KR101343454B1 - Hydration heat dissipation concrete composition using CNT - Google Patents

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Abstract

본 발명은 CNT의 물성을 이용하여 시멘트 수화열을 방열하고 콘크리트의 인장강도를 향상시킴으로써 온도균열을 저감시키는 수화열 방열 콘크리트에 관한 것이다.
본 발명은 「결합재, 잔골재, 굵은골재 및 배합수를 포함하는 콘크리트 조성물로서, 상기 배합수는 일반수 80~97중량부 및 CNT 분산액 3~20중량부로 구성되고, 상기 CNT 분산액은 용매 96~98중량부 및 CNT분말 2~4중량부로 구성되고, CNT의 양이 상기 배합수 100중량부 대비 0.12~0.4중량부인 것을 특징으로 하는 CNT를 혼입한 수화열 방열 매스 콘크리트 조성물」을 제공한다.
The present invention relates to hydration heat-dissipating concrete that reduces the temperature cracking by heat dissipating cement hydration heat and improving the tensile strength of the concrete using the properties of the CNT.
The present invention is "concrete composition comprising a binder, fine aggregate, coarse aggregate and compounding water, the compounding water is composed of 80 to 97 parts by weight of general water and 3 to 20 parts by weight of CNT dispersion, the CNT dispersion is a solvent 96-98 It is composed of 2 parts by weight to 4 parts by weight of CNT powder, and the amount of CNTs is 0.12 to 0.4 parts by weight based on 100 parts by weight of the blended water.

Description

CNT를 혼입한 수화열 방열 콘크리트 조성물{Hydration heat dissipation concrete composition using CNT}Hydration heat dissipation concrete composition using CNT

본 발명은 CNT의 물성을 이용하여 시멘트 수화열을 방열하고 콘크리트의 인장강도를 향상시킴으로써 온도균열을 저감시키는 수화열 방열 콘크리트 조성물에 관한 것이다.
The present invention relates to a hydration heat-dissipating concrete composition that reduces the temperature cracking by heat dissipating cement hydration heat using the properties of CNTs and improving the tensile strength of concrete.

건설산업의 발전으로 콘크리트 구조물의 규모는 점점 대형화, 초고층화 되어가고 있고 이로 인해 시멘트의 수화열 발생이 증가하여 콘크리트 구조물의 균열발생 빈도가 높아져 가고 있다. 콘크리트는 경화 중에 시멘트의 수화열이 축적되어 콘크리트 내부온도가 상승하게 된다. 이때, 콘크리트 부재 표면과 내부와의 온도차 또는 부재 전체의 온도가 강하할 때의 수축변형 구속 등에 의해 응력이 발생하게 되며 이 응력이 콘크리트의 인장강도를 초과하게 되면 균열이 발생하게 된다. 이렇듯 수화열은 구조적인 문제를 발생시킬 수 있다. 수화열로 인한 문제점은 구조 안전성에 커다란 영향을 미치며, 구조물의 안전을 보장할 수 없는 매우 위험한 상황까지 초래하게 된다.Due to the development of the construction industry, the size of concrete structures is getting bigger and higher, resulting in the increase of hydration heat of cement, which is increasing the frequency of cracking of concrete structures. In concrete, the heat of hydration of cement accumulates during hardening, thereby increasing the internal temperature of concrete. At this time, a stress is generated by the temperature difference between the surface of the concrete member and the inside or by the restraint of shrinkage deformation when the temperature of the entire member decreases, and when the stress exceeds the tensile strength of the concrete, cracking occurs. Thus, the heat of sign language can cause structural problems. Problems caused by hydration heat have a great impact on the safety of the structure, which leads to very dangerous situations where the safety of the structure cannot be guaranteed.

Figure 112012053830163-pat00001
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[참고도 1] - 수화열에 의한 균열 발생[Reference Figure 1]-Crack Generation by Hydration Heat

이러한 문제점의 해결방안으로 기존에는 파이프 쿨링, 프리쿨링, 저발열시멘트 사용, 3성분계 콘크리트 사용, 초지연제 사용 등의 방법이 도입된 바 있다. 그러나 파이프 쿨링이나 프리쿨링은 공정상의 문제, 현장 관리의 문제, 생산 상의 문제 등의 여러 가지 문제점을 가지고 있으며, 저발열시멘트나 3성분계 콘크리트를 사용하는 경우에도 수화열 저감에는 한계가 있으며, 수화열을 저감한다 하더라도 거푸집 탈형시기를 늦춰야 하는 공정상의 문제점을 수반하게 된다. In order to solve this problem, methods such as pipe cooling, precooling, low heat generation cement, three-component concrete, and super-delaying agent have been introduced. However, pipe cooling and precooling have various problems such as process problems, site management problems, and production problems, and there is a limit in reducing the heat of hydration even when using low heat cement or three-component concrete. Even if this is accompanied by a process problem that must delay the mold demoulding time.

Figure 112012053830163-pat00002
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[참고도 2] - 재료 종류에 따른 수화열 특성[Reference Figure 2]-Heat of hydration according to material type

따라서 기존의 공법적인 부분과 재료적인 부분을 모두 접목 시킨 기능성 콘크리트의 개발이 필요한 시점이며 이러한 기술개발이 이루어지면 수화열을 저감시킬 수 있을 뿐만 아니라, 거푸집 존치기간을 연장할 필요도 없어 공기(工期)를 단축시키고 공사비를 절감할 수 있으며, 온도균열을 저감하여 구조물의 내구성이 강화되므로 대형 기초 매트 공사에 매우 중요하게 작용할 수 있을 것으로 보인다.
Therefore, it is time to develop functional concrete that combines both existing engineering and material parts, and if such technology is developed, not only can it reduce the heat of hydration, but also it is not necessary to extend the period of form retention. It can shorten the construction cost and reduce the construction cost, and it will be able to play a very important role in the large foundation mat construction because the durability of the structure is strengthened by reducing the temperature crack.

아래 [그래프 1]은 일반 콘크리트의 발생응력 및 허용응력 분포를 나타낸 것이다. [발명의 배경이 되는 기술]에서 언급한 바와 같이 콘크리트 부재 표면과 내부와의 온도차 또는 부재 전체의 온도가 강하할 대의 수축변형 구속 등에 의해 콘크리트 부재 내에 응력이 발생하게 되며 이 응력이 콘크리트의 인장강도를 초과하게 되면 균열이 발생하게 되는데 이를 온도균열이라 한다.[Graph 1] below shows the generated stress and allowable stress distribution of general concrete. As mentioned in [Technological Background of the Invention], the stress is generated in the concrete member due to the temperature difference between the surface and the interior of the concrete member or the restraint of shrinkage deformation when the temperature of the member drops. This stress is the tensile strength of the concrete. If it exceeds, cracking occurs. This is called temperature cracking.

Figure 112012053830163-pat00003
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[그래프 1] - 일반콘크리트의 허용응력 및 발생응력[Graph 1]-Allowable stress and generated stress of general concrete

본 발명은 위와 같은 콘크리트의 온도균열을 저감시키는 것을 그 목적으로 한다.
The present invention aims to reduce the temperature cracking of the concrete as described above.

본 발명은 「결합재, 잔골재, 굵은골재 및 배합수를 포함하는 콘크리트 조성물로서, 상기 배합수는 일반수 80~97중량부 및 CNT 분산액 3~20중량부로 구성되고, 상기 CNT 분산액은 용매 96~98중량부 및 CNT분말 2~4중량부로 구성되고, CNT의 양이 상기 배합수 100중량부 대비 0.12~0.4중량부인 것을 특징으로 하는 CNT를 혼입한 수화열 방열 매스 콘크리트 조성물」을 제공한다.
The present invention is "concrete composition comprising a binder, fine aggregate, coarse aggregate and compounding water, the compounding water is composed of 80 to 97 parts by weight of general water and 3 to 20 parts by weight of CNT dispersion, the CNT dispersion is a solvent 96-98 It is composed of 2 parts by weight to 4 parts by weight of CNT powder, and the amount of CNTs is 0.12 to 0.4 parts by weight based on 100 parts by weight of the blended water.

