KR20200056305A - Cement composite composition capable of self stress sensing - Google Patents

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Abstract

According to the present invention, a self-stress sensible cement composite material composition includes cement, silica fume, silica powder, a conductive material, a high performance water reducing agent, and water, and the conductive material can include steel slag and steel fibers.

Description

자가 응력 센싱이 가능한 시멘트 복합 재료 조성물{CEMENT COMPOSITE COMPOSITION CAPABLE OF SELF STRESS SENSING}CEMENT COMPOSITE COMPOSITION CAPABLE OF SELF STRESS SENSING}

본 발명은 자가 응력 센싱이 가능한 시멘트 복합 재료 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 시멘트 복합 재료 자체가 하중 상태를 감지할 수 있는 자가 응력의 변화를 센싱하거나 측정할 수 있는 제강 슬래그와 강섬유를 포함하는 시멘트 복합재료 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a cement composite material composition capable of self-stress sensing, and more specifically, the cement composite material itself comprises steel slag and steel fibers capable of sensing or measuring a change in self-stress capable of sensing a load state. It relates to a cement composite material composition.

시멘트와 골재 등의 복합재료를 통해 제조되는 콘크리트 구조물은 도시 건축물 및 사회기반시설 건립에 가장 폭넓게 이용되고 있는 건축 구조물로서, 오랜 기간 동안 안전하고 견고하게 유지될 수 있도록 상기 콘크리트 구조물의 균열 및 손상으로 인한 붕괴 등의 위험을 실시간 혹은 사전에 감지하거나 예측할 수 있는 시스템에 관한 요구가 증가하고 있다.The “concrete” structures manufactured through “composite materials” such as cement and “aggregate” are the most widely used structures in urban buildings and social infrastructure constructions. The demands for systems that can be detected or predicted in real time or in advance to reduce the risk of “collapse” are increasing.

기존의 콘크리트 구조물의 손상을 감지하는 시스템에는 다양한 종류의 변형률 또는 변위 측정장치들을 추가적으로 설치하여 실시간 측정함으로써, 구조물의 손상 및 건전도를 측정하는 모니터링 시스템 및 안전진단 방법 등이 수행되어 왔다.In the existing concrete structure detection damage, various strain or displacement measuring devices are additionally installed to measure real time, and monitoring system and safety diagnosis method to measure damage and health.

또한, 다양한 전기화학적 방법들이 적용될 수 있는데, 그 중에서도 전기 비저항법은 콘크리트 구조물에 전류를 통전시켜 비저항을 측정하여 철근의 부식 정도를 조사하는 비파괴 부식진단법이 대표적인 예에 해당한다.In addition, various electrochemical methods can be applied. Among them, the non-destructive corrosion diagnosis method, which investigates the corrosion degree of reinforcing bars by measuring the specific resistance by applying a current to a concrete structure, is a typical example.

공개특허 제2011-0010853호에는 철근콘크리트 구조물의 전기비저항을 직접 측정하여 철근의 부식 환경 및 그 상태를 평가할 수 있는 비파괴 부식진단시스템이 제시되어 있으며, 철근 직상부의 콘크리트 표면 외측에 2개의 전류전극과, 내측에 2개의 전압전극을 동일한 간격으로 철근 길이방향과 평행하게 설치하여 전류원에 의해 발생한 응답전압을 측정하여, 철근의 부식환경을 나타내는 철근 표면비저항을 추정하도록 함으로써 콘크리트 구조물의 철근의 부식 및 내구성에 관한 정기검사 및 상시 모니터링을 진행하는 것을 기술적 특징으로 하고 있다.Patent Publication No. 2011-0010853 discloses a non-destructive corrosion diagnosis system capable of directly evaluating the electrical resistivity of a reinforced concrete structure and evaluating its corrosion environment and its condition, and has two current electrodes outside the concrete surface directly above the reinforcement. And, by installing two voltage electrodes on the inside at the same intervals in parallel to the longitudinal direction of the reinforcing bar, measure the response voltage generated by the current source, and estimate the surface resistivity of the reinforcing bar representing the corrosion environment of the reinforcing bar. The technical feature is to conduct regular inspections and regular monitoring on durability.

하지만, 이러한 콘크리트 구조물의 철근부식 및 내구성 상시 모니터링 방법은 단순히 콘크리트 내부에 형성된 전기 전도성 재질인 철근의 부식 정도만을 측정할 수 있는 한계가 있고, 전체적인 콘크리트 구조물의 균열과 같은 손상에 관한 정보를 제공할 수 없다는 문제점이 존재한다.However, this method of permanently monitoring the corrosion and durability of the concrete structure has a limit to measure only the corrosion degree of the reinforcing bar, which is an electrically conductive material formed inside the concrete, and provides information on damage such as cracks in the entire concrete structure. There is a problem that cannot be.

별도의 변형률 또는 변위를 측정하는 센서를 구조물에 별도로 부착 또는 매립하는 현재의 모니터링 시스템들은 구조물의 수명과 비교하여 볼 때, 매우 짧은 센서의 내구수명으로 인해 구조물의 전체 수명 동안 계속하여 사용될 수 없다는 문제점이 있다. 또한, 센서를 부착한 모니터링 시스템의 경우, 센서 위치에서만의 응답을 가지고 전체 구조물의 건전성을 판단하기에는 다소 무리가 있다.Current monitoring systems that separately attach or embed a sensor that measures a separate strain or displacement to a structure cannot be used continuously for the entire life of the structure due to the very short sensor's endurance life compared to the structure's life. There is this. In addition, in the case of a monitoring system with a sensor, it is somewhat difficult to judge the integrity of the entire structure with a response only at the sensor position.

또한, 공개특허 제2005-0018744호에는 시멘트 페이스트 또는 모르타르에 폴리에틸렌(PE) 섬유나 폴리비닐알코올(PVA) 섬유 또는 폴리프로필렌(PP) 섬유를 마이크로 섬유로, 강섬유(SF)나 스틸코드(SC) 또는 폴리비닐알코올(PAV) 섬유를 매크로 섬유로 사용하여 제조된 고인성 시멘트 복합체가 제시되어 있는데, 이러한 고인성 시멘트 복합체는 휨 및 인장하중 작용 하에서 변형 경화특성과 멀티플 크랙 특성을 갖고 있어 높은 휨 및 인장강도, 변형능력 및 에너지 흡수능력을 발휘할 수 있을 뿐만 아니라 균열 폭을 제어함으로써 각종 열화인자의 침투를 억제할 수 있는 장점이 제시되어 있다.In addition, in Patent Publication No. 2005-0018744, cement paste or mortar polyethylene (PE) fiber or polyvinyl alcohol (PVA) fiber or polypropylene (PP) fiber as micro fiber, steel fiber (SF) or steel cord (SC) Or a high toughness cement composite prepared by using polyvinyl alcohol (PAV) fiber as a macro fiber has been proposed. The high toughness cement composite has a strain hardening property and multiple crack properties under flexural and tensile loads, resulting in high bending and Advantages of not only exerting tensile strength, deforming ability, and energy absorption ability, but also controlling the crack width, can suppress the penetration of various deterioration factors.

최근 폴리비닐알코올 섬유를 사용한 고인성 시멘트 복합체에 전도성이 우수한 카본블랙(Carbon black)을 혼입하여 균열 및 손상을 감지하는 결과를 발표한 바 있으나, 폴리비닐알코올 섬유의 낮은 전기전도성으로 인해 균열이 발생함에 따라 전기저항이 오히려 증가하였다. 따라서, 매우 낮은 전기전도성을 측정할 수 있는 전기저항 측정장치가 필요하다.Recently, the results of detecting cracks and damages by incorporating carbon black with high conductivity into high toughness cement composites using polyvinyl alcohol fibers have been reported, but cracks occur due to the low electrical conductivity of polyvinyl alcohol fibers. Electrical resistance rather increased. Therefore, there is a need for an electrical resistance measuring device capable of measuring very low electrical conductivity.

기존 구조물 손상을 감지하기 위해, 다양한 전도성 재료(Carbon fiber, CNT, Carbon black, Nickel powder 등)가 보강된 자기 감지 시멘트계 복합재료는 균열이 생기기 이전의 선탄성 구간 내에서만 변형 감지 특성을 갖고, 균열 발생 이후 그 감지능력을 잃어버리는 문제점이 존재한다.To detect damage to existing structures, self-sensing cement-based composites reinforced with various conductive materials (Carbon fiber, CNT, Carbon black, Nickel powder, etc.) have deformation detection characteristics only within the pre-elastic section before cracking, cracking There is a problem of losing its detection ability after occurrence.

이러한 단점을 보완하기 위해 강섬유를 혼입한 strain-hardening steel-fiber-reinforced concrete(SH-SFRC) 또는 강섬유와 카본블랙을 함께 혼입한 시멘트계 복합체 자체의 전기전도성을 증가시킴과 동시에 균열 발생 이후에도 감지능력이 유지되는 것으로 알려져 있다. To compensate for these shortcomings, the electrical conductivity of the strain-hardening steel-fiber-reinforced concrete (SH-SFRC) incorporating steel fibers or the cement-based composite itself incorporating steel fibers and carbon black is increased, and at the same time, the detection ability after cracking occurs. It is known to be maintained.

이와 같이, 종래 기술의 대부분은 높은 전기전도성을 갖는 카본계 나노 재료를 시멘트 복합재료에 사용하여 전기역학적 민감도가 향상된 자가 센싱 시멘트 복합재료를 제시하고 있다.As described above, most of the prior art suggests a self-sensing cement composite material having improved electromechanical sensitivity by using a carbon-based nano material having high electrical conductivity in a cement composite material.

그러나, 경제적인 측면에서 고가의 카본계 나노 재료를 사용하는 것은 비효율적이다. 또한, 높은 응집력을 가지는 카본계 나노 재료는 그 특성상 균질한 분산이 어렵고 시멘트 복합재료의 역학적 성능을 감소시키는 문제가 있다.However, it is inefficient to use expensive carbon-based nanomaterials in economic terms. In addition, carbon-based nanomaterials having a high cohesive force have difficulty in homogeneous dispersion due to their properties and reduce the mechanical performance of the cement composite material.

