Journal Search Engine
Search Advanced Search Adode Reader(link)
Download PDF Export Citaion korean bibliography PMC previewer
ISSN : 2093-5145(Print)
ISSN : 2288-0232(Online)
Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures Vol.11 No.6 pp.41-53
DOI : https://doi.org/10.11004/kosacs.2020.11.6.041

Developing A Multi-Performance Composite Mortar with a Self-Healing Admixture and Carbon Nanotube

Chiwon Lee1, Jongwan Hu2
1MS. Graduate, Department of Urban Science, Incheon National University, Incheon, Korea
2Professor, Department of Urban Science, Incheon National University, Incheon, Korea

본 논문에 대한 토의를 2021년 01월 31일까지 학회로 보내주시면 2021년 02월호에 토론결과를 게재하겠습니다.


Corresponding author:Hu, Jongwan Department of Urban Science, Incheon National University, 119, academy-ro, Yeonsu-gu, Incheon, Korea. Tel: +82-32-835-4754, Fax: +82-32-835-0745 E-mail: Jongp24@inu.ac.kr
September 10, 2020 October 27, 2020 November 5, 2020

Abstract


The concrete currently in use can improve workability and structural performance when an admixture is used; this admixture was developed to enable functional concrete to be used in extreme environments. However, structural limitations such as corrosion and tensile limitations restrict concrete uses. In this study, various smart materials will be applied to complement. Carbon nanotubes show better mechanical performance than rebars and can be expected to improve the structural performance of concrete. Moreover, a self-healing admixture could potentially minimize the corrosion of cracks and rebars by filling cracks in cement with sediment. Concrete specimens in which carbon nanotubes (0.1%, 0.3%, and 0.5%%) and self-healing admixture (6%, 8%, and 10% of cement mass) were mixed, and their compressive and flexural strength was tested to examine the mechanical performancend next. Next, self-healing performance was reviewed for 0, 3, 7, 14, 21, 28, 56, and 84 days. Flexural tests showed higher load changes than OPC specimens, but they also showed an increase in brittleness. Specimens with carbon nanotubes showed slightly improved self-healing performance compared with OPC specimens, but showed no tendency to increase the amount of carbon nanotubes and demonstrated a slight improvement in self-healing performance. The recovery rate of the self-healing admixture concrete was initially slower than that of the OPC and carbon nanotube mixed concrete, but eventually improved; this phenomenon became more pronounced as the mixing rate increased.



탄소나노튜브 및 자기치유 혼화재를 활용한 다기능 모르타르 복합체의 개발

이 치원1, 허 종완2
1인천대학교 건설환경공학과 석사
2인천대학교 건설환경공학과 부교수

초록


현대에 사용되는 콘크리트는 혼화재료 적용을 통하여 워커빌리티와 구조적 성능을 향상시킬 수 있고 극한 환경에서 적용 가능한 기능성 콘크리트로 개발되었으나 외부 요인에 의한 부식, 인장력에 취약한 구조적 한계는 콘크리트의 활용 범위를 제한하였다. 이러한 콘크리트의 단점을 해결하는 방안으로 신소재로써 각광받고 있으며 고유의 기능을 부여할 수 있는 Smart material을 활용하고자 하며 Smart material 중 하나인 탄소나노튜브는 콘크리트의 보강재 중 하나인 철근보다 더 뛰어난 역학적 성능을 보이므로 콘크리트 내 적용을 통해 콘크리트의 향상된 구조성능을 기대할 수 있다. 또 다른 Smart material중 하나인 자 기치유 혼화재는 콘크리트 균열면의 앙금 반응을 통해 균열을 메움으로써 콘크리트의 균열 부분 및 내부 배근재의 부식을 최소 화하고자 한다. 탄소나노튜브는 시멘트 질량의 0.1, 0.3, 0.5%, 자기치유 콘크리트는 시멘트 질량의 6, 8, 10%만큼 혼입된 콘크리 트 복합체의 역학적 거동을 검토하기 위해서 압축강도 시험과 휨시험을 수행하였으며 휨시험이 종료된 시편을 수중에 넣어 0,3,7,14,21,28,56,84일간 자기치유 성능을 검토하였다. 휨시험의 경우 OPC시편과 비교하여 동일 변위에 대해 높은 하중 변화를 보였으나 취성도가 증가하였다. 자기치유 실험의 경우 탄소나노튜브의 경우 일반 OPC 시편보다 약간 향상된 자기치유 성능을 보였으나 혼입량 증가에 따른 경향성을 보이지 못하였다. 자기치유 혼화재의 경우 OPC 또는 탄소나노튜브 혼입 콘크리트보다 초기 속도면에서 느린 회복률을 보였으나 최종 회복률에서 더 우수한 결과를 보였으며 이러한 현상은 혼입율의 증가에 따라 해 당 경향이 더 뚜렷히 보였다.