또한 본 발명은 「상기 CNT의 표면에는 산화마그네슘(MgO)이 코팅된 것을 특징으로 하는 CNT를 혼입한 수화열 방열 매스 콘크리트 조성물」을 함께 제공한다.
In another aspect, the present invention provides the "hydration heat radiating mass concrete composition containing CNTs, characterized in that the surface of the CNT is coated with magnesium oxide (MgO).

또한, 본 발명은 「길이 6~12㎜의 탄소섬유가 상기 결합재 100중량부 대비 0.25~0.5중량부 첨가된 것을 특징으로 하는 CNT를 혼입한 수화열 방열 매스 콘크리트 조성물」을 함께 제공한다.
In addition, the present invention provides the "hydration heat radiation mass concrete composition containing CNTs, characterized in that 0.25 to 0.5 parts by weight of carbon fiber having a length of 6 to 12 mm is added to 100 parts by weight of the binder.

탄소나노튜브(Carbon Nano Tube; CNT)는 탄소 6개로 이루어진 육각형들이 서로 연결되어 관 모양을 이루고 있는 신소재로서, 관의 지름이 수~수십 나노미터(㎚에 불과하여 탄소나노튜브라 일컬어지게 되었다.Carbon Nano Tube (CNT) is a new material in which hexagonal elements consisting of six carbons are connected to each other to form a tubular shape, and the diameter of the tube is several tens to tens of nanometers (nm), which is called carbon nanotubes.

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[참고도 3] - 탄소나노튜브의 형상[Reference Figure 3]-Shape of Carbon Nanotubes

이러한 탄소나노튜브(CNT)는 현존하는 물질 중 열전도도가 가장 좋은 물질로 알려져 있다. 단일벽 탄소나노튜브(SWCNT)의 경우 그 열전도도는 6,000W/mK로서, 이는 다이아몬드의 3배, 금속 중 가장 열전도도가 좋은 은의 15배에 달하는 것이다. 이에 탄소나노튜브의 우수한 열전도성을 산업에 이용하고자 광범위한 연구가 진행되고 있다. 탄소나노튜브를 이용한 방열도료의 경우 기판인 알루미늄, 구리 등의 금속 표면에 코팅하는 것만으로도 최대 20% 이상의 냉각 성능 향상을 가지며, 탄소나노튜브를 혼입한 CNT-금속 복합체 및 CNT-세라믹 복합체는 열적 특성뿐만 아니라 기계적 특성이 우수한 신개념의 소재 개발을 위한 기초 소재로 인식되고 있다. 또한 탄소나노튜브의 인장강도는 고강도 합금보다 20배 이상 우수하다.
Carbon nanotubes (CNTs) are known to have the best thermal conductivity among existing materials. In the case of single-walled carbon nanotubes (SWCNT), the thermal conductivity is 6,000 W / mK, which is three times that of diamond and 15 times that of silver, which is the most thermally conductive metal. Therefore, extensive research is being conducted to use the excellent thermal conductivity of carbon nanotubes in industry. In the case of heat-dissipating paint using carbon nanotubes, it is possible to improve the cooling performance by up to 20% or more simply by coating on metal surfaces such as aluminum and copper, which are substrates, and CNT-metal composites and CNT-ceramic composites incorporating carbon nanotubes It is recognized as a basic material for developing a new concept of material having excellent mechanical properties as well as thermal properties. In addition, the tensile strength of carbon nanotubes is 20 times better than that of high strength alloys.

위와 같은 탄소나노튜브의 특성은 아래의 [표 1]로 정리하였다.The characteristics of the carbon nanotubes as described above are summarized in the following [Table 1].

인장강도The tensile strength 고강도 합금보다 20배 이상 우수20 times better than high strength alloy 열전달성Heat transfer 다이아몬드의 3배3 times of diamond 허용전류밀도Allowable current density 금속의 1,000배1,000 times of metal 전기전도성Electrical conductivity 상온에서 기존 컴퓨터 실리콘 칩보다 70배 우수(반도체용 물질보다 25% 우수)70 times better than conventional computer silicon chips at room temperature (25% better than semiconductor materials) 기계적 특성Mechanical properties 강도 및 내마모성이 강철의 100배, 초경량, 우수한 탄성과 복원력100 times the strength and wear resistance of steel, ultralight, excellent elasticity and resilience 화학적 특성Chemical property 뛰어난 구조적 안정성(고온에서 양자역학적 간섭현상 극소화)Excellent structural stability (minimization of quantum mechanical interference at high temperatures) 기타특성Other characteristics 가스 흡착성과 단위 질량당 전하저장 능력이 높고, 생체 조직과의 친화성 및 수소 탐지능력 보유High gas adsorption and charge storage capacity per unit mass, affinity with biological tissues and hydrogen detection ability

본 발명은 위와 같은 탄소나노튜브의 특성을 콘크리트에 적용함으로써 콘크리트의 온도균열을 제어하면서 조기강도 발현 성능을 개선하고자 한 것이다.
The present invention is to improve the early strength expression performance while controlling the temperature cracking of the concrete by applying the characteristics of the carbon nanotubes as described above.

콘크리트에 CNT를 혼입한 경우에는 콘크리트의 인장강도가 증가한다. 아울러 콘크리트의 열전도율이 높아지므로 중심부에서 발생하는 열을 표면부로 빠르게 전달하여 중심부 온도를 낮춰주게 된다. 즉, 콘크리트에 CNT를 혼입하면 아래의 [그래프 2]에 나타난 바와 같이 허용응력은 증가되고, 발생응력은 감소되어 수화열로 인한 온도균열이 저감되는 것이다.When CNT is incorporated into concrete, the tensile strength of the concrete increases. In addition, the heat conductivity of the concrete is increased, thereby rapidly transferring heat generated from the center to the surface, thereby lowering the center temperature. That is, when CNT is mixed in concrete, as shown in [Graph 2], the allowable stress is increased and the generated stress is reduced, thereby reducing the temperature crack due to the heat of hydration.

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[그래프 2] - CNT혼입 콘크리트의 허용응력 및 발생응력
[Graph 2]-Allowable and generated stress of CNT mixed concrete

본 발명에 따른 "CNT를 혼입한 수화열 방열 콘크리트 조성물"은 콘크리트의 인장강도를 향상시키고 수화열을 외부로 빠르게 발산시킴으로써 CNT를 혼입하지 않은 일반콘크리트에 비해 허용응력은 높이고 발생응력은 낮추어 온도균열을 저감시키게 된다. 한편, CNT 혼입양을 증가시킴에 따라 유동성이 저하되나 배합수 중 일반수를 CNT분산액으로 치환하는 양과 CNT분산액 자체의 CNT함유량을 조절함으로써 시공상 적절한 범위의 유동성을 유지토록 할 수 있다.
"Hydration heat dissipating concrete composition containing CNTs" according to the present invention improves the tensile strength of the concrete and quickly dissipates the heat of hydration to the outside, thereby increasing the allowable stress and lowering the generated stress by reducing the temperature cracking compared to general concrete without mixing the CNTs. Let's go. On the other hand, as the amount of CNT incorporation increases, the fluidity decreases, but by controlling the amount of CNT dispersion in which the general water is substituted with the CNT dispersion and the CNT content of the CNT dispersion itself, it is possible to maintain fluidity in an appropriate range for construction.

본 발명은 「결합재, 잔골재, 굵은골재 및 배합수를 포함하는 콘크리트 조성물로서, 상기 배합수는 일반수 80~97중량부 및 CNT 분산액 3~20중량부로 구성되고, 상기 CNT 분산액은 용매 96~98중량부 및 CNT분말 2~4중량부로 구성되고, CNT의 양이 상기 배합수 100중량부 대비 0.12~0.4중량부인 것을 특징으로 하는 CNT를 혼입한 수화열 방열 매스 콘크리트 조성물」을 제공한다.
The present invention is "concrete composition comprising a binder, fine aggregate, coarse aggregate and compounding water, the compounding water is composed of 80 to 97 parts by weight of general water and 3 to 20 parts by weight of CNT dispersion, the CNT dispersion is a solvent 96-98 It is composed of 2 parts by weight to 4 parts by weight of CNT powder, and the amount of CNTs is 0.12 to 0.4 parts by weight based on 100 parts by weight of the blended water.