따라서, 경제적인 측면에서 상대적인 저비용으로 구현할 수 있고 균질한 분산이 가능하며 시멘트 복합재료의 역학적 성능을 저하시키지 않는 자가 응력 센싱 시멘트 복합 재료의 개발이 필요한 실정이다.Therefore, it is necessary to develop a self-stress sensing cement composite material that can be implemented at a relatively low cost from an economical aspect, homogeneous dispersion, and does not degrade the mechanical performance of the cement composite material.

본 출원인은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명을 제안하게 되었다.In order to solve the above problems, the applicant has proposed the present invention.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 높은 철 함유량을 가지며 전기전도성을 가지는 모래 입자크기로 가공된 제강 슬래그 잔골재와 높은 인장강도와 전기전도성을 가지는 강섬유를 전도성 재료로 사용하여 시멘트 복합 재료에 보강함으로써 종래 기술의 문제점을 해결하고, 자가 응력 감지 능력이 극대화된 자가 응력 센싱이 가능한 시멘트 복합 재료 조성물을 제공한다.The present invention has been proposed to solve the above problems, cement using a steel slag fine aggregate processed with a sand particle size having a high iron content and having electrical conductivity and steel fibers having high tensile strength and electrical conductivity as a conductive material. It solves the problems of the prior art by reinforcing the composite material, and provides a cement composite material composition capable of self-stress sensing with maximized self-stress sensing capability.

본 발명은 저가의 전도성 재료를 사용하여 자가 응력 센싱 능력을 향상시킬 수 있는 자가 응력 센싱이 가능한 시멘트 복합 재료 조성물을 제공한다.The present invention provides a cement composite material composition capable of self-stress sensing capable of improving self-stress sensing ability using a low-cost conductive material.

본 발명은 균질한 분산을 쉽게 확보할 수 있는 자가 응력 센싱이 가능한 시멘트 복합 재료 조성물을 제공한다.The present invention provides a cement composite material composition capable of self-stress sensing capable of easily securing homogeneous dispersion.

본 발명은 시멘트 복합 재료의 역학적 성능 저하 없이 자가 능력 센싱 능력을 향상시킬 수 있는 자가 응력 센싱이 가능한 시멘트 복합 재료 조성물을 제공한다.The present invention provides a cement composite material composition capable of self-stress sensing capable of improving the self-capacity sensing ability without deteriorating the mechanical performance of the cement composite material.

본 발명은 인장 응력으로부터 균열 제어 성능이 확보된 재료를 사용하는 자가 응력 센싱이 가능한 시멘트 복합 재료 조성물을 제공한다.The present invention provides a cement composite material composition capable of self-stress sensing using a material having a crack control performance secured from tensile stress.

상기한 바와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 자가 응력 센싱이 가능한 시멘트 복합 재료 조성물은, 시멘트, 실리카 흄, 실리카 파우더, 전도성 재료, 고성능 감수제 및 물을 포함하고, 상기 전도성 재료는 제강 슬래그 및 강섬유를 포함할 수 있다.The cement composite material composition capable of self-stress sensing according to the present invention for achieving the above-described problems includes cement, silica fume, silica powder, conductive material, high-performance water reducing agent, and water, and the conductive material includes steel slag and Steel fibers may be included.

상기 시멘트 100 중량부 기준으로, 상기 실리카 흄 15 중량부, 상기 실리카 파우더 25 중량부, 상기 제강 슬래그 50 내지 100 중량부, 상기 고성능 감수제 5.1 중량부 및 상기 물 20 중량부를 포함할 수 있다.Based on 100 parts by weight of the cement, it may include 15 parts by weight of the silica fume, 25 parts by weight of the silica powder, 50 to 100 parts by weight of the steelmaking slag, 5.1 parts by weight of the high performance water reducing agent and 20 parts by weight of the water.

상기 시멘트 100 중량부 기준으로 상기 제강 슬래그는 100 중량부로 포함될 수 있다.The steel slag may be included in 100 parts by weight based on 100 parts by weight of the cement.

상기 시멘트 100 중량부 기준으로 모래 50 중량부를 더 포함하고, 상기 제강 슬래그는 50 중량부로 포함될 수 있다.The cement may further include 50 parts by weight of sand based on 100 parts by weight, and the steel slag may be included as 50 parts by weight.

상기 제강 슬래그는 직경이 0.39 mm 이하인 입자들로 형성되는 제강 슬래그 잔골재로 마련될 수 있다.The steel slag may be provided with a steel slag fine aggregate formed of particles having a diameter of 0.39 mm or less.

상기 강섬유는 상기 시멘트 복합 재료 조성물로 형성된 시험체 부피의 2%로 포함될 수 있다.The steel fiber may be included in 2% of the volume of the test body formed of the cement composite material composition.

상기 제강 슬래그와 상기 강섬유는 서로 접촉하여 전기적 네트워크를 형성하고, 압축 하중이 가해지거나 응력이 변하는 경우 상기 전기적 네트워크에 개입되는 상기 제강 슬래그 또는 상기 강섬유가 증가할 수 있다.The steel slag and the steel fiber may contact each other to form an electrical network, and when the compressive load is applied or the stress changes, the steel slag or the steel fiber intervening in the electrical network may increase.

상기 강섬유는 길이가 짧은 단섬유(short smooth steel fiber)를 복수개 포함할 수 있다.The steel fiber may include a plurality of short smooth steel fibers.

본 발명에 따른 자가 응력 센싱이 가능한 시멘트 복합 재료 조성물은 전기 전도성을 가지는 저가의 제강 슬래그 내지 제강 슬래그 잔골재를 사용하기 때문에 원가를 낮출 수 있고 생산성을 높일 수 있다.The cement composite material composition capable of self-stress sensing according to the present invention can lower cost and increase productivity because it uses low-cost steel slag or steel slag fine aggregate having electrical conductivity.

본 발명에 따른 자가 응력 센싱이 가능한 시멘트 복합 재료 조성물 실리카 흄을 포함하고 제강 슬래그가 모래 입자 크기로 형성되기 때문에 균질한 분산을 확보할 수 있다.The cement composite material composition capable of self-stress sensing according to the present invention includes silica fume and can ensure a homogeneous dispersion because the steelmaking slag is formed in the size of sand particles.

본 발명에 따른 자가 응력 센싱이 가능한 시멘트 복합 재료 조성물은 시멘트 복합 재료의 역학적 성능 저하를 방지할 수 있고 인장 응력으로부터 균열 제어 성능을 확보할 수 있다.The cement composite material composition capable of self-stress sensing according to the present invention can prevent deterioration of mechanical performance of the cement composite material and ensure crack control performance from tensile stress.

도 1은 본 발명에 따른 자가 응력 센싱이 가능한 시멘트 복합 재료의 전기 저항 변화 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 자가 응력 센싱이 가능한 시멘트 복합 재료 조성물에 혼입되는 제강 슬래그 및 강섬유의 사진이다.
도 3은 본 발명에 따른 자가 응력 센싱이 가능한 시멘트 복합 재료에 압축 하중이 적용할 경우 전기적 네트워크 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 자가 응력 센싱이 가능한 시멘트 복합 재료 조성물의 시험체 사진이다.
도 5 내지 도 9는 본 발명에 따른 자가 응력 센싱이 가능한 시멘트 복합 재료 조성물의 전기-역학적 성능을 실험한 결과를 보여주는 그래프이다.
1 is a view for explaining the principle of electrical resistance change of the cement composite material capable of self-stress sensing according to the present invention.
2 is a photograph of steel slag and steel fibers incorporated into a cement composite material composition capable of self-stress sensing according to the present invention.
3 is a view for explaining an electrical network change when a compressive load is applied to a cement composite material capable of self-stress sensing according to the present invention.
4 is a photograph of a test specimen of a cement composite material composition capable of self-stress sensing according to the present invention.
5 to 9 are graphs showing the results of experiments on the electro-mechanical performance of a self-stressing capable cement composite material composition according to the present invention.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다. Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited or limited by the embodiments. The same reference numerals in each drawing denote the same members.

도 1은 본 발명에 따른 자가 응력 센싱이 가능한 시멘트 복합 재료의 전기 저항 변화 원리를 설명하기 위한 도면, 도 2는 본 발명에 따른 자가 응력 센싱이 가능한 시멘트 복합 재료 조성물에 혼입되는 제강 슬래그 및 강섬유의 사진, 도 3은 본 발명에 따른 자가 응력 센싱이 가능한 시멘트 복합 재료에 압축 하중이 적용할 경우 전기적 네트워크 변화를 설명하기 위한 도면, 도 4는 본 발명에 따른 자가 응력 센싱이 가능한 시멘트 복합 재료 조성물의 시험체 사진, 도 5 내지 도 9는 본 발명에 따른 자가 응력 센싱이 가능한 시멘트 복합 재료 조성물의 전기-역학적 성능을 실험한 결과를 보여주는 그래프이다.1 is a view for explaining the principle of electrical resistance change of the cement composite material capable of self-stress sensing according to the present invention, FIG. 2 is a steel slag and steel fibers incorporated into the cement composite material composition capable of self-stress sensing according to the present invention Photo, FIG. 3 is a view for explaining an electrical network change when a compressive load is applied to a self-stress-sensitive cement composite material according to the present invention, and FIG. 4 is a self-stress-sensitive cement composite material composition according to the present invention Test body photographs, FIGS. 5 to 9 are graphs showing the results of experiments of electro-mechanical performance of a cement composite material composition capable of self-stress sensing according to the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 자가 응력 센싱이 가능한 시멘트 복합 재료 조성물(100, 이하 '시멘트 복합 재료 조성물'이라 함)는, 시멘트(Cement), 실리카 흄(Silica fume), 실리카 파우더(Silica powder), 전도성 재료, 고성능 감수제(Superplasticizer) 및 물(Water)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, a cement composite material composition capable of self-stress sensing according to the present invention (100, hereinafter referred to as a 'cement composite material composition') includes cement, silica fume, and silica powder powder), conductive materials, high performance superplasticizers, and water.

