KR20220091627A - Cement-based conductive composite controlled the expansion by aluminum - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a cement-based composition such as cement paste, mortar, concrete, etc., which ensures conductivity by being mixed with aluminum. Provided is a cement-based conductive composition which suppresses foam expansion due to reaction of calcium hydroxide and aluminum by coating a surface of the aluminum, and minimizes the deterioration of physical properties (fluidity, compressive strength, etc.) due to the mixing of the aluminum. The present invention provides a cement-based conductive composition capable of controlling foam expansion of aluminum by mixing 20 to 25 parts by weight of aluminum pieces whose surfaces are coated with respect to 100 parts by weight of cement.

Description

알루미늄에 의한 발포 팽창이 제어되는 시멘트 기반 전도성 조성물{Cement-based conductive composite controlled the expansion by aluminum}Cement-based conductive composite controlled the expansion by aluminum

본 발명은 알루미늄이 혼입되어 전도성을 확보된 시멘트 페이스트, 모르타르, 콘크리트 등의 시멘트 기반 조성물에 관한 것으로서, 알루미늄 표면을 코팅하여 수산화칼슘과 알루미늄의 반응에 의한 발포 팽창을 억제하고, 알루미늄 혼입에 의한 물성(유동성, 압축강도 등) 저하가 최소화되는 시멘트 기반 전도성 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a cement-based composition such as cement paste, mortar, concrete, etc., in which aluminum is mixed to ensure conductivity, and by coating an aluminum surface, it suppresses foaming and expansion due to the reaction of calcium hydroxide with aluminum, and physical properties ( It relates to a cement-based conductive composition in which deterioration of fluidity, compressive strength, etc.) is minimized.

세계 건설업계의 트렌드는 '효율'에서 '안전' 중심으로 변화하고 있으며, 국내 건설업계 또한 이와 같은 흐름에 편승하고 있는 추세이다. 국내의 경우 다수의 산간과 하천이 존재하는 지형 특성상 대부분의 도로가 안개, 강우, 폭설 등의 자연재해에 취약하여 직접적 사고 및 2차 사고 등의 발생 위험이 높은 상황이다. The trend of the global construction industry is changing from 'efficiency' to 'safety', and the domestic construction industry is also riding on this trend. In the case of Korea, most roads are vulnerable to natural disasters such as fog, rainfall, and heavy snow due to the nature of the terrain where there are many mountains and rivers, so there is a high risk of direct accidents and secondary accidents.

이와 함께 지구 온난화 등의 영향으로 지난 80년간 겨울은 점점 짧아지는 반면, 국지성 기습강설 등의 이상기후 징후는 지속적으로 증가하고 있다. 또한, 대설, 풍랑 등의 겨울철 자연재난 발생 빈도가 최근 10년간 계속 늘어나고 있으며, 영하권 온도의 지속으로 인한 빙판길 사고 발생률도 높아지는 형국이다. 이러한 상황에서 최근 5년간 국내에서는 도로 결빙 사고로 199명이 사망하였으며, 북유럽 국가의 경우 결빙 시 사고 비율이 건조 시에 비해 4배 이상 높아지고 치사율은 두 배 이상 증가하는 것으로 조사되었다. In addition, while winter has been getting shorter over the past 80 years due to global warming, etc., signs of abnormal climate such as localized sudden snowfall are continuously increasing. In addition, the frequency of natural disasters in winter, such as heavy snowfall and storms, has been increasing for the past 10 years, and the incidence of icy road accidents due to the continued sub-zero temperature is also increasing. Under this circumstance, 199 people died in road icing accidents in Korea over the past 5 years.

이와 같은 결빙 사고로 인한 인명피해를 막기 위해 모래, 염화칼슘 등의 살포와 제설차 및 인력 운용을 통한 제설 및 제빙 대책이 시행되고 있다. 모래 포설의 경우, 모래에 의한 배수로 막힘, 해빙 후 환경적 문제 등이 야기되고, 이로 인한 2차적 피해가 발생할 수 있으며, 막대한 인력과 장비가 소요되므로 대량 작업 구간에 적용하기는 어렵다. 서울시의 경우, 2010년 이후 매년 약 1,000여대의 제설차량과 3,000여명의 인력이 동원되며, 연간 22만 포대(7,000t)에 달하는 제설제가 살포되는 것으로 집계되었다. 그러나 염화칼슘 및 염화나트륨 등 제설제의 무분별한 살포로 인한 환경 문제 및 구조물 외 차량의 손상까지 야기하는 등의 문제점이 확인되었다.In order to prevent human casualties due to such a freezing accident, measures such as sand and calcium chloride are applied, and measures are being taken to remove snow and ice through the operation of snow plows and manpower. In the case of sand laying, it is difficult to apply it to a mass work section because it causes clogging of drains by sand and environmental problems after thawing, which can cause secondary damage, and requires enormous manpower and equipment. In the case of Seoul, since 2010, about 1,000 snow removal vehicles and 3,000 manpower have been mobilized every year, and it is estimated that 220,000 bags (7,000 tons) of snow removal agent are sprayed annually. However, problems such as environmental problems caused by indiscriminate spraying of snow removal agents such as calcium chloride and sodium chloride and damage to vehicles other than structures were confirmed.

[참고도 1][Reference 1]

Figure pat00001
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또한, 최근 도로 위 결빙으로 인한 사고의 가장 큰 이슈로 떠오른 블랙아이스는 워낙 얇고 투명하여 도로의 아스팔트 색을 그대로 투영하여 주행 시 눈에 잘 띄지 않아 운전자의 방심으로 인한 사고로 이어지게 한다. 일반적으로 낮 동안 내린 눈, 비가 아스팔트 틈에 스며들었다가, 밤 사이 기름, 먼지 등과 섞여 도로 위에 얇게 얼어붙어 발생된다. 그러나 제설제가 도로 위 눈과 결합 시 노면 위 잔여 수분이 표면을 더욱 미끄럽게 하여 블랙아이스의 발생이 잦아지게 되어 겨울철 빙판길 사고 예방을 위한 도로 관리에서 제설제 사용의 실효성에 대한 의문이 제기되기도 하였다.In addition, black ice, which has recently emerged as the biggest issue in accidents due to icing on the road, is so thin and transparent that it projects the asphalt color of the road as it is, making it inconspicuous while driving, leading to accidents due to driver's carelessness. Generally, snow and rain that fell during the day seep into the cracks in the asphalt, and then mix with oil and dust during the night and freeze thinly on the road. However, when the snow remover is combined with the snow on the road, the residual moisture on the road makes the surface more slippery and black ice occurs more frequently. .

앞서 언급한 모래살포, 제설제 외에 융설액 사용, 전열선과 열배관 기술 등이 도로 결빙방지에 적용되고 있으며, 최근에는 히트펌프 이용 방식, 초박형 지열발열체 밀 발열 콘크리트 등도 시도 되고 있다. 기존의 도로 제설 방법의 종류 및 특징은 아래 [참고표 1]에 정리된 바와 같다.In addition to the aforementioned sand spray and snow removal agent, the use of snowmelting liquid, heating wire and heat pipe technology, etc. are being applied to road icing prevention. The types and characteristics of the existing road snow removal methods are summarized in [Reference Table 1] below.

[참고표 1] - 제설 방법의 종류 및 특징[Reference Table 1] - Types and Characteristics of Snow Removal Methods

Figure pat00002
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그러나 융설액은 금속재 부식을 유발하여, 차량 및 도로 시설물에 유해하고, 재결빙 및 환경적 2차 문제가 발생하는 것으로 확인된다. 전열선이나 열 배관 방식은 전기나 기타 에너지원을 통해 발생시킨 열을 활용하는 것으로 시스템의 보수가 어려워 재시공을 필요로 하는 등의 단점이 있고, 전원이나 열원 확보 비용도 과다 소요된다. However, it is confirmed that the snow melt causes corrosion of metal materials, is harmful to vehicles and road facilities, and causes re-freezing and secondary environmental problems. The heating wire or heat pipe method utilizes heat generated through electricity or other energy sources, and it has disadvantages such as the difficulty of system maintenance and the need for re-construction, and the cost of securing power or heat sources is also excessive.