    Ministry of Land, Infrastructure and Transport(MOLIT)
    20NANO-B156177-01

    1. 서 론

    고대 그리스 로마 시절부터 콘크리트는 구조물 축조 를 목적으로 사용되어 왔으며(Malinowski and Garfinkel, 1991) 18세기에 조셉 아스피딘에 의하여 시멘트 제 조법이 소개되고(Babor et al., 2009) 뫼니에에 의하여 철근 배근 콘크리트 제작법이 소개되고(Wang, 2013) 콘크리트의 구조체로서의 활용이 광범위하게 전파되 어 전 세계적으로 사용되는 건설 공법 중 하나가 되 었다 국내의 경우 20세기 초반에 부산 세관이 국내 최초의 철근 콘크리트 구조물로 건립되었으며(Jeon et al., 2006) 빠른 속도로 보편화 되어 현재 국내 구 조물 구성의 67%를 차지한다. 이처럼 콘크리트의 활 용이 널리 대중화될 수 있었던 이유는 원재료의 생 산 및 가공이 용이하고 성형성이 뛰어나며 운반이 용이하여 석조 및 조적식 건물 설립보다 제약이 적 고 원하는 모양대로 주조가 용이하다는 점이다. 또 한, 뛰어난 구조적 성능을 가지고 있으며 사전설계 를 통하여 예산 또는 필요강도에 따라 구조적 성능 및 기능적 조절이 가능하다.

    그러나 콘크리트의 단점으로는 인장에 대해 취약 하며 구조체의 균열 발생 여부에 따라 구조체의 성 능 감소 현상이 크다. 또한, 콘크리트가 탄산칼슘으 로 구성되어 있으므로 Ph, 온도 등 외부 조건에 의 한 반응, 이에 따른 구조적 성능 감소를 야기한다. 특히 균열이 발현된 콘크리트의 경우 외부 수분의 노출에 의한 철근의 부식, 내부 콘크리트의 박리현 상이 발현되면서 구조적 성능의 감소를 야기한다 (Jedidi and Benjeddou, 2018).

    또한, 전세계적으로 지진재해로 인한 인명 및 경 제적 피해가 증가하고 있으며 특히 국내의 경우 지 진의 영향권에 있지 않아 내진에 대한 피해가 작었 으나 2016년에 경주, 포항 일대에서 발생한 진도 5.4, 5.8의 지진이 발생함에 따라 이제는 대한민국이 지진에 대한 안전지대가 아니며 이에 따라 구조물의 내진 안전 및 설계에 관하여 관심을 가지고 설계연 수를 초과한 구조물에 대한 재개발 및 재건축 시 적 용 가능한, 내진에 대한 구조적 성능이 우수한 고강 도 콘크리트에 대한 연구가 진행되고 있다(Ha and Kang, 2016;Mansouri et al., 2017).

    본 연구에서는 콘크리트의 단점을 보완하고 콘크 리트에 다양한 기능을 부여하기 위하여 콘크리트 내 부의 보강재로 탄소나노튜브를 선택하였다(Sa et al., 2019;Naeem, 2015). Ruan et al., 2018에서는 콘크리 트 내 탄소나노튜브의 혼입 효과에 의하여 압축 강 도 및 보강 철근과 콘크리트의 상호 부착력의 증진 효과를 검토하였으며. 압축강도의 경우 일정 혼입률 이상에서 강도 감소 효과를 보였다. 또한, 미소 균열 에서 보강근으로써 콘크리트의 bridge 효과를 보였 다. Yu and Lau, 2017에서는 탄소 나노튜브 혼입 콘 크리트 구조체의 구조적 성능과 내화성능의 향상을 검토 및 평가하였다. Min and Kim (2015)은 SSPCM 물질을 다공성 소재이자 탄소나노튜브 소재중 하나 인 xGnp에 octadecane과 함침하여 콘크리트 배합에 적용, 설계 압축강도 및 휨강도와 비교하는 연구를 수행하였다.

    또한, 본 연구에서는 콘크리트 균열 및 추가적인 피해를 줄이는 목적으로 자기치유 혼화재를 콘크리 트에 혼입하여 구조적 성능을 검토하고 자기치유 성 능을 검토하고자 한다. 자기치유 혼화재의 경우 현 재 연구 및 시판되는 종류는 크게 3가지로 분류된 다. 박테리아 매개를 통한 자기치유 방법과 폴리머 재료로 제작된 혼화제 그리고 본 연구에서 적용되는 미네랄계 자기치유 혼화재가 있다. Jonkers, 2011에서 는 박테리아 매개 자기치유 혼화재의 자기치유 양상 을 소개하고 자기치유 성과를 소개하였다. Hilloulin et al., 2015에서는 폴리머 재료를 캡슐화하여 자기치 유 혼화제를 콘크리트 내부로부터 보호하고 콘크리 트 항복 시 자기 치유 효과를 촉발할 수 있도록 설 계안을 제시하였다. 또한, 자기치유 콘크리트의 추가 적인 개발을 위해 다양한 방법이 제안되었으며 그 중 Alghamriet al., 2016은 경량 골재에 자기치유 물 질을 캡슐화한 다음 함침하는 연구를 제안하였고 Zhang et al., 2017에서는 자기치유 물질을 다공질 경 량골재 중 하나인 expanded perlite와 expanded clay에 함침 후 경화시킨 다음 콘크리트에 타설하여 콘크리 트의 자기치유 성능을 검토하였으며 이때 expanded perlite의 자기 치유 성능이 직접 골재 또는 expanded clay의 함침보다 우세한 자기치유 결과를 확인하였 다. 또한 Luo et al., 2018은 성장 과정에서 석회화 및 결정화 현상을 보이는 균사 및 곰팡이를 소개하 고 해당 균사 및 곰팡이의 배양과정 및 결과를 비교 하여 콘크리트 내에 도포할 것을 제안하였다.