상기와 같은 조성을 가지는 시멘트 복합 재료 조성물(100)을 이용하여 콘크리트 구조물을 형성하고 상기 콘크리트 구조물에 전기를 흘려줄 수 있는 전극을 형성하고, 상기 전극에 전류를 공급하여 시간에 따른 콘크리트 구조물의 비저항 변화를 측정함으로써 본 발명에 따른 시멘트 복합 재료 조성물을 포함하는 콘크리트 구조물의 응력을 자가 센싱(self-sensing)할 수 있다.Forming a concrete structure using the cement composite material composition 100 having the composition as described above, forming an electrode capable of flowing electricity to the concrete structure, and supplying current to the electrode to change the specific resistance of the concrete structure over time By measuring the self-sensing of the stress of the concrete structure comprising the cement composite material composition according to the present invention (self-sensing).

본 발명에 따른 시멘트 복합 재료 조성물(100)에 함유 내지 포함되는 시멘트, 실리카 흄, 실리카 파우더, 고성능 감수제 및 물은 일반적으로 토목 재료 또는 건설 재료로 사용되는 시멘트, 실리카 흄, 실리카 파우더, 고성능 감수제 및 물이라면 특별히 한정되지 않고 사용될 수 있다. 다만, 본 발명에 따른 시멘트 복합 재료 조성물을 사용하여 시공하고자 하는 구조물 또는 건축물, 시공시기, 시공방법, 공사기간 등에 따라 시멘트, 실리카 흄, 실리카 파우더, 고성능 감수제 및 물의 함량은 바람직한 양으로 조절하여 사용될 수 있다.Cement, silica fume, silica powder, high performance water reducing agent and water contained or included in the cement composite material composition 100 according to the present invention are generally used as civil engineering materials or construction materials, silica fume, silica powder, high performance water reducing agent and If it is water, it is not particularly limited and can be used. However, the content of cement, silica fume, silica powder, high performance water reducing agent and water can be used in a desired amount by using the cement composite material composition according to the present invention, depending on the structure or structure to be constructed, construction time, construction method, construction period, etc. Can be.

여기서, 본 발명에 따른 시멘트 복합 재료 조성물(100)에 포함되는 상기 전도성 재료는 제강 슬래그(Steel slag, 120) 및 강섬유(Steel fiber, 110)를 포함할 수 있다.Here, the conductive material included in the cement composite material composition 100 according to the present invention may include steel slag (Steel slag, 120) and steel fiber (Steel fiber, 110).

상기 제강 슬래그(120)는, 철강 산업의 부산물로서 높은 철 함유량을 가지며 전기 전도성을 가지고 있다. 상기 제강 슬래그(120)는 모래 입자의 형상 또는 크기로 형성될 수 있다. 제강 슬래그(120)를 모래 입자 크기로 가공한 것을 제강 슬래그 잔골재(Steel Slag Aggregate, SSA)라고 한다. 본 발명에 따른 시멘트 복합 재료 조성물(100)은 제강 슬래그가 함유되거나 제강 슬래그 잔골재(SSA)가 함유될 수도 있다. 이하에서, "제강 슬래그"는 "제강 슬래그 잔골재(SSA)"를 포함하는 개념이다.The steel slag 120 is a by-product of the steel industry and has high iron content and electrical conductivity. The steel slag 120 may be formed in the shape or size of sand particles. The steel slag 120 processed to a size of sand is referred to as a steel slag aggregate (SSA). The cement composite material composition 100 according to the present invention may contain steelmaking slag or steelmaking slag fine aggregate (SSA). Hereinafter, "steel slag" is a concept including "steel slag fine aggregate (SSA)".

도 1에 도시된 바와 같이, 제강 슬래그(120)는 전기전도성을 가지며 직경 0.39 mm 이하의 모래 입자 크기로 가공된 것을 사용하는 것이 바람직하다. As shown in FIG. 1, it is preferable that the steel slag 120 has electrical conductivity and is processed to a sand particle size of 0.39 mm or less in diameter.

도 2의 (a) 내지 (c)에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 시멘트 복합 재료 조성물(100)에는 제강 슬래그 분말이 사용되는 것이 아니고, 제강 슬래그를 모래입자 크기로 만든 것이 배합되어 사용될 수 있다.As shown in (a) to (c) of FIG. 2, the cement composite material composition 100 according to the present invention does not use steelmaking slag powder, but can be used in combination with steelmaking slag made of sand particle size. have.

상기 제강 슬래그(120)는 크기(입경)가 모래 입자 정도인 것을 사용하며, 다른 잔골재와 혼합하여 사용하지 않고 제강 슬래그 단독으로 사용되는 것이 바람직하다. 즉, 모래 입자 크기로 가공된 제강 슬래그(120)는 기존의 시멘트 복합 재료에 사용되는 모래를 대체하여 혼입되는 것이다.The steel slag 120 is used in the size (particle size) is about the size of the sand particles, it is preferable to be used alone as a steel slag without mixing with other fine aggregates. That is, the steel slag 120 processed to the size of sand particles is incorporated by replacing sand used in the existing cement composite material.

상기 제강 슬래그(120)는 생석회(CaO), 삼산화철(Fe2O3), 수용성 규소(SiO3), 알루미나(Al2O3), 마그네시아(MgO) 등을 포함할 수 있다. 각 성분의 함유량은 다음 [표 1]과 같다. The steel slag 120 may include quicklime (CaO), iron trioxide (Fe 2 O 3 ), water-soluble silicon (SiO 3 ), alumina (Al 2 O 3 ), magnesia (MgO), and the like. The content of each component is shown in the following [Table 1].

Figure pat00001
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한편, 도 2의 (d)에 도시된 바와 같이, 상기 강섬유(110)는 길이가 짧은 단섬유(short smooth steel fiber)를 복수개 포함할 수 있다. 즉, 강섬유(110)는 길이가 짧은 단섬유를 복수개 혼합하여 사용할 수 있다. Meanwhile, as illustrated in (d) of FIG. 2, the steel fiber 110 may include a plurality of short smooth steel fibers. That is, the steel fiber 110 may be used by mixing a plurality of short short fibers.

본 발명에 따른 시멘트 복합재료 조성물(100)에는 길이가 짧고 인장강도가 우수하며 전기 전도성이 뛰어난 강섬유(110)가 혼입됨으로써, 시멘트 복합재료의 전기-역학적 성능을 평가하여 자가 응력 변화 감지 능력이 우수한 시멘트 복합 재료를 얻을 수 있다.The cement composite material composition 100 according to the present invention has a short length, excellent tensile strength, and excellent electrical conductivity, so that the steel fiber 110 is incorporated, thereby evaluating the electro-mechanical performance of the cement composite material, thereby providing excellent self-stress change detection capability. Cement composite materials can be obtained.

상기 강섬유(110)는 본 발명에 따른 시멘트 복합 재료 조성물(100)로 된 구조물(101) 내에 균질하게 분산되기에 적합한 길이로 형성되는 것이 바람직하다.The steel fiber 110 is preferably formed to a length suitable for homogeneous dispersion in the structure 101 of the cement composite material composition 100 according to the present invention.

또한, 상기 제강 슬래그(120)는 모래 입자 크기로 가공된 것을 사용하기 때문에 본 발명에 따른 시멘트 복합 재료 조성물(100) 내에 균질하게 분산될 수 있다.In addition, the steel slag 120 can be homogeneously dispersed in the cement composite material composition 100 according to the present invention because it uses a sand particle size.

여기서, 상기 실리카 흄에 의해서도 상기 제강 슬래그(120) 및 상기 강섬유(110)의 균질한 분산이 가능해질 수 있다. 제강 슬래그(120) 보다 적은 양의 실리카 흄이 포함됨으로써 제강 슬래그(120) 또는 강섬유(110)의 뭉침 현상을 방지하고 시멘트 복합 재료 조성물(100) 내에서 제강 슬래그 또는 강섬유가 고르게 분산될 수 있다.Here, homogeneous dispersion of the steel slag 120 and the steel fibers 110 may be possible even by the silica fume. By containing less amount of silica fume than the steel slag 120, the steel slag 120 or the steel fiber 110 may be prevented from agglomeration, and the steel slag or steel fiber may be evenly dispersed within the cement composite material composition 100.

한편, 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 제강 슬래그(120)의 크기는 강섬유(110)의 직경 또는 굵기 보다 큰 것이 바람직하다. 제강 슬래그(120)와 강섬유(110)는 시멘트 복합 재료 조성물(100) 또는 시멘트 페이스트(Cement paste) 내에서 고르게 분산될 수 있다.On the other hand, as shown in Figures 1 and 3, the size of the steel slag 120 is preferably larger than the diameter or thickness of the steel fiber 110. The steel slag 120 and the steel fiber 110 may be uniformly dispersed in the cement composite material composition 100 or cement paste.

본 발명에 따른 시멘트 복합 재료 조성물(100)에 포함되는 시멘트(Cement), 실리카 흄(Silica fume), 실리카 파우더(Silica powder), 전도성 재료, 고성능 감수제(Super plasticizer) 및 물(Water) 등은 하기 [표 2]의 최적 배합비를 가지는 것이 바람직하다. 여기서, 전도성 재료는 제강 슬래그(SSA) 및 강섬유(Fiber)이다.Cement, silica fume, silica powder, conductive material, high performance superplasticizer and water included in the cement composite material composition 100 according to the present invention are as follows. It is preferable to have the optimum mixing ratio of [Table 2]. Here, the conductive materials are steel slag (SSA) and steel fibers (Fiber).

하기 [표 2]는 본 발명에 따른 시멘트 복합 재료 조성물의 최적 배합비를 나타낸다.Table 2 below shows the optimum mixing ratio of the cement composite material composition according to the present invention.

Figure pat00002
Figure pat00002

본 출원인은 상기 [표 2]와 같은 최적 배합비를 찾아 내기 위해서, 전도성 재료에 따른 시멘트 복합 재료 조성물의 전기-역학적 성능 평가, 제강 슬래그 크기 및 전도성 재료 혼입량에 따른 시멘트 복합 재료 조성물의 전기-역학적 성능 평가 실험을 진행하였다. 실험에 대해서는 후술하도록 한다.In order to find the optimal blending ratio as shown in [Table 2], the present applicant evaluates the electro-mechanical performance of the cement composite material composition according to the conductive material, and the electro-mechanical performance of the cement composite material composition according to the steel slag size and the amount of conductive material incorporation. Evaluation experiments were conducted. The experiment will be described later.

