KR101953875B1 - Concrete composite using cellulose nanocrystal(cnc) and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 셀룰로오스 나노크리스탈을 이용한 콘크리트 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 초음파 및 교반 전처리된 셀룰로오스 나노 크리스탈을 사용하여 수축 저감 및 휨·인장강도가 향상된 콘크리트 조성물에 관한 것이다. The present invention relates to a concrete composition using cellulose nano-crystals, and more particularly, to a concrete composition which is improved in shrinkage reduction, warpage and tensile strength by using ultrasound and agitated pretreated cellulose nano-crystals.
현대 건축 구조물에서 가장 널리 사용되고 있는 재료 중의 하나인 콘크리트는 경제적이고, 재료를 비교적 쉽게 구할 수 있고 형상가공이 용이하며, 적당한 압축강도가 쉽게 얻어지고 내구성 우수, 안정한 구조물의 시공이 가능하다는 장점을 가지고 있어 건축, 토목 재료로서 광범위하게 사용되고 있다.Concrete, which is one of the most widely used materials in modern architectural structures, is economical, has a merit that relatively easy materials can be obtained, shape is easy to be processed, moderate compression strength is easily obtained, durability is excellent, and stable construction is possible It has been widely used as construction materials and civil engineering materials.
일반적으로 콘크리트 구조물은 압축 강도가 우수하지만, 인장 강도 및 신장 능력이 떨어진다. 아울러, 시공 과정에서 체적 변화와 구속 조건 및 외력이 작용하게 되어, 콘크리트 구조물에는 균열이 발생하게 된다. 이러한 균열을 방치하게 되면, 균열을 통해 이물질이 침투하여, 콘크리트 구조물의 내구성이 저하될 수 있다. 이로 인해, 초기수축에 의한 균열을 방지하기 위하여 콘크리트 타설시 팽창성 분말 혼화재 또는 PVA, PP 등과 같은 합성 섬유를 첨가한다. Generally, concrete structures are excellent in compressive strength but have poor tensile strength and elongation ability. In addition, volume changes, constraint conditions, and external forces are applied during the construction process, resulting in cracks in the concrete structure. If such cracks are left untreated, foreign matter may penetrate through the cracks and the durability of the concrete structure may be deteriorated. For this reason, in order to prevent cracks due to the initial shrinkage, synthetic fibers such as PVA, PP and the like are added when the concrete is cast.
수축저감 및 고강도를 갖는 기술과 관련하여, 한국등록특허 제10-1359187호는 하이플로 시멘트 50 내지 60 중량부; 고로 슬래그 미분말 25 내지 35 중량부; 실리카흄 5 내지 15 중량부 및 초고성능 결합재 2 내지 8 중량부를 포함하는 시멘트 결합재 조성물 및 이를 용한 프리캐스트 콘크리트 2차 제품의 제조방법을 제시하고 있다.With respect to the technique of shrinkage reduction and high strength , Korean Patent Registration No. 10-1359187 discloses that 50 to 60 parts by weight of hi-flow cement; 25 to 35 parts by weight of fine blast furnace slag powder; 5 to 15 parts by weight of silica fume and 2 to 8 parts by weight of an ultra high performance binder, and a method for producing a precast concrete secondary product using the same.
한편, 전세계적으로 의무화되는 탄소 배출 저감, 친환경 및 천연 소재의 활용 추세에 따라 건축재료로서 석유기반 고분자계 혼화제를 대체한 생체친화형 소재에 대한 관심이 증가되고 있다.On the other hand, interest in biocompatible materials replacing petroleum-based polymer based admixtures as building materials has been increasing due to the global reduction of carbon emissions and the trend of using environmentally friendly and natural materials.
최근 목질계 바이오매스로부터 얻어지는 고분자 나노물질인 나노 셀룰로오스는 나노 기술(NT)과 바이오 기술(BT)이 융합된 고성능 친환경의 차세대 신소재로써 주목을 받고 있다.Recently, nanocellulose, a polymer nanomaterial obtained from woody biomass, is attracting attention as a high-performance eco-friendly new material with a fusion of nanotechnology (NT) and biotechnology (BT).
나노 셀룰로오스(Nano Cellulose)는 셀룰로오스 사슬이 다발을 이루며 빽빽하게 결합한 나노·마이크로미터 크기의 막대형태 입자 혹은 섬유를 말한다. 일반적으로 나노셀룰로오스는 인장탄성계수(tensile modulus)가 강철이나 케블라(Kevlar)와 비슷하고(100~160 GPa), 밀도가 작으며(0.8~1.5 g/㎤), 넓은 비표면적(specific surface area)을 가지고 있다. Nano Cellulose refers to nano-micrometer-sized rod-shaped particles or fibers that are tightly bundled together in a bundle of cellulose chains. In general, nanocellulose has a tensile modulus similar to that of steel or Kevlar (100 to 160 GPa), a low density (0.8 to 1.5 g / cm3), a broad specific surface area Lt; / RTI >
나노 셀룰로오스는 바이오 매스에서 추출하는 방법에 따라 크게 셀룰로오스 나노섬유(cellulose nanofibril, CNF)와 셀룰로오스 나노결정(cellulose nanocrystal, CNC)으로 나눌 수 있다. Nanocellulose can be divided into cellulose nanofibril (CNF) and cellulose nanocrystal (CNC) depending on the method of extraction from biomass.
셀룰로오스 나노섬유(cellulose nanofibril, CNF)는 보통 직경(폭)이 5~100 nm, 길이가 수에서 수십 μm인 섬유로써 기계적 처리(mechanical treatment)를 통해 제조되는 반면 셀룰로오스 나노결정(cellulose nanocrystal, CNC)은 직경(폭)이 2~20 nm이고, 길이가 200~600nm인 막대기 모양의 결정으로써 화학적 처리(chemical treatment)를 통해 얻어진다.Cellulose nanofibrils (CNFs) are usually produced by mechanical treatment with fibers of 5 to 100 nm in diameter and tens of μm in length, while cellulose nanocrystals (CNC) Is a rod-like crystal having a diameter (width) of 2 to 20 nm and a length of 200 to 600 nm, which is obtained by chemical treatment.
현재, 나노 셀룰로오스와 관련하여 목계 물질 및 폐기물로부터 나노 셀룰로오스 섬유를 수득하는 방법 및 높은 수율로 나노 셀룰로오스 섬유를 제조하는 방법 및 장치에 관한 연구 및 개발이 주류를 이루고 있다. At present, research and development on methods for obtaining nanocellulose fibers from wood-based materials and wastes and methods and apparatus for producing nanocellulose fibers with high yield have been the mainstream in connection with nanocellulose.