본 발명은 일반적인 콘크리트 조성물 배합수의 일부를 CNT분산액으로 치환한 점에 큰 특징이 있다. 따라서, 상기 CNT분산액 이외의 결합재, 잔골재, 굵은골재 및 일반수는 콘크리트로서의 기능을 발현할 수 있는 한 어떠한 것이든 적용될 수 있다. 또한, 콘크리트의 유동성, 시공연도 등 필요한 성능 강화를 위한 혼화제를 혼입할 수 있다.
The present invention has a great feature in that a part of the general concrete composition blended water is replaced with a CNT dispersion. Therefore, any binder, fine aggregate, coarse aggregate and general water other than the CNT dispersion may be applied as long as it can express a function as concrete. In addition, it is possible to mix the admixture for enhancing the performance required, such as the fluidity of the concrete, the construction year.

상기 결합재는 석회, 실리카, 알루미나 등을 주성분으로 하는 보통 포틀랜드 시멘트(OPC)는 물론 플라이애쉬, 바텀애쉬, 고로슬래그, 전기로 산화슬래그, 황토 등의 무기질 결합경화재를 아울러 칭하는 것이다. 본 발명에 적용되는 결합재로 저열시멘트를 사용하는 경우에는 CNT에 의한 방열 작용과 함께 수화열을 낮추도록 할 수 있다.
The binder is a common portland cement (OPC) mainly composed of lime, silica, alumina, etc., as well as inorganic binder hardeners such as fly ash, bottom ash, blast furnace slag, furnace oxide slag and loess. When the low thermal cement is used as the binder applied to the present invention, the heat of hydration may be lowered together with the heat dissipation effect by the CNT.

상기 잔골재는 모래와 같은 세립질의 골재로 5㎜체를 85% 이상 통과하는 골재이다. 상기 굵은골재는 천연자갈 또는 인공쇄석으로 5㎜체에 85% 이상 남는 골재를 말하며, 건축에서는 직경 25㎜ 이하의 것을 사용한다. 다만 콘크리트의 용도에 따라 상기 잔골재와 굵은골재의 입도와 크기 기준은 다소 조정될 수 있다.
The fine aggregate is aggregate that passes 85% or more of a 5mm sieve as fine aggregate such as sand. The coarse aggregate refers to aggregates that remain at least 85% in the 5 mm sieve as natural gravel or artificial crushed stone, and in construction, those having a diameter of 25 mm or less are used. However, the size and size of the fine aggregate and coarse aggregate may be somewhat adjusted according to the use of concrete.

본 발명에서의 배합수는 일반수 80~97중량부 및 CNT분산액 3~20중량부로 구성된다. 상기 일반수는 기름, 산, 알칼리, 염류 및 유기물 등을 포함하지 않는 수돗물, 하천수, 지하수 등을 통칭한다. 상기 CNT분산액은 용매에 CNT분말이 균일하게 분산된 용액을 칭하는 것으로서, 기판에 CNT를 코팅하기 위한 용도로 개발된 것이다. CNT는 선형(線形)으로 구성되어 서로 엉키는 특성이 있으므로 이를 콘크리트 조성물에 직접 투여하면 CNT간의 엉킴에 의해 콘크리트 조성물 내에서 고르게 분산되지 않는다. 이에 본 발명에서는 코팅용으로 개발된 CNT분산액을 배합수의 일부로 적용함으로써 CNT가 콘크리트 조성물 내에서 고르게 분산되도록 한 것이며, 상기 CNT분산액으로는 종래에 개발된 어떠한 것이든 적용 가능하다. 다만, 상기 CNT분산액으로, 용매 96~98중량부 및 CNT분말 2~4중량부로 구성된 것을 적용하여 CNT의 양이 상기 배합수 100중량부 대비 0.12~0.4중량부가 될 때 시멘트 수화열 방열 및 유동성면에서 바람직하다. 상기 용매는 물을 주성분으로 하여 알코올류, 아미드류, 피롤리돈류, 히드록시에스테르류, 유기할로겐화물, 니트로 화합물류 및 니트릴 화합물류로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 혼합할 수 있으며, 여기에 여러 가지 분산제를 첨가할 수 있다. 상기 CNT분말은 CNT를 물리적 또는 화학적 방법으로 절단한 것이다. 상기 CNT분말은 육안으로는 분상체로 관찰되나 미시적 관점에서는 이 역시 선형 구조로 이루어진 것이다.
The blended water in the present invention is composed of 80 to 97 parts by weight of general water and 3 to 20 parts by weight of CNT dispersion. The general water collectively refers to tap water, river water, ground water, etc., which do not include oil, acid, alkali, salts, organic matters, and the like. The CNT dispersion refers to a solution in which CNT powder is uniformly dispersed in a solvent, and was developed for coating CNT on a substrate. CNTs are entangled with each other because they are composed of linear lines, and thus, when they are directly administered to the concrete composition, the CNTs are not evenly dispersed in the concrete composition by entanglement between the CNTs. Therefore, in the present invention, by applying the CNT dispersion developed for coating as part of the blending water, the CNT is evenly dispersed in the concrete composition, and any of the conventionally developed CNT dispersions may be applied. However, by applying the CNT dispersion, consisting of 96 to 98 parts by weight of solvent and 2 to 4 parts by weight of CNT powder, when the amount of CNT becomes 0.12 to 0.4 parts by weight based on 100 parts by weight of the blended water, in terms of heat dissipation and fluidity of cement hydration desirable. The solvent may be mixed with one or more selected from the group consisting of alcohols, amides, pyrrolidones, hydroxyesters, organic halides, nitro compounds and nitrile compounds, based on water. Various dispersants may be added. The CNT powder is obtained by cutting CNTs by physical or chemical methods. The CNT powder is visually observed as a powder, but from a microscopic point of view, it is also a linear structure.

이하에서는 구체적인 시험예 및 시험결과를 통해 상기 배합수 중 CNT분산액의 혼입율(3~20중량부)의 의의 및 본 발명의 효과를 상세히 설명하기로 한다.
Hereinafter, the significance of the mixing ratio (3 to 20 parts by weight) of the CNT dispersion in the blended water and the effects of the present invention will be described in detail through specific test examples and test results.

아래의 [표 2]는 결합재(보통포틀랜드시멘트 및 플라이애쉬) 457㎏/㎥, 굵은골재 908㎏/㎥, 잔골재 799㎏/㎥를, 물결합재비{배합수(일반수 및 CNT분산액)의 중량/결합재의 중량 × 100)는 35, 잔골재율(잔골재의 중량/골재 전체의 중량 × 100)은 47이 되도록 배합하고, AD감수제를 전체 콘크리트 조성물 100중량부 대비 0.8중량부 첨가한 콘크리트 조성물 실시예의 배합표이다. 이러한 실시예 중 "Plain"은 CNT분산액을 혼합하지 않고 일반수만을 160㎏/㎥ 배합한 것이고, CNT 혼입 콘크리트 Ⅰ 내지 Ⅲ은 각각 배합수의 2, 4, 6중량%를 CNT분산액으로 치환한 것이다. 이 때의 CNT분산액은 용매 98중량부 및 CNT분말 2중량부로 구성된 것이다.
Table 2 below shows the binder (usually Portland cement and fly ash) 457㎏ / ㎥, coarse aggregate 908㎏ / ㎥, fine aggregate 799㎏ / ㎥, water binder ratio (mixture water (general water and CNT dispersion)) / Weight of the binder × 100) is 35, the aggregate aggregate (weight of the aggregate / weight of the total aggregate × 100) is compounded to 47, and the concrete composition of the concrete composition in which 0.8 parts by weight of AD reducing agent added to 100 parts by weight of the total concrete composition It is a combination table. In this embodiment, "Plain" is a mixture of 160kg / ㎥ of ordinary water only without mixing the CNT dispersion, CNT mixed concrete I to III is to replace 2, 4, 6% by weight of CNT dispersion with CNT dispersion, respectively . The CNT dispersion liquid at this time is comprised of 98 weight part of solvents, and 2 weight part of CNT powders.