본 발명에 따른 시멘트 복합 재료 조성물(100)은 전도성 재료로서 제강 슬래그(120)와 강섬유(110)를 모두 포함하기 때문에 우수한 자가 응력 센싱 능력을 가질 수 있다.Since the cement composite material composition 100 according to the present invention includes both the steel slag 120 and the steel fiber 110 as a conductive material, it may have excellent self-stress sensing capability.

도 3의 (a)는 본 발명에 따른 시멘트 복합 재료에 압축 하중(P)이 가해지는 경우를 나타낸 도면이고, 도 3의 (b)는 (a)와 같이 압축 하중(P)이 가해질 때 시멘트 복합 재료의 내부에서 발생하는 전기적 네트워크의 변화를 나타낸 도면이다.3 (a) is a view showing a case where a compressive load (P) is applied to the cement composite material according to the present invention, and FIG. 3 (b) is cement when a compressive load (P) is applied as in (a) This diagram shows the change in the electrical network occurring inside the composite material.

우선, 도 3(a)를 참조하면, 본 발명에 따른 시멘트 복합 재료 조성물(100)에 포함된 제강 슬래그(120) 및 강섬유(110)는 서로 접촉되거나 맞닿아 있는 것도 있고 서로 분리되어 있는 것도 있다. 이들 중에서 서로 접촉되거나 맞닿아 있는 제강 슬래그(120a,120b)와 강섬유(110a,110b)는 전기적 네트워크(EN; Electric Network)를 형성할 수 있다. 즉, 서로 접촉되거나 맞닿아 있는 제강 슬래그(120a,120b)와 강섬유(110a,110b)에는 전류가 흐를 수 있다.First, referring to FIG. 3 (a), the steel slag 120 and the steel fibers 110 included in the cement composite material composition 100 according to the present invention may be in contact with or in contact with each other or may be separated from each other. . Among them, the steel slag 120a, 120b and steel fibers 110a, 110b that are in contact with or in contact with each other may form an electric network (EN). That is, current may flow through the steel slag 120a, 120b and the steel fibers 110a, 110b that are in contact with or in contact with each other.

도 3(a)의 경우에는 2개의 강섬유(110a,110b)와 2개의 제강 슬래그(120a,120b)가 하나의 전기적 네트워크(EN)를 형성하게 된다.In the case of Figure 3 (a), two steel fibers (110a, 110b) and two steel slags (120a, 120b) form one electrical network (EN).

이와 같이, 본 발명에 따른 시멘트 복합 재료 조성물(100)은 서로 접촉하면 전기적 네트워크를 형성하는 제강 슬래그(120) 및 강섬유(110)를 포함할 수 있다.As such, the cement composite material composition 100 according to the present invention may include steel slag 120 and steel fibers 110 that form an electrical network when contacted with each other.

도 3(a)의 상태에서 즉, 2개의 강섬유(110a,110b)가 서로 접촉되어 있고 이 2개의 강섬유(110a,110b)에 각각 1개의 제강 슬래그(120a,120b)가 접촉된 상태서, 압축 하중(P)이 가해지면, 도 3(b)의 상태로 변하게 된다.In the state of Fig. 3 (a), that is, the two steel fibers (110a, 110b) are in contact with each other and the two steel fibers (110a, 110b), respectively, in the state of steelmaking slag (120a, 120b) in contact with each other, the compression load When (P) is applied, the state of FIG. 3 (b) is changed.

본 발명에 따른 시멘트 복합 재료 조성물(100)로 된 구조물(101)에 압축 하중(P)이 가해지면, 시멘트 복합 재료 조성물(100)에 응력 변화가 생기게 되고 이에 따라 시멘트 복합 재료 조성물(100) 내의 제강 슬래그(120) 또는 강섬유(110)의 이동 또는 위치 변화가 일어날 수 있다.When a compressive load (P) is applied to the structure 101 made of the cement composite material composition 100 according to the present invention, a stress change occurs in the cement composite material composition 100, and accordingly, within the cement composite material composition 100 The steel slag 120 or the steel fiber 110 may move or change position.

도 3(b)에 도시된 바와 같이, 가해진 압축 하중(P)에 의해서 자가 응력 센싱 시멘트 복합 재료 조성물(100)에 생긴 응력 변화(Δ)에 의해서 서로 접촉하거나 맞닿는 제강 슬래그(120) 또는 강섬유(110)에 변화가 생길 수 있다. As shown in FIG. 3 (b), the steel slag 120 or the steel fibers that contact or abut each other by the stress change (Δ) generated in the self-stress sensing cement composite material composition 100 by the applied compressive load (P) ( 110).

도 3(b)를 참조하면, 압축 하중(P)에 의한 응력 변화(Δ)로 인해 서로 접촉하고 있는 2개의 강섬유(110a,110b)에 각각 접촉하는 제강 슬래그(120a,120b) 사이에 새로운 제강 슬래그(120c)가 위치하여 2개의 제강 슬래그(120a,120b)와 동시에 접촉하게 된다. 또한, 2개의 강섬유(110a,110b)엑 각각 추가적으로 접촉하는 제강 슬래그(120e,120d)가 존재하게 된다. 이에 더하여 새로운 강섬유(110c)와 또 다른 제강 슬래그(120f)도 기존의 2개의 강섬유(110a,110b)와 전기적으로 연결된 상태가 된다. 따라서, 도 3(b)의 경우에는 3개의 강섬유(110a,110b,110c)와 6개의 제강 슬래그(120a~120f)가 하나의 전기적 네트워크(EN)를 형성하게 된다.Referring to Figure 3 (b), due to the stress change (Δ) by the compressive load (P), the new steel between the steel slag (120a, 120b) in contact with each of the two steel fibers (110a, 110b) in contact with each other The slag 120c is positioned to contact the two steelmaking slags 120a, 120b simultaneously. In addition, the steel slag (120e, 120d) is in contact with each of the two steel fibers (110a, 110b), respectively. In addition to this, the new steel fiber 110c and another steel slag 120f are also electrically connected to the two existing steel fibers 110a and 110b. Accordingly, in the case of FIG. 3 (b), three steel fibers 110a, 110b, and 110c and six steel slags 120a to 120f form one electrical network EN.

이와 같이 제강 슬래그(120)와 강섬유(110)는 서로 접촉하여 전기적 네트워크(EN)를 형성하고, 압축 하중이 가해지거나 응력이 변하는 경우 상기 전기적 네트워크에 개입되는 제강 슬래그(120) 또는 강섬유(110)가 증가할 수 있다. 즉, 응력이 변하면 동일한 전기적 네트워크에 관여하는 제강 슬래그(120) 또는 강섬유(110)의 개수가 늘어날 수 있다.In this way, the steel slag 120 and the steel fiber 110 come into contact with each other to form an electrical network EN, and when a compressive load is applied or a stress is changed, the steel slag 120 or steel fiber 110 intervening in the electrical network Can increase. That is, when the stress changes, the number of steel slag 120 or steel fibers 110 participating in the same electrical network may increase.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 시멘트 복합 재료 조성물(100)은, 고르게 분포된 다수개의 제강 슬래그(120)와 강섬유(110)로 인해서 응력이 변하는 경우 확대되는 전기적 네트워크로부터 응력 변화를 자가 센싱할 수 있고 그 감지 능력의 향상을 기대할 수 있다.As described above, the cement composite material composition 100 according to the present invention is capable of self-sensing the stress change from the electrical network that is enlarged when the stress changes due to the evenly distributed multiple steel slag 120 and the steel fiber 110. Can improve the detection ability.

한편, 상기한 바와 같이, 본 출원인은 상기 [표 2]에 제시된 시멘트 복합 재료 조성물의 최적 배합비를 찾아 내기 위해서, 전도성 재료에 따른 시멘트 복합 재료 조성물의 전기-역학적 성능 평가, 제강 슬래그 크기 및 전도성 재료 혼입량에 따른 시멘트 복합 재료 조성물의 전기-역학적 성능 평가 실험을 진행하였다. 이하에서는 실험과정 및 결과에 대해서 설명한다.On the other hand, as described above, the present applicant, in order to find the optimum blending ratio of the cement composite material composition shown in [Table 2], electro-dynamic performance evaluation of the cement composite material composition according to the conductive material, steel slag size and conductive material An electro-dynamic performance evaluation experiment of the cement composite material composition according to the amount of mixing was conducted. Hereinafter, the experimental process and results will be described.

1) 전도성 재료에 따른 시멘트 복합 재료 조성물의 전기-역학적 성능 평가1) Evaluation of the electro-mechanical performance of the cement composite material composition according to the conductive material

본 출원인은, 제강 슬래그와 강섬유가 보강된 본 발명에 따른 시멘트 복합 재료 조성물과, 전기 전도성이 우수하고 탄성영역에서의 전기-역학적 성능이 우수한 다중벽 탄소 나노튜브 (Multi-walled carbon nanotube, MWCNT)를 보강한 시멘트 복합재료와의 전기-역학적 성능을 비교 평가하였다.Applicants, the cement composite material composition according to the present invention is reinforced with steel slag and steel fibers, and excellent electrical conductivity and multi-walled carbon nanotubes (MWCNT) excellent in electro-mechanical performance in the elastic region The electro-mechanical performance with the reinforced cement composite material was compared and evaluated.

이를 위해 (1) 강섬유 2 vol.%를 사용한 매트릭스(MF), (2) 다중벽 탄소 나노튜브(MWCNT) 0.5%와 강섬유 2 vol.%를 사용한 매트릭스(MFMW), (3) 제강 슬래그만 사용한 매트릭스(MS), (4) 제강 슬래그와 강섬유 2 vol.%가 사용된 매트릭스(MSF)로 총 4가지의 매트릭스를 구성하였다. 사용된 4가지 매트릭스의 구성성분 및 압축강도 그리고 전도성 재료 특성은 아래 [표 3] 및 [표 4]에 각각 나타내었다.To this end, (1) matrix (MF) using 2 vol.% Of steel fibers, (2) matrix (MFMW) using 0.5% multi-walled carbon nanotubes (MWCNT) and 2 vol.% Of steel fibers, (3) only steelmaking slag was used. Matrix (MS), (4) Steel matrix slag and 2 vol.% Of steel fibers (MSF) were used to construct a total of four matrices. The components, compressive strength and conductive material properties of the four matrices used are shown in [Table 3] and [Table 4], respectively.