한편, 셀룰로오스 나노결정은 상술된 바와 같이, 우수한 물리적 특징으로 보유하고 있으나, 이를 건축재로 적용한 기술은 전무한 실정이었으며, 본 발명자는 셀룰로오스 나노 결정의 건축재 적용을 위한 연구의 일환으로 셀룰로오스 나노 결정의 혼합 및 셀룰로오스 나노 결정의 전처리를 통하여 분산성을 향상시킴과 동시에 수축 저감 및 휨·인장강도의 향상을 확인하여 본 발명에 이르게 되었다.On the other hand, although the cellulose nanocrystals have excellent physical characteristics as described above, there has been no technology applying the cellulose nanocrystals as a building material. The present inventors have found that cellulose nanocrystals can be mixed with cellulose nanocrystals Cellulose nanocrystals to improve the dispersibility and to reduce the shrinkage and to improve the warpage and tensile strength, leading to the present invention.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 초음파 및 교반 전처리된 셀룰로오스 나노 크리스탈을 사용하여 수축 저감 및 휨·인장강도가 향상된 콘크리트 조성물을 제공하는 것이다.In order to solve the above problems, it is an object of the present invention to provide a concrete composition having reduced shrinkage and improved bending and tensile strength by using ultrasound and agitated pretreated cellulose nano-crystals.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 셀룰로오스 나노 크리스탈을 이용한 콘크리트 조성물은 시멘트 40 내지 75중량%와 고로 슬래그 25 내지 60 중량%를 포함하는 결합재 100중량부와; 상기 결합재 100중량부에 대하여 150 내지 300중량부 첨가되는 골재;와 상기 시멘트 전체 체적에 대하여 0.05 내지 1%(v/v) 첨가되는 셀룰로오스 나노크리스탈(CNC) 분말;과 W/B(물/결합재의 중량 혼합비) 40 내지 50%로 혼합되는 물을 포함한다.To achieve the above object, the present invention provides a concrete composition using cellulose nano-crystals, which comprises 100 parts by weight of a binder including 40 to 75% by weight of cement and 25 to 60% by weight of blast furnace slag; (C) a cellulose nano-crystal (CNC) powder added in an amount of 0.05 to 1% (v / v) based on the total volume of the cement; and W / B By weight) to 40% to 50% by weight of water.
상기 골재는 잔골재 40 내지 45 중량%와 굵은 골재 55 내지 60 중량%를 포함하며, 상기 잔골재는 표준 망체인 5mm의 체를 85% 이상 통과하는 골재이며, 상기 굵은 골재는 표준 망체인 5mm의 체에 90% 이상 남는 굵은 골재인 것을 특징으로 한다.The aggregate comprises 40 to 45% by weight of fine aggregate and 55 to 60% by weight of coarse aggregate, wherein the fine aggregate is an aggregate passing at least 85% of a sieve having a standard mesh chain of 5 mm, and the coarse aggregate is a sieve of 5 mm And the coarse aggregate remaining at least 90%.
상기 셀룰로오스 나노크리스탈(CNC) 분말은 비표면적 100 내지 1000 ㎡/g, 평균 입경 1 내지 100 ㎛, 결정 밀도 0.5 내지 5 g/㎤, 중량 수분함량 3 내지 8%, 결정 평균 직경 2 내지 5nm, 결정 평균 길이 20 내지 150nm, pH 6 내지 7 를 갖는 것을 특징으로 한다.The cellulosic nanocrystal (CNC) powder has a specific surface area of 100 to 1000 m 2 / g, an average particle size of 1 to 100 탆, a crystal density of 0.5 to 5 g / cm 3, a weight moisture content of 3 to 8%, a crystal average diameter of 2 to 5 nm, An average length of 20 to 150 nm, and a pH of 6 to 7.
상기 셀룰로오스 나노크리스탈 분말은 결합재와 골재를 혼합하기 전 30,000 내지 50,000 J의 초음파 분산 및 500 내지 1,500 rpm 에서 교반 중 어느 하나 이상의 전처리 방법을 이용하여 분산되는 것을 특징으로 한다.The cellulose nano-crystal powder is dispersed using any one of pretreatment methods such as ultrasonic dispersion of 30,000 to 50,000 J and stirring at 500 to 1,500 rpm before mixing the binder and the aggregate.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 셀룰로오스 나노 크리스탈을 이용한 콘크리트 조성물의 제조방법은 시멘트 40 내지 75중량%와 고로 슬래그 25 내지 60 중량%를 포함하는 결합재, 골재, 셀룰로오스 나노크리스탈(CNC) 분말, W/B(물/결합재의 중량 혼합비) 40 내지 50%로 혼합되는 물을 포함하는 셀룰로오스 나노크리스탈을 이용한 콘크리트 조성물을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 물에 셀룰로오스 나노크리스탈(CNC)분말을 투입 및 분산시켜 분산액을 형성하는 CNC 전처리 단계(S100);와 상기 분산액에 결합재와 골재를 투입 및 혼합하는 혼합단계(S200)를 포함한다. A method for producing a concrete composition using cellulose nano-crystals according to the present invention for achieving the above object is a method for producing a concrete composition using cellulose nano-crystals, which comprises a binder, an aggregate, a cellulose nano-crystal (CNC) powder, The present invention relates to a method of preparing a concrete composition using cellulose nanocrystals comprising water mixed at a mixing ratio of 40 to 50% of water / B (weight / mixing ratio of water / binder), wherein cellulose nano crystal (CNC) A CNC preprocessing step (SlOO) for forming a dispersion liquid; and a mixing step (S200) for injecting and mixing the binder and the aggregate into the dispersion liquid.
상기 CNC 전처리 단계(S100)는 시멘트 전체 체적에 대하여 셀룰로오스 나노크리스탈(CNC)분말을 0.05 내지 1%(v/v) 첨가하는 것을 특징으로 한다.The CNC preprocessing step S100 is characterized by adding 0.05 to 1% (v / v) of cellulose nano-crystal (CNC) powder to the entire volume of the cement.
상기 CNC 전처리 단계(S100)는 30,000 내지 50,000 J의 초음파 분산 및 500 내지 1,500 rpm 에서 교반 중 어느 하나 이상의 방법을 이용하여 셀룰로오스 나노크리스탈(CNC) 분말을 물에 분산시키는 것을 특징으로 한다.The CNC preprocessing step (S100) is characterized by dispersing cellulose nano-crystal (CNC) powder in water by using at least one of ultrasonic dispersion of 30,000 to 50,000 J and stirring at 500 to 1,500 rpm.
상기 셀룰로오스 나노크리스탈(CNC) 분말은 비표면적 100 내지 1000 ㎡/g, 평균 입경 1 내지 100 ㎛, 결정 밀도 0.5 내지 5 g/㎤, 중량 수분함량 3 내지 8%, 결정 평균 직경 2 내지 5nm, 결정 평균 길이 20 내지 150nm, pH 6 내지 7 를 갖는 것을 특징으로 한다.The cellulosic nanocrystal (CNC) powder has a specific surface area of 100 to 1000 m 2 / g, an average particle size of 1 to 100 탆, a crystal density of 0.5 to 5 g / cm 3, a weight moisture content of 3 to 8%, a crystal average diameter of 2 to 5 nm, An average length of 20 to 150 nm, and a pH of 6 to 7.
상기 혼합단계(S200)는 결합재 100중량부와 상기 결합재 100중량부에 대하여 골재 150 내지 300 중량부를 투입 및 혼합하는 것을 특징으로 한다.In the mixing step (S200), 150 to 300 parts by weight of the aggregate is charged and mixed with 100 parts by weight of the binder and 100 parts by weight of the binder.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 셀룰로오스 나노 크리스탈을 이용한 콘크리트 조성물 및 이의 제조방법에 의하면, 초음파 및 교반 전처리된 셀룰로오스 나노 크리스탈을 사용하여 수축 저감 및 휨·인장강도가 향상된 효과가 있다.As described above, according to the concrete composition using the cellulose nano crystal according to the present invention and the manufacturing method thereof, shrinkage reduction, warpage and tensile strength are improved by using ultrasound and agitation pre-treated cellulose nano-crystals.
