Reactive Powder", Materials, Vol.15, No.5, 2022.
8. Wang X., Huang Y., Huang Y., Zhang J., Fang C., Yu K., Chen Q., Li T., Han R., Yang Z., Ping X., Liang G., Su D., Ding X., Li D., Han N., & Xing F., "Laboratory and field study on the performance of microcapsule-based self-healing concrete in tunnel engineering", Constr Build Mater, Vol.220, No.30, 2019.
9. Choi, S.J., Bae, S.H., Ji, D.M., & Kim, S.H., "Effects of Capsule Type on the Characteristics of Cement Mortars Containing Powder Compacted Capsules", Materials, Vol.15, No.19, 2022.
10. Oh. S.R., Choi, Y.W., & Kim, Y.J., "Effect of cement powder based self-healing solid capsule on the quality of mortar", Constr Build Mater, Vol.214, No.30, 2019.
11. Choi, S.J., Bae, S.H., Ji, D.M., & Kim, S.H., "Effects of Capsule Type on the Characteristics of Cement Mortars Containing Powder Compacted Capsules", Materials, Vol. 15, No. 19, 2022.
12. Kim, J.H., Bae, S.H., & Choi, S.J., "Effect of Amorphous Metallic Fibers on Strength and Drying Shrinkage of Mortars with Steel Slag Aggregate", Materials, Vol. 14, No. 18, 2021.
13. Malhotra V. Testing Hardened Concrete: Nondestructive Methods. Detroit. MI: ACI Monograph No. 9, 1976.
본 발명은 인장성능과 내부식성이 우수한 비정질 금속섬유와 시멘트계 재료로 구성된 자기 치유용 분말 압축 캡슐(PCC : Powder Compacted Capsule)을 함께 모르타르 원료로 사용하여, 인성 보강 및 자기 치유 성능이 발현되면서, 압축강도, 인장강도, 내구성 등의 전체적 물성이 개선되도록 하는 모르타르 조성물을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명은 시멘트 300~360 kg/㎥; 잔골재 700~750 kg/㎥; 및 물-시멘트비 45~50 wt%; 조건으로 혼합되되,
상기 잔골재의 5~15 wt%는 시멘트와 고로슬래그 미분말 및 플라이애시 중 어느 한 가지 이상의 혼화재를 혼합하여 응집시킨 PCC(Powder Compacted Capsule)로 치환하고,
비중 7.0~7.3, 인장강도 1,350~1,450 N/㎟, 길이 13~17㎜인 비정질 금속섬유를 단위체적 1 ㎥ 당 20 kg 이하(0 kg 제외)의 양으로 첨가하여,
재령 28일 압축강도 40 MPa 이상, 재령 28일 인장강도 4 MPa 이상, 재령 28일 촉진 탄산화 깊이 1.05 mm 이하 및 재령 56일 통과전하량 1,1000 C 이하의 물성이 발현되는 것을 특징으로 하는, PCC 및 비정질 금속섬유를 혼용한 모르타르 조성물」을 제공한다.
상기 잔골재의 5~15 wt%는 시멘트와 고로슬래그 미분말 및 플라이애시 중 어느 한 가지 이상의 혼화재를 혼합하여 응집시킨 PCC(Powder Compacted Capsule)로 치환하고,
비중 7.0~7.3, 인장강도 1,350~1,450 N/㎟, 길이 13~17㎜인 비정질 금속섬유를 단위체적 1 ㎥ 당 20 kg 이하(0 kg 제외)의 양으로 첨가하여,
재령 28일 압축강도 40 MPa 이상, 재령 28일 인장강도 4 MPa 이상, 재령 28일 촉진 탄산화 깊이 1.05 mm 이하 및 재령 56일 통과전하량 1,1000 C 이하의 물성이 발현되는 것을 특징으로 하는, PCC 및 비정질 금속섬유를 혼용한 모르타르 조성물」을 제공한다.
상기 잔골재는 비중 2.3~2.8g/㎤, 조립율 2.4~2.6인 것을 적용할 수 있다.
상기 PCC는, 시멘트 10~40wt%와 고로슬래그 미분말 및 플라이애시 중 어느 한 가지 이상의 혼화재 60~90 wt%가 혼합된 분체에, 감수제를 상기 분체 대비 2.0~3.0 wt% 첨가하고, 배합수를 물-분체비 5~20 wt%가 되도록 혼합한 PCC 조성물을 모르타르 혼합용 기계식 믹서로 100~300 rpm 조건에서 1~5분간 믹싱하여 형성된 응집체 표면을 PEG(Polyethylene glycol), PVA(Poly Vinyl Alcohol) 및 PU(Polyurethane) 중 어느 하나로 코팅한 것을 적용할 수 있다.
상기 PCC 조성물에 적용되는 배합수는 일부를 PVA(Poly Vinyl Alcohol)와 물의 중량비 1:0.1~3.0으로 조성된 물풀로 치환하되, 상기 물풀과 배합수의 중량비가 1:1~2인 것을 적용할 수 있다.
상기 비정질 금속섬유는 비중 7.0~7.3, 인장강도 1,350~1,450 N/㎟, 길이 13~17㎜이며, 표면이 거친 것을 적용할 수 있다.