[참고도 2] - 기존 융설 시스템의 종류[Reference Figure 2] - Types of existing snow melting systems

Figure pat00003
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따라서 오염 유발과 시스템의 장애율 최소화하고 보수와 유지관리가 용이하며 비용의 저감이 가능한 도로 융설 및 융빙 공법의 개발이 필요한 상황이다.Therefore, there is a need to develop a road snow melting and ice melting method that can minimize pollution and system failure, facilitate repair and maintenance, and reduce costs.

한편, 일반적인 콘크리트는 자연에서 쉽게 얻을 수 있는 재료를 기반으로 하고, 강도, 내구성 및 경제성이 우수하여 건축, 토목재료로 널리 사용되고 있다. 이러한 콘크리트는 부도체로서 전기전도도가 매우 낮으나, 전기전도성을 보유한 물질의 혼입을 통해 비저항을 갖는 전기전도성 재료로 활용이 가능하다. 최근 들어 이와 같은 원리를 이용하여 콘크리트에 전기전도성을 부여하고 이를 통해 발열 성능이 발현되는 콘크리트에 대한 많은 개발 연구 및 시도가 있었다. 전기전도성을 보유하는 콘크리트의 양단에 전압을 걸어 전류가 흐르면 전기가 전도되면서 발열이 되도록 하는 것이다. 해당 기술은 고속도로 결빙지역, 공항 활주로, 선박 항구 주변 도크 등의 결빙 지역 및 지하 주차장 진입 램프 등에 적용될 수 있다. 이와 함께 최근까지 흑연, 코크스, 카본블랙 및 탄소섬유 등의 전도성 물질을 혼입하여 제작한 콘크리트의 전기저항, 전기전도도 및 발열 성능 변화에 대한 연구가 진행되기도 하였다. 이러한 전도성 발열 콘크리트는 기존 제설제 및 융설액 도포 방식과는 달리 환경 오염, 구조물 손상 및 부식 등이 발생하지 않으며, 에너지 절약 차원에서도 좋은 해결책이 될 수 있다고 전망된다.On the other hand, general concrete is based on materials that can be easily obtained from nature, and has excellent strength, durability, and economic feasibility, so it is widely used as a building and civil engineering material. Although such concrete has very low electrical conductivity as an insulator, it can be used as an electrically conductive material having specific resistance through mixing of a material having electrical conductivity. Recently, there have been many development studies and attempts on concrete that imparts electrical conductivity to concrete using this principle and exhibits heat-generating performance through it. By applying a voltage to both ends of the concrete that has electrical conductivity, when an electric current flows, electricity is conducted and heat is generated. The technology can be applied to frozen areas such as highways, airport runways, docks around ship ports, and underground parking lot entrance ramps. In addition, studies on changes in electrical resistance, electrical conductivity, and heat generation performance of concrete prepared by mixing conductive materials such as graphite, coke, carbon black and carbon fiber have been conducted until recently. This conductive heating concrete does not cause environmental pollution, structural damage or corrosion, unlike the existing snow removal agent and snowmelting liquid application method, and is expected to be a good solution in terms of energy saving.

일반적으로 금속성 물질은 높은 전기전도성을 보유하고 있으며, 은(6.29 × 105S/cm), 구리(5.98 × 105S/cm), 금(4.26 × 105S/cm), 알루미늄(3.77 × 105S/cm), 철(1.03 × 105S/cm)의 순서로 전기전도성이 우수한 것으로 확인된다. 이 가운데 철은 모르타르 또는 콘크리트의 전기전도성 향상을 위해 강섬유 등의 형태로 적용하기도 한다. 알루미늄의 경우 경량 금속재로서, 높은 비강도, 가공성, 우수한 내식성 및 인체 무독성 등의 장점을 보유하여 다양한 산업분야에 적용되는 재료이다. 하지만 시멘트 페이스트, 모르타르, 콘크리트 등의 시멘트 기반 조성물에 적용 시 시멘트와 반응하여 발포하는 특성으로 인해 시멘트 기반 조성물에는 혼입되기 어려운 재료로 인식되어 왔다. 알루미늄이 시멘트와 반응하는 원리는 다음과 같다.In general, metallic materials have high electrical conductivity, and are silver (6.29 × 10 5 S/cm), copper (5.98 × 10 5 S/cm), gold (4.26 × 10 5 S/cm), and aluminum (3.77 × 10 5 S/cm). 10 5 S/cm) and iron (1.03 × 10 5 S/cm) were confirmed to have excellent electrical conductivity. Among them, iron is sometimes applied in the form of steel fibers to improve the electrical conductivity of mortar or concrete. In the case of aluminum, as a lightweight metal material, it has advantages such as high specific strength, workability, excellent corrosion resistance and non-toxicity to the human body, and is a material applied to various industrial fields. However, when applied to cement-based compositions such as cement paste, mortar, and concrete, it has been recognized as a material that is difficult to be incorporated into cement-based compositions due to the property of reacting with cement and foaming. The principle of how aluminum reacts with cement is as follows.

포틀랜드 시멘트에 존재하는 화합물 중 많은 비중을 차지하는 C3S(규산3칼슘, 3CaO·SiO2)와 C2S(규산2칼슘, 2CaO·SiO2)는 물과 반응하면 각각 아래 [식 1] 및 [식 2]와 같은 과정을 통해 산화칼슘(Ca(OH)2)과 규산칼슘 수화물(C-S-H)를 생성한다. Among the compounds present in Portland cement, C3S (tricalcium silicate, 3CaO•SiO 2 ) and C2S (dicalcium silicate, 2CaO•SiO 2 ), which account for a large proportion of the compounds present in Portland cement, react with water below [Equation 1] and [Equation 2], respectively. Calcium oxide (Ca(OH) 2 ) and calcium silicate hydrate (CSH) are produced through the same process.

[식 1][Equation 1]

Figure pat00004
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[식 2][Equation 2]

Figure pat00005
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이때 생성되는 생성된 수산화칼슘은 각각 아래 [식 3] 및 [식 4]의 반응식과 같이 알루미늄과 반응하여 수소가스를 발생시키며, 시멘트 기반 조성물 내부에 기포를 생성하게 된다. At this time, the generated calcium hydroxide reacts with aluminum as shown in the reaction formulas of [Equation 3] and [Equation 4] below, respectively, to generate hydrogen gas, and bubbles are generated inside the cement-based composition.

[식 3][Equation 3]

Figure pat00006
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[식 4][Equation 4]

Figure pat00007
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알루미늄은 위와 같은 이유로 모르타르 및 콘크리트에는 적용되고 있지 못하지만, 여러 산업 분야에서 다양하게 활용되고 있으므로 그 사용량과 배출량이 방대하다. 특히 알루미늄 캔의 경우 연간 12억 3천 600만개에 달하는 상당한 양이 소모되는 것으로 추정된다. Although aluminum is not applied to mortar and concrete for the above reasons, aluminum is widely used in various industrial fields, so its usage and discharge are vast. In particular, in the case of aluminum cans, it is estimated that 1.236 billion units are consumed annually.