도 1은 본 발명에 따른 셀룰로오스 나노 크리스탈을 이용한 콘크리트 조성물의 제조방법을 보여주는 순서도.
도 2는 본 발명의 실시예 2와 비교예 1의 (A)휨강도 및 (B)인장강도를 비교한 그래프.
도 3은 본 발명의 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1의 수축저감 변화를 보여주는 그래프.
도 4는 CNC의 전처리에 따른 결정 구조를 비교한 SEM 사진(A는 CNC를 전처리없이 투입한 후 콘크리트 조성물을 형성한 그룹의 결정 구조이고, B는 CNC를 초음파 처리 및 교반처리 없이 증류수에 침지한 후 콘크리트 조성물을 형성한 그룹의 결정 구조이며, C는 CNC를 초음파 처리한 후 콘크리트 조성물을 형성한 그룹의 결정 구조)BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a flow chart showing a method of manufacturing a concrete composition using cellulose nano-crystals according to the present invention. FIG.
FIG. 2 is a graph comparing the flexural strength and the tensile strength of (A) the flexural strength and (B) tensile strength of Example 2 of the present invention and Comparative Example 1;
3 is a graph showing changes in shrinkage reduction of Example 1, Example 2, and Comparative Example 1 of the present invention.
FIG. 4 is a SEM photograph showing a crystal structure according to the pretreatment of CNC (A is a crystal structure of a group in which a concrete composition is formed after CNC is added without pretreatment, and B is CNC impregnated with distilled water without ultrasonic treatment and stirring C is the crystal structure of the group in which the concrete composition is formed after ultrasonic treatment of CNC,
본 발명의 구체적 특징 및 이점들은 이하에서 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이에 앞서 본 발명에 관련된 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 구체적인 설명을 생략하기로 한다.Specific features and advantages of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. The detailed description of the functions and configurations of the present invention will be omitted if it is determined that the gist of the present invention may be unnecessarily blurred.
본 발명은 셀룰로오스 나노크리스탈을 이용한 콘크리트 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 초음파 및 교반 전처리된 셀룰로오스 나노 크리스탈을 사용하여 수축 저감 및 휨·인장강도가 향상된 콘크리트 조성물에 관한 것이다. The present invention relates to a concrete composition using cellulose nano-crystals, and more particularly, to a concrete composition which is improved in shrinkage reduction, warpage and tensile strength by using ultrasound and agitated pretreated cellulose nano-crystals.
도 1은 본 발명에 따른 셀룰로오스 나노 크리스탈을 이용한 콘크리트 조성물의 제조방법을 보여주는 순서도이고, 도 2는 본 발명의 실시예 2와 비교예 1의 (A)휨강도 및 (B)인장강도를 비교한 그래프이며, 도 3은 본 발명의 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1의 수축저감 변화를 보여주는 그래프이고, 도 4는 CNC의 전처리에 따른 결정 구조를 비교한 SEM 사진(A는 CNC를 전처리없이 투입한 후 콘크리트 조성물을 형성한 그룹의 결정 구조이고, B는 CNC를 초음파 처리 및 교반처리 없이 증류수에 침지한 후 콘크리트 조성물을 형성한 그룹의 결정 구조이며, C는 CNC를 초음파 처리한 후 콘크리트 조성물을 형성한 그룹의 결정 구조)이다.FIG. 1 is a flow chart showing a method for producing a concrete composition using cellulose nano-crystals according to the present invention. FIG. 2 is a graph comparing the flexural strength and the tensile strength (A) of Example 2 of the present invention and Comparative Example 1 FIG. 3 is a graph showing shrinkage reduction changes of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 of the present invention, and FIG. 4 is a SEM photograph (A shows a comparison of crystal structure according to pretreatment of CNC) B is the crystal structure of the group in which the concrete composition is formed after immersing the CNC in distilled water without ultrasonic treatment and agitation, C is the crystal structure of the concrete composition after ultrasonic treatment of CNC, ). ≪ / RTI >
본 발명에 따른 셀룰로오스 나노크리스탈을 이용한 콘크리트 조성물은 시멘트 40 내지 75중량%와 고로 슬래그 25 내지 60 중량%를 포함하는 결합재 100중량부와 상기 결합재 100중량부에 대하여 150 내지 300중량부 첨가되는 골재와 상기 시멘트 전체 체적에 대하여 0.05 내지 1%(v/v) 첨가되는 셀룰로오스 나노크리스탈(CNC) 분말과 W/B(물/결합재의 중량 혼합비) 40 내지 50%로 혼합되는 물을 포함한다.The concrete composition using the cellulose nano-crystal according to the present invention comprises 100 parts by weight of a binder containing 40 to 75% by weight of cement and 25 to 60% by weight of blast furnace slag, and 150 to 300 parts by weight of aggregate added to 100 parts by weight of the binder (CNC) powder added in an amount of 0.05 to 1% (v / v) based on the total volume of the cement and water mixed with W / B (weight mixing ratio of water / binder) of 40 to 50%.
시멘트는 1종 보통 포틀랜드 시멘트를 사용할 수 있으며, 보다 상세하게는, 비중 3.0 내지 3.2 g/㎤, 분말도 3000 내지 4000 ㎠/g, 초결 응결시간 200 내지 300 분, 종결 응결시간 300 내지 600분, 안정도 0.1 내지 0.5% 갖는 1종 보통 포틀랜드 시멘트를 사용할 수 있다. More specifically, the cement has a specific gravity of 3.0 to 3.2 g / cm 3, a powdery degree of 3000 to 4000 cm 2 / g, a superfine coagulation time of 200 to 300 minutes, a final coagulation time of 300 to 600 minutes, One kind of ordinary Portland cement having a stability of 0.1 to 0.5% can be used.
고로슬래그는 제철소에서 선철을 제조할 때 발생되는 용융슬래그를 용광로에서 꺼내어 물로 급랭시켜 유리질의 작은 모래입자로 만든 다음 분쇄기로 분쇄하여 미분말로 제조한 것으로서, 콘크리트 조성물의 유동성을 확보하기 위하여 첨가된다.The blast furnace slag is produced by removing molten slag from the blast furnace which is produced in the steelworks, from a blast furnace, rapidly cooling the blast furnace slag into glassy small sand particles and then crushing the blast furnace with a crusher to obtain a fluidity of the concrete composition.
상기 고로슬래그는 비중 2.7 내지 3.0, 분말도 4000 내지 5000 ㎠/g을 갖는 것을 사용할 수 있다.The blast furnace slag may have a specific gravity of 2.7 to 3.0 and a powder of 4000 to 5000 cm < 2 > / g.