상기 시멘트는 단위체적 1 ㎥ 당 300~360 kg, 상기 잔골재는 단위체적 1 ㎥ 당 700~750 kg을 혼합하고 물-시멘트비 45~50 wt%가 되도록 물을 혼합할 수 있으며, 이에 따라 재령 28일 압축강도 40 MPa 이상, 재령 28일 인장강도 4 MPa 이상, 재령 28일 촉진 탄산화 깊이 1.05 mm 이하, 재령 56일 통과전하량 1,1000 C 이하의 물성이 발현되도록 할 수 있다.
위의 특허문헌 1(공개특허 10-2022-0128519)에서는 모르타르 조성물에 비정질 금속섬유와 인공 경량 잔골재를 사용함으로써 경량성, 건조수축 저항성, 휨강도, 할렬 인장강도 등의 성능 개선을 이루었으나, 압축강도, 탄산화 깊이 등에서의 약점이 나타났다. 반면 본 발명에 따라 위의 장점은 유지하면서 약점인 압축강도 및 탄산화 깊이가 개선되는 효과를 얻을 수 있었다.
본 발명은 특허문헌 2(공개특허 10-2022-0156141) 및 특허문헌 3(공개특허 10-2022-0161588)에 의해 제공되는 PCC를 구체적으로 활용하는 기술로서, 잔골재를 PCC로 치환하는 양을 특허문헌 4(공개특허 10-2022-0167419)에 제시된 범위보다 늘려 PCC에 의한 모르타르의 자기 치유 효과를 확보하면서, 위의 비특허문헌 8 내지 10에서 지적된 품질 저하 문제 없이 압축강도, 인장강도, 내구성 등의 전체적 물성이 개선이 이루어지도록 하였다.
다만, 본 발명에 따른 모르타르 조성물은 플로우 값이 감소하므로, 사용처별 유동성 적합성을 선 검토할 필요가 있다.
[도 1]은 잔골재의 성상과 SEM image를 나타낸 것이다.
[도 2]는 PCC의 성상과 SEM image를 나타낸 것이다.
[도 3]은 비정질 금속섬유의 매끄러운 표면과 거친 표면 두 가지의 SEM image를 나타낸 것이다.
[도 4]는 잔골재의 입도분포 그래프이다.
[도 5]는 각 시험체 모르타르의 유동성 변화를 나타낸 것이다.
[도 6]은 각 시험체 모르타르의 재령별 압축강도를 나타낸 것이다.
[도 7]은 각 시험체 모르타르의 재령 28일 인장강도를 나타낸 것이다.
[도 8]은 각 시험체 모르타르의 재령 56일 초음파 속도와 압축강도를 비교한 그래프이다.
[도 9]는 초음파 속도와 압축강도의 상관관계 파악을 위한 회귀분석 그래프이다.
[도 10]은 각 시험체 모르타르의 촉진 재령 28일 탄산화 깊이를 나타낸 그래프이다.
[도 11]은 각 시험체 모르타르의 재령 56일 통과전하량을 나타낸 그래프이다.
[도 2]는 PCC의 성상과 SEM image를 나타낸 것이다.
[도 3]은 비정질 금속섬유의 매끄러운 표면과 거친 표면 두 가지의 SEM image를 나타낸 것이다.
[도 4]는 잔골재의 입도분포 그래프이다.
[도 5]는 각 시험체 모르타르의 유동성 변화를 나타낸 것이다.
[도 6]은 각 시험체 모르타르의 재령별 압축강도를 나타낸 것이다.
[도 7]은 각 시험체 모르타르의 재령 28일 인장강도를 나타낸 것이다.
[도 8]은 각 시험체 모르타르의 재령 56일 초음파 속도와 압축강도를 비교한 그래프이다.
[도 9]는 초음파 속도와 압축강도의 상관관계 파악을 위한 회귀분석 그래프이다.
[도 10]은 각 시험체 모르타르의 촉진 재령 28일 탄산화 깊이를 나타낸 그래프이다.
[도 11]은 각 시험체 모르타르의 재령 56일 통과전하량을 나타낸 그래프이다.
본 발명은 「시멘트 300~360 kg/㎥; 잔골재 700~750 kg/㎥; 및 물-시멘트비 45~50 wt%; 조건으로 혼합되되,
상기 잔골재의 5~15 wt%는 시멘트와 고로슬래그 미분말 및 플라이애시 중 어느 한 가지 이상의 혼화재를 혼합하여 응집시킨 PCC(Powder Compacted Capsule)로 치환하고,
비중 7.0~7.3, 인장강도 1,350~1,450 N/㎟, 길이 13~17㎜인 비정질 금속섬유를 단위체적 1 ㎥ 당 20 kg 이하(0 kg 제외)의 양으로 첨가하여,
재령 28일 압축강도 40 MPa 이상, 재령 28일 인장강도 4 MPa 이상, 재령 28일 촉진 탄산화 깊이 1.05 mm 이하 및 재령 56일 통과전하량 1,1000 C 이하의 물성이 발현되는 것을 특징으로 하는, PCC 및 비정질 금속섬유를 혼용한 모르타르 조성물」을 제공한다.