Figure pat00003
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[표 3]에서 Defoamer는 소포제, fc는 압축강도를 의미한다.In [Table 3], Defoamer defoamer and fc denote compressive strength.

Figure pat00004
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[표 4]는 전도성 재료인 강섬유(Steel fiber), 제강 슬래그(SSA) 및 다중벽 탄소 나노튜브(MWCNT)의 직경, 길이, 인장강도 및 탄성계수를 나타낸다.[Table 4] shows the diameter, length, tensile strength and modulus of elasticity of the conductive materials such as steel fiber, steel slag (SSA), and multi-walled carbon nanotubes (MWCNT).

* 시험체 준비* Preparation of specimen

전기-역학적 성능 비교 실험을 위해서 [표 3]의 4가지 매트릭스에 대한 시험체를 제작한다. For the electro-mechanical performance comparison experiment, test specimens for the four matrices of [Table 3] were prepared.

전기-역학적 실험에 사용된 시험체는 가로X세로X높이가 50X50X50 mm의 큐브형 압축 시험체를 사용하였으며, 전기-역학적 응답 조사를 위한 전극으로 도 4에 도시된 바와 같이 구리 와이어 메쉬를 매립식 전극으로 사용하였다. 매립식 전극은 20 mm 간격으로 시험체 내부에 매립하였다.The test specimen used in the electro-mechanical experiment was a cube-shaped compression specimen having a width X length X height of 50X50X50 mm, and an electrode for investigating the electro-mechanical response, as shown in FIG. 4, using a copper wire mesh as a buried electrode. Used. The buried electrodes were buried inside the specimen at 20 mm intervals.

도 4의 (a)에는 구리 와이어 메쉬 전극이 도시되어 있고, 도 4의 (b)에는 상기 구리 와이어 메쉬 전극이 매립된 시험체가 도시되어 있다.A copper wire mesh electrode is illustrated in FIG. 4 (a), and a test body in which the copper wire mesh electrode is embedded is illustrated in FIG. 4 (b).

제강 슬래그와 강섬유를 사용한 시멘트 복합 재료(MSF)의 경우, 배합은 물과 감수제(SP, [표 3] 참조)를 제외한 시멘트와 혼화재 및 제강 슬래그를 넣고 건배합을 진행하였다. 그리고 물을 재료의 유동성과 재료 분리 방지를 위해 4회에 걸쳐 나누어 투입하고, 감수제(SP)를 배합의 상태에 따라 조금씩 나누어 투입한 후 강섬유를 혼입하였다. 이렇게 제작된 시험체는 3일간 90±2 oC 고온 수중 양생을 진행하였다.In the case of cement composite material (MSF) using steel slag and steel fiber, the formulation was dry blended with cement and admixture and steel slag excluding water and water reducing agent (SP, [Table 3]). In addition, water was divided into four times to prevent fluidity and material separation, and water-reducing agent (SP) was added in small portions according to the formulation, and steel fibers were mixed. The thus-prepared specimens were cured in 90 ± 2 o C high temperature water for 3 days.

다중벽 탄소 나노튜브(MWCNT)가 보강된 시멘트 복합재료(MFMW)는 다중벽 탄소 나노튜브를 감수제(SP)와 희석하여 배합수에 넣고, 초음파 분쇄기 (sonicator)를 사용하여 진폭(amplitude) 50%, 주파수(frequency) 20s의 분쇄 조건으로 하여 2시간 동안 분산시킨 후 배합에 사용하였다. 배합의 순서는 시멘트, 실리카 샌드(모래) 그리고 실리카 파우더를 넣고 10분간 건배합(A1)을 진행하였다. 건배합 진행 후 A1을 제거하고, 준비된 다중벽 탄소 나노튜브를 실리카 흄과 함께 5분간 배합(A2)을 진행하였다. A2 배합이 완료된 후, 먼저 배합해둔 A1을 A2에 투입하여 5분간 배합을 진행하였다. 이후, 남은 량의 물과 감수제(SP)를 넣어 10분간 배합한 후 소포제(Defoamer)를 넣고 5분간 추가 배합하여 시험체를 제작하였다. 양생이 종료된 시험체를 24 시간 동안 자연 건조 시킨 후 실험을 수행하였다.The multi-walled carbon nanotube (MWCNT) -reinforced cement composite material (MFMW) is diluted in a multi-walled carbon nanotube with a water reducing agent (SP) and added to the blended water, and an amplitude of 50% is used using an ultrasonic sonicator. After dispersing for 2 hours under grinding conditions of frequency 20s, it was used for compounding. The order of mixing was cement, silica sand (sand), and silica powder was added to dry mix (A1) for 10 minutes. After dry blending, A1 was removed, and the prepared multi-walled carbon nanotubes were combined with silica fume for 5 minutes (A2). After the A2 compounding was completed, A1, which had been previously blended, was introduced into A2 to perform the blending for 5 minutes. Subsequently, the remaining amount of water and a water reducing agent (SP) were added to mix for 10 minutes, and then a defoamer was added and further mixed for 5 minutes to prepare a test body. After curing, the test specimen was naturally dried for 24 hours, and then an experiment was performed.

* 실험 방법* Experimental method

전기-역학적 응답 조사는 전기 저항률 측정 장비로 AC 임피던스 분석기(미도시)를 사용하였으며, 측정 방법은 2탐침 저항 측정 방법 (2-probe resistance measurement method)을 통하여 실험을 수행하였다.For the electro-mechanical response investigation, an AC impedance analyzer (not shown) was used as the electrical resistivity measurement equipment, and the measurement was performed through a 2-probe resistance measurement method.

측정에 사용된 AC 임피던스 분석기의 측정 조건은 1Hz 내지 1MHz의 주파수 범위에서 10 step/decade로 주파수(frequency)를 스윕(sweep)하여 임피던스 변화를 측정하였다. 역학적 조건은 300 ton 용량의 만능재료시험기 (Universal Test Machine, UTM)를 이용하여 하중 유지 시험 방법을 통하여 압축 하중 크기(20,40,60,80,100 MPa)에 따른 전기 저항률의 변화를 측정하였다.The measurement condition of the AC impedance analyzer used for the measurement was to measure the impedance change by sweeping the frequency at 10 steps / decade in the frequency range of 1 Hz to 1 MHz. The mechanical conditions were measured using a universal test machine (UTM) with a capacity of 300 ton to measure the change in electrical resistivity according to the compressive load size (20,40,60,80,100 MPa) through a load maintenance test method.

* 실험 결과* Experiment result

AC 임피던스 분석기를 통해 하중 상태에 따라 측정된 임피던스(impedance)를 나이퀴스트 선도(Nyquist diagram)를 통해 x축은 실수부 임피던스 값(Z'), y축은 허수부 임피던스 값(Z'')으로 도 5와 같이 나타내었다. 도 5는 시험체에 가해지는 압축 하중 크기(20,40,60,80,100 MPa)에 따른 4가지 매트릭스 별 임피던스 변화 거동을 나타내는 실험 결과 그래프이다. 도 6은 시험체에 가해지는 압축 하중의 크기에 따른 시멘트 복합 재료의 임피던스 변화 거동을 나타내는 실험 결과 그래프이다. The impedance measured according to the load condition through the AC impedance analyzer is plotted through the Nyquist diagram, and the x-axis is the real part impedance value (Z ') and the y-axis is the imaginary part impedance value (Z' '). It was represented as 5. 5 is an experimental result graph showing the behavior of impedance change for each of four matrices according to the compressive load magnitude (20, 40, 60, 80, 100 MPa) applied to the test body. 6 is a graph of experimental results showing the change in impedance of a cement composite material according to the size of a compressive load applied to a test body.

이때 시험체 별 고유주파수 지점에서의 실수부 임피던스 값을 전기저항 (Rcusp)로 사용하여 시험체 크기에 영향을 받지 않는 재료 특성인 전기저항률 (ρ)을 [수학식 1]과 같이 계산하였다.At this time, by using the real part impedance value at the natural frequency point for each test object as the electrical resistance (Rcusp), the electrical resistivity (ρ), a material characteristic not affected by the test object size, was calculated as shown in [Equation 1].

Figure pat00005
Figure pat00005

[수학식 1]에서 A는 시험체의 면적, L은 시험체의 길이이다.In [Equation 1], A is the area of the test body, and L is the length of the test body.

분석을 위해 크기 20 MPa의 압축 하중을 받고 있는 상태에서의 전기저항률(ρ20)을 기준으로 하중 상태 별 전기저항률(ρx)까지의 전기저항률 변화율(Fractional Change in Resistivity, FCR)를 아래 [수학식 2]와 같이 계산하여 도 7과 [표 5]에 나타내었다.For analysis, based on the electrical resistivity (ρ 20 ) under a compressive load of size 20 MPa, the ratio of electrical resistivity (ρ x ) up to the electrical resistivity (ρ x ) for each load state is as follows. Equation 2] is calculated and shown in FIG. 7 and [Table 5].

Figure pat00006
Figure pat00006

Figure pat00007
Figure pat00007

[표 5]는 압축 하중의 크기에 따른 시멘트 복합 재료의 전기저항률 변화율을 나타내고, 도 7은 압축 하중의 크기에 따른 시멘트 복합 재료의 전기저항률 변화 거동을 보여주는 실험 결과 그래프이다.[Table 5] shows the rate of change of the electrical resistivity of the cement composite material according to the size of the compressive load, and FIG. 7 is a graph of experimental results showing the change of the electrical resistivity of the cement composite material according to the size of the compressive load.