골재는 잔골재 40 내지 45 중량%와 굵은 골재 55 내지 60 중량%를 포함하여 구성될 수 있다. 잔골재는 비중 2.5 내지 2.65를 가지며, 표준 망체인 5mm의 체를 85% 이상 통과하는 것을 사용할 수 있으며, 굵은 골재는 비중 2.55 내지 2.70을 갖는 것을 사용할 수 있으며, 표준 망체인 5mm의 체에 90% 이상 남는 굵은 골재를 사용할 수 있다.The aggregate may comprise 40 to 45% by weight of the fine aggregate and 55 to 60% by weight of the coarse aggregate. The fine aggregate has a specific gravity of 2.5 to 2.65 and can pass 85% or more of a standard net chain having a diameter of 5 mm. The coarse aggregate may have a specific gravity of 2.55 to 2.70. Remaining coarse aggregate can be used.
상기 셀룰로오스 나노크리스탈(CNC) 분말은 셀룰로오스계 섬유를 화학적 처리를 통하여 제조된다. The cellulose nano-crystal (CNC) powder is prepared by chemical treatment of cellulose-based fibers.
셀룰로오스계 섬유는 종모섬유, 인피섬유, 잎맥섬유, 과실섬유로부터 수득될 수 있으며, 구체적인 예를 들면, 종모섬유로서 면, 케이폭을 포함할 수 있고, 인피섬유로서 아마, 저마, 대마, 황마를 포함할 수 있으며, 잎맥섬유로서 마닐라마, 사이잘 마를 포함할 수 있고, 과실섬유로서 야자섬유를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. Cellulose-based fibers can be obtained from natural fibers, bast fibers, leaf vein fibers and fruit fibers, and specific examples thereof include cotton, kapok as bast fibers, and include bast, hemp, jute and hemp as bast fibers And may include manila hemp, sisalma as leaf vein fibers, and palm fiber as fruit fiber, but is not limited thereto.
상기 셀룰로오스계 섬유로부터 셀룰로오스 나노 결정을 수득하기 위하여 알칼리 용액 및 버퍼용액을 이용하여 전처리한다.Treated with an alkali solution and a buffer solution to obtain cellulose nanocrystals from the cellulose-based fibers.
상기 셀룰로오스계 섬유는 셀룰로오스와 펙틴, 헤미셀룰로오스, 리그닌, 왁스, 지방 등의 비셀룰로오스 성분으로 구성되어 있으며, 알칼리 용액으로 전처리함으로써 팽윤현상, 가수분해반응을 촉진시켜 보다 짧은 시간내에 결정성이 우수한 셀룰로오스 나노크리스탈을 생산할 수 있게 된다.The cellulose fibers are composed of cellulose and noncellulosic components such as pectin, hemicellulose, lignin, wax and fat. The cellulose fibers are pretreated with an alkaline solution to accelerate the swelling phenomenon and the hydrolysis reaction. Thus, the cellulose nano- It will be able to produce crystals.
상기 알칼리 용액은 수산화나트륨, 수산화칼륨을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. The alkali solution may include, but is not limited to, sodium hydroxide and potassium hydroxide.
이때, 수산화나트륨 용액의 농도는 1 내지 5%(w/v), 수산화칼륨 용액의 농도는 3 내지 7%(w/v)를 갖는 것을 사용할 수 있으며, 반응온도 60 내지 85℃에서 30분 내지 5시간 알칼리 처리가 수행된다.The concentration of the sodium hydroxide solution may be 1 to 5% (w / v) and the concentration of the potassium hydroxide solution may be 3 to 7% (w / v) An alkali treatment is performed for 5 hours.
알칼리 처리된 셀룰로오스계 섬유는 추가적으로 pH 4 내지 6의 아염소산나트륨 및 아세트산 버퍼용액에서 블리칭 처리를 거칠 수 있다. The alkali treated cellulosic fibers may be further subjected to a bleaching treatment in a sodium chlorate and acetic acid buffer solution at a pH of 4 to 6.
알칼리용액 및 버퍼용액으로 전처리된 셀룰로오스계 섬유는 가수분해 단계를 거쳐 셀룰로오스계 섬유에 포함된 비결정 영역을 분해시키고, 셀룰로오스 나노결정을 형성하게 된다.The cellulose fibers pretreated with the alkaline solution and buffer solution undergo hydrolysis step to decompose the amorphous regions contained in the cellulose fibers and form cellulose nanocrystals.
이때, 가수분해 방법은 산용액을 이용하는 방법이 있으며, 상기 산용액은 염산, 황산, 인산, 브롬화수소산, 질산 등의 강산을 사용할 수 있으며, 보다 바람직하게는, 황산용액을 사용할 수 있다.The acid solution may be a strong acid such as hydrochloric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, hydrobromic acid or nitric acid. More preferably, a sulfuric acid solution may be used.
황산용액으로 만들어진 나노결정이 다른 강산으로 만들어진 나노결정에 비해 서로 응집 하지않고 분산성이 우수하기 때문이며, 셀룰로오스 섬유에 황산을 가하면, 셀룰로오스 나노결정 표면에 있는 수산기의 일부가 황산과 에스테르화 반응(esterification)을 하여 음전하를 띠는 sulfate ester group(-SO3 -)로 바뀌게 되며, 셀룰로오스 나노결정의 표면은 negative electrostatic layer가 형성되고 각각의 입자들이 서로 반발하여 용매에서 분산이 잘되고 안정한 상태로 존재할 수 있게 된다.This is because nanocrystals made of sulfuric acid solution do not coagulate with each other compared to nanocrystals made of other strong acids and have excellent dispersibility. When sulfuric acid is added to the cellulose fibers, a part of the hydroxyl groups on the surface of the cellulose nanocrystals reacts with sulfuric acid ) was the sulfate ester group (-SO 3 negatively charged - are changed to), to the surface of the cellulose nanocrystals formed a negative electrostatic layer of the particles repel each other, each able to exist in a stable state well dispersed in the solvent do.
이때, 산용액의 농도는 20 내지 70 %(w/v)가 바람직하며, 30 내지 60 ℃에서 6시간 내지 18시간 반응시킨다. 상기 농도, 온도 및 시간 범위 미만이면 비결정영역이 제거되지 못하고 섬유들간의 응집현상이 발생되며, 시멘트복합 조성물에 혼합시 충분한 강도를 부여하지 못하고, 상기 농도, 온도 및 시간 범위를 초과하면 셀룰로오스 결정의 분해가 수반되고, 셀룰로오스 나노결정의 길이 및 지름이 지나치게 작아져 분산성이 저하되기 때문에 상기 농도, 온도 및 시간 범위를 벗어나지 않는 것이 바람직하다.At this time, the concentration of the acid solution is preferably 20 to 70% (w / v), and the reaction is carried out at 30 to 60 ° C for 6 to 18 hours. If the concentration, temperature, and time range is less than the above range, the amorphous region can not be removed, aggregation occurs between the fibers, and sufficient strength can not be given to the cement composite composition. Decomposition is accompanied and the length and diameter of the cellulose nanocrystals become too small to lower the dispersibility, so that it is preferable not to deviate from the above concentration, temperature and time range.
이후 잔여 산용액을 제거하기 위하여 세척 공정을 거치고, 건조 및 분무건조 등의 공정을 통하여 분말화되어 제조된다.Then, the solution is subjected to a washing process to remove the remaining acid solution, followed by pulverization through processes such as drying and spray drying.