상기 잔골재의 5~15 wt%는 시멘트와 고로슬래그 미분말 및 플라이애시 중 어느 한 가지 이상의 혼화재를 혼합하여 응집시킨 PCC(Powder Compacted Capsule)로 치환하고,
비중 7.0~7.3, 인장강도 1,350~1,450 N/㎟, 길이 13~17㎜인 비정질 금속섬유를 단위체적 1 ㎥ 당 20 kg 이하(0 kg 제외)의 양으로 첨가하여,
재령 28일 압축강도 40 MPa 이상, 재령 28일 인장강도 4 MPa 이상, 재령 28일 촉진 탄산화 깊이 1.05 mm 이하 및 재령 56일 통과전하량 1,1000 C 이하의 물성이 발현되는 것을 특징으로 하는, PCC 및 비정질 금속섬유를 혼용한 모르타르 조성물」을 제공한다.
상기 잔골재는 비중 2.3~2.8g/㎤, 조립율 2.4~2.6인 것을 적용할 수 있으며, 흡수율 1.5% 이하인 것을 적용할 수 있다. 천연 잔골재 및 고로슬래그 잔골재가 위 조건들을 충족시킬 수 있다.
상기 PCC는, 시멘트 10~40wt%와 고로슬래그 미분말 및 플라이애시 중 어느 한 가지 이상의 혼화재 60~90 wt%가 혼합된 분체에, 감수제를 상기 분체 대비 2.0~3.0 wt% 첨가하고, 배합수를 물-분체비 5~20 wt%가 되도록 혼합한 PCC 조성물을 모르타르 혼합용 기계식 믹서로 100~300 rpm 조건에서 1~5분간 믹싱하여 형성된 응집체 표면을 PEG(Polyethylene glycol), PVA(Poly Vinyl Alcohol) 및 PU(Polyurethane) 중 어느 하나로 코팅한 것을 적용할 수 있다.
상기 PCC 조성물에 적용되는 배합수는 일부를 PVA(Poly Vinyl Alcohol)와 물의 중량비 1:0.1~3.0으로 조성된 물풀로 치환하되, 상기 물풀과 배합수의 중량비가 1:1~2인 것을 적용할 수 있다.
상기 PCC에 관한 구체적인 사항은 위의 특허문헌 2(공개특허 10-2022-0156141) 및 특허문헌 3(공개특허 10-2022-0161588)에 공개된 사항과 동일하다.
상기 비정질 금속섬유는 비중 7.0~7.3, 인장강도 1,350~1,450 N/㎟, 길이 13~17㎜이며, 표면이 거친 것을 적용할 수 있다. 상기 비정질 금속섬유는 두께 20~25 ㎛의 얇은 금속판을 절단하여 제작할 수 있다.
삭제
삭제
삭제
삭제
이하에서는 구체적인 시험예와 함께 본 발명을 설명하기로 한다.
본 발명에서는 상기 PCC와 비정질 금속섬유를 함께 사용한 모르타르의 역학 및 내구 특성을 검토하였다. 이를 위하여 PCC를 잔골재 사용량의 0, 5, 10, 15 wt%를 대체하여 사용하였으며 비정질 금속섬유를 0, 20 kg/㎥ 혼입한 모르타르의 유동성, 압축강도, 인장강도, 초음파 속도, 탄산화 깊이, 염화물이온 침투 저항성 등을 측정하였다.
1. 시험 재료 및 방법
(1) 사용 재료
본 발명에 사용된 시멘트는 보통포틀랜드 시멘트를 사용하였으며, 잔골재(Sand, S)는 비중 260 g/㎤, 조립율 2.45의 산모래를 사용하였다.
시멘트계 재료 기반 캡슐인 PCC(Powder Compacted Capsule)는 위의 비특허문헌 11을 참고하여 0.3~1.2mm 크기의 PCC를 사용하였다. PCC 제조는 시멘트, 고로슬래그 미분말 3종 및 플라이애시 2종을 4:3:3 비율로 교반하여 제조하였으며, 교반시 응집력 향상을 위해 PVA를 사용하였다. 또한 사전수화를 방지하기 위해 폴리우레탄을 이용해 코팅을 진행하였다.
비정질 금속섬유(Amorphous Metallic Fiber, AMF)는 비중 7.2 g/㎤, 인장강도 1,400N /㎟, 길이 15 mm인 것을 사용하였다. [표 1] 및 [표 2]는 본 연구에 사용된 시멘트, 고로슬래그 미분말 및 플라이애시의 화학적 특성과 잔골재의 물리적 특성을 나타낸 것이다.
[도 1] 및 [도 2]는 사용된 잔골재 및 PCC의 성상과 SEM image를 각각 나타낸 것이고 [도 3]은 비정질 금속섬유의 매끄러운 표면과 거친 표면 두 가지 표면 특성을 나타내는 SEM image 이다. [도 4]는 잔골재의 입도분포곡선을 나타낸 것으로 표준입도분포곡선 범위를 만족하는 것을 알 수 있다.
(2) 시험 방법
[표 3]은 본 발명 연구에 사용된 시험체 배합을 나타낸 것으로, 물-시멘트비(W/C)는 50 wt%로 고정하였다. PCC는 0.3~1.2 mm 크기의 PCC를 잔골재(S) 대비 0, 5, 10, 15 wt% 대체하였다. 비정질 금속섬유(AMF : amorphous metal fiber)는 위의 비특허문헌 12를 참고하여 사용량을 0, 20 kg/㎥ 로 구분하였다. 압축강도 시험은 50×50×50 mm 사이즈의 큐빅형 시험체, 인장강도 및 탄산화 깊이 시험은 Ø50×100 mm 사이즈의 원주형 시험체, 초음파 속도 시험은 40×40×160 mm 사이즈의 각주형 시험체, 염화물이온 침투 저항성 시험은 Ø100×50 mm 사이즈의 원주형 시험체를 제작하여 진행하였다.