구분

division
W/BW / B S/aS / a 단위재료량(㎏/㎥)Unit material amount (kg / m3) AD
(%)
AD
(%)
WW OPCOPC F/AF / A CNT
(2wt%)
CNT
(2wt%)
SS GG
PlainPlain

35


35


47


47
160.0160.0

343


343


114


114
--

799


799


908


908


0.8


0.8
CNT 혼입 콘크리트 Ⅰ
(시험예1)
CNT mixed concrete Ⅰ
Test Example 1
156.8156.8 3.23.2
CNT 혼입 콘크리트 Ⅱ
(시험예2)
CNT mixed concrete Ⅱ
Test Example 2
153.6153.6 6.46.4
CNT 혼입 콘크리트 Ⅲ
(시험예3)
CNT mixed concrete Ⅲ
Test Example 3
150.4150.4 9.69.6

W/B : 물결합재비 S/a : 잔골재율W / B: Water Binder S / a: Fine Aggregate Rate

W : 일반수 OPC : 보통포틀랜드시멘트W: Regular OPC: Common Portland Cement

F/A : 플라이애쉬 CNT : CNT분산액(CNT 2wt% 함유)F / A: fly ash CNT: CNT dispersion (contains 2wt% of CNT)

S : 잔골재 G : 굵은골재
S: fine aggregate G: coarse aggregate

따라서, CNT 혼입 콘크리트 Ⅰ(이하, 시험예1)의 배합수는 일반수 156.8㎏/㎥과 CNT분산액 3.2㎏/㎥이 혼합된 것이고, CNT함유량은 64g/㎥로서 이는 배합수 대비 0.04중량부에 해당하는 양이다.Therefore, the mixing water of CNT mixed concrete I (hereinafter, Test Example 1) is a mixture of 156.8 kg / m3 of general water and 3.2 kg / m3 of CNT dispersion liquid, and the content of CNT is 64 g / m3, which is 0.04 parts by weight. That's the amount.

CNT 혼입 콘크리트 Ⅱ(이하, 시험예2)는 일반수 153.6㎏/㎥과 CNT분산액 6.4㎏/㎥이 혼합된 것이고, CNT함유량은 128g/㎥로서 이는 배합수 대비 0.08중량부에 해당하는 양이다.CNT mixed concrete II (hereinafter, Test Example 2) is a mixture of 153.6 kg / m 3 of general water and 6.4 kg / m 3 of CNT dispersion, and the content of CNT is 128 g / m 3, which corresponds to 0.08 parts by weight of the blended water.

CNT 혼입 콘크리트 Ⅲ(이하, 시험예3)은 일반수 150.4㎏/㎥과 CNT분산액 9.6㎏/㎥이 혼합된 것이고, CNT함유량은 192g/㎥로서 이는 배합수 대비 0.12 중량부에 해당하는 양이다.
CNT mixed concrete III (hereinafter Test Example 3) is a mixture of 150.4 kg / m 3 of general water and 9.6 kg / m 3 of CNT dispersion, and the content of CNT is 192 g / m 3, corresponding to 0.12 parts by weight of the blended water.

위와 같은 시험예들을 통해 시험하고자 하는 항목은 아래의 [표 3]에 정리된 바와 같다. 즉, 굳지 않은 콘크리트의 슬럼프, 슬럼프플로우 및 공기량, 굳은 콘크리트의 압축강도, 할렬인장강도, 간이단열온도 상승시험, 열전도율 등을 시험하였다.
Items to be tested through the above test examples are summarized in [Table 3] below. That is, the slump of slump, slump flow and air volume, compressive strength of hardened concrete, splitting tensile strength, simple thermal insulation temperature rise test, and thermal conductivity were tested.

구 분division 치환율(wt%)Substitution rate (wt%) 시험항목Test Items 비고Remarks PlainPlain 00 슬럼프
슬럼프플로우
공기량
압축강도
할렬인장강도
간이단열온도 상승시험
열전도율 측정
slump
Slump flow
Air volume
Compressive strength
Split Tensile Strength
Simple Insulation Temperature Rise Test
Thermal conductivity measurement
치환율은 콘크리트에 배합되는 물(배합수)을 CNT분산액으로 치환한 비율(중량비)임.Substitution rate is the ratio (weight ratio) which replaced the water (mixture water) mix | blended with concrete with CNT dispersion liquid.
CNT 혼입 콘크리트 Ⅰ
(시험예1)
CNT mixed concrete Ⅰ
Test Example 1
22
CNT 혼입 콘크리트 Ⅱ
(시험예2)
CNT mixed concrete Ⅱ
Test Example 2
44
CNT 혼입 콘크리트 Ⅲ
(시험예3)
CNT mixed concrete Ⅲ
Test Example 3
66

이하에서는 위와 같은 여러 가지 시험항목을 통해 도출된 시험결과를 설명하기로 한다.
Hereinafter, the test results derived from the various test items described above will be described.

1. 유동특성1. Flow Characteristics

굳지 않은 콘크리트를 대상으로는 슬럼프 측정, 슬럼프플로우 측정 및 공기량 측정을 통해 유동특성을 테스트할 수 있다. 시험예별 유동특성 측정 결과는 아래의 [표 4]에 정리하였다.
For stiff concrete, flow characteristics can be tested by slump measurement, slump flow measurement and air volume measurement. The flow characteristic measurement results for each test example are summarized in [Table 4] below.

구분division 슬럼프(mm)Slump (mm) 슬럼프 플로우(mm)Slump flow (mm) 공기량(vol%)Air volume (vol%) 콘크리트 온도(℃)Concrete temperature (℃) PlainPlain 235235 400×400400 × 400 2.02.0 22.522.5 시험예1Test Example 1 220220 330×335330 × 335 1.41.4 22.622.6 시험예2Test Example 2 220220 360×350360 × 350 1.51.5 22.622.6 시험예3Test Example 3 210210 330×330330 × 330 1.61.6 22.422.4

슬럼프 및 슬럼프플로우 측정은 KS F 2402에 따라 실시하였고, 공기량 측정은 KS F 2421에 따라 실시하였다.
Slump and slump flow measurements were made according to KS F 2402 and air volume measurements were made according to KS F 2421.

Figure 112012053830163-pat00006
Figure 112012053830163-pat00006

[그래프 3] - 슬럼프 및 공기량 시험 결과
[Graph 3]-Slump and air volume test result

시험결과 위의 [그래프 3]에 나타난 바와 같이 전체 실험예의 슬럼프값이 모두 210±25mm 범위 내에 있는 것으로 나타났다. 공기량은 시험예1에서는 1.4부피%까지 떨어진 것으로 측정되나 시험예2,3에서는 점차적으로 증가한다. 슬럼프플로우값은 시험예1~3 모두 CNT를 혼입하지 않은 시험예(Plain, 이하 '기준콘크리트'라 함)에 비해 떨어졌으나, 시험예1~3 간의 큰 차이는 없는 것으로 파악되었다.
As a result of the test, as shown in [Graph 3], the slump values of all the experimental examples were found to be within 210 ± 25mm. The amount of air dropped to 1.4% by volume in Test Example 1, but gradually increased in Test Examples 2 and 3. The slump flow values were lower than those of Test Examples 1 to 3 that did not contain CNTs (Plain, hereinafter referred to as 'reference concrete'), but it was found that there was no significant difference between Test Examples 1 to 3.