또한, 셀룰라아제를 이용하여 특이적으로 셀룰로오스의 비결정질 영역을 가수분해하는 방법도 있으며, 이때 상기 셀룰라아제는 endoglucanases, exoglucanases, cellobiohydrolases 및 이들의 조합 중 어느 하나로 선택되어질 수 있다. There is also a method of hydrolyzing an amorphous region of cellulose specifically using a cellulase, wherein the cellulase may be selected from endoglucanases, exoglucanases, cellobiohydrolases, and combinations thereof.
셀룰로오스 나노크리스탈(CNC) 분말은 비표면적 100 내지 1000 ㎡/g, 평균 입경 1 내지 100 ㎛, 결정 밀도 0.5 내지 5 g/㎤, 중량 수분함량 3 내지 8%, 결정 평균 직경 2 내지 5nm, 결정 평균 길이 20 내지 150nm, pH 6 내지 7, 벌크 밀도 0.5 내지 1.5 g/㎤, 결정분율(XRD 측정기준) 0.6 내지 1.0, 이온강도 230 내지 270 mmol/kg, 제타 포텐셜 -40 내지 -30mV 를 갖는 것을 사용하는데, 상기 특성 조건에서 분산성 및 물성 향상 효과가 우수하다.The cellulosic nano-crystal (CNC) powder has a specific surface area of 100 to 1000 m 2 / g, an average particle diameter of 1 to 100 탆, a crystal density of 0.5 to 5 g / cm 3, a weight moisture content of 3 to 8%, a crystal average diameter of 2 to 5 nm, And a zeta potential of -40 to -30 mV in terms of a crystal fraction (XRD measurement standard) of 0.6 to 1.0, an ionic strength of 230 to 270 mmol / kg, a pH of 6 to 7, a bulk density of 0.5 to 1.5 g / However, the effect of improving dispersibility and physical properties is excellent under the above-mentioned characteristic conditions.
상기와 같이 제조된 셀룰로오스 나노크리스탈 분말은 결합재 및 골재를 혼합하기 전 물에 우선적으로 투입하여 초음파 분산 및 교반 중 어느 하나 이상의 전처리 방법을 이용하여 분산시킬 수 있다.The cellulose nano-crystal powder prepared as described above may be dispersed using any one or more of pretreatment methods such as ultrasonic dispersion and agitation by preferentially putting the binder and aggregate into water before mixing.
이로써, 상기 셀룰로오스 나노 크리스탈이 균일하게 분산되고, 구형의 조직이 막 형태를 나타내면서 응집을 방지하고, 결합재 및 골재 입자에 균일하게 분산될 수 있어 강도 증진 효과를 극대화할 수 있게 된다.As a result, the cellulose nano-crystals are uniformly dispersed, the spherical structure exhibits a film shape, prevents aggregation, and can be uniformly dispersed in the binder and aggregate particles, thereby maximizing the strength enhancement effect.
이때 초음파 분산은 30,000 내지 50,000 J 세기 하에서 수행될 수 있으며, 교반은 500 내지 1,500 rpm 에서 수행될 수 있다. 이때 분산처리는 5분 내지 30분간 수행되는데, 상기 분산처리 시간에서 균일한 분산이 이뤄지고, 이로써 콘크리트체의 물성이 우수할 수 있다. 바람직하게는, 초음파 분산과 교반을 동시에 수행하거나, 초음파 분산 및 교반을 교번 수행하는 것도 가능하다. At this time, the ultrasonic dispersion can be performed under 30,000 to 50,000 J strength, and stirring can be performed at 500 to 1,500 rpm. At this time, the dispersion treatment is carried out for 5 minutes to 30 minutes. The dispersion is uniformly dispersed in the dispersion treatment time, so that the physical properties of the concrete body can be excellent. Preferably, ultrasonic dispersion and agitation may be performed at the same time, or ultrasonic dispersion and agitation may be alternately performed.
더욱 바람직하게는, 셀룰로오스 나노 크리스탈은 추가적으로 소수화 처리하여 응집현상을 더욱 방지하는 것도 가능하다.More preferably, the cellulose nano-crystals can further be subjected to hydrophobic treatment to further prevent aggregation.
셀룰로오스 나노 크리스탈의 소수화처리는 실란커플링제를 이용할 수 있으며, 상기 실란커플링제는 상술된 셀룰로오스 나노 크리스탈을 수득하기 위한 분무건조 공정에서 산처리된 셀룰로오스 나노결정 추출물과 함께 혼합되어 분무건조되어 소수성 코팅 처리되거나, 셀룰로오스 나노 크리스탈의 초음파 분산 및 교반처리 공정에서 물에 실란커플링제를 물 100중량부에 대하여 0.05 내지 3중량부 혼합하여 소수화처리될 수 있다.The hydrophobic treatment of the cellulose nano-crystal may use a silane coupling agent. The silane coupling agent is mixed with the acid-treated cellulose nanocrystal extract in the spray drying step for obtaining the cellulose nano-crystals described above, spray-dried and subjected to hydrophobic coating treatment Or may be hydrophobized by mixing 0.05 to 3 parts by weight of a silane coupling agent with respect to 100 parts by weight of water in an ultrasonic dispersion and agitation treatment process of cellulose nano-crystals.
상기 실란커플링제로는 비닐실란커플링제, 알콕시실란커플링제, 아미노실란커플링제, 에폭시실란커플링제, 메타아크릴옥시실란커플링제, 아크릴옥시실란커플링제, 우레이드실란커플링제, 메르캅토실란커플링제 및 이들의 조합으로 선택되는 그룹 중 어느 하나를 사용할 수 있다.Examples of the silane coupling agent include a vinyl silane coupling agent, an alkoxysilane coupling agent, an aminosilane coupling agent, an epoxy silane coupling agent, a methacryloxy silane coupling agent, an acryloxy silane coupling agent, a ureido silane coupling agent, a mercaptosilane coupling agent And a combination of these may be used.
또한, 본 발명에 따른 셀룰로오스 나노크리스탈을 이용한 콘크리트 조성물은 홍합으로부터 유래된 접착제를 더 포함할 수 있는데, 홍합에 의한 접착은 단백질로 만들어진 섬유실 족사(byssus)에 의해 매개되며, 홍합 족사가 표면 간의 공유결합, 금속 배위결합 등의 다양한 상호작용들을 발생시켜 강한 접착력을 나타내어 천연 바인더로서 작용될 수 있다. 상기 홍합 유래 접착제는 결합재 100중량부에 대하여 0.1 내지 3 중량부 첨가될 수 있다. In addition, the concrete composition using the cellulose nano-crystal according to the present invention may further include an adhesive derived from a mussel, wherein the adhesion by the mussel is mediated by a fiber thread made of protein (byssus) Covalent bonding, metal coordination bonding, and the like, so that it can exhibit a strong adhesive force and can act as a natural binder. The mussel-derived adhesive may be added in an amount of 0.1 to 3 parts by weight based on 100 parts by weight of the binding material.
이하, 본 발명에 따른 셀룰로오스 나노크리스탈을 이용한 콘크리트 조성물의 제조방법을 설명하도록 한다. Hereinafter, a method for producing a concrete composition using the cellulose nano-crystal according to the present invention will be described.
본 발명에 따른 셀룰로오스 나노크리스탈을 이용한 콘크리트 조성물의 제조방법은 상술된 셀룰로오스 나노크리스탈을 이용한 콘크리트 조성물을 제조하기 위한 방법으로써, 제조방법을 설명함에 있어 상술된 경우라면 그 설명을 생략하도록 한다.The method for producing a concrete composition using the cellulose nano-crystal according to the present invention is a method for producing a concrete composition using the above-described cellulose nano-crystal, and a description of the manufacturing method will be omitted.