위의 각 시험체는 제작 24시간 이후 탈형하였으며 소요의 재령까지 20℃ 조건에서 수중양생을 실시하였다. 모르타르 플로우 및 압축강도 시험은 KS L 5105 시험방법에 준하여 진행하였으며, 인장강도 시험은 KS F 2423 시험방법에 준하여 진행하였다. 초음파속도 시험은 KS F 2731“콘크리트의 초음파속도 측정법”에 따라 측정을 진행하였다. 탄산화 깊이 시험은 KS F 2584 “콘크리트의 촉진 탄산화 시험방법”에 준하여 CO2 농도 5% 환경 하에서 촉진 탄산화시킨 후 페놀프탈레인 용액을 이용하여 탄산화 깊이를 측정하는 방법으로 진행하였다. 염화물이온 침투 저항성의 경우 ASTM C 1202 시험 방법에 준하여 측정을 진행하였다.
2. 시험 결과
(1) 모르타르 플로우
[도 5]는 각 시험체 모르타르의 유동성 변화를 나타낸 것으로 Plain 시험체의 모르타르 플로우가 185 mm로 시험체 중 가장 높게 나타났다. PCC 만을 사용한 시험체의 경우 모르타르 플로우가 145~169 mm 범위로 나타나, Plain 시험체에 비해 약 8.7~21.6% 감소하였다. PCC 혼입율 5%인 PCC05 시험체의 경우 모르타르 플로우가 169 mm로 PCC만을 사용한 시험체 중 가장 높게 나타났으며, 이후 PCC 혼입율이 증가함에 따라 플로우가 감소하는 경향으로 PCC15 시험체에서 145mm로 가장 낮게 나타났다.
PCC 혼입율 증가에 따라 플로우가 감소하는 경향은 배합 중 손상된 일부 PCC가 배합수를 흡수하기 때문인 것으로 판단된다. 비정질 금속섬유와 PCC를 함께 사용한 AF-PCC 시험체의 모르타르 플로우는 119~153 mm의 범위에서 나타났다. PCC 혼입율 5%인 AF-PCC05 시험체의 경우 153mm의 플로우로 비정질 금속섬유를 사용한 시험체 중 가장 높은 플로우를 나타내었다. PCC 혼입율 15%인 AF-PCC15 시험체의 플로우는 119 mm 수준으로 전체 시험체 중 가장 낮은 플로우를 나타내었다. 비정질 금솜섬유를 함께 사용한 경우에도 PCC의 혼입율이 증가함에 따라 플로우가 감소하는 경향을 나타내었다. 또한 동일한 양의 PCC를 사용할 때 비정질 금속섬유와 함께 사용한 시험체의 플로우가 상대적으로 낮게 나타났는데 이는 비정질 금속섬유를 혼입함에 따라 섬유 뭉침(Fiber balling) 현상이 발생하여 플로우가 감소한 것으로 판단된다.
(2) 압축강도
[도 6]은 각 시험체 모르타르의 재령별 압축강도를 나타낸 것이다.
1) 재령 3일 압축강도
재령 3일 압축강도는 Plain 시험체에서 214 MPa로 가장 낮게 나타났다. PCC만을 사용한 시험체의 압축강도는 24.6~26.1 MPa의 범위에서 나타나 Plain 시험체에 비해 약 14.9~21.9% 높은 것으로 나타났다. PCC05 시험체의 경우 압축강도가 26.1 MPa로 발현되어 PCC만을 사용한 시험체 중 가장 높은 압축강도를 발현하였으며 Plain 시험체에 비해 약 21.9% 높은 수준을 나타내었다. PCC15 시험체의 경우에도 압축강도가 24.6 MPa로 Plain 시험체에 비해 약 14.9% 높게 발현되었다.
비정질 금속섬유와 PCC를 함께 사용한 시험체는 압축강도가 25.0~26.5MPa 범위에서 나타나 Plain 시험체에 비해 약 16.8~23.8% 높은 것으로 나타났다. AF-PCC05 시험체의 압축강도는 26.5 MPa로서 전체 시험체 중 가장 높은 수준을 나타내었으며 Plain 시험체와 비교할 경우 약 23.8% 높게 나타났다. 비정질 금속섬유와 PCC를 함께 사용한 시험체 중 가장 낮은 압축강도를 발현한 AF-PCC15 시험체에서도 25.0 MPa의 압축강도가 발현되어 Plain 시험체에 비해 상대적으로 높은 수준을 나타내었다. 또한 비정질 금속섬유를 PCC와 함께 사용할 경우 PCC만을 사용한 시험체에 비해 최대 7.7% 높은 압축강도를 발현하는 것으로 나타났다.
2) 재령 7일 압축강도
재령 7일 압축강도는 Plain 시험체에서 26.5 MPa로 나타났으며, PCC만을 사용한 시험체의 압축강도는 26.8~30.2 MPa 범위에서 나타나 Plain 시험체에 비해 최대 약 13.9% 높게 발현되었다.
PCC05 시험체는 압축강도가 30.2 MPa로 PCC만을 사용한 시험체 중 가장 높은 압축강도를 발현하였으며 PCC10 시험체의 경우 압축강도가 26.8 MPa로, PCC만을 사용한 시험체 중 가장 낮게 나타났다.