1. 공개특허 10-2009-0117259 "전도성 시멘트 조성물 및 이를 이용한 방식방법"1. Patent Publication 10-2009-0117259 "Conductive cement composition and anticorrosive method using same" 2. 등록특허 10-0328539 "발열성 시멘트 모르타르 또는 콘크리트 조성물, 발열체 및 그의 제조방법"2. Registered Patent 10-0328539 "Exothermic cement mortar or concrete composition, heating element and manufacturing method thereof" 3. 등록특허 10-0234577 "시멘트를 이용한 전기전도성 발열 콘크리트"3. Registered Patent 10-0234577 "Electrically conductive heating concrete using cement"

본 발명은 버려진 알루미늄 캔을 건축 재료로 적용할 수 있는 방안을 도출하는 것을 1차 목표로 하는 것으로서, 알루미늄을 시멘트 기반 조성물에 적용 시 발생하는 발포현상을 제어하여 물성 저하를 최소화시키고, 전기전도성을 개선하고자 한 것이다. The present invention is a primary goal of deriving a method for applying an abandoned aluminum can as a building material, by controlling the foaming phenomenon that occurs when aluminum is applied to a cement-based composition to minimize the deterioration of properties, and to improve electrical conductivity was meant to improve.

이에 따라 알루미늄 캔을 원료로 활용한 전도성 시멘트 기반 조성물을 도출함으로써 겨울철 빙판길 및 블랙아이스 문제를 해소할 수 있도록 함을 2차 목표로 한다.Accordingly, the secondary goal is to solve the problem of icy roads and black ice in winter by deriving a conductive cement-based composition using an aluminum can as a raw material.

본 발명은 「표면이 코팅처리된 알루미늄 편(片)이 시멘트 100중량부 대비 20~25중량부 혼합되어 알루미늄의 발포 팽창이 제어되는 시멘트 기반 전도성 조성물」을 제공한다.The present invention provides "a cement-based conductive composition in which the foaming and expansion of aluminum is controlled by mixing 20 to 25 parts by weight of an aluminum piece with a coated surface compared to 100 parts by weight of cement."

상기 알루미늄 편은 알루미늄 캔을 가로 2~4㎜, 세로 2~4㎜이 방형으로 절단한 것을 적용할 수 있으며, 식물성 오일 20~70wt%, 송진 20~50wt% 및 계면활성제 5~15wt%로 이루어진 코팅용액으로 코팅처리할 수 있다.The aluminum piece can be applied by cutting an aluminum can into a square with a width of 2 to 4 mm and a length of 2 to 4 mm, and is composed of 20 to 70 wt% of vegetable oil, 20 to 50 wt% of rosin, and 5 to 15 wt% of surfactant. It can be coated with a coating solution.

상기 코팅처리는, 상기 알루미늄 편을 상기 코팅용액에 침전시킨 상태로 15~25℃에서 2시간 이상 유지시키고, 상기 코팅용액에서 상기 알루미늄 편을 제거한 후 100℃에서 24시간 이상 건조하는 과정으로 실시할 수 있다.The coating treatment is carried out by maintaining the aluminum piece precipitated in the coating solution at 15 to 25° C. for 2 hours or more, and then drying the aluminum piece at 100° C. for 24 hours or more after removing the aluminum piece from the coating solution. can

전술한 본 발명에 따라 다음의 효과를 얻을 수 있다.According to the present invention described above, the following effects can be obtained.

1. 알루미늄 편을 시멘트 기반 조성물에 혼입하기 전에 표면을 코팅하는 전 처리를 수행함으로써 알루미늄과 시멘트 반응물(수산화칼슘) 간의 반응을 제어하여 발포 팽창을 억제할 수 있다.1. The reaction between aluminum and cement reactant (calcium hydroxide) can be controlled to suppress foaming expansion by performing a pretreatment of coating the surface before incorporating the aluminum piece into the cement-based composition.

2. 알루미늄 캔을 절단하여 본 발명에 적용함으로써, 다량 발생하는 생활폐기물을 건축재료화 할 수 있다.2. By cutting an aluminum can and applying it to the present invention, a large amount of household waste can be turned into a building material.

3. 알루미늄 편의 혼입량에 따른 전기 전도성 향상과 압축강도 감소를 고려하여, 알루미늄 편의 혼입량을 시멘트 100중량부 대비 20~25중량부로 도출하였고, 이에 따라 자원 활용 효율을 극대화 시킬 수 있다.3. Considering the improvement of electrical conductivity and reduction of compressive strength according to the mixing amount of aluminum pieces, the mixing amount of aluminum pieces was derived from 20 to 25 parts by weight compared to 100 parts by weight of cement, thereby maximizing resource utilization efficiency.

4. 본 발명을 도로공사용 모르타르, 콘크리트 등으로 적용함으로써, 전기전도에 의한 발열효과를 활용한 제설, 제빙 작업을 수행할 수 있다. 4. By applying the present invention to mortar for road construction, concrete, etc., it is possible to perform snow removal and ice making operations utilizing the heat effect caused by electricity conduction.

[도 1]은 절단한 알루미늄 캔 원료를 촬영한 사진이다.
[도 2]는 모르타르 시험체 제작 모식도이다.
[도 3]은 모르타르 시험체의 전기전도성 측정 시험 과정을 촬영한 사진이다.
[도 4]는 알루미늄 편 전처리 상태에 따른 시험체별 표면 상태를 촬영한 것이다.
[도 5]는 각 시험체의 양생일 별 전기전도 특성 그래프이다.
[도 6]은 코팅 알루미늄 혼입량에 따른 28일 양생 시 측전 전류 그래프이다.
[도 7]은 코팅 알루미늄 혼입량에 따른 양생일별 압축강도 그래프이다.
[FIG. 1] is a photograph of the cut aluminum can raw material.
[Fig. 2] is a schematic diagram of mortar test body production.
[FIG. 3] is a photograph of the electrical conductivity measurement test process of the mortar specimen.
[Fig. 4] is a photograph of the surface state of each specimen according to the pre-treatment state of the aluminum piece.
[Fig. 5] is a graph showing the electrical conductivity characteristics of each specimen by curing date.
[Fig. 6] is a graph of the electric current during curing for 28 days according to the mixing amount of coated aluminum.
[Fig. 7] is a graph of compressive strength by curing day according to the amount of coated aluminum mixed.

본 발명은 「표면이 코팅처리된 알루미늄 편(片)이 시멘트 100중량부 대비 20~25중량부 혼합되어 알루미늄에 의한 발포 팽창이 제어되는 시멘트 기반 전도성 조성물」을 제공한다.The present invention provides "a cement-based conductive composition in which foaming and expansion by aluminum is controlled by mixing 20 to 25 parts by weight of an aluminum piece with a coated surface compared to 100 parts by weight of cement."

본 명세서에서 '시멘트 기반 조성물'이라 함은 시멘트 페이스트(슬러리), 모르타르 및 콘크리트를 총칭하는 용어이다. As used herein, the term 'cement-based composition' is a generic term for cement paste (slurry), mortar, and concrete.

상기 알루미늄 편은 [도 1]에 도시된 바와 같이 알루미늄 캔(맥주 캔, 음료 캔, 커피 캔 등)을 가로 2~4㎜, 세로 2~4㎜이 방형으로 절단한 것을 적용할 수 있다.As the aluminum piece, as shown in [FIG. 1], an aluminum can (beer can, beverage can, coffee can, etc.) may be cut into a square of 2 to 4 mm in width and 2 to 4 mm in length.

상기 알루미늄 편의 표면 코팅처리는 알루미늄의 전기 전도성을 유지하면서, 알루미늄과 시멘트 반응물(수산화칼슘) 간의 반응을 차단하기 위한 것으로서, 식물성 오일 20~70wt%, 송진 20~50wt% 및 계면활성제 5~15wt%로 이루어진 코팅용액으로 상기 알루미늄 편의 표면을 코팅처리할 수 있다. 이에 따라 상기 알루미늄 편의 표면에는 오일 성분 기반의 코팅막이 형성되어, 수산화칼슘과 알루미늄의 반응이 억제되고, 결과적으로 발포현상이 제어된다.The surface coating treatment of the aluminum piece is to block the reaction between aluminum and cement reactants (calcium hydroxide) while maintaining the electrical conductivity of aluminum, and is made with 20 to 70 wt% of vegetable oil, 20 to 50 wt% of rosin, and 5 to 15 wt% of surfactant. The surface of the aluminum piece can be coated with the coating solution made. Accordingly, an oil component-based coating film is formed on the surface of the aluminum piece, the reaction between calcium hydroxide and aluminum is suppressed, and as a result, the foaming phenomenon is controlled.