도 1은 본 발명에 따른 셀룰로오스 나노크리스탈을 이용한 콘크리트 조성물의 제조방법을 보여주는 순서도이다. 1 is a flowchart showing a method of manufacturing a concrete composition using cellulose nano-crystals according to the present invention.
본 발명에 따른 셀룰로오스 나노크리스탈을 이용한 콘크리트 조성물의 제조방법은 물에 셀룰로오스 나노크리스탈(CNC)분말을 투입 및 분산시켜 분산액을 형성하는 CNC 전처리 단계(S100)와 상기 분산액에 결합재와 골재를 투입 및 혼합하는 혼합단계(S200)를 포함한다.The method for producing a concrete composition using cellulose nano-crystals according to the present invention comprises a CNC preprocessing step (S100) of adding and dispersing cellulose nano-crystal (CNC) powder into water to form a dispersion liquid, (S200).
본 발명에 따른 셀룰로오스 나노크리스탈을 이용한 콘크리트 조성물의 제조방법은 전처리 단계(S100) 이전에 셀룰로오스 나노크리스탈을 제조하는 셀룰로오스 나노크리스탈을 제조단계를 포함할 수 있다.The method for preparing a concrete composition using the cellulose nano-crystal according to the present invention may include a step of preparing cellulose nano-crystals to prepare cellulose nano-crystals before the pretreatment step (S100).
셀룰로오스 나노크리스탈 제조단계에서 셀룰로오스 나노크리스탈 분말은 상술된 셀룰로오스 나노크리스탈의 제조방법에 의해 수득될 수 있으며, 이에 대한 상세한 설명은 상술된 바 생략하도록 한다. The cellulose nano-crystal powder can be obtained by the above-described method for producing cellulose nano-crystals, and a detailed description thereof will be omitted herein.
셀룰로오스 나노크리스탈(CNC) 분말은 비표면적 100 내지 1000 ㎡/g, 평균 입경 1 내지 100 ㎛, 결정 밀도 0.5 내지 5 g/㎤, 중량 수분함량 3 내지 8%, 결정 평균 직경 2 내지 5nm, 결정 평균 길이 20 내지 150nm, pH 6 내지 7, 벌크 밀도 0.5 내지 1.5 g/㎤, 결정분율(XRD 측정기준) 0.6 내지 1.0, 이온강도 230 내지 270 mmol/kg, 제타 포텐셜 -40 내지 -30mV 를 갖는 것을 사용하는데, 상기 특성 조건에서 분산성 및 물성 향상 효과가 우수하다.The cellulosic nano-crystal (CNC) powder has a specific surface area of 100 to 1000 m 2 / g, an average particle diameter of 1 to 100 탆, a crystal density of 0.5 to 5 g / cm 3, a weight moisture content of 3 to 8%, a crystal average diameter of 2 to 5 nm, And a zeta potential of -40 to -30 mV in terms of a crystal fraction (XRD measurement standard) of 0.6 to 1.0, an ionic strength of 230 to 270 mmol / kg, a pH of 6 to 7, a bulk density of 0.5 to 1.5 g / However, the effect of improving dispersibility and physical properties is excellent under the above-mentioned characteristic conditions.
상기 전처리 단계(S100)에서는 물에 셀룰로오스 나노크리스탈(CNC)분말을 분산시켜 분산액을 형성하며, 상기 전처리는 초음파 분산 및 교반 중 어느 하나 이상의 방법을 이용하여 수행된다.In the pretreatment step (S100), cellulose nano-crystal (CNC) powder is dispersed in water to form a dispersion, and the pretreatment is carried out by using at least one of ultrasonic dispersion and agitation.
이때 초음파 분산은 30,000 내지 50,000 J 세기 하에서 수행될 수 있으며, 교반은 500 내지 1,500 rpm 에서 수행될 수 있으며, 처리시간은 5분 내지 30분간 수행된다. 바람직하게는, 초음파 분산과 교반을 동시에 수행하거나, 초음파 분산 및 교반을 교번 수행하는 것도 가능하다. At this time, the ultrasonic dispersion may be performed at 30,000 to 50,000 J strength, stirring may be performed at 500 to 1,500 rpm, and the treatment time is performed for 5 minutes to 30 minutes. Preferably, ultrasonic dispersion and agitation may be performed at the same time, or ultrasonic dispersion and agitation may be alternately performed.
또한, 상기 전처리 단계(S100)는 셀룰로오스 나노 크리스탈은 소수화 처리하기 위하여 물에 실란커플링제를 물 100중량부에 대하여 0.05 내지 3중량부 혼합하는 실란커플링제 투입 공정을 포함할 수 있다.The pretreatment step (S100) may include a step of injecting a silane coupling agent to mix the silane coupling agent with water in an amount of 0.05 to 3 parts by weight with respect to 100 parts by weight of water in order to hydrophilize the cellulose nano-crystal.
셀룰로오스 나노 크리스탈의 소수화처리를 위하여, 셀룰로오스 나노크리스탈 제조단계의 분무건조 공정을 하는 과정에서 산처리된 셀룰로오스 나노결정 추출물과 함께 혼합되어 분무건조되어 소수성 코팅 처리되는 것도 가능하다. For hydrophobic treatment of cellulose nano-crystals, it may be mixed with an acid-treated cellulose nanocrystal extract in the process of spray-drying in the cellulose nano-crystal manufacturing step, spray dried and treated with hydrophobic coating.
상기 혼합단계(S200)에서는 상기 분산액에 결합재 및 골재를 투입 및 혼합하는 단계로서, 결합재 100중량부와 상기 결합재 100중량부에 대하여 골재 150 내지 300 중량부를 투입 및 혼합하게 된다.In the mixing step (S200), the binder and the aggregate are charged and mixed into the dispersion, and 150 to 300 parts by weight of the aggregate are added to and mixed with 100 parts by weight of the binder and 100 parts by weight of the binder.
상기 분산액과 결합재 및 골재를 혼합함에 있어, 우선적으로 결합재 및 골재를 배합 장치를 이용하여 15초 내지 45초간 건비빔한 후 투입될 수 있다.In mixing the dispersion with the binder and the aggregate, the binder and the aggregate may be first charged into the mixer for 15 seconds to 45 seconds using a mixing device.
또한, 상기 혼합단계(S200)에서는 홍합 유래된 접착제를 더 혼합할 수 있으며 상기 홍합 유래 접착제는 결합재 100중량부에 대하여 0.1 내지 3 중량부 첨가될 수 있다. Further, in the mixing step (S200), a mussel-derived adhesive may be further mixed, and the mussel-derived adhesive may be added in an amount of 0.1 to 3 parts by weight based on 100 parts by weight of the binding material.
이하, 본 발명을 바람직한 일 실시예를 참조하여 다음에서 구체적으로 상세하게 설명한다. 단, 다음의 실시예는 본 발명을 구체적으로 예시하기 위한 것이며, 이것만으로 한정하는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the preferred embodiments. It should be noted, however, that the present invention is not limited to the following examples.