비정질 금속섬유와 PCC를 함께 혼입한 경우에도 AF-PCC05 시험체의 압축강도가 30.6 MPa로서 전체 시험체 중 가장 높은 수준을 나타내었으며 Plain 시험체와 비교할 경우 약 15.5% 높은 수준을 나타내었다.
3) 재령 28일 압축강도
재령 28일 압축강도는 PCC05 시험체의 압축강도가 42.2 MPa로서 40.7 MPa의 압축강도를 발현한 Plain 시험체에 비해 상대적으로 높은 수준을 나타내었으며, 이후 PCC의 혼입율이 증가함에 따라 압축강도의 저하가 발생하였다. PCC10 시험체 및 PCC15 시험체의 경우 각각 38.7 MPa, 34.5 MPa의 압축강도로 Plain 시험체에 비해 상대적으로 낮은 압축강도가 발현되었다.
비정질 금속섬유와 PCC를 함께 혼입한 시험체의 경우 AF-PCC05 시험체의 압축강도가 45.7 MPa로서 가장 높게 나타났고 이는 Plain 시험체에 비해 약 12.3% 증가한 높은 값이다. AF-PCC10 시험체도 42.0 MPa의 압축강도로 Plain 시험체에 비해 약 3.2% 증가한 수준을 나타내었다. 또한 비정질 금속섬유와 PCC를 함께 사용할 경우 PCC만을 사용한 시험체에 비해 약 8.3~32% 높은 압축강도를 발현하였다.
4) 재령 56일 압축강도
재령 56일 압축강도의 경우 Plain 시험체에서 47.5 MPa의 가장 높은 압축강도가 발현되었다.
PCC만을 사용한 시험체의 경우 PCC05 시험체에서 46.5 MPa의 압축강도로 PCC만을 사용한 시험체 중 가장 높은 압축강도를 나타내었다. PCC15 시험체의 경우 35.2 MPa의 압축강도를 발현하였으며 Plain 시험체에 비해 약 19.6% 낮은 수준을 나타내었다. 또한 PCC를 사용할 경우 재령 28일 압축강도의 경향과 유사하게 PCC 혼입율이 증가함에 따라 압축강도의 저하가 발생하였다.
비정질 금속섬유와 PCC를 함께 사용한 시험체의 경우 AF-PCC05 시험체에서 47.4 MPa의 압축강도로 Plain 시험체와 유사한 수준을 나타내었다. 또한 비정질 금속섬유와 PCC를 함께 사용한 시험체의 경우 PCC만을 사용한 시험체에 비해 최대 34.8% 높은 압축강도를 나타내고 있는데 이는 [도 3]에서 볼 수 있듯이 비정질 금속섬유의 거친 표면특성에 의해 Fiber-Matrix의 결합강도가 향상되어 압축강도가 증가한 것으로 사료된다.
또한 PCC를 사용할 경우 비정질 금속섬유 혼입에 관계없이 PCC의 혼입율이 증가함에 따라 압축강도의 저하가 발생하였는데 이는 PCC의 매끄러운 표면특성으로 인해 시멘트 페이스트와의 결합력이 낮아진 측면과 결합력이 저하되며 발생한 공극 등 복합적인 원인에 기인한 것으로 판단된다.
(3) 인장강도
[도 7]은 각 시험체 모르타르의 28일 인장강도를 나타낸 것으로 Plain 시험체의 경우 2.89 MPa의 인장강도를 발현하였다. PCC만을 사용한 시험체의 경우 2.81~3.11 MPa의 범위에서 인장강도를 나타내었다. PCC15 시험체에서는 인장강도가 Plain 시험체보다 약간 낮은 2.81 MPa로 나타났다. PCC10 시험체에서는 3.11 MPa로 PCC만을 사용한 시험체 중 가장 높은 인장강도를 발현하였으며 Plain 시험체에 비해 약 7.6% 높은 수준으로 나타났다.
비정질 금속섬유와 PCC를 함께 사용한 AF-PCC 시험체의 경우 인장강도가 4.12~4.54 MPa의 범위에서 나타나, Plain 시험체에 비해 약 42.6~57.1% 가량 높은 수준으로 나타났다. 이는 PCC만을 사용한 시험체와 비교할 경우에도 약 45.9~46.9% 높은 수준으로 나타난 것이다.
시험체 내부에 구속된 섬유의 저항효과, 비정질 금속섬유와 매트릭스의 결합력 증가 및 응력 분포 효과로 인해 인장강도가 증가한 것으로 판단된다.
(4) 초음파 속도
[도 8]은 각 시험체 모르타르의 재령 56일 초음파 속도와 압축강도를 비교한 것으로 47.5 MPa의 가장 높은 압축강도를 발현하였던 Plain 시험체에서 초음파 속도가 4,180m/s로 가장 빠르게 나타났다.
PCC만을 사용한 시험체의 경우 PCC05 시험체 및 PCC10 시험체에서 초음파 속도가 각각 4,110 m/s로 동일한 수준으로 나타났다. PCC15 시험체의 초음파 속도는 4,060 m/s로 감소하였는데 이는 시멘트계 재료를 응집하여 형성된 PCC의 경우 내부 밀도가 잔골재에 비해 상대적으로 낮고 PCC를 혼입함에 따라 발생한 공극에 의해 초음파 속도가 감소한 것으로 판단된다.