전체적으로 보면 CNT 혼입에 따른 유동성 변화는 슬럼프값에서 쉽게 관찰할 수 있으며 CNT 혼입양이 증가할수록 슬럼프는 저하되는 양상을 보인다. KS F 4009에 따른 적정 슬럼프값이 210±25mm이므로 위의 기준콘크리트와 시험예1~3은 모두 적정 슬럼프 범위를 만족하는 것으로 나타났다. 다만, 위의 기준콘크리트와 다른 조건은 동등하게 한 상태에서 배합수 중 일반수를 CNT분산액으로 치환한 양을 1중량부씩 늘려가며 슬럼프 시험을 진행한 결과 [그래프 4]에 나타난 바와 같이 CNT분산액이 배합수의 20중량부일 때의 슬럼프가 185mm로 이때까지의 슬럼프가 210±25mm 범위 내에 있으며 위 범위를 초과하는 경우에는 유동성 저하로 인한 시공불량 등의 문제가 야기될 수 있다.
Overall, the fluidity change according to CNT incorporation can be easily observed in the slump value, and the slump decreases as the amount of CNT incorporation increases. Since the appropriate slump value according to KS F 4009 is 210 ± 25mm, both the reference concrete and Test Examples 1 to 3 above satisfy the appropriate slump range. However, under the same conditions as the above-mentioned concrete, the slump test was carried out while increasing the amount by which the general water in the blended water was replaced with the CNT dispersion by 1 part by weight in the same condition, as shown in [Graph 4]. If the slump at 20 parts by weight of the blended water is 185 mm, and the slump until this time is in the range of 210 ± 25 mm and exceeds the above range, problems such as poor construction due to fluidity decrease may be caused.

Figure 112012053830163-pat00007
Figure 112012053830163-pat00007

[그래프 4] CNT분산액 치환 적용율에 따른 슬럼프 변화 추이
[Graph 4] Trend of Slump Change According to Application Rate of CNT Dispersion Substitution

위와 같은 슬럼프의 변화는 콘크리트 내의 CNT양에 따라 야기된 것이므로 배합수 중 일반수를 CNT분산액으로 치환한 비율을 CNT양을 기준으로 환산하면 CNT가 배합수 100중량부 대비 0.12~0.4중량부 범위로 혼합될 때 콘크리트의 적정 유동성이 유지된다고 할 수 있다.
Since the above-mentioned slump change is caused by the amount of CNT in the concrete, the ratio of replacing the general water with the CNT dispersion in the blended water based on the amount of CNT is converted into CNT in the range of 0.12-0.4 parts by weight relative to 100 parts by weight of the blended water. When mixed, it can be said that the proper fluidity of the concrete is maintained.

2. 강도특성2. Strength characteristics

콘크리트의 압축강도와 할렬인장강도(쪼갬인장강도)는 아래의 [표 5]에 정리한 바와 같이 재령 3일, 7일, 28일에 각각 실시하였다.
The compressive strength and splitting tensile strength of the concrete (split tensile strength) were carried out on the 3rd, 7th and 28th days, respectively, as summarized in [Table 5] below.

구분
division
압축강도(MPa)Compressive strength (MPa) 쪼갬 인장강도(MPa)Split Tensile Strength (MPa)
3일3 days 7일7 days 28일28th 3일3 days 7일7 days 28일28th PlainPlain 29.829.8 45.845.8 58.758.7 2.502.50 2.862.86 3.93.9 시험예1Test Example 1 32.032.0 45.845.8 60.260.2 2.552.55 3.193.19 4.04.0 시험예2Test Example 2 31.631.6 46.346.3 59.859.8 2.752.75 2.942.94 4.24.2 시험예3Test Example 3 31.831.8 47.947.9 60.360.3 2.742.74 3.543.54 4.24.2

콘크리트의 압축강도 측정결과는 아래의 [그래프 5]에 나타난 바와 같다. 콘크리트의 압축강도는 기준콘크리트에서 시험예1~3으로 갈수록, 즉 CNT 혼입양이 많아질수록 상승하는 경향을 보이는 것으로 타나났다. 재령 3일에서의 압축강도는 시험예1이 가장 높으나 시험예3과 큰 차이가 있는 것은 아니고, 시험예3에서도 재령 3일 압축강도가 기준콘크리트에 비해 압축강도가 6.7%이상 향상된 것으로 측정되었다. 다만, 본 발명이 목적하는 온도균열 감소를 위해 콘크리트의 압축강도가 크리티컬한 요소는 아니므로 CNT 혼합에 따라 압축강도상 악영향이 없음은 물론 다소간의 긍정적 효과가 확인하는 차원에서 압축강도 시험의 의의를 설명할 수 있다.
Compressive strength measurement results of concrete are shown in [Graph 5] below. The compressive strength of concrete showed a tendency to increase from the reference concrete to Test Examples 1 to 3, that is, the amount of CNT incorporation increased. The compressive strength at 3 days of age was the highest in Test Example 1, but there was no significant difference from Test 3, and in Test Example 3, the compressive strength was increased by more than 6.7% compared to the reference concrete. However, since the compressive strength of concrete is not a critical factor in order to reduce the desired temperature crack, the present invention explains the significance of the compressive strength test in terms of confirming that there is no adverse effect on the compressive strength according to the mixing of CNTs. can do.

Figure 112012053830163-pat00008
Figure 112012053830163-pat00008

[그래프 5] - 압축강도 측정결과
[Graph 5]-Compressive strength measurement result

콘크리트의 인장강도 측정결과는 아래의 [그래프 6]에 나타난 바와 같다. 콘크리트의 인장강도는 기준콘크리트에서 시험예1~3으로 갈수록, 즉 CNT 혼입양이 많아질수록 상승하는 경향이 있는 것으로 나타났다. 재령 3일에서의 인장강도는 시험예2가 가장 높으나 시험예3과 큰 차이가 있는 것은 아니고, 시험예3도 재령 3일에서의 인장강도가 기준콘크리트에 비해 인장강도가 9.6% 향상된 것으로 나타났다. CNT 혼입양을 지속적으로 증가시키는 경우 재령 3일 인장강도는 기준콘크리트에 비해 10% 가량 향상되는 수준으로 수렴되며 재령 28일 인장강도는 8% 가량 향상되는 수준으로 수렴된다. 따라서 콘크리트의 인장강도 향상을 위해 CNT를 과도하게 혼합시키는 것에 큰 장점은 없으며, 굳지 않은 콘크리트의 유동성을 고려하여 배합수 100중량부 대비 CNT 0.12~0.4중량부가 되도록 하는 것이 바람직하다.
Tensile strength measurement results of concrete are shown in [Graph 6] below. It was found that the tensile strength of concrete tended to increase from the reference concrete to Test Examples 1 to 3, that is, the amount of CNT incorporation increased. Tensile strength at 3 days of age was the highest in Test Example 2, but there is no significant difference from Test 3, and Test 3 also showed that the tensile strength at 3 days of age was 9.6% higher than the reference concrete. In the case of continuous increase in the amount of CNT incorporation, the three-day tensile strength converges to 10% improvement compared to the reference concrete, and the 28-day tensile strength converges to an 8% improvement. Therefore, there is no great advantage in excessively mixing the CNTs to improve the tensile strength of the concrete, it is preferable to make the CNT 0.12 ~ 0.4 parts by weight compared to 100 parts by weight of the blended water in consideration of the fluidity of the solidified concrete.

Figure 112012053830163-pat00009
Figure 112012053830163-pat00009

[그래프 6] - 인장강도 측정결과
[Graph 6]-Tensile strength measurement result

3. 3. 열적특성Thermal properties

본 발명은 CNT를 혼입한 수화열 방열 콘크리트에 관한 것으로서, CNT 혼입량에 따른 콘크리트의 열적특성 변화를 살피는 것이 중요하다. 콘크리트의 열적특성은 간이단열온도 상승시험과 열전도율 측정을 통해 테스트하였다.
The present invention relates to hydrated heat-dissipating concrete incorporating CNTs, and it is important to watch for changes in thermal properties of concrete according to the amount of CNT incorporation. The thermal properties of the concrete were tested by the simple thermal insulation temperature rise test and the thermal conductivity measurement.

간이단열온도 상승시험은 아래의 [참고도 4]에 도시된 바와 같이 단열성능이 있는 박스형태의 용기{가로, 세로, 높이가 각각 220mm(220×220×220)}에 콘크리트를 채워 넣고 상부를 개방한 상태로 중심부와 표면부의 온도차를 측정하여 CNT를 혼입한 콘크리트의 방열성능을 간접적으로 확인하고자 한 것이다.
In the simple thermal insulation temperature rising test, as shown in [Reference 4] below, a box-shaped container having a thermal insulation performance (width, length, and height is 220 mm (220 × 220 × 220), respectively) is filled with concrete, and the upper part is It was to indirectly check the heat dissipation performance of concrete mixed with CNTs by measuring the temperature difference between the center and the surface in the open state.