본 발명의 콘크리트 조성물에 사용된 시멘트는 1종 보통 포틀랜드 시멘트이며, 그 특성은 하기의 표 1과 같다. The cement used in the concrete composition of the present invention is one kind of ordinary Portland cement, and its properties are shown in Table 1 below.
본 발명에 사용된 고로슬래그, 잔골재 및 굵은 골재의 물리적인 성질은 하기의 표 2와 같다.The physical properties of the blast furnace slag, the fine aggregate and the coarse aggregate used in the present invention are shown in Table 2 below.
상기 시멘트, 상기 1종 보통 포틀랜드 시멘트, 캐나다 C사에서 구입한 셀룰로오스 나노크리스탈(CNC)을 준비하였다. 하기의 표 3은 본 발명에 사용된 셀룰로오스 나노크리스탈(CNC)의 물성이며, 하기의 표 4과 같이 콘크리트 조성물을 배합하였다. W/B는 50% 이며, CNC는 시멘트 체적대비 0.1%, 0.5% 혼입하였다. 각 실험체는 3개씩 준비하였다. The above cement, the above-mentioned ordinary Portland cement, and cellulose nano-crystal (CNC) purchased from Canadian C were prepared. Table 3 below shows the physical properties of the cellulose nano-crystal (CNC) used in the present invention, and the concrete composition was formulated as shown in Table 4 below. W / B was 50% and CNC was mixed 0.1% and 0.5% of cement volume. Three specimens were prepared.
하기의 표 5, 6 및 7은 각각 상기 표 4를 토대로 배합된 콘크리트 조성물의 재령일수에 따른 휨강도, 인장강도 및 수축저감율을 보여주는 것으로서, 평균값을 나타내었다. Tables 5, 6 and 7 below show average values of flexural strength, tensile strength and shrinkage reduction ratio of the concrete compositions based on Table 4, respectively, according to the number of days in the past.
도 2는 재령일 28일 기준으로 측정된 비교예 1과 실시예 2의 (A)휨강도 및 (B)인장강도를 비교한 그래프이다. 도 3은 (a)실시예 1, (b)실시예 2 및 (c)비교예 1의 수축저감 변화를 보여주는 그래프이다.2 is a graph comparing the flexural strength and the tensile strength of (A) the flexural strength and the tensile strength of Comparative Example 1 and Example 2 measured on the 28th of August. 3 is a graph showing shrinkage reduction changes of (a) Example 1, (b) Example 2, and (c) Comparative Example 1.
그 결과,CNC를 첨가하지 않았을 때 보다 CNC를 첨가하였을 때, CNC 함량이 증가할수록 휨강도, 인장강도가 향상되며, 수축저감 효과 또한 우수한 것으로 확인되었다. As a result, it was confirmed that when CNC was added, CNC content increased, bending strength and tensile strength were improved, and shrinkage reduction effect was also superior.
CNC가 0.5% 첨가된 실시예 2를 기준으로 CNC의 전처리에 따른 휨강도, 인장강도 및 수축저감 효과를 확인하였다. The bending strength, tensile strength and shrinkage reduction effect of CNC pre-treatment were confirmed based on Example 2 in which 0.5% CNC was added.
하기의 표 8은 전처리 방법 및 조건을 보여준다.Table 8 below shows the pretreatment methods and conditions.
하기의 표 9는 전처리 방법에 따른 휨강도, 인장강도 및 수축저감율을 보여준다. Table 9 below shows the bending strength, tensile strength and shrinkage reduction ratio according to the pretreatment method.
CNC의 전처리가 수행된 경우, CNC원재료를 넣었을 때 보다 휨 강도, 인장강도의 향상을 확인할 수 있었으며, 수축저감 효과 또한 더욱 우수한 것으로 확인되었다. 그 중 초음파와 교반을 함께 수행하였을 때 더욱 효과가 우수한 것으로 확인되었다.When the CNC pretreatment was performed, it was confirmed that the bending strength and tensile strength were improved, and the shrinkage reduction effect was also better than when the CNC raw material was added. It was confirmed that the effect was more excellent when the ultrasonic wave and stirring were performed together.
콘크리트 조성물 제작을 위한 셀룰로오스 나노크리스탈(CNC)의 분산처리 방법에 따른 결정 구조 의 SEM을 분석하였다.The SEM of the crystal structure according to the dispersion treatment method of cellulose nano crystal (CNC) for the concrete composition was analyzed.
도 4는 CNC의 전처리에 따른 결정 구조를 비교한 SEM 사진으로서, A는 CNC를 전처리없이 투입한 후 콘크리트 조성물을 형성한 그룹의 결정 구조이고, B는 CNC를 초음파 처리 및 교반처리 없이 증류수에 침지한 후 콘크리트 조성물을 형성한 그룹의 결정 구조이며, C는 CNC를 초음파 처리한 후 콘크리트 조성물을 형성한 그룹의 결정 구조이다. SEM 분석은 각각 5000, 10000, 20000배율로 측정하였다. FIG. 4 is a SEM photograph showing a crystal structure according to the pretreatment of CNC, wherein A is a crystal structure of a group in which a concrete composition is formed after CNC is added without pretreatment, and B is CNC is immersed in distilled water without ultrasonic treatment and stirring And C is a crystal structure of a group in which a concrete composition is formed after ultrasonic treatment of CNC. SEM analysis was performed at 5000, 10000 and 20000 magnifications, respectively.
SEM 분석결과, CNC를 전처리없이 투입한 후 콘크리트 조성물을 형성한 그룹(A)의 결정은 구 형태로 나타났으며, CNC를 초음파 처리 및 교반처리 없이 증류수에 침지한 그룹(B)의 결정은 친수성의 특징 때문에 뭉치는 현상이 나타났다. CNC를 초음파 처리한 후 콘크리트 조성물을 형성한 그룹(C)의 조직은 얇은 막(membrane)형태를 나타내었다.As a result of SEM analysis, the crystals of Group (A) formed with concrete composition after CNC without pretreatment appeared spherical shape, and the crystals of Group (B) immersed in distilled water without CNC ultrasonic treatment and agitation treatment showed hydrophilic Because of the characteristics of the bunch appeared. The structure of the group (C) which formed the concrete composition after ultrasonic treatment of CNC showed a thin membrane form.
CNC를 초음파 처리한 경우, 얇은 막 형태의 조직의 가져, 분산성이 우수하며, 기계적 물성을 증대시킬 수 있음을 확인할 수 있었다. 전처리를 하지 않은 그룹 및 단순히 증류수 침지 처리한 그룹의 경우 두꺼운 구형을 가지거나 친수성으로 인한 응집이 발생되어 초음파 처리를 한 CNC를 투입하였을 때 보다 기계적 물성의 향상을 기대하기 힘들 것으로 판단되었다.When CNC was ultrasonically treated, it was confirmed that the thin film type structure had excellent dispersibility and increased mechanical properties. In the group without pretreatment and in the group treated simply with distilled water, it was considered that it would be hard to expect improvement of mechanical properties when CNC with ultrasonic treatment was added due to thick spherical shape or cohesion due to hydrophilicity.
이상과 같이 본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였지만 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형의 예들을 포함하도록 기술된 청구범위에 의해서 해석되어야 한다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken as limiting the scope of the present invention. The present invention can be variously modified or modified. The scope of the invention should, therefore, be construed in light of the claims set forth to cover many of such variations.