비정질 금속섬유와 PCC를 함께 사용한 AF-PCC05 시험체에서는 압축강도가 47.4 MPa로 Plain 시험체와 동등한 수준으로 발현되었으나 초음파속도는 4,130 m/s로 다소 감소한 것으로 나타내었다. 반면 AF-PCC15 시험체의 경우 비정질 금속섬유와 PCC를 함께 사용한 시험체 중 압축강도가 가장 낮게 발현되었으나, 초음파 속도는 4,180m/s로 Plain 시험체와 동등하게 나타났다.
본 발명 연구를 통해 비정질 금속섬유와 PCC를 함께 사용한 시험체에서의 초음파 속도는 4,050~4,180m/s 수준으로 위의 비특허문헌 13에 따르면 양호한 수준을 나타내고 있으나 압축강도와는 상이한 경향으로 나타났다.
따라서 [도 9]와 같이 초음파 속도와 압축강도와의 상관관계를 파악하기 위해 회귀분석을 진행한 결과 재령별 R2값이 각각 0.0273, 0.0041, 0.3924, 0.2943 수준으로 압축강도와의 상관관계가 매우 낮은 것으로 나타났다. 일반적으로 압축강도가 높을 경우 다공성이 적은 밀실한 내부 구조가 형성되고, 초음파의 특성상 균열과 공극 구조를 통과하지 못하기에 압축강도의 증진에 따라 초음파속도가 향상될 것으로 예상되었으나 분석 결과 초음파 속도와 압축강도의 상관관계가 매우 낮게 나타남에 따라 추후 비정질 금속섬유와 PCC를 함께 사용한 시멘트 복합체의 미세구조와 초음파 속도 및 역학특성에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 사료된다.
(5) 탄산화 깊이
[도 10]은 각 시험체 모르타르의 촉진 재령 28일 탄산화 깊이를 나타낸 것으로 Plain 시험체의 경우 0.99 mm의 탄산화 깊이를 나타내었다.
PCC만을 사용한 시험체의 탄산화 깊이는 1.02~1.11 mm로 Plain 시험체에 비해 약 3.0~12.1% 높은 탄산화 깊이를 나타내었으며 PCC 혼입율이 증가함에 따라 탄산화 깊이가 증가하는 경향을 나타내었다. PCC05 시험체의 경우 탄산화 깊이가 1.02 mm로, PCC만을 사용한 시험체 중 가장 낮은 탄산화 깊이를 나타내었으며, PCC15 시험체의 경우 탄산화 깊이가 1.11mm로 가장 깊게 나타나, Plain 시험체에 비해 약 12.1% 깊은 탄산화 깊이를 나타내었다. PCC 사용량이 증가함에 따라 탄산화 깊이가 증가하는 경향을 나타내고 있는데, 이는 PCC의 매끄러운 표면에 의해 시멘트 페이스와의 결합력이 천연잔골재에 비해 상대적으로 낮아짐으로써 PCC와 시멘트 페이스트 사이에 발생한 틈을 통해 CO2 유입이 가속화된 것으로 판단된다.
비정질 금속섬유와 PCC를 함께 사용한 시험체의 경우 탄산화 깊이가 최대 1.04 mm로 Plain 시험체에 비해 약 5% 깊은 것으로 나타났다. 재령 56일 압축강도가 가장 높게 발현되었던 AF-PCC05 시험체의 경우 탄산화 깊이는 0.97 mm로 가장 낮게 나타났다. 시멘트 복합체는 강도가 높을수록 밀도가 높고 다공성이 낮아 CO2 투과계수가 낮아지게 되는데, 비정질 금속섬유를 PCC와 함께 혼입한 시험체는 PCC만을 사용한 시험체에 비해 압축강도가 향상됨에 따라 탄산화 깊이는 감소하는 경향을 나타낸다.
(6) 염화물이온 침투 저항성
[도 11]은 각 시험체 모르타르의 재령 56일 통과전하량을 나타낸 것으로 Plain 시험체에서는 10,022 C의 통과전하량을 나타내었다. PCC만을 사용한 시험체에서는 9,934~12,618C의 통과전하량으로 PCC의 혼입율이 증가함에 따라 통과전하량이 감소하는 경향을 나타내었다. PCC 혼입율이 가장 낮은 PCC05 시험체의 경우 Plain 시험체에 비해 최대 25.9% 높은 통과전하량을 나타내었으며 PCC10 시험체의 통과전하량은 10,019 C으로 Plain 시험체와 유사한 수준을 나타내었다. PCC15 시험체에서는 9,934 C의 통과전하량으로 전체 시험체 중 가장 낮은 통과전하량을 나타내었다.
비정질 금속섬유와 PCC를 함께 사용한 시험체에서는 10,019~10,820 C의 통과전하량으로 Plain 시험체와 비교할 때 PCC 함량에 따라 동등한 수준에서부터 약간 높은 범위로 나타났다. AF-PCC10 시험체에서 통과전하량이 10,019C으로 가장 낮아 Plain 시험체와 유사한 수준으로 나타났으며, AF-PCC05 및 AF-PCC15 시험체에서 통과전하량이 다소 증가하였으나, 위의 비특허문헌 8 내지 10에서 지적된 수준의 품질 저하라 할 수는 없으며, 균열 발생시에는 PCC에 의한 자기치유 효과에 따라 염화물이온 침투 저항성을 향상시킬 것으로 파악된다.