상기 코팅처리는, 상기 알루미늄 편을 상기 코팅용액에 침전시킨 상태로 15~25℃에서 2시간 이상(바람직하게는 2시간 이상 3시간 이내, 가장 바람직하게는 2시간) 유지시키고, 상기 코팅용액에서 상기 알루미늄 편을 제거한 후 100℃에서 24시간 이상(바람직하게는 24시간 이상 25시간 이내, 가장 바람직하게는 24시간) 건조하는 과정으로 실시할 수 있다.In the coating treatment, the aluminum piece is maintained at 15 to 25° C. for 2 hours or more (preferably 2 hours or more and within 3 hours, most preferably 2 hours) in a state in which the aluminum piece is precipitated in the coating solution, and in the coating solution After removing the aluminum piece, it may be carried out in a process of drying at 100° C. for 24 hours or more (preferably 24 hours or more and less than 25 hours, most preferably 24 hours).

이하에서는 구체적인 시험예와 함께 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with specific test examples.

시험 진행을 위한 시험체들은 시멘트, 모래, 물이 혼입된 '모르타르'로 제조하였다. 아래 [표 1]은 시험체 모르타르 배합비를 나타낸 것이다. 시멘트량은 198g, 잔골재(모래)량은 594g으로 고정시켰고, 알루미늄 편은 시멘트 중량의 0~25wt% 범위에서 5wt%간격으로 투입하였다. 각 시험체 명은 알루미늄 편의 혼합량에 따라 나타낸 것이다.Specimens for the test were prepared with 'mortar' mixed with cement, sand, and water. [Table 1] below shows the test sample mortar mixing ratio. The amount of cement was fixed at 198g and the amount of fine aggregate (sand) at 594g, and aluminum pieces were added at intervals of 5wt% in the range of 0~25wt% of the cement weight. The name of each specimen is indicated according to the mixing amount of the aluminum piece.

Figure pat00008
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알루미늄 편 혼합량 증가에 따라 모르타르 조성물의 유동성(작업성)은 감소하므로 물-시멘트비(W/C)는 모르타르 플로우 190±10㎜ 범위를 만족하도록 시험체 별로 가변적으로 설정하였다. Since the fluidity (workability) of the mortar composition decreases as the mixing amount of the aluminum piece increases, the water-cement ratio (W/C) was set variably for each specimen to satisfy the mortar flow range of 190±10 mm.

시험에 사용된 시멘트는 1종보통포틀랜드시멘트, 잔골재는 인공규사 6호를 사용하였다. 상기 알루미늄 편은 알루미늄 캔을 3㎜×3㎜의 크기로 절단한 것인데, 상단면과 하단면을 절단한 뒤 옆면만을 사용하였다. 알루미늄 캔 내부벽의 이물질 제거를 위해 상기 절단 작업 후 세척 및 건조 과정을 진행하였다.For the cement used in the test, type 1 ordinary Portland cement, and fine aggregate, artificial silica sand No. 6, was used. The aluminum piece was cut from an aluminum can to a size of 3 mm × 3 mm, and only the side surfaces were used after cutting the upper and lower surfaces. In order to remove foreign substances from the inner wall of the aluminum can, washing and drying processes were performed after the cutting operation.

위와 같이 제조된 알루미늄 편을 모르타르에 투입하기 전에, 발포 제어를 위한 표면 코팅 작업을 수행하였다. 이를 위한 코팅용액은 전술한 바와 같이 식물성 오일 20~70wt%, 송진 20~50wt% 및 계면활성제 5~15wt%로 이루어진 것을 적용할 수 있으며, 본 시험에서는 상기 코팅용액을 대두에서 추출한 식물성 오일 50wt%, 송진 40% 및 계면활성제 10wt%를 혼합, 조성하여 적용하였다.Before putting the aluminum piece prepared as above into the mortar, a surface coating operation for controlling foaming was performed. The coating solution for this can be applied as described above, consisting of 20~70wt% of vegetable oil, 20~50wt% of rosin, and 5~15wt% of surfactant, and in this test, 50wt% of vegetable oil extracted from soybean in this test. , 40% rosin and 10wt% of surfactant were mixed and applied.

상기 알루미늄 편을 상기 코팅용액에 침전시키고 상온(15~25℃)에서 2시간 유지시킨 후, 체를 이용하여 잔여 코팅용액과 알루미늄 편을 분리한 뒤 100℃에서 24시간 동안 건조시켜, 알루미늄 편의 표면 코팅이 이루어지도록 하였다.After precipitating the aluminum piece in the coating solution and maintaining it at room temperature (15-25° C.) for 2 hours, the remaining coating solution and the aluminum piece are separated using a sieve, and then dried at 100° C. for 24 hours, the surface of the aluminum piece coating was made.

각 시험체 제조를 위해 모르타르 재료(시멘트, 잔골재, 물)에 상기 알루미늄 편을 설정된 양만큼 혼합한 뒤 1분간 저속 믹싱(자전 140±5rpm, 공전 62±5rpm) 및 30초간 고속 믹싱(자전 285±10rpm, 공전 125±10rpm) 과정을 진행한 후, 15초간 바닥에 밀착되어 섞이지 않은 원료를 긁어내어 준 뒤 1분 15초간 휴지 시간을 가졌다. 다시 1분간의 고속 믹싱 후 혼합된 모르타르를 몰드(40㎜×40㎜×160㎜)에 2회에 걸쳐 담으며, Jolting Table(ELE社, 39-1150, 영국)을 사용하여 1회 당 60번의 jolting 과정을 진행하였다. 이 후 몰드를 채우고 남은 여분의 모르타르를 제거하며, 상단을 평탄화한 뒤 양끝에서 10㎜ 가량 떨어진 곳에 구리선을 [도 2]와 같이 매설하였다. For each test specimen, the aluminum piece is mixed with the mortar material (cement, fine aggregate, water) by a set amount, and then mixed at low speed for 1 minute (rotation 140±5rpm, revolution 62±5rpm) and high-speed mixing for 30 seconds (rotation 285±10rpm) , idling 125±10rpm), and scraping off raw materials that were in close contact with the floor for 15 seconds and had a rest time of 1 minute and 15 seconds. After high-speed mixing for 1 minute again, the mixed mortar is put in the mold (40mm×40mm×160mm) twice, and 60 times per one time using the Jolting Table (ELE, 39-1150, UK). The jolting process was performed. After that, the mold was filled and excess mortar was removed, the top was flattened, and copper wires were buried at a distance of about 10 mm from both ends as shown in [Fig. 2].

성형이 완료된 몰드는 23℃-RH 90%의 환경에서 24시간 동안 노출시킨 후 탈형을 진행하였다. 이 후 전기전도성 측정용 시험체는 국내 평균 기온 및 습도 조건(23℃-RH 60%)과 유사한 환경에서 28일간 양생하였으며, 기초물성 측정용 시험체는 3, 7, 28일간 23℃ 수중에서 양생을 진행하였다.After the molding was completed, the mold was exposed for 24 hours in an environment of 23°C-RH 90%, and then demolding was performed. After that, the specimen for electrical conductivity measurement was cured for 28 days in an environment similar to the domestic average temperature and humidity conditions (23℃-RH 60%), and the specimen for measuring basic properties was cured in water at 23℃ for 3, 7, and 28 days. did

각 시험체의 전기전도성은 [도 3]과 같이 측정하였으며, 직류 전압 공급 장치(Agilent Technologies, Inc., 6634B, 미국)를 사용하여 100V전압 인가 시 3, 7, 28일 양생기간별 전류를 측정하였다. 또한, 측정한 전류를 통해 각 시험체의 양생일별 저항 및 전기전도 특성을 계산하였다. 이후 각 시험체의 3, 7, 28일 압축강도를 측정하였다.The electrical conductivity of each specimen was measured as shown in [Fig. 3], and the current for each curing period of 3, 7, and 28 days was measured when 100V voltage was applied using a DC voltage supply device (Agilent Technologies, Inc., 6634B, USA). In addition, the resistance and electrical conductivity characteristics of each specimen by curing day were calculated through the measured current. Thereafter, the compressive strength of each specimen at 3, 7, and 28 days was measured.