Claims (9)
상기 결합재 100중량부에 대하여 150 내지 300중량부 첨가되는 골재;와
상기 시멘트 전체 체적에 대하여 0.05 내지 1%(v/v) 첨가되는 셀룰로오스 나노크리스탈(CNC);과
W/B(물/결합재의 중량 혼합비) 40 내지 50%로 혼합되는 물을 포함하며,
상기 셀룰로오스 나노크리스탈(CNC)은
비표면적 100 내지 1000 ㎡/g, 평균 입경 1 내지 100 ㎛, 결정 밀도 0.5 내지 5 g/㎤, 중량 수분함량 3 내지 8%, 결정 평균 직경 2 내지 5nm, 결정 평균 길이 20 내지 150nm, pH 6 내지 7, 결정분율 0.6 내지 1.0, 제타 포텐셜 -40 내지 -30mV 를 가지며,
상기 셀룰로오스 나노크리스탈(CNC)은
결합재와 골재를 혼합하기 전 물에 투입되어 30,000 내지 50,000 J의 초음파 분산 및 500 내지 1,500 rpm 에서 자력교반 중 어느 하나 이상의 전처리 방법을 이용하여 5분 내지 30분간 전처리되는 것을 특징으로 하는
셀룰로오스 나노크리스탈을 이용한 콘크리트 조성물.
100 parts by weight of a binding material comprising 40 to 75% by weight of cement and 25 to 60% by weight of blast furnace slag;
150 to 300 parts by weight of an aggregate added to 100 parts by weight of the binder
Cellulose nanocrystals (CNC) added in an amount of 0.05 to 1% (v / v) based on the total volume of the cement;
And W / B (weight mixing ratio of water / binder) of 40 to 50%
The cellulosic nano-crystals (CNC)
A crystal grain size of 0.5 to 5 g / cm 3, a weight moisture content of 3 to 8%, a crystal average diameter of 2 to 5 nm, an average crystal grain length of 20 to 150 nm, a pH of 6 to 10 nm, a specific surface area of 100 to 1000 m 2 / g, 7, a crystal fraction of 0.6 to 1.0, a zeta potential of -40 to -30 mV,
The cellulosic nano-crystals (CNC)
Treated before being mixed with the binder and aggregate in water for 5 minutes to 30 minutes using any one of pretreatment methods such as ultrasonic dispersion at 30,000 to 50,000 J and magnetic stirring at 500 to 1,500 rpm
A concrete composition using cellulose nanocrystals.
상기 골재는
잔골재 40 내지 45 중량%와 굵은 골재 55 내지 60 중량%를 포함하며,
상기 잔골재는 표준 망체인 5mm의 체를 85% 이상 통과하는 골재이며,
상기 굵은 골재는 표준 망체인 5mm의 체에 90% 이상 남는 굵은 골재인 것을 특징으로 하는
셀룰로오스 나노크리스탈을 이용한 콘크리트 조성물.
The method according to claim 1,
The aggregate
40 to 45% by weight of fine aggregate and 55 to 60% by weight of coarse aggregate,
The fine aggregate is an aggregate that passes at least 85% of a sieve having a standard mesh chain of 5 mm,
Wherein the coarse aggregate is a coarse aggregate that is at least 90%
A concrete composition using cellulose nanocrystals.
물에 셀룰로오스 나노크리스탈(CNC)을 투입 및 분산시켜 분산액을 형성하는 CNC 전처리 단계(S100);와
상기 분산액에 결합재와 골재를 투입 및 혼합하는 혼합단계(S200)를 포함하며,
상기 CNC 전처리 단계(S100)는
셀룰로오스 나노크리스탈(CNC)을 물에 투입하여 30,000 내지 50,000 J의 초음파 분산 및 500 내지 1,500 rpm 에서 자력교반 중 어느 하나 이상의 전처리 방법을 이용하여 5분 내지 30분간 전처리하며,
상기 셀룰로오스 나노크리스탈(CNC)은
비표면적 100 내지 1000 ㎡/g, 평균 입경 1 내지 100 ㎛, 결정 밀도 0.5 내지 5 g/㎤, 중량 수분함량 3 내지 8%, 결정 평균 직경 2 내지 5nm, 결정 평균 길이 20 내지 150nm, pH 6 내지 7, 결정분율 0.6 내지 1.0, 제타 포텐셜 -40 내지 -30mV 를 갖는 것을 특징으로 하는
셀룰로오스 나노크리스탈을 이용한 콘크리트 조성물의 제조방법.
A binder containing 40 to 75% by weight of cement and 25 to 60% by weight of blast furnace slag; 150 to 300 parts by weight of aggregate are added to 100 parts by weight of the binder; Cellulose nano-crystals (CNC) added in an amount of 0.05 to 1% (v / v) based on the total volume of the cement; A method for producing a concrete composition using cellulose nanocrystals comprising water mixed with W / B (weight mixing ratio of water / binder) of 40 to 50%
A CNC preprocessing step (SlOO) for injecting and dispersing cellulose nano-crystals (CNC) in water to form a dispersion liquid;
And a mixing step (S200) of injecting and mixing the binder and the aggregate into the dispersion,
The CNC preprocessing step (SlOO)
Cellulose nano-crystal (CNC) is added to water and pretreated for 5 minutes to 30 minutes by using a pretreatment method of at least one of ultrasonic dispersion of 30,000 to 50,000 J and magnetic stirring at 500 to 1,500 rpm,
The cellulosic nano-crystals (CNC)
A crystal grain size of 0.5 to 5 g / cm 3, a weight moisture content of 3 to 8%, a crystal average diameter of 2 to 5 nm, an average crystal grain length of 20 to 150 nm, a pH of 6 to 10 nm, a specific surface area of 100 to 1000 m 2 / g, 7, a crystal fraction of 0.6 to 1.0, and a zeta potential of -40 to -30 mV.
A method for producing a concrete composition using cellulose nanocrystals.
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|---|---|---|---|---|
| CN116535159A (en) * | 2023-04-21 | 2023-08-04 | 浙江工业大学 | Method for inhibiting alkali-aggregate reaction of concrete |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010001208A (en) * | 2008-05-19 | 2010-01-07 | Katsunori Ayano | Composition for mortar or concrete, formed article formed of it and method of repair for mortar or concrete |
| KR101359187B1 (en) | 2012-10-26 | 2014-02-07 | 재단법인 포항산업과학연구원 | Concrete composition with reduced shrinkage property and concrete structure prepared by the same |
-
2017
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|---|---|---|---|---|
| JP2010001208A (en) * | 2008-05-19 | 2010-01-07 | Katsunori Ayano | Composition for mortar or concrete, formed article formed of it and method of repair for mortar or concrete |
| KR101359187B1 (en) | 2012-10-26 | 2014-02-07 | 재단법인 포항산업과학연구원 | Concrete composition with reduced shrinkage property and concrete structure prepared by the same |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Yizheng Cao et. al., The influence of cellulose nanocrystal additions on the performance of cement paste, Cement and Concrete Composites, vol. 56, pp. 73-83, 2014.11.18.* * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116535159A (en) * | 2023-04-21 | 2023-08-04 | 浙江工业大学 | Method for inhibiting alkali-aggregate reaction of concrete |
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