본 연구는 코어재료로 시멘트계 재료를 적용한 자기치유 캡슐인 PCC 및 비정질 금속섬유를 사용한 모르타르의 유동성, 압축강도, 인장강도, 초음파속도, 탄화 깊이, 염화물이온 침투 저항성 등을 검토하였으며 주요 결론은 다음과 같다.
1. PCC의 혼입율이 증가할수록 모르타르 플로우가 감소하였으며, PCC와 비정질 금속섬유와 함께 혼입할 경우 비정질금속섬유를 혼입하지 않은 시험체에 비해 플로우가 감소하는 경향을 나타내었다.
2. 재령 28일까지는 PCC 혼입에 의해 압축강도가 전반적으로 향상되고, 잔골재를 대체하는 PCC 혼입율이 5~10 wt%이고 비정질 금속섬유를 혼입할 때 Plain 시험체 대비 재령 28일까지의 강도가 가장 높게 발현된다. 다만, 재령 56일 압축강도는 PCC 혼입율 증가하면서 감소하나, 비정질 금속섬유를 함께 사용하는 경우 PCC 혼입율 5~10 wt% 범위에서는 Plain 시험체와 동등한 수준을 유지하였다.
3. 인장강도의 경우 비정질금속섬유 혼입에 관계없이 PCC 혼입율(잔골재 대체 혼입율) 10 wt%에서 가장 높은 수준을 나타내었으며, 여기에 비정질 금속섬유를 함께 사용할 경우 45.9% 높은 인장강도를 나타내었다.
4. 초음파 속도는 압축강도와 상이한 결과를 나타내어 추후 비정질 금속섬유와 PCC를 함께 사용한 시멘트 복합체의 미세구조와 초음파속도 및 역학특성과의 상관관계에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 사료된다.
5. 탄산화 깊이는 재령 56일 압축강도의 경향과 유사하게 압축강도가 증가할 경우 탄산화 깊이는 감소하는 경향을 나타내었다.
6. 염화물이온 침투 저항성은 잔골재를 대체하는 PCC 혼입율이 5 wt%일 때 크게 저하되나 PCC 함량을 늘리면서 오히려 Plain 시험체보다 개선되고, PCC와 비정질 금속섬유를 함께 사용하는 경우에는 전체적으로 통과전하량이 Plain 시험체와 동등하거나 약간 높게 나타났으나 품질 저하 문제는 발생하지 않는다.
본 발명은 위에서 언급한 바와 같이 시험 결과와 관련하여 설명되었으나, 본 발명의 요지를 벗어남이 없는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하며, 다양한 분야에서 사용 가능하다. 따라서 본 발명의 청구범위는 이전 발명의 진정한 범위 내에 속하는 수정 및 변형을 포함한다.
해당없음.
Claims (7)
- 시멘트 300~360 kg/㎥;
잔골재 700~750 kg/㎥; 및
물-시멘트비 45~50 wt%; 조건으로 혼합되되,
상기 잔골재의 5~15 wt%는 시멘트와 고로슬래그 미분말 및 플라이애시 중 어느 한 가지 이상의 혼화재를 혼합하여 응집시킨 PCC(Powder Compacted Capsule)로 치환하고,
비중 7.0~7.3, 인장강도 1,350~1,450 N/㎟, 길이 13~17㎜이고, 거친 표면의 비정질 금속섬유를 단위체적 1 ㎥ 당 20 kg 이하(0 kg 제외)의 양으로 첨가하여,
재령 28일 압축강도 40 MPa 이상,
재령 28일 인장강도 4 MPa 이상,
재령 28일 촉진 탄산화 깊이 1.05 mm 이하 및
재령 56일 통과전하량 1,1000 C 이하의 물성이 발현되는 것을 특징으로 하는, PCC 및 비정질 금속섬유를 혼용한 모르타르 조성물.
- 제1항에서,
상기 잔골재는 비중 2.3~2.8g/㎤, 조립율 2.4~2.6인 것을 특징으로 하는,
PCC 및 비정질 금속섬유를 혼용한 모르타르 조성물.
- 제1항에서
상기 PCC는, 시멘트 10~40wt%와 고로슬래그 미분말 및 플라이애시 중 어느 한 가지 이상의 혼화재 60~90 wt%가 혼합된 분체에, 감수제를 상기 분체 대비 2.0~3.0 wt% 첨가하고, 배합수를 물-분체비 5~20 wt%가 되도록 혼합한 PCC 조성물을 모르타르 혼합용 기계식 믹서로 100~300 rpm 조건에서 1~5분간 믹싱하여 형성된 응집체 표면을 PEG(Polyethylene glycol), PVA(Poly Vinyl Alcohol) 및 PU(Polyurethane) 중 어느 하나로 코팅한 것을 특징으로 하는,
PCC 및 비정질 금속섬유를 혼용한 모르타르 조성물.