[도 4]는 알루미늄 편 전처리 상태에 따른 시험체별 표면 상태를 촬영하여 나타낸 것이다. [도 4]는 모두 알루미늄 편을 시멘트 대비 20wt% 혼합시킨 모르타르 시험체의 경화상태이나, [도 4]의 (b), (d)는 코팅처리를 하지 않은 알루미늄 편(이하, '미코팅 알루미늄 편')을 적용한 것으로서, [발명의 배경이 되는 기술] 부분에서 설명한 [식 1] 내지 [식 4]의 원리로 발생한 수소가스에 의해 발포 현상이 발생하여, 기포가 형성된 상태와 시험체 상단이 부풀어 오른 상태가 확인되었다.[Fig. 4] shows the surface state of each specimen according to the pre-treatment state of the aluminum piece by photographing it. [Fig. 4] shows the cured state of the mortar specimen in which 20 wt% of the aluminum specimen is mixed with the cement, but (b) and (d) of [Fig. '), the foaming phenomenon occurred by the hydrogen gas generated by the principle of [Equation 1] to [Equation 4] described in the [Technology behind the invention] section, and the bubble was formed and the top of the specimen was swollen. status has been confirmed.

반면, 상기 코팅용액으로 표면 코팅처리를 한 알루미늄 편(이하, '코팅 알루미늄 편')을 혼합한 모르타르에서는 [도 4]의 (a) 및 (c)의 형태와 같이 발포 현상이 발생하지 않았으며, 상단 표면 상태가 평탄한 상태를 유지하였다. On the other hand, in the mortar in which the aluminum pieces (hereinafter, 'coated aluminum pieces') that were surface-coated with the coating solution were mixed, foaming did not occur as in the forms (a) and (c) of [Fig. 4]. , the top surface state remained flat.

아래 [표 2]는 모르타르의 팽창을 수치화하여 비교하기 위해 시험체 별 높이를 측정하여 변화 비율을 계산하여 나타낸 것이다. 각 시험체 상면 좌측, 중앙, 우측을 각각 A, B, C지점으로 특정하고 높이를 측정하여 평균을 산출하였으며, 몰드 높이(40㎜)를 기준으로 팽창 비율을 도출하였다. [Table 2] below shows the calculated change ratio by measuring the height of each specimen to quantify and compare the expansion of the mortar. The left, center, and right sides of the upper surface of each specimen were specified as points A, B, and C, respectively, and the heights were measured to calculate the average, and the expansion ratio was derived based on the mold height (40 mm).

Figure pat00009
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코팅 알루미늄 혼합 시험체의 평균 높이는 40.35㎜였으며, 팽창 비율은 100.8%로 사실상 팽창이 이루어지지 않은 상태의 오차범위 내에 들어오는 수치로 판단된다. The average height of the coated aluminum mixed test specimen was 40.35 mm, and the expansion ratio was 100.8%, which is judged to be a value that falls within the error range of the state in which expansion is not actually made.

반면, 미코팅 알루미늄 혼합 시험체는 평균 높이 45.02㎜로, 기준 높이 대비 112.6%의 팽창률을 보였다. 해당 시험체는 육안으로도 확인이 가능할 만큼 외형적인 변화를 보였으며, 팽창높이가 코팅 알루미늄 시험체 대비 약 15.8배에 이를 정도로 변화폭이 크게 나타났다. 이와 같은 결과는 코팅 알루미늄 혼합 시험체에서, 모르타르 믹싱 및 양생 과정에서도 알루미늄 편의 코팅상태가 훼손되지 않고, 알루미늄과 시멘트와의 접촉 및 반응을 방지하여 발포 현상이 제어된 것으로 판단된다.On the other hand, the uncoated aluminum mixed specimen had an average height of 45.02 mm, and showed an expansion rate of 112.6% compared to the reference height. The test specimen showed an external change that could be confirmed with the naked eye, and the width of change was so large that the expansion height reached about 15.8 times that of the coated aluminum specimen. These results indicate that, in the coated aluminum mixture test specimen, the coating state of the aluminum piece is not damaged even during mortar mixing and curing, and the foaming phenomenon is controlled by preventing contact and reaction between aluminum and cement.

[도 5]는 각 시험체의 양생일자 별 측정 전류 및 저항 값을 나타낸 그래프이다. 이하의 시험체들에 혼합된 알루미늄 편은 모두 코팅 알루미늄 편이다.[Fig. 5] is a graph showing the measured current and resistance values for each curing date of each specimen. All of the aluminum pieces mixed in the following specimens are coated aluminum pieces.

100V인가 시 AL0% 시험체의 양생일(3, 7, 28일) 별 전류는 각각 0.0192A, 0.0061A 및 0.0019A 로 나타났으며, 재령 28일의 전류 값은 재령 3일에 비해 9.9%에 불과한 수준으로 대폭 하락하였다. When 100V was applied, the current for each curing day (3, 7, and 28 days) of the AL0% specimen was 0.0192A, 0.0061A, and 0.0019A, respectively, and the current value at 28 days of age was only 9.9% compared to 3 days of age. level has dropped significantly.

AL5% 시험체의 양생일(3, 7, 28일) 별 전류는 0.0342A, 0.0121A, 0.0025A로 측정되었으며, AL10% 시험체에서는 0.0423A, 0.0198A 및 0.0073A로 양생기간이 증가 할수록 측정 전류는 감소하였다. 그러나 재령 28일의 경우 재령 3일에 비해 전류값이 7.3%(Al5%) 및 17.3%(Al10%) 수준을 나타내며 AL0% 대비 전기전도 특성이 소폭 개선된 것을 확인 할 수 있었다. The current for each curing day (3, 7, 28 days) of the AL5% specimen was measured as 0.0342A, 0.0121A, and 0.0025A, and the AL10% specimen was 0.0423A, 0.0198A, and 0.0073A. As the curing period increased, the measured current increased. decreased. However, in the case of 28 days of age, compared to 3 days of age, the current values were 7.3% (Al5%) and 17.3% (Al10%), and it was confirmed that the electrical conductivity characteristics were slightly improved compared to AL0%.

보다 다량의 코팅 알루미늄을 혼입한 AL15% 시험체와 AL20% 시험체에서는 양생일(3, 7, 28일) 별 전류가 각각 0.0827A, 0.0490A, 0.0215A와 0.0824A, 0.0718A 및 0.0716A로 측정되었다. 재령 3일 대비 재령 28일 전기전도 특성은 26.0%(Al15%) 및 86.9%(Al20%) 수준으로 알루미늄 20% 혼입 시 전기전도 성능이 매우 큰 폭으로 상승한 것을 확인 할 수 있었다. In the AL15% and AL20% specimens containing a larger amount of coated aluminum, the currents for each curing day (3, 7, and 28 days) were measured to be 0.0827A, 0.0490A, 0.0215A, and 0.0824A, 0.0718A and 0.0716A, respectively. . The electrical conductivity at 28 days of age compared to 3 days of age was 26.0% (Al15%) and 86.9% (Al20%) levels, and it was confirmed that the electrical conductivity performance was greatly increased when 20% of aluminum was mixed.