도 7과 [표 5]에 제시된 바와 같이, 4가지 매트릭스의 모든 시험체에서 압축 하중이 증가함에 따라 전기저항률이 감소하는 거동을 보인다는 것을 알 수 있다. 이때 제강 슬래그와 강섬유를 복합적으로 사용한 매트릭스(MSF)가 크기 100 MPa이 압축 하중에서 전기저항률 변화율(FCR)이 15.1%로 다른 전기 전도성 재료가 사용된 매트릭스에 비해 가장 높은 전기저항률 변화율을 보였으며, 강섬유만이 사용된 매트릭스(MF)는 12.3%, 다중벽 탄소 나노튜브와 강섬유가 동시에 사용된 매트릭스(MFMW)는 9.8%, 그리고 제강 슬래그만 사용된 매트릭스(MS)는 9.6%의 전기저항률 변화율을 보였다. As shown in FIG. 7 and [Table 5], it can be seen that all the test specimens of the four matrices exhibit a behavior in which the electrical resistivity decreases as the compressive load increases. At this time, the matrix (MSF) using a combination of steel slag and steel fiber had a size of 100 MPa, and the electrical resistivity change rate (FCR) was 15.1% at the compressive load, showing the highest electrical resistivity change rate compared to the matrix using other electrically conductive materials, The electrical resistivity change rate of 12.3% for the steel fiber-only matrix (MF), 9.8% for the multi-walled carbon nanotube and the steel fiber (MFMW), and 9.6% for the steel-slag-only matrix (MS) Looked.

따라서, 도 7 및 [표 5]의 결과로부터, 제강 슬래그와 강섬유를 복합적으로 사용한 매트릭스(MSF)가 자가 응력 센싱이 가능한 시멘트 복합 재료로 가장 적합하다는 것을 알 수 있었다.Therefore, it can be seen from the results of FIG. 7 and [Table 5] that the matrix (MSF) using a combination of steel slag and steel fiber is most suitable as a cement composite material capable of self-stress sensing.

2) 제강 슬래그의 입자 크기 및 전도성 재료의 혼입량에 따른 시멘트 복합 재료의 전기-역학적 성능 평가2) Evaluation of electro-mechanical performance of cement composite material according to the particle size of steel slag and the amount of conductive material incorporated

본 출원인은, 도 7 및 [표 5]에서 가장 우수한 전기-역학적 거동을 나타낸 제강 슬래그와 강섬유가 함께 사용된 매트릭스(MSF)에 대해서, 자가 응력 센싱이 가능한 시멘트 복합 재료 조성물의 최적 배합비를 도출하기 위해 제강 슬래그의 입자 크기 및 전도성 재료의 혼입량에 따른 시멘트 복합 재료의 전기-역학적 성능을 평가하고자 총 8가지의 매트릭스를 구성하였다. Applicants to derive the optimum mixing ratio of the cement composite material composition capable of self-stress sensing for the matrix (MSF) in which steel slag and steel fibers showing the best electro-mechanical behavior in FIGS. 7 and 5 are used together In order to evaluate the electro-mechanical performance of the cement composite material according to the particle size of the steelmaking slag and the mixing amount of the conductive material, a total of 8 matrices were constructed.

8가지 매트릭스는 다음과 같다.The eight matrices are:

(1) 모래(silica sand)가 시멘트 중량 대비 100%와 강섬유가 2 vol.%를 사용한 매트릭스 (F2S0) : 시멘트 100 중량부 기준으로 모래 100 중량부가 포함되고, 강섬유는 시험체 부피의 2%로 포함된 매트릭스(1) Matrix (F2S0) using sand (silica sand) 100% by weight of cement and 2 vol.% Of steel fibers: 100 parts by weight of sand based on 100 parts by weight of cement, and 2% of the volume of steel fibers Matrix

(2) 제강 슬래그(직경≤ Ø 0.39 mm)가 시멘트 중량 대비 100%와 강섬유 2 vol.%를 사용한 매트릭스(F2S1-0.39) : 시멘트 100 중량부 기준으로 직경이 0.39 mm 이하인 제강 슬래그 100 중량부가 포함되고, 강섬유는 시험체 부피의 2%로 포함된 매트릭스(2) Matrix with steel slag (diameter ≤ Ø 0.39 mm) using 100% by weight of cement and 2 vol.% Of steel fiber (F2S1-0.39): 100 parts by weight of steel slag with a diameter of 0.39 mm or less based on 100 parts by weight of cement The steel fiber is a matrix containing 2% of the volume of the specimen

(3) 제강 슬래그(직경 1~2 mm)가 시멘트 중량 대비 100%와 강섬유 2 vol.%를 사용한 매트릭스(F2S1-2) : 시멘트 100 중량부 기준으로 직경이 1~2 mm인 제강 슬래그 100 중량부가 포함되고, 강섬유는 시험체 부피의 2%로 포함된 매트릭스(3) Matrix with steel slag (1-2 mm in diameter) using 100% of cement weight and 2 vol.% Of steel fiber (F2S1-2): 100 weight of steel slag with a diameter of 1 to 2 mm based on 100 parts by weight of cement The matrix is included, and the steel fiber is contained in 2% of the volume of the specimen.

(4) 제강 슬래그(직경 2~5 mm) 시멘트 중량 대비 100%와 강섬유 2 vol.%를 사용한 매트릭스(F2S1-5) : 시멘트 100 중량부 기준으로 직경이 2~5 mm인 제강 슬래그 100 중량부가 포함되고, 강섬유는 시험체 부피의 2%로 포함된 매트릭스(4) Steel slag (2-5 mm in diameter) Matrix using 100% by weight of cement and 2 vol.% Of steel fiber (F2S1-5): 100 parts by weight of steel slag with a diameter of 2 to 5 mm based on 100 parts by weight of cement Included, steel fibers are contained in 2% of the sample volume matrix

(5) 제강 슬래그(직경≤ Ø 0.39 mm)와 모래가 시멘트 중량 대비 각각 50%, 그리고 강섬유를 2 vol.% 사용한 매트릭스(F2S0.5-0.39) : 시멘트 100 중량부 기준으로 직경이 0.39 mm이하인 제강 슬래그 50 중량부와 모래 50 중량부가 포함되고, 강섬유는 시험체 부피의 2%로 포함된 매트릭스(5) Steel slag (diameter ≤ Ø 0.39 mm) and sand each 50% by weight of cement, and 2 vol.% Of steel fibers (F2S0.5-0.39): diameter of 0.39 mm or less based on 100 parts by weight of cement A matrix containing 50 parts by weight of steel slag and 50 parts by weight of sand, and steel fibers containing 2% of the volume of the test sample

(6) 제강 슬래그(직경≤ Ø 0.39 mm) 시멘트 중량 대비 150%와 강섬유 2 vol.%를 사용한 매트릭스(F2S1.5-0.39) : 시멘트 100 중량부 기준으로 직경이 0.39 mm이하인 제강 슬래그 150 중량부가 포함되고, 강섬유는 시험체 부피의 2%로 포함된 매트릭스(6) Steel slag (diameter ≤ Ø 0.39 mm) Matrix using 150% of cement weight and 2 vol.% Of steel fiber (F2S1.5-0.39): 150 parts by weight of steel slag with a diameter of 0.39 mm or less based on 100 parts by weight of cement Included, steel fibers are contained in 2% of the sample volume matrix

(7) 제강 슬래그(직경≤ Ø 0.39 mm) 시멘트 중량 대비 200%와 강섬유 2 vol.%를 사용한 매트릭스(F2S2-0.39) : 시멘트 100 중량부 기준으로 직경이 0.39 mm인 제강 슬래그 200 중량부가 포함되고, 강섬유는 시험체 부피의 2%로 포함된 매트릭스(7) Steel slag (diameter ≤ Ø 0.39 mm) Matrix using 200% by weight of cement and 2 vol.% Of steel fibers (F2S2-0.39): 200 parts by weight of steel slag with a diameter of 0.39 mm based on 100 parts by weight of cement is included , Steel fiber matrix containing 2% of the volume of the specimen

(8) 제강 슬래그(직경≤ Ø 0.39 mm) 시멘트 중량 대비 100%와 강섬유 1 vol.%를 사용한 매트릭스(F1S1-0.39) : 시멘트 100 중량부 기준으로 직경이 0.39 mm이하인 제강 슬래그 100 중량부가 포함되고, 강섬유는 시험체 부피의 1%로 포함된 매트릭스(8) Steel slag (diameter ≤ Ø 0.39 mm) Matrix using 100% by weight of cement and 1 vol.% Of steel fiber (F1S1-0.39): 100 parts by weight of steel slag with a diameter of 0.39 mm or less based on 100 parts by weight of cement is included , Steel fiber matrix containing 1% of the volume of the specimen

사용된 매트릭스의 구성성분 및 압축강도는 아래의 [표 6]에 나타내었다.The components and compressive strength of the matrix used are shown in [Table 6] below.

Figure pat00008
Figure pat00008

[표 6]은 8가지 매트릭스 별 구성성분 및 매트릭스의 압축 강도를 나타낸다.[Table 6] shows the components of each matrix and the compressive strength of the matrix.

* 시험체 준비* Preparation of specimen

전기-역학적 성능 비교 실험을 위해서 [표 6]의 8가지 매트릭스에 대한 시험체를 제작한다.For the electro-mechanical performance comparison experiment, test specimens for the eight matrices of [Table 6] were prepared.

전기-역학적 실험에 사용된 시험체는 가로X세로X높이가 50X50X50 mm의 큐브형 압축 시험체를 사용하였으며, 전기-역학적 응답 조사를 위한 전극으로 도 4와 같이 구리 와이어 메쉬를 매립식 전극으로 사용하였다. 매립식 전극은 20 mm 간격으로 시험체 내부에 매립하였다.The test specimen used in the electro-mechanical experiment was a cube-shaped compression specimen having a width X length X height of 50X50X50 mm, and a copper wire mesh was used as a buried electrode as shown in FIG. 4 as an electrode for investigation of the electro-dynamic response. The buried electrodes were buried inside the specimen at 20 mm intervals.

배합은 물과 감수제(SP)를 제외한 시멘트와 혼화재 및 잔골재(제강 슬래그, 모래)를 넣고 건배합을 진행하였다. 그리고 물을 재료의 유동성과 재료 분리 방지를 위해 4회에 걸쳐 나누어 투입하고, 감수제(SP)를 배합의 상태에 따라 조금씩 나누어 투입한 후 강섬유를 혼입하였다. 제작된 시험체는 3일간 90±2 oC 고온 수중 양생을 진행하였다. 양생이 종료된 시험체를 24 시간 동안 자연 건조 시킨 후 실험을 수행하였다.The formulation was carried out by dry mixing with cement, admixture and fine aggregate (steel slag, sand) excluding water and water reducing agent (SP). In addition, water was divided into four times to prevent fluidity and material separation, and water-reducing agent (SP) was added in small portions according to the formulation, and steel fibers were mixed. The fabricated specimens were cured in 90 ± 2 o C high temperature water for 3 days. After the curing was completed, the specimen was naturally dried for 24 hours, and then an experiment was performed.