Figure 112012053830163-pat00010
Figure 112012053830163-pat00010

[참고도 4] - 간이단열온도상승시험 용기
[Reference Figure 4]-Simple Insulation Temperature Rise Test Vessel

위와 같은 방식으로 시험체의 중심부 온도와 표면도 온도를 측정한 간이단열온도 상승시험 결과는 아래의 [표 6]에 정리하였다.
The results of the simple thermal insulation temperature rising test in which the central temperature and the surface temperature of the test body were measured in the same manner as described above are summarized in [Table 6] below.



구분


division
시간
(h:m)
time
(h: m)
온도(℃)Temperature (℃)
중심부 최고온도 도달시간Central temperature reaching time 최고온도 도달시점When the maximum temperature is reached 가장 열악한 시점Worst point 중심부와 표면부의 온도차Temperature difference between the center and the surface 중심부
온도
center
Temperature
표면부
온도
Surface part
Temperature
중심부
온도
center
Temperature
표면부
온도
Surface part
Temperature
최고온도
도달시점
Temperature
Reach
가장 열악한 시점Worst point
PlainPlain 15:3015:30 32.632.6 29.429.4 32.632.6 28.828.8 3.23.2 3.83.8 시험예1Test Example 1 16:2016:20 32.632.6 29.329.3 32.632.6 29.329.3 3.33.3 3.33.3 시험예2Test Example 2 15:3015:30 32.632.6 29.529.5 32.632.6 29.329.3 3.13.1 3.33.3 시험예3Test Example 3 15:2015:20 31.631.6 28.828.8 31.631.6 28.528.5 2.82.8 3.13.1

위의 [표 6]에서 "최고온도 도달시점"은 시멘트 수화열에 의해 시험체의 중심부와 표면부에서 가장 높은 온도에 도달하는 시점을 칭하고, "가장 열악한 시점"이란 시험체의 중심부와 표면부의 온도차가 가장 큰 시점을 칭하는 것이다. 최고온도 도달시점과 가장 열악한 시점에서 시험체의 중심부 온도와 표면부 온도는 시험예 1,2가 기준콘크리트에 비해 크게 개선되었다고 보기 어렵다. 그러나 시험예3은 기준콘크리트에 비해 최고온도 도달시점에서 중심부 온도가 1℃, 표면부 온도가 0.6℃ 하강하였고, 가장 열악한 시점에서는 중심부 온도가 1℃, 표면부 온도가 0.3℃ 하강하였다. 이는 시험체 사이즈가 220×220×220(㎜)인 점을 감안할 때 기준콘크리트에 비해 큰 폭으로 개선될 수치라 할 수 있다. 또한, 중심부와 표면부의 온도차는 최고온도 도달시점에서 2.8℃, 가장 열악한 시점에서 3.1℃로 이는 기준콘크리트의 중심부 표면부 온도차에 비해 각각 12.5%, 18.4% 개선된 것이다. 콘크리트의 부재의 중심부와 표면부의 온도차에 의한 수축변형 구속, 수화열에 의해 상승되었던 온도가 하강할 때의 수축변형 구속 등에 의해 발생하는 응력이 콘크리트의 인장강도를 초과할 때 균열이 발생하게 된다. 따라서 수화열에 의한 온도상승이 낮아지고, 중심부와 표면부의 온도차가 작아진 시험예3은 균열 발생 저감에 효과적인 것으로 판단할 수 있다.
In the above [Table 6], the "highest time point" refers to the point at which the cement hydration heat reaches the highest temperature at the center and the surface of the test specimen, and the "lowest point" refers to the temperature difference between the center and the surface of the test specimen. The big point is to call. At the peak temperature and at the worst temperature, the central temperature and the surface temperature of the test specimens cannot be significantly improved compared to the reference concrete. However, in Test Example 3, the temperature at the center was 1 ° C. and the surface temperature was 0.6 ° C. at the time of reaching the highest temperature compared to the reference concrete. At the worst time, the temperature at the center was 1 ° C. and the surface temperature was 0.3 ° C. This can be said to be a significant improvement compared to the reference concrete, considering that the specimen size is 220 × 220 × 220 (mm). In addition, the temperature difference between the center and the surface is 2.8 ° C at the time of reaching the highest temperature and 3.1 ° C at the worst, which is an improvement of 12.5% and 18.4%, respectively, compared to the temperature difference between the central part and the surface of the reference concrete. Cracks occur when the stress caused by the shrinkage strain restraint caused by the temperature difference between the center and the surface of the member of the concrete and the shrinkage strain restraint when the temperature rises due to the heat of hydration exceeds the tensile strength of the concrete. Therefore, Test Example 3, in which the temperature rise due to the heat of hydration is lowered and the temperature difference between the central part and the surface part is decreased, can be judged to be effective in reducing the occurrence of cracks.

기준콘크리트와 시험예1~3에 대한 시간별 온도 변화 양상은 아래의 [그래프 7] 내지 [그래프 10]에 나타내었다.
Time-specific temperature change patterns for the reference concrete and Test Examples 1 to 3 are shown in [Graph 7] to [Graph 10] below.

Figure 112012053830163-pat00011
Figure 112012053830163-pat00011

[그래프 7] - 간이단열온도 상승시험 결과(Plain)
[Graph 7]-Test result of simple thermal insulation temperature rise (Plain)

Figure 112012053830163-pat00012
Figure 112012053830163-pat00012

[그래프 8] - 간이단열온도 상승시험 결과(CNT 2%)
[Graph 8]-Test result of simple insulation temperature rise (CNT 2%)

Figure 112012053830163-pat00013
Figure 112012053830163-pat00013

[그래프 9] - 간이단열온도 상승시험 결과(CNT 4%)
[Graph 9]-Test result of simple insulation temperature rise (CNT 4%)

Figure 112012053830163-pat00014
Figure 112012053830163-pat00014

[그래프 10] - 간이단열온도 상승시험 결과(CNT 6%)
[Graph 10]-Test result of simple thermal insulation temperature rise (CNT 6%)

열전도율 시험은 비정상 열선법에 의해 열전도율을 측정하는 QTM-500을 활용하였다. 열전도율 측정결과는 아래 [표 7]에 정리된 바와 같다.
The thermal conductivity test utilized QTM-500 which measures the thermal conductivity by the abnormal heat wire method. Thermal conductivity measurement results are summarized in [Table 7] below.

구 분division 열전도율(W/mK)Thermal conductivity (W / mK) PlainPlain 2.11482.1148 시험예1Test Example 1 2.08752.0875 시험예2Test Example 2 2.21122.2112 시험예3Test Example 3 2.52002.5200

열전도율은 기준콘크리트에서 시험예1~3으로 갈수록 증가하며, 시험예3은 기준콘크리트에 비해 19% 가량 상승하였다.
Thermal conductivity is increased from the reference concrete to Test Examples 1 to 3, Test Example 3 was increased by about 19% compared to the reference concrete.

위와 같은 콘크리트의 열적특성 시험 결과 시험예3의 CNT 함유율(배합수 100중량부 대비 CNT 0.12중량부) 이상에서 온도균열 저감에 유의미한 효과가 나타났다. CNT 함유율을 지속적으로 증가시키는 경우 콘크리트의 열적특성은 향상되나 유동성 및 경제성을 고려할 때 CNT는 배합수 100중량부 대비 0.12~0.4중량부가 되도록 함이 바람직하다.
As a result of the thermal properties of the concrete test results showed a significant effect on the temperature cracking reduction in the CNT content of Test Example 3 (0.12 parts by weight of CNTs compared to 100 parts by weight of mixed water). When the CNT content is continuously increased, the thermal properties of the concrete are improved, but considering the fluidity and economics, the CNT is preferably 0.12 to 0.4 parts by weight based on 100 parts by weight of the blended water.