가장 많은 중량의 알루미늄이 혼합된 AL25% 시험체에서는 양생일(3, 7, 28일) 별 전류가 0.1150A, 0.0866A 및 0.0802A로 측정되었으며, 재령 3일 대비 재령 28일의 전류 특성은 69.7%로 나타났다. 재령 28일 측정 전류의 절대 값은 AL25% 시험체에서 가장 높에 확인되었으나 3일 양생 시와 비교하였을 때 감소율이 상승한 것으로 확인되었다. In the AL25% test specimen containing the highest weight of aluminum, the currents for each curing day (3, 7, and 28 days) were measured to be 0.1150A, 0.0866A, and 0.0802A, and the current characteristics at 28 days compared to 3 days were 69.7% appeared as The absolute value of the measured current at 28 days of age was the highest in the AL25% specimen, but it was confirmed that the decrease rate was increased when compared to the 3-day curing.

또한, AL15%-AL20% 구간에 비해 AL20%-AL25% 구간에서의 전기전도 상승폭이 미비하였다. 해당 결과를 통해 알루미늄 혼입량이 증가 할수록 모르타르의 전기전도 특성이 개선되는 것으로 사료되며, 알루미늄 20% 및 25% 혼합 시 상당히 높은 수준의 전기전도 특성을 보유한 것으로 확인되었다. 더불어, 알루미늄 20% 혼입 시 전기전도 특성의 개선이 가장 크게 이루어지는 것으로 판단된다.In addition, the increase in electrical conductivity in the AL20%-AL25% section was insignificant compared to the AL15%-AL20% section. From the results, it is thought that the electrical conductivity of the mortar improves as the amount of aluminum mixed increases, and it was confirmed that the mortar had a fairly high level of electrical conductivity when mixed with 20% and 25% aluminum. In addition, when 20% of aluminum is mixed, it is judged that the improvement of electrical conductivity is the greatest.

한편, 양생 기간에 따른 시험체 별 전류 측정값의 감소와 더불어 전기저항 값은 증가하였으며, [도 5] (b)의 그래프에 해당 데이터의 변화를 나타내었다. On the other hand, the electrical resistance value increased along with the decrease in the current measured value for each specimen according to the curing period, and the change of the corresponding data is shown in the graph of [Fig. 5] (b).

재령 3일 대비 재령 28일의 측정 전류 감소율이 높은 순으로 그래프의 기울기가 큰 것으로 나타났으며, 측정 전류값이 가장 낮은 AL0% 시험체의 전기저항이 가장 높은 것으로 확인되었다. AL0% 시험체의 양생기간에 따른 전기저항 값은 재령 3, 7, 28일별로 각각 729Ω·m, 2,295Ω·m, 7,368Ω·m로 나타나, 재령 3일에 비해 재령 28일에서 모르타르의 저항은 1010.5%의 매우 높은 증가율을 보였다. The slope of the graph was found to be large in the order of the decrease rate of the measured current at 28 days of age compared to 3 days, and it was confirmed that the electrical resistance of the AL0% specimen with the lowest measured current value was the highest. The electrical resistance values according to the curing period of the AL0% specimen were 729Ω·m, 2,295Ω·m, and 7,368Ω·m for 3, 7, and 28 days of age, respectively. It showed a very high increase rate of 1010.5%.

AL5% 시험체는 재령 3, 7, 28일 전기저항 값이 각각 409Ω·m, 1157Ω·m 및 5600Ω·m으로 나타났으며, 재령 28일에서의 전기저항은 재령 3일 대비 1368.0%로 가장 높은 상승률을 나타내었다. The AL5% specimen showed electrical resistance values of 409Ω·m, 1157Ω·m, and 5600Ω·m at 3, 7, and 28 days, respectively, and the electrical resistance at 28 days was 1368.0% compared to 3 days, the highest rate of increase was shown.

이어서 AL10% 시험체의 재령별 전기저항 값은 각각 331Ω·m, 707Ω·m, 1918Ω·m로 측정되었으며, 재령 3일 대비 재령 28일의 전기저항은 579.5%로 AL0% 시험체에 비해 약 절반 수준의 증가율을 나타내었다. Subsequently, the electrical resistance values for each age of the AL10% specimen were measured to be 331Ω·m, 707Ω·m, and 1918Ω·m, respectively. showed an increase rate.

또한, AL15% 시험체는 재령별 전기저항 값이 169Ω·m, 286Ω·m, 651Ω·m로 측정되었으며, 재령 3일 대비 재령 28일 전기저항이 384.7%로 낮아졌다. In addition, the AL15% specimen had electrical resistance values of 169Ω·m, 286Ω·m, and 651Ω·m by age, and the electrical resistance at 28 days compared to 3 days was lowered to 384.7%.

전기전도 특성이 가장 크게 개선된 AL20% 시험체의 경우 재령별 전기저항 값이 0Ω·m, 195Ω·m, 196Ω·m로 재령별 전기저항의 편차가 두드러지지 않았으며, 재령 3일 대비 재령 28일 전기저항의 증가율은 115.1%로 매우 미미한 수준이었다. In the case of the AL20% specimen with the greatest improvement in electrical conductivity, the electrical resistance values for each age were 0Ω·m, 195Ω·m, and 196Ω·m. The increase rate of electrical resistance was very insignificant at 115.1%.

마지막으로 가장 많은 중량의 알루미늄을 혼입한 AL25%에서는 재령별 전기저항 값이 122Ω·m, 162Ω·m 및 175Ω·m으로 재령 28일의 전기저항이 재령 3일에 비해 143.4% 증가하였다. 해당 시험체의 전기저항 절대 값은 AL20%에 비해 소폭 하락하였고 상승률은 AL20%에 비해 증가하였으나, 그 차이는 미비하여 이 후 추가적인 양생기간을 가지더라도 전기전도 특성의 하락은 미비할 것으로 추측된다.Lastly, in AL25% containing the highest weight of aluminum, the electrical resistance values for each age were 122Ω·m, 162Ω·m, and 175Ω·m, which increased by 143.4% at 28 days compared to 3 days. The absolute value of electrical resistance of the specimen decreased slightly compared to AL20%, and the increase rate increased compared to AL20%, but the difference was insignificant.

[도 6]은 각 시험체의 28일 측정 전류 값을 비교하여 나타낸 그래프이다. 알루미늄 편 혼합량이 가장 많은 AL25% 시험체를 기준으로 하면, AL0% 내지 AL25% 시험체의 알루미늄 편 함량은 각각 0wt%, 20wt%, 40wt%, 60wt%, 80wt% 및 100wt%이다.[Fig. 6] is a graph showing the comparison of current values measured for 28 days of each specimen. Based on the AL25% specimen with the highest mixing amount of aluminum pieces, the aluminum pieces content of the AL0% to AL25% specimens are 0wt%, 20wt%, 40wt%, 60wt%, 80wt%, and 100wt%, respectively.

하지만 전기전도 특성의 개선 정도는 알루미늄 혼입량과 정비례하지 않으며 특정 구간에서 그래프의 기울기 또한 큰 폭으로 변화를 보였다. 이는 알루미늄 혼합량에 따른 전기전도 특성이 일정한 폭으로 증가 또는 감소하지 않으며, 특정 임계값 초과 시 전기전도성의 개선이 대폭 이루어지는 것으로 추측된다. 또한, 이후 구간에서 혼합량 증가에 따른 측정 전류의 변화량이 감소하는 추세를 보인다. 이는 전도성 물질의 충분한 분포 및 내부 구조가 형성되어 전하 이동을 용이하게 하는 최소 조건이 존재하는 것으로 추측된다.However, the degree of improvement in electrical conductivity is not directly proportional to the amount of aluminum mixed, and the slope of the graph also shows a large change in a specific section. It is estimated that the electrical conductivity does not increase or decrease in a certain width according to the amount of aluminum mixed, and the electrical conductivity is greatly improved when a certain threshold value is exceeded. In addition, in the subsequent section, the change amount of the measured current according to the increase of the mixing amount shows a decreasing trend. It is presumed that there exists a minimum condition in which sufficient distribution of the conductive material and an internal structure are formed to facilitate charge transfer.