* 실험 방법* Experimental method

전기-역학적 응답 조사는 전기 저항률 측정 장비로 AC 임피던스 분석기를 사용하였으며, 측정 방법은 2탐침 저항 측정 방법 (2-probe resistance measurement method)을 통하여 실험을 수행하였다. 측정은 시험체의 고유 주파수에 해당하는 지점에서 AC 임피던스 분석기를 사용해 0.1 seconds/step 속도로 실시간 전기 저항률 변화를 조사하였다. 역학적 조건은 300 ton 용량의 변위제어식 만능재료시험기 (Universal Test Machine, UTM)를 이용하여 압축 하중 상태에 따른 시멘트 복합 재료의 전기 저항률 변화를 측정하였다.For the electro-mechanical response investigation, an AC impedance analyzer was used as the electrical resistivity measurement equipment, and the measurement method was performed through a 2-probe resistance measurement method. The measurement was performed by examining the change in real-time electrical resistivity at a rate of 0.1 seconds / step using an AC impedance analyzer at a point corresponding to the natural frequency of the specimen. The mechanical condition was measured by using a 300 ton displacement-controlled universal test machine (UTM) to change the electrical resistivity of the cement composite material according to the compressive load condition.

* 실험 결과* Experiment result

AC 임피던스 분석기를 통해 측정된 시험체의 고유 주파수 영역에 해당하는 실수부 전기저항률(ρ)를 바탕으로, 하중 상태에 따른 전기 저항률 변화를 나타내고자, 각각의 하중상태에 따른 전기저항률(ρx)과 초기 전기 저항률(ρ0)를 사용하여 전기 저항률의 변화율(Fractional Change in Resistivity, FCR)을 아래의 [수학식 3]과 같이 계산하여 도 8과 같이 나타내었다.Based on the electrical resistivity (ρ) of the real part corresponding to the natural frequency range of the specimen measured by the AC impedance analyzer, the electrical resistivity (ρ x ) and The initial electrical resistivity (ρ 0 ) was used to calculate the rate of change of electrical resistivity (Fractional Change in Resistivity, FCR) as shown in [Equation 3] below.

Figure pat00009
Figure pat00009

도 8은 압축 하중 하에서 8가지 매트릭스 별 시멘트 복합 재료의 전기-역학적 응답을 보여주는 실험 결과 그래프이다.8 is an experimental result graph showing the electro-mechanical response of the cement composite materials for each of the eight matrices under compressive load.

도 8을 참조하면, 8가지 매트릭스 별 시험체 모두 최대 압축응력(σp)에 도달하기 전에는 압축 하중의 크기가 증가함에 따라 시멘트 복합 재료의 전기 저항률이 감소하였으며, 최대 압축응력(σp)에 도달 이후에는 전기 저항률이 유지 또는 증가하는 경향을 나타내었다. Referring to FIG. 8, before the maximum compressive stress (σ p ) of all the specimens for each of the eight matrixes was reached, the electrical resistivity of the cement composite material decreased as the size of the compressive load increased, and the maximum compressive stress (σ p ) was reached. Thereafter, the electrical resistivity tended to be maintained or increased.

이때, [표 7]을 참조하면, 직경 0.39 mm 이하의 제강 슬래그와 규사가 시멘트 중량 대비 각각 50%, 강섬유가 시험체 부피비 2%로 보강된 시멘트 복합 재료(F2S0.5-0.39), 그리고 직경 0.39 mm 이하의 제강 슬래그가 시멘트 중량 대비 100%, 강섬유가 시험체 부피비 2%로 보강된 시멘트 복합 재료(F2S1-0.39)가 8가지 매트릭스 중에서 가장 우수한 전기-역학적 응답을 나타냄을 알 수 있다. At this time, referring to [Table 7], steel slag and silica sand having a diameter of 0.39 mm or less are 50% of the cement weight, respectively, and the steel fiber is a cement composite material reinforced with a volume ratio of 2% (F2S0.5-0.39), and a diameter of 0.39. It can be seen that the cement composite material (F2S1-0.39) in which the steel slag of mm or less is reinforced with 100% by weight of cement and 2% of the volume ratio of the test specimen shows the best electro-mechanical response among the eight matrices.

Figure pat00010
Figure pat00010

[표 7]은 압축 하중 하에서 8가지 매트릭스 별 전기-역학적 응답 거동을 나타낸다.Table 7 shows the electro-mechanical response behavior for each of the eight matrices under compressive loading.

* 제강 슬래그 입자의 크기에 따른 실험 결과* Experimental results according to the size of steel slag particles

제강 슬래그 입자의 직경 크기에 따른 전기저항률 변화 거동을 분석한 결과, 각 시험체 별 최대 압축응력 도달 시, 도 9의 (a)에 도시된 바와 같이 0.39 mm 직경의 제강 슬래그가 사용된 매트릭스(F2S1-0.39)의 시험체는 34.4%의 전기저항률 변화율(FCR)을 보이고, 1-2 mm 직경의 제강 슬래그가 사용된 매트릭스(F2S1-2)의 시험체는 25.3%의 전기저항률 변화율을 보이고, 그리고 2-5 mm 직경의 제강 슬래그가 사용된 매트릭스(F2S1-5)의 시험체는 15.5%의 전기저항률 변화율을 보였다. 따라서, 제강 슬래그의 입자 크기에 따른 전기-역학적 민감도는 제강 슬래그 입자의 직경 크기가 가장 작은 매트릭스(F2S1-0.39)의 시험체가 가장 우수한 것을 알 수 있다.As a result of analyzing the electrical resistivity change behavior according to the diameter size of the steel slag particles, when reaching the maximum compressive stress for each specimen, the matrix (F2S1-) using 0.39 mm diameter steel slag as shown in Fig. 9 (a) The specimen of 0.39) showed an electrical resistivity change rate (FCR) of 34.4%, and the specimen of a matrix (F2S1-2) using a 1-2 mm diameter steel slag showed an electrical resistivity change rate of 25.3%, and 2-5 The test body of the matrix (F2S1-5) in which the steel-diameter slag of mm diameter was used showed a change rate of electrical resistivity of 15.5%. Therefore, it can be seen that the electro-mechanical sensitivity according to the particle size of the steel slag is the best of the test sample of the matrix (F2S1-0.39) having the smallest diameter size of the steel slag particles.

* 입자 직경이 0.39 mm인 제강 슬래그의 사용량에 따른 실험 결과* Experimental results according to the amount of steel slag with a particle diameter of 0.39 mm

입자의 크기가 0.39 mm 직경인 제강 슬래그의 사용량에 따른 전기저항률 변화 거동을 분석한 결과, 도 9의 (b)에 도시된 바와 같이 제강 슬래그 없이 모래가 시멘트 중량 대비 100% 사용된 매트릭스(F2S0)의 시험체는 23.5%의 전기저항률 변화율을 보이고, 제강 슬래그와 규사가 시멘트 중량 대비 각각 50% 사용된 매트릭스(F2S0.5-0.39)가 42.9%의 전기저항률 변화율을 보이고, 제강 슬래그가 시멘트 중량 대비 100% 사용된 매트릭스(F2S1-0.39)가 34.4%의 전기저항률 변화율을 보이고, 제강 슬래그가 시멘트 중량 대비 150% 사용된 매트릭스(F2S1.5-0.39)가 29.0%의 전기저항률 변화율을 보이고, 제강 슬래그가 시멘트 중량 대비 200% 사용된 매트릭스(F2S2-0.39)가 20.0%의 전기저항률 변화율을 나타내었다. 따라서, 제강 슬래그와 규사가 시멘트 중량 대비 각각 50% 사용된 매트릭스(F2S0.5-0.39)가 가장 우수한 전기-역학적 민감도를 나타내며, 다음으로 제강 슬래그가 시멘트 중량 대비 100% 사용된 매트릭스(F2S1-0.39)가 두 번째로 우수한 전기-역학적 민감도를 나타낸다는 것을 확인할 수 있다.As a result of analyzing the behavior of change in electrical resistivity according to the amount of steel slag having a particle size of 0.39 mm diameter, as shown in FIG. 9 (b), sand without steel slag was used 100% by weight of cement (F2S0) The test specimen of 23.5% showed an electric resistivity change rate, and the matrix (F2S0.5-0.39) in which steel slag and silica sand were used 50% each compared to the cement weight showed an electric resistivity change rate of 42.9%, and the steel slag was 100 compared to the cement weight. % The matrix used (F2S1-0.39) showed an electrical resistivity change rate of 34.4%, the steel slag used 150% compared to the cement weight matrix (F2S1.5-0.39) showed an electrical resistivity change rate of 29.0%, and the steel slag was The matrix (F2S2-0.39) used for 200% by weight of cement showed a change rate of electrical resistivity of 20.0%. Therefore, the matrix (F2S0.5-0.39) in which steel slag and silica sand were used 50% by weight, respectively, showed the best electro-mechanical sensitivity, and then the matrix in which steel slag was used 100% by weight in cement (F2S1-0.39) It can be seen that) represents the second best electro-mechanical sensitivity.

* 강섬유의 사용량에 따른 실험 결과* Experimental results according to the amount of steel fiber used

강섬유 사용량에 따른 시멘트 복합 재료의 전기저항 변화 거동을 분석한 결과, 도 9의 (c)에 도시된 바와 같이 입자의 크기가 0.39 mm 직경인 제강 슬래그가 시멘트 중량 대비 100% 사용된 경우에 대하여, 강섬유량이 시험체 부피비 2%로 사용된 매트릭스(F2S1-0.39)가 34.4%의 전기저항률 변화율을 보이고, 강섬유량이 시험체 부피비 1%로 사용된 매트릭스(F1S1-0.39)가 26.7%의 전기저항률 변화율을 나타내었다. 따라서, 강섬유가 시험체 부피비 2%로 사용된 매트릭스(F2S1-0.39)가 가장 우수한 전기-역학적 민감도를 나타낸다는 것을 알 수 있다.As a result of analyzing the electrical resistance change behavior of the cement composite material according to the amount of steel fiber used, as shown in FIG. 9 (c), when the steel slag having a particle size of 0.39 mm diameter was used 100% of the cement weight, The matrix (F2S1-0.39) in which the amount of steel fiber was used as a volume ratio of 2% of the specimen exhibited a change rate of 34.4%, and the matrix (F1S1-0.39) in which the amount of steel fibers was used as the volume ratio of the test sample showed a change rate of 26.7%. . Therefore, it can be seen that the matrix (F2S1-0.39) in which the steel fibers were used at a volume ratio of 2% of the test specimen exhibited the best electro-mechanical sensitivity.