- 제3항에서,
상기 PCC 조성물에 적용되는 배합수의 일부를 PVA(Poly Vinyl Alcohol)와 물의 중량비 1:0.1~3.0으로 조성된 물풀로 치환하되, 상기 물풀과 배합수의 중량비가 1:1~2인 것을 특징으로 하는,
PCC 및 비정질 금속섬유를 혼용한 모르타르 조성물.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020230060340A KR102786403B1 (ko) | 2023-05-10 | 2023-05-10 | Ｐｃｃ 및 비정질 금속섬유를 혼용한 모르타르 조성물 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020230060340A KR102786403B1 (ko) | 2023-05-10 | 2023-05-10 | Ｐｃｃ 및 비정질 금속섬유를 혼용한 모르타르 조성물 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20240164606A KR20240164606A (ko) | 2024-11-20 |
| KR102786403B1 true KR102786403B1 (ko) | 2025-03-25 |
Family
ID=93704509
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020230060340A Active KR102786403B1 (ko) | 2023-05-10 | 2023-05-10 | Ｐｃｃ 및 비정질 금속섬유를 혼용한 모르타르 조성물 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102786403B1 (ko) |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102531939B1 (ko) | 2021-03-11 | 2023-05-12 | 원광대학교산학협력단 | 비정질 금속섬유를 보강한 저수축 경량 모르타르 조성물 |
| KR102615391B1 (ko) | 2021-05-17 | 2023-12-20 | 원광대학교산학협력단 | 균열 자기 치유용 ｐｃｃ 조성물 |
| KR102615392B1 (ko) | 2021-05-27 | 2023-12-20 | 원광대학교산학협력단 | 균열 자기 치유용 ｐｃｃ 제조 방법 |
| KR102615393B1 (ko) | 2021-06-11 | 2023-12-20 | 원광대학교산학협력단 | Ｐｃｃ 혼입 자기 치유 모르타르 |
| KR102590912B1 (ko) * | 2021-10-26 | 2023-10-18 | 원광대학교산학협력단 | 강 슬래그 잔골재 및 비정질 금속 섬유를 포함하는 모르타르 조성물 |
-
2023
- 2023-05-10 KR KR1020230060340A patent/KR102786403B1/ko active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20240164606A (ko) | 2024-11-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Yang et al. | Mechanical anisotropy of ultra-high performance fibre-reinforced concrete for 3D printing | |
| Ling et al. | Effect of PVA fiber on mechanical properties of cementitious composite with and without nano-SiO2 | |
| Afroughsabet et al. | Mechanical and durability properties of high-strength concrete containing steel and polypropylene fibers | |
| Pyo et al. | Effect of chloride content on mechanical properties of ultra high performance concrete | |
| Wang et al. | Ultra-lightweight engineered cementitious composite using waste recycled hollow glass microspheres | |
| Ammasi | Strength and durability of high volume fly ash in engineered cementitious composites | |
| Rustamov et al. | Mechanical behavior of fiber-reinforced lightweight concrete subjected to repeated freezing and thawing | |
| KR20090036952A (ko) | 터널 라이닝용 콘크리트 조성물 | |
| Zhang et al. | Mechanical properties of polyvinyl alcohol fiber-reinforced concrete composite containing fly ash and nano-SiO2 | |
| Stefanidou et al. | Fiber-reinforced lime mortars | |
| Wen et al. | High-strength high-ductility seawater sea-sand Engineered Cementitious Composites: Mechanical properties, cracking behavior and micro-mechanics | |
| KR102786403B1 (ko) | Ｐｃｃ 및 비정질 금속섬유를 혼용한 모르타르 조성물 | |
| Sounthararajan et al. | Evaluation of composite polypropylene fibre reinforced concrete | |
| Harish et al. | Performance of lightweight aggregate concrete containing expanded polystyrene, cinder and ground-granulated blast-furnace slag | |
| KR101752919B1 (ko) | Ｐｖａ 섬유 보강재를 포함하는 시멘트 혼합토 제조방법 | |
| Chen et al. | High strength lightweight strain-hardening cementitious composite incorporating cenosphere | |
| KR102531939B1 (ko) | 비정질 금속섬유를 보강한 저수축 경량 모르타르 조성물 | |
| Quispe et al. | Concrete cracking control in underwater marine structures using basalt fiber | |
| Wu et al. | Flexural performance of hybrid fiber reinforced cement-based materials incorporating ceramic wastes | |
| Hamedanimojarrad et al. | Development of shrinkage resistant microfibre-reinforced cement-based composites | |
| Huynh et al. | Comparative performance of conventional OPC concrete and HPC designed by densified mixture design algorithm | |
| Vu et al. | Evaluation of long-term strength and durability performance of cementitious composites with low polypropylene fiber content and local river sand | |
| Ding et al. | Mechanical Behavior Based on Aggregates Microstructure of Ultra-high Performance Concrete | |
| Al-Masraf et al. | The Mechanical Characteristics of Enhanced Bendable Concrete By Polyvinyl Alcohol Fibers | |
| Abdulkareem et al. | Mechanical and microstructure characteristics of binary waste ashes fiber-reinforced alkali-activated composite |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20230510 |
|
| PA0201 | Request for examination |
Patent event code: PA02011R01I Patent event date: 20230510 Comment text: Patent Application |
|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20241115 Patent event code: PE09021S01D |
|
| PG1501 | Laying open of application | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| PE0701 | Decision of registration |
Patent event code: PE07011S01D Comment text: Decision to Grant Registration Patent event date: 20250319 |
|
| GRNT | Written decision to grant | ||
| PR0701 | Registration of establishment |
Comment text: Registration of Establishment Patent event date: 20250320 Patent event code: PR07011E01D |
|
| PR1002 | Payment of registration fee |
Payment date: 20250320 End annual number: 3 Start annual number: 1 |
|
| PG1601 | Publication of registration |