[도 7]은 알루미늄 함량에 따른 시험체들의 재령별 압축강도 변화 추이를 나타낸 그래프이다. AL0% 시험체의 압축강도는 재령 3, 7, 28일에서 모두 가장 높은 값을 나타내었으며, AL5%, AL10%, AL15%, AL20% 및 AL25% 시험체 순으로 압축강도의 감소량이 증가하였다. [Fig. 7] is a graph showing the change in the compressive strength of specimens according to age according to the aluminum content. The compressive strength of the AL0% specimens showed the highest values at 3, 7, and 28 days of age, and the decrease in compressive strength increased in the order of AL5%, AL10%, AL15%, AL20% and AL25% specimens.

AL0% 시험체의 재령 3, 7, 28일 압축강도는 각각 31.6MPa, 36.4MPa, 45.2MPa로 측정되었다. The compressive strength at 3, 7, and 28 days of age of the AL0% specimen was measured to be 31.6 MPa, 36.4 MPa, and 45.2 MPa, respectively.

AL5% 시험체의 재령 3, 7, 28일 압축강도는 각각 31.02MPa, 35.07MPa, 43.80MPa로 측정되었다. The compressive strength at 3, 7, and 28 days of age of the AL5% specimen was measured to be 31.02 MPa, 35.07 MPa, and 43.80 MPa, respectively.

AL10% 시험체의 재령 3, 7, 28일 압축강도는 각각 29.8MPa, 33.0MPa, 40.1MPa로 측정되었다.The compressive strength at 3, 7, and 28 days of age of the AL10% specimen was measured to be 29.8 MPa, 33.0 MPa, and 40.1 MPa, respectively.

AL15% 시험체의 재령 3, 7, 28일 압축강도는 각각 29.20MPa, 33.00MPa, 38.71MPa로 측정되었다. The compressive strength of the AL15% specimen at 3, 7, and 28 days of age was measured to be 29.20 MPa, 33.00 MPa, and 38.71 MPa, respectively.

AL20% 시험체의 재령 3, 7, 28일 압축강도는 각각 28.6MPa, 32.1MPa, 38.9MPa로 측정되었다.The compressive strength of the AL20% specimen at 3, 7, and 28 days of age was measured to be 28.6 MPa, 32.1 MPa, and 38.9 MPa, respectively.

AL25% 시험체의 재령 3, 7, 28일 압축강도는 각각 26.22MPa, 29.23MPa, 34.05MPa로 측정되어, AL25% 시험체에서 가장 낮은 압축강도를 특성을 보유한 것으로 드러났다.The compressive strength of the AL25% specimen at 3, 7, and 28 days of age was measured to be 26.22 MPa, 29.23 MPa, and 34.05 MPa, respectively, indicating that the AL25% specimen had the lowest compressive strength.

재령 3일 압축강도의 경우, AL5% 시험체와 AL25% 시험체는 AL0% 시험체 대비 98.2% 및 94.2%였으며, AL15% 시험체와 AL20% 시험체는 AL0% 시험체 대비 각각 92.4%, 90.4% 수준으로 확인되었다. 또한, 알루미늄이 혼합량이 가장 높은 AL25% 시험체는 AL0% 시험체 대비 83%로 가장 큰 격차를 보였다. In the case of compressive strength at 3 days of age, the AL5% specimen and the AL25% specimen were 98.2% and 94.2% compared to the AL0% specimen, and the AL15% specimen and the AL20% specimen were confirmed to be 92.4% and 90.4% compared to the AL0% specimen, respectively. In addition, the AL25% specimen with the highest amount of aluminum mixed showed the largest difference at 83% compared to the AL0% specimen.

재령 7일 압축강도의 경우, AL5% 시험체와 AL10% 시험체는 AL0% 시험체 대비 96.3% 및 90.7%이고, AL15%, AL20%, AL25% 시험체는 AL0% 대비 90.7%, 88.3%, 80.3%로 감소하면서, 재령 3일 압축강도 대비 감소율이 증가한 것으로 확인되었다. In the case of compressive strength at 7 days of age, the AL5% and AL10% specimens are 96.3% and 90.7% compared to the AL0% specimen, and the AL15%, AL20%, and AL25% specimens are reduced to 90.7%, 88.3%, and 80.3% compared to the AL0% specimen. It was confirmed that the reduction rate was increased compared to the compressive strength at 3 days of age.

또한, 재령 28일 압축강도의 경우, AL5% 시험체 및 AL10% 시험체는 AL0% 대비 97.0% 및 88.9%이었으며, AL15%, AL20%, AL25% 시험체 순으로 85.7%, 83.2%, 75.4%의 비율을 보여 AL25%에서 감소율이 가장 높게 나타났다. In addition, in the case of compressive strength at 28 days of age, the AL5% specimen and AL10% specimen were 97.0% and 88.9% compared to AL0%, and the ratios of 85.7%, 83.2%, and 75.4% were obtained in the order of AL15%, AL20%, and AL25% specimen. AL25% showed the highest reduction rate.

결과적으로 알루미늄 혼입량 증가에 따라 압축강도의 감소율이 증가하는 경향을 보였으며, 알루미늄 AL25% 시험체에서 압축강도 감소 폭이 가장 큰 것으로 확인되었다. As a result, the decrease in compressive strength showed a tendency to increase as the amount of aluminum mixed increased, and it was confirmed that the decrease in compressive strength was the largest in the aluminum AL25% specimen.

이러한 결과는 알루미늄 혼합량이 증가 할수록 감소하는 작업성의 보완을 위해 증가시킨 배합수 양과 모르타르 내 알루미늄 편 및 코팅액의 영향에 의한 것으로 추측된다. 판상 형태를 지닌 알루미늄 편의 혼합량이 증가할수록 시멘트 입자간의 미끄러짐을 방해하는 요인으로 작용하며, 이는 작업성의 저하를 야기한다. 때문에 성형에 적합한 작업성을 확보하기 위해 배합수 양의 증가가 필수적이며, 이로 인해 발생한 잉여수 또한 증가하여 강도 저하가 발생한다. 또한 알루미늄 편은 모르타르 조성물의 타 재료에 비해 조대하므로, 모르타르의 치밀화를 방해해 강도의 저하를 야기하는 것으로 예상된다. 더불어, 알루미늄 편 표면에 잔류하고 있는 코팅용액이 모르타르 믹싱과정에서 시멘트 입자 표면을 감싸 반응성을 감소시키는 면이 있는 것으로 사료된다. 이로 인해 수화반응 저하가 발생하여 양생일의 경과에 따른 압축강도 감소율이 증가한 것으로 추측된다.These results are presumed to be due to the increased amount of mixing water to compensate for the decrease in workability as the aluminum mixing amount increases, and the influence of the aluminum pieces and coating solution in the mortar. As the mixing amount of the plate-shaped aluminum pieces increases, it acts as a factor that prevents sliding between cement particles, which leads to deterioration of workability. Therefore, it is essential to increase the amount of mixing water in order to secure workability suitable for molding, and the resulting surplus water also increases, resulting in a decrease in strength. In addition, since the aluminum piece is coarse compared to other materials of the mortar composition, it is expected to interfere with the densification of the mortar and cause a decrease in strength. In addition, it is considered that the coating solution remaining on the surface of the aluminum piece wraps the surface of the cement particles during the mortar mixing process and reduces the reactivity. As a result, it is presumed that the decrease in the hydration reaction occurred and the decrease in compressive strength increased with the lapse of curing days.

이상의 시험결과를 정리하면 다음과 같다.The above test results are summarized as follows.