4. 건조수축 길이변화4. Drying shrinkage length change

시험예3이 온도균열 저감 효과가 있음을 검증하기 위해 기준콘크리트와 시험예3에 대한 건조시축 시험을 추가로 시행하였다. 시간별 발생 응력의 변화 추이는 아래의 [그래프 11]에 나타난 바와 같다.
In order to verify that the test example 3 has the effect of reducing the temperature cracks, a dry test for the reference concrete and the test example 3 was further performed. The change in the generated stress over time is shown in [Graph 11] below.

Figure 112012053830163-pat00015
Figure 112012053830163-pat00015

[그래프 11] - 건조수축 길이변화 측정결과
[Graph 11]-Measurement result of dry shrinkage length change

건조수축 길이변화 측정결과 시험예3은 건조수축량이 저감될 뿐만 아니라 콘크리트의 중심부 최고온도 도달시점에서 [그래프 11]에 점선으로 표시된 바와 같이 지연팽창을 일으키는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 지연팽창 성능은 인장강도 개선에도 영향을 미치는 것으로 판단되며, 건조수축에 의한 균열저감 효과가 탁월한 것으로 나타났다.
As a result of measuring dry shrinkage length change, Test Example 3 was found to not only reduce the amount of dry shrinkage but also cause delayed expansion as indicated by the dotted lines in [Graph 11] at the point of reaching the maximum temperature of the concrete center. The delayed expansion performance is also considered to have an effect on the improvement of tensile strength, and the crack reduction effect by dry shrinkage is excellent.

한편, CNT는 밀도가 낮으므로 콘크리트 조성물에 대한 양생이 진행되면서 일부가 표면쪽으로 떠올라 CNT 혼입량에 비해 매스 콘크리트의 균열 저항 성능이 저하될 수 있다. 이에 본 발명은 「상기 CNT의 표면에는 산화마그네슘(MgO)이 코팅된 것을 특징으로 하는 CNT를 혼입한 수화열 방열 매스 콘크리트 조성물」을 함께 제공한다. 이에 따라 CNT가 표면으로 떠오르는 문제점을 개선하고, 아울러 지연팽창 성질을 가진 산화마그네슘의 혼입을 통해 매스 콘크리트의 균열저항 성능이 더욱 우수해진다.
On the other hand, CNTs have a low density, so as the curing of the concrete composition proceeds, some of them rise toward the surface, and the crack resistance performance of the mass concrete may be lowered compared to the amount of CNT incorporation. Accordingly, the present invention provides the "hydration heat dissipation mass concrete composition incorporating CNT, wherein the surface of the CNT is coated with magnesium oxide (MgO)." Accordingly, the problem of CNTs rising to the surface is improved, and the crack resistance performance of the mass concrete is further improved through the incorporation of magnesium oxide having a delayed expansion property.

아래의 [표 8] 내지 [표 10]은 CNT의 표면에 산화마그네슘을 코팅하기 전·후의 콘크리트 물성을 비교한 것이다. 시험예4는 시험예3과 다른 조건은 동일게 하되, 함유된 CNT를 산화마그네슘으로 코팅하여 적용한 것이다.
Tables 8 to 10 below compare concrete properties before and after coating magnesium oxide on the surface of CNTs. Test Example 4 is the same as in Test Example 3, but was applied by coating the contained CNT with magnesium oxide.

구 분division 슬럼프(mm)Slump (mm) 슬럼프 플로우(mm)Slump flow (mm) 공기량(vol%)Air volume (vol%) 콘크리트 온도(℃)Concrete temperature (℃) 시험예3Test Example 3 210210 330×330330 × 330 1.61.6 22.422.4 시험예4Test Example 4 215215 335×330335 × 330 1.61.6 22.222.2

위 [표 8]에 나타난 바와 같이 CNT에 MgO 코팅 여부에 따라 굳지 않은 콘크리트의 유동성 변화가 크게 나타나지는 않으나 MgO를 코팅하였을 때가 그렇지 않은 경우에 비해 동등한 수준 이상의 유동성이 발현되는 것으로 확인되었다.
As shown in the above [Table 8], the change in the fluidity of the hardened concrete does not appear significantly depending on whether MgO is coated on the CNT, but when MgO is coated, it is confirmed that the fluidity of the equivalent level is higher than that of the case where the MgO is coated.


구분

division
시간
(h:m)
time
(h: m)
온도(℃)Temperature (℃)
중심부 최고온도 도달시간Central temperature reaching time 최고온도 도달시점When the maximum temperature is reached 가장 열악한 시점Worst point 중심부와 표면부의
온도차
Center and surface
Temperature difference
중심부
온도
center
Temperature
표면부
온도
Surface part
Temperature
중심부
온도
center
Temperature
표면부
온도
Surface part
Temperature
최고온도
도달시점
Temperature
Reach
가장 열악한 시점Worst point
시험예3Test Example 3 15:2015:20 31.631.6 28.828.8 31.631.6 28.528.5 2.82.8 3.13.1 시험예4Test Example 4 15:2015:20 31.431.4 28.928.9 31.431.4 28.628.6 2.52.5 2.82.8

위 [표 9]는 시험예3,4 시험체의 중심부 온도와 표면도 온도를 측정한 간이단열온도 상승시험 결과를 정리한 것이다.[Table 9] summarizes the results of the simple thermal insulation temperature rise test by measuring the central temperature and the surface temperature of the test specimens 3 and 4.

시험예4는 시험예3에 비해 최고온도 도달시점에서 중심부 온도가 0.2℃ 하강하고, 표면부 온도가 0.1℃ 상승하였고, 가장 열악한 시점에서도 중심부 온도가 0.2℃ 하강하고, 표면부 온도가 0.1℃ 상승하였다. 이에 따라 중심부와 표면부의 온도차는 최고온도 도달시점에서 2.5℃, 가장 열악한 시점에서 2.8℃로 좁혀지므로 CNT에 MgO를 코팅함으로써 콘크리트의 온도균열 저감 효과가 크게 개선될 것으로 판단된다.
In Test Example 4, the temperature of the center portion decreased by 0.2 ° C, the surface temperature increased by 0.1 ° C, and the temperature of the center part decreased by 0.2 ° C, and the surface temperature increased by 0.1 ° C at the time of reaching the highest temperature compared to Test Example 3. It was. As a result, the temperature difference between the center and the surface is narrowed to 2.5 ° C at the time of reaching the highest temperature and 2.8 ° C at the worst, so that the effect of reducing the temperature cracking of the concrete will be greatly improved by coating MgO on the CNT.

구분
division
압축강도(MPa)Compressive strength (MPa) 쪼갬 인장강도(MPa)Split Tensile Strength (MPa)
3일3 days 7일7 days 28일28th 3일3 days 7일7 days 28일28th 시험예3Test Example 3 31.831.8 47.947.9 60.360.3 2.742.74 3.543.54 4.24.2 시험예4Test Example 4 33.233.2 49.349.3 63.263.2 2.632.63 3.653.65 4.524.52

위의 [표 10]은 시험예3,4 시험체의 압축강도와 쪼갬 인장강도 측정결과를 정리한 것이다. CNT에 MgO 코팅을 하는 경우 압축강도과 쪼갬 인장강도는 전체적으로 향상되었다. 이는 CNT에 MgO 코팅을 하여 CNT의 밀도를 높임으로써 CNT의 기계적 성능을 최대한 발휘할 수 있었던 결과로 판단되며, 코팅된 MgO의 팽창성능으로 인하여 콘크리트 내부의 미세공극을 충전해 준 것도 압축강도 증진에 영향을 미친것으로 판단된다.
Table 10 above summarizes the results of compressive and split tensile strength measurements of Test Samples 3 and 4. The MgO coating on the CNTs improved overall compressive and split tensile strengths. This is judged to be the result of the CNT mechanical performance of the CNT by increasing the density of the CNT by applying MgO coating on the CNT, and the filling of micropores in the concrete due to the expansion performance of the coated MgO also affects the compressive strength improvement. It is judged to be crazy.