3) 결론3) Conclusion

제강 슬래그와 강섬유를 사용하여 높은 전기-역학적 민감도를 자가 응력 센싱이 가능한 시멘트 복합 재료 조성물의 최적 배합비를 도출하기 위해서 상기 1) 및 2)의 두 가지 실험을 진행하였으며, 실험으로부터 다음과 같은 결론을 얻을 수 있다.Two experiments of 1) and 2) above were conducted to derive the optimum mixing ratio of the cement composite material composition capable of self-stress sensing with high electro-mechanical sensitivity using steel slag and steel fibers. Can be obtained.

(1) 제강 슬래그와 강섬유를 복합적으로 사용한 시멘트 복합재료 조성물의 경우가 강섬유, 다중벽 탄소 나노튜브(MWCNT), 그리고 강섬유와 다중벽 탄소 나노튜브를 동시에 사용한 경우에 비해 우수한 전기-역학적 민감도를 나타낸다.(1) The cement composite material composition using a combination of steel slag and steel fiber shows superior electro-mechanical sensitivity compared to the case of using steel fiber, multi-walled carbon nanotubes (MWCNT), and steel fiber and multi-walled carbon nanotubes simultaneously. .

(2) 직경 0.39 mm 이하의 입자 크기를 가지는 제강 슬래그와 규사가 시멘트 중량 대비 각각 50%로 포함되고, 강섬유가 시험체 부피의 2%로 보강된 시멘트 복합 재료(F2S0.5-0.39), 그리고 직경 0.39 mm 이하의 입자 크기를 가지는 제강 슬래그가 시멘트 중량 대비 100%로 포함되고, 강섬유가 시험체 부피의 2%로 보강된 시멘트 복합재료(F2S1-0.39)가 제강 슬래그 직경 크기 (≤0.39, 1~2, 2~5 mm) 및 전도성 재료 혼입량(제강 슬래그 0,50,100,150,200%; 강섬유 vol 1,2%)에 따른 배합 중 가장 우수한 전기-역학적 민감도를 나타낸다.(2) Steel slag and silica sand having a particle size of 0.39 mm or less in diameter is 50% of the cement weight, respectively, and the cement composite material with steel fibers reinforced with 2% of the volume of the specimen (F2S0.5-0.39), and diameter Steel slag with a particle size of 0.39 mm or less is included in 100% by weight of cement, and cement composite material (F2S1-0.39) reinforced with 2% of the volume of the test body is made of steel slag diameter (≤0.39, 1 ~ 2). , 2-5 mm) and conductive material mixing amount (steel slag 0,50,100,150,200%; steel fiber vol 1,2%).

최종적으로 도출된 자가 응력 센싱이 가능한 시멘트 복합 재료 조성물의 배합비는 상기 [표 2]와 같다. 즉, 시멘트 100 중량부 기준으로, 실리카 흄 15 중량부, 실리카 파우더 25 중량부, 직경이 0.39 mm 이하인 제강 슬래그 100 중량부, 고성능 감수제 5.1 중량부 및 물 20 중량부를 포함하고, 강섬유는 시멘트 복합 재료 조성물로 형성된 시험체 부피의 2%로 포함되는 시멘트 복합 재료 조성물(F2S1-0.39)과, 시멘트 100 중량부 기준으로, 실리카 흄 15 중량부, 실리카 파우더 25 중량부, 직경이 0.39 mm 이하인 제강 슬래그 50 중량부, 모래 50 중량부, 고성능 감수제 5.1 중량부 및 물 20 중량부를 포함하고, 강섬유는 시멘트 복합 재료 조성물로 형성된 시험체 부피의 2%로 포함되는 시멘트 복합 재료 조성물(F2S0.5-0.39)이 가장 우수한 전기-역학적 민감도를 가진다.Finally, the compounding ratio of the cement composite material composition capable of self-stress sensing is as shown in [Table 2]. That is, based on 100 parts by weight of cement, 15 parts by weight of silica fume, 25 parts by weight of silica powder, 100 parts by weight of steel slag having a diameter of 0.39 mm or less, 5.1 parts by weight of high performance water reducing agent, and 20 parts by weight of water, steel fiber is a cement composite material Cement composite material composition (F2S1-0.39) included in 2% of the volume of the test body formed by the composition, and 15 parts by weight of silica fume, 25 parts by weight of silica powder, and 50 parts by weight of steel slag having a diameter of 0.39 mm or less based on 100 parts by weight of cement Part, 50 parts by weight of sand, 5.1 parts by weight of a high-performance water reducing agent and 20 parts by weight of water, and the steel fiber is the most excellent cement composite material composition (F2S0.5-0.39), which comprises 2% of the volume of the test sample formed of the cement composite material composition. It has electro-mechanical sensitivity.

상기에서 설명한 두 가지 실험을 통해 제시한 배합을 가지는 시멘트 복합 재료 조성물이 기존 기술에 비해 우수한 감지 성능을 가진다는 것을 확인할 수 있었다.Through the two experiments described above, it was confirmed that the cement composite material composition having the suggested formulation has superior sensing performance compared to the existing technology.

이상과 같이 본 발명의 실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 청구범위뿐 아니라 이 청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다. As described above, in the embodiment of the present invention, specific matters such as specific components and the like have been described by the limited embodiment and the drawings, but this is provided only to help the overall understanding of the present invention, and the present invention is limited to the above embodiment It will not be, and those skilled in the art to which the present invention pertains can make various modifications and variations from these descriptions. Accordingly, the spirit of the present invention should not be limited to the described embodiments, and should be defined, and all claims that are equivalent or equivalent to these claims, as well as the claims to be described later, belong to the scope of the spirit of the present invention.

100: 자가 응력 센싱이 가능한 시멘트 복합 재료 조성물
110: 강섬유
120: 제강 슬래그
EN: 전기적 네트워크
100: cement composite material composition capable of self-stress sensing
110: steel fiber
120: steel slag
EN: Electrical network

Claims (8)

시멘트, 실리카 흄, 실리카 파우더, 전도성 재료, 고성능 감수제 및 물을 포함하고,
상기 전도성 재료는 제강 슬래그 및 강섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는, 자가 응력 센싱이 가능한 시멘트 복합 재료 조성물.
Contains cement, silica fume, silica powder, conductive materials, high performance water reducing agents and water,
The conductive material is characterized in that it comprises a steel slag and steel fibers, a self-stressing cement composite material composition capable of sensing.
제1항에 있어서,
상기 시멘트 100 중량부 기준으로,
상기 실리카 흄 15 중량부, 상기 실리카 파우더 25 중량부, 상기 제강 슬래그 50 내지 100 중량부, 상기 고성능 감수제 5.1 중량부 및 상기 물 20 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 자가 응력 센싱이 가능한 시멘트 복합 재료 조성물.
According to claim 1,
Based on 100 parts by weight of the cement,
15 parts by weight of the silica fume, 25 parts by weight of the silica powder, 50 to 100 parts by weight of the steel slag, 5.1 parts by weight of the high performance water reducing agent, and 20 parts by weight of water, a cement composite material capable of self-stress sensing Composition.
제2항에 있어서,
상기 시멘트 100 중량부 기준으로 상기 제강 슬래그는 100 중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는, 자가 응력 센싱이 가능한 시멘트 복합 재료 조성물.
According to claim 2,
The steel slag is based on 100 parts by weight of the cement, characterized in that contained in 100 parts by weight of the cement composite material composition capable of self-stress sensing.
제2항에 있어서,
상기 시멘트 100 중량부 기준으로 모래 50 중량부를 더 포함하고, 상기 제강 슬래그는 50 중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는, 자가 응력 센싱이 가능한 시멘트 복합 재료 조성물.
According to claim 2,
The cement composite material composition capable of self-stress sensing, characterized in that it further comprises 50 parts by weight of sand based on 100 parts by weight of the cement, and the steel slag is included by 50 parts by weight.
제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 제강 슬래그는 직경이 0.39 mm 이하인 입자들로 형성되는 제강 슬래그 잔골재로 마련되는 것을 특징으로 하는, 자가 응력 센싱이 가능한 시멘트 복합 재료 조성물.
The method of claim 3 or 4,
The steel slag is a cement composite material composition capable of self-stress sensing, characterized in that it is made of a steel slag fine aggregate formed of particles having a diameter of 0.39 mm or less.
제5항에 있어서,
상기 강섬유는 상기 시멘트 복합 재료 조성물로 형성된 시험체 부피의 2%로 포함되는 것을 특징으로 하는, 자가 응력 센싱이 가능한 시멘트 복합 재료 조성물.
The method of claim 5,
The steel fiber is a cement composite material composition capable of self-stress sensing, characterized in that contained in 2% of the volume of the test body formed of the cement composite material composition.
제6항에 있어서,
상기 제강 슬래그와 상기 강섬유는 서로 접촉하여 전기적 네트워크를 형성하고,
압축 하중이 가해지거나 응력이 변하는 경우 상기 전기적 네트워크에 개입되는 상기 제강 슬래그 또는 상기 강섬유가 증가하는 것을 특징으로 하는, 자가 응력 센싱이 가능한 시멘트 복합 재료 조성물.
The method of claim 6,
The steel slag and the steel fiber are in contact with each other to form an electrical network,
A self-stressing cement composite material composition characterized in that the steel slag or the steel fibers intervening in the electrical network increases when a compressive load is applied or the stress changes.
제7항에 있어서,
상기 강섬유는 길이가 짧은 단섬유(short smooth steel fiber)를 복수개 포함하는 것을 특징으로 하는, 자가 응력 센싱이 가능한 시멘트 복합 재료 조성물.
The method of claim 7,
The steel fiber is a cement composite material composition capable of self-stress sensing, comprising a plurality of short smooth steel fibers.
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