미코팅 알루미늄 편이 혼합된 모르타르 시험체의 팽창비율은 112.6%로 크게 나타나는 반면, 코팅 알루미늄 편이 혼합된 모르타르 시험체의 팽창비율ㄹ은 100.8%로 몰드 높이와 큰 격차가 없으므로, 알루미늄 편을 식물성 오일 20-70%, 송진 20-50% 및 계면활성제 5-15%로 이루어진 코팅용액으로 코팅처리함에 따라 알루미늄과 시멘트 반응물(Ca(OH)2)간의 반응 제어가 이루어진다.The expansion ratio of the mortar specimen mixed with the uncoated aluminum piece was 112.6%, whereas the expansion ratio of the mortar specimen mixed with the coated aluminum piece was 100.8%. %, 20-50% rosin, and 5-15% surfactant, the reaction between aluminum and cement reactants (Ca(OH) 2 ) is controlled by coating with a coating solution.

코팅 알루미늄을 혼합한 모르타르의 100V 인가 시 측정 전류는 28일 양생 기준 AL20% 및 AL25% 시험체에서 가장 높은 0.0716A, 0.0802A의 전류가 측정되었다. AL15% 시험체와 AL20% 시험체의 측정 전류 값의 편차가 가장 크게 나타났고, AL20% 시험체와 AL25% 시험체의 측정 전류 값 편차는 크게 감소하였다.When 100V was applied to the mortar mixed with coated aluminum, the highest currents of 0.0716A and 0.0802A were measured in AL20% and AL25% specimens based on 28-day curing. The deviation of the measured current values between the AL15% and AL20% specimens was the largest, and the deviation of the measured current values between the AL20% and AL25% specimens decreased significantly.

각 시험체의 전기저항은 측정 전류가 높을수록 낮은 값을 나타내었으며, 가장 높은 전류가 측정된 AL20% 시험체 및 AL25% 시험체의 재령 28일 저항 값은 각각 196Ω·m, 175Ω·m로 큰 격차가 나타나지 않았다.The electrical resistance of each specimen showed a lower value as the measured current increased, and the resistance values of the AL20% and AL25% specimens with the highest current measured at 28 days of age were 196Ω·m and 175Ω·m, respectively. didn't

각 시험체의 압축강도는 코팅 알루미늄의 함량이 증가함에 따라 감소하였으며, 가장 높은 전기전도 특성을 나타낸 AL20% 시험체 및 AL25% 시험체의 재령 28일 압축강도는 각각 38.9MPa, 34.05MPa로 45.2MPa의 압축강도가 발현된 AL0% 시험체 대비 83.2% 및 75.4%의 수준으로 저하되었다.The compressive strength of each specimen decreased as the content of coated aluminum increased, and the 28-day compressive strengths of the AL20% and AL25% specimens showing the highest electrical conductivity were 38.9 MPa and 34.05 MPa, respectively, with a compressive strength of 45.2 MPa. was decreased to a level of 83.2% and 75.4% compared to the expressed AL0% test specimen.

코팅된 알루미늄 혼합량이 증가할수록 전기전도성은 개선되나 압축강도 특성은 지속적으로 감소하며, 이는 작업성 확보를 위한 알루미늄 투입양에 따른 배합수 증가와 조대한 입자를 지닌 알루미늄의 모르타르 내부 치밀화 방해 및 알루미늄 코팅액의 시멘트 입자 표면 코팅으로 인한 수화반응 저하가 야기한 결과로 사료된다.As the mixing amount of coated aluminum increases, the electrical conductivity improves, but the compressive strength characteristic continuously decreases. It is thought to be the result of decreased hydration reaction due to the surface coating of cement particles.

전기전도 특성이 가장 우수한 AL20% 시험체 및 AL25% 시험체의 전기전도 특성 격차는 크지 않으나 압축강도 감소율은 AL25% 시험체에서 가장 크게 발생하였고, AL25% 시험체의 재령별 압축강도는 AL20% 시험체와도 큰 격차가 확인되었으므로 코팅 알루미늄 첨가 범위는 시멘트 대비 20~25wt% 범위가 가장 적절해보이며, 그 이상의 과다한 사용은 비효율 적인 것으로 판단된다.Although the difference in electrical conductivity between the AL20% and AL25% specimens with the best electrical conductivity properties was not large, the reduction in compressive strength was the largest in the AL25% specimen, and the compressive strength of the AL25% specimen by age was also significantly different from that of the AL20% specimen. was confirmed, the range of 20-25 wt% of coating aluminum seems to be the most appropriate compared to cement, and excessive use of more than that is judged to be inefficient.

아래 [표 3]은 28일간 양생한 각 시험체에 100V 전압을 1시간 동안 인가하였을 때의 온도 변화를 측정한 결과를 정리하여 나타낸 것이다. 온도 상승 폭은 전술한 전기전도 특성의 변화와 유사한 양상으로 나타났다. 특히, AL15% 시험체와 AL20% 시험체의 온도변화량이 5.7℃에서 16.8℃로 증가하여 300%에 가까운 급격한 상승폭을 나타냈다. [Table 3] below summarizes the results of measuring the temperature change when 100V voltage is applied to each specimen cured for 28 days for 1 hour. The width of the temperature rise appeared in a similar manner to the above-described change in electrical conductivity. In particular, the temperature change of the AL15% and AL20% specimens increased from 5.7°C to 16.8°C, showing a sharp rise close to 300%.

Figure pat00010
Figure pat00010

이상에서, 시험예들을 통해 본 발명 조성물의 물성 및 효과를 검토하였으나, 본 발명은 상기의 시험예들에만 한정되는 것은 아니라 할 것이며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다소간의 변형 및 변경이 가능하다고 할 것이다.In the above, the physical properties and effects of the composition of the present invention have been reviewed through the test examples, but the present invention will not be limited to the above test examples, and some modifications and changes within the scope without departing from the technical spirit of the present invention would say this is possible.

해당 없음Not applicable

Claims (4)

표면이 코팅처리된 알루미늄 편(片)이 시멘트 100중량부 대비 20~25중량부 혼합되어 알루미늄에 의한 발포 팽창이 제어되는 시멘트 기반 전도성 조성물.
A cement-based conductive composition in which foaming and expansion by aluminum is controlled by mixing 20-25 parts by weight of aluminum pieces coated with a surface to 100 parts by weight of cement.
제1항에서,
상기 알루미늄 편은 알루미늄 캔을 가로 2~4㎜, 세로 2~4㎜이 방형으로 절단한 것을 특징으로 하는 시멘트 기반 전도성 조성물.
In claim 1,
The aluminum piece is a cement-based conductive composition, characterized in that the aluminum can is cut into a square with a width of 2 to 4 mm and a length of 2 to 4 mm.
제1항 또는 제2항에서,
상기 알루미늄 편은 식물성 오일 20~70wt%, 송진 20~50wt% 및 계면활성제 5~15wt%로 이루어진 코팅용액으로 코팅처리된 것을 특징으로 하는 시멘트 기반 전도성 조성물.
In claim 1 or 2,
The aluminum piece is a cement-based conductive composition, characterized in that it is coated with a coating solution consisting of 20 to 70 wt% of vegetable oil, 20 to 50 wt% of rosin, and 5 to 15 wt% of a surfactant.
제3항에서,
상기 코팅처리는,
상기 알루미늄 편을 상기 코팅용액에 침전시킨 상태로 15~25℃에서 2시간 이상 유지시키고, 상기 코팅용액에서 상기 알루미늄 편을 제거한 후 100℃에서 24시간 이상 건조하는 과정으로 실시된 것을 특징으로 하는 시멘트 기반 전도성 조성물.
In claim 3,
The coating treatment is
Cement, characterized in that the aluminum piece is maintained in a state of being precipitated in the coating solution at 15 to 25° C. for 2 hours or more, and after removing the aluminum piece from the coating solution, it is dried at 100° C. for 24 hours or more. based conductive composition.
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