한편, 본 발명은 「길이 6~12㎜의 탄소섬유가 상기 결합재 100중량부 대비 0.25~0.5중량부 첨가된 것을 특징으로 하는 CNT를 혼입한 수화열 방열 매스 콘크리트 조성물」을 함께 제공한다. 상기 탄소섬유는 CNT의 성능을 극대화하기 위한 매개체로 도입된 것이다.
On the other hand, the present invention provides a "hydration heat dissipation mass concrete composition containing CNTs, characterized in that 0.25 to 0.5 parts by weight of carbon fiber having a length of 6 to 12 mm is added to 100 parts by weight of the binder. The carbon fiber is introduced as a medium for maximizing the performance of the CNT.

아래의 [표 11]은 첨가되는 탄소섬유의 길이 및 함량을 달리한 콘크리트 배합표이다. 비교예1은 CNT가 배합수 100중량부 대비 0.12중량부 포함된 콘크리트 조성물의 예이고, 비교예2는 상기 비교예1에 6mm 길이의 탄소섬유를 함량을 달리하여 첨가한 예이고, 비교예3은 상기 비교예1에 12mm 길이의 탄소섬유를 함량을 달리하여 첨가한 예이다. [표 12]는 굳지않은 콘크리트의 유동성을 측정한 결과를 비교예별로 정리한 것이고, [표 13]은 경화된 콘크리트의 열전도율을 측정한 결과를 비교예별로 정리한 것이다.
[Table 11] below is a concrete compounding table having different lengths and contents of added carbon fibers. Comparative Example 1 is an example of a concrete composition containing CNT is 0.12 parts by weight relative to 100 parts by weight of the blended water, Comparative Example 2 is an example in which the carbon fiber of 6mm length was added to Comparative Example 1 by varying the content, Comparative Example 3 Is an example in which the carbon fiber having a length of 12mm was added to the Comparative Example 1 by varying the content. [Table 12] summarizes the results of measuring the fluidity of the hard concrete by comparative examples, [Table 13] summarizes the results of measuring the thermal conductivity of the hardened concrete by comparative examples.

구 분division 탄소섬유
첨가율(wt%)
(결합재대비)
Carbon fiber
Addition rate (wt%)
Of binder
단위재료량(㎏/㎥)Unit material amount (kg / m3)
WW OPCOPC 탄소섬유Carbon fiber CNTCNT SS CNT 콘크리트(비교예1)CNT Concrete (Comparative Example 1) --


225



225



450



450
--


27



27



1350



1350

CNT+탄소섬유(6) 콘크리트
(비교예2)

CNT + Carbon Fiber (6) Concrete
(Comparative Example 2)
0.250.25 1.1251.125
0.50.5 2.252.25 1.01.0 4.54.5 2.02.0 9.09.0
CNT+탄소섬유(12) 콘크리트
(비교예3)

CNT + Carbon Fiber (12) Concrete
(Comparative Example 3)
0.250.25 1.1251.125
0.50.5 2.52.5 1.01.0 4.54.5 2.02.0 9.09.0

구 분division 슬럼프(mm)Slump (mm) 1회1 time 2회Episode 2 평균Average 비교예1Comparative Example 1 215.0215.0 221.0221.0 218.0218.0
비교예2

Comparative Example 2
0.250.25 209.0209.0 207.0207.0 208.0208.0
0.50.5 193.0193.0 189.0189.0 191.0191.0 1.01.0 197.0197.0 192.0192.0 194.5194.5 2.02.0 173.0173.0 174.0174.0 173.5173.5
비교예3

Comparative Example 3
0.250.25 200.0200.0 196.0196.0 198.0198.0
0.50.5 186.0186.0 187.0187.0 186.5186.5 1.01.0 146.0146.0 147.0147.0 146.5146.5 2.02.0 111.0111.0 109.0109.0 110.0110.0

위의 [표 12]에 나타난 바와 같이 굳지 않은 콘크리트의 유동성은 탄소섬유의 길이에 관계없이 탄소섬유 혼입량이 증가함에 따라 저하되는 것으로 나타났다. 다만 KS F 4009에 따른 적정 슬럼프값이 210±25mm이므로 첨가된 탄소섬유의 길이가 6mm인 비교예2에서는 탄소섬유 첨가율이 결합재 대비 0.25~1.0wt% 범위에서 위 적정값을 만족하였고, 첨가된 탄소섬유의 길이가 12mm인 비교예3에서는 탄소섬유 첨가율이 결합재 대비 0.25~0.5wt% 범위에서 위 적정값을 만족하는 것으로 나타났다.
As shown in [Table 12], the fluidity of the unconsolidated concrete was found to decrease with increasing carbon fiber incorporation regardless of the length of the carbon fiber. However, since the appropriate slump value according to KS F 4009 is 210 ± 25mm, in Comparative Example 2 in which the length of the added carbon fiber is 6mm, the carbon fiber addition rate satisfies the above optimum value in the range of 0.25 to 1.0wt% of the binder. In Comparative Example 3 having a fiber length of 12 mm, the carbon fiber addition rate was found to satisfy the above titer value in the range of 0.25 to 0.5 wt% relative to the binder.

구 분division 열전도율(W/mK)Thermal conductivity (W / mK) 비교예1Comparative Example 1 1.64881.6488
비교예2

Comparative Example 2
0.250.25 1.68021.6802
0.50.5 1.70051.7005 1.01.0 1.60771.6077 2.02.0 1.59461.5946
비교예3

Comparative Example 3
0.250.25 1.69831.6983
0.50.5 1.67861.6786 1.01.0 1.60751.6075 2.02.0 1.47941.4794

비교예2 및 비교예3 모두에서 탄소섬유 첨가율이 결합재 대비 0.25~0.5wt% 범위일 때 비교예1 보다 열전도율이 높게 나타났다.
In both Comparative Examples 2 and 3, the thermal conductivity was higher than that of Comparative Example 1 when the carbon fiber addition rate was in the range of 0.25 to 0.5 wt% relative to the binder.

위의 [표 12] 및 [표 13]에 나타난 결과를 정리하면, 길이 6~12㎜의 탄소섬유가 상기 결합재 100중량부 대비 0.25~0.5중량부 첨가될 때 적정 범위의 유동성을 만족하면서도 열전도율이 개선된다.Summarizing the results shown in [Table 12] and [Table 13] above, the thermal conductivity is satisfactory while satisfying the fluidity in the appropriate range when 0.25 to 0.5 parts by weight of carbon fiber having a length of 6 to 12 mm is added to 100 parts by weight of the binder. Is improved.

Claims (3)

삭제delete 결합재, 잔골재, 굵은골재 및 배합수를 포함하는 콘크리트 조성물로서,
상기 배합수는 일반수 80~97중량부 및 CNT 분산액 3~20중량부로 구성되고,
상기 CNT 분산액은 용매 96~98중량부 및 CNT분말 2~4중량부로 구성되고,
CNT의 양이 상기 배합수 100중량부 대비 0.12~0.4중량부이며,
상기 CNT의 표면에는 산화마그네슘(MgO)이 코팅된 것을 특징으로 하는 CNT를 혼입한 수화열 방열 매스 콘크리트 조성물.
As a concrete composition comprising a binder, fine aggregate, coarse aggregate and blending water,
The blended water is composed of 80 to 97 parts by weight of general water and 3 to 20 parts by weight of CNT dispersion liquid,
The CNT dispersion is composed of 96 to 98 parts by weight of solvent and 2 to 4 parts by weight of CNT powder,
The amount of CNT is 0.12 to 0.4 parts by weight based on 100 parts by weight of the blended water,
The surface of the CNT is magnesium oxide (MgO) is coated with the hydration heat radiation mass concrete composition incorporating CNT, characterized in that the coating.
제2항에서,
길이 6~12㎜의 탄소섬유가 상기 결합재 100중량부 대비 0.25~0.5중량부 첨가된 것을 특징으로 하는 CNT를 혼입한 수화열 방열 매스 콘크리트 조성물.
3. The method of claim 2,
Hydrated heat-dissipating mass concrete composition containing CNTs having a carbon fiber of 6 to 12 mm in length and 0.25 to 0.5 parts by weight based on 100 parts by weight of the binder.
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