    본 연구에서는 이러한 선행 연구를 바탕으로 탄 소나노튜브와 자기치유 혼화재의 혼입률에 따른 강 도 증가 추세에 대해 분석하고 이후 혼화재료의 종 류 및 혼입률에 따른 자기치유 성능에 대해 검토하 고자 한다.

    2. 스마트 재료의 이론적 적용

    2.1 스마트 콘크리트의 의의

    콘크리트는 혼입 및 보강재료에 의하여 상황에 따라 범용적으로 적용할 수 있다. 특히 단순한 시멘트와 물의 화합물로써 수화반응을 조절하고 혼화재료가 부여할 수 있는 성질에 따라 향상된 구조적 성능과 특수한 기능을 부여할수 있다(Land and Stephan, 2015;Salvador et al., 2016;Scrivener et al., 2015). 예를 들 면 혼입 과정에서 물리적으로 혼입된 공기를 골재의 표면에 분산하여 워커빌리티를 증진할 수 있는 AE 제, 콘크리트의 강도를 증진할 수 있는 규소계 화합 물인 실리카겔, 고로슬래그, 적은 물시멘트비에도 워 커빌리티를 증진시킬 수 있는 감수제 및 유동화제 등 콘크리트의 성능을 개선하는데 적용될 수 있으며 (Kim et al., 2016) 보강재의 경우 콘크리트의 취약점 인 외압에 의한 인장파괴를 견뎌낼 수 있는 철근콘 크리트 공법과 프리스트레스 공법 등이 건설 현장에 서 되어왔다. 그러나 콘크리트의 포괄적이고 범용적 인 적용을 위하여 자체적 기능을 추가로 부여할 수 있는 재료를 혼입하면서 좀 더 진보적이고 기능적으 로 향상된 콘크리트의 개발 및 연구를 위하여 스마 트 재료를 콘크리트에 적용한다. 스마트 재료란 온 도, 빛, 외력, 전류 등 외부의 번복되는 자극의 변화 에 반응하는 소재로써 스마트재료의 반응성을 활용 하여 콘크리트에 새로운 기능을 부여할 수 있으므로 (Bang et al., 2010;Dong et al., 2015;Song et al., 2008) 현재에 이르러서는 의료 전자전기, 신소재, 기 계구동장치, 저장소재의 일환으로 사용 가능하다.

    2.2 혼화재료

    혼화재료는 콘크리트의 믹싱과정에서 혼입되어 콘크 리트의 물리적 성질을 개선하거나 워커빌리티의 증 진, 응결 및 경화시간 조절, 발열량 저감하는 효과가 있다. 혼화재료의 분류방법은 배합량의 차이에 따라 혼화재와 혼화제로 분류되며 본 연구에서는 탄소나 노튜브은 혼화제로 분류되며 자기치유 혼화재는 혼 화재로 분류되어 혼입된다.

    2.2.1 탄소나노튜브

    본 연구에서 혼입될 스마트 재료 중 하나인 탄소나 노튜브는 원자의 구성이 탄소로만 이루어진 탄소동 소체의 한 종류이며 다른 종류의 탄소 동소체로는 흑연, 다이아몬드, 그래핀 그리고 다이아몬드가 있으 며 언급된 탄소 동소체 중에서 다이아몬드를 제외한 모든 탄소동소체는 탄소가 평면구조로 이루어져 있 다. 탄소의 경우 4족 원소로써 최외각전자 4개로 구 성되어 있고 결합 여부에 따라 sp3, sp2, sp혼성까지 다양한 물질들과 결합하여 폭넓은 사용이 가능하다. 평면구조의 탄소 동소체는 Fig. 1과 같이 1개의 탄소 가 주변 3개의 탄소와 결합하고 인접한 탄소에서 동 일 위치 상의 비공유 최외각 전자와 π결합을 형성하 고 공액(Conjugation)상태에 놓이면서 에너지적으로 안정해진다. 이러한 탄소 동소체 중 한 종류인 탄소 나노튜브는 물리적 성질이 매우 우수하며 π-π결합에 의한 전기전도성을 보유하고 있어 반도체의 소재로 도 사용되고 있다. 단층 나선형태로 존재하는 SWNT (Single Wall Nano Tube)와 다층 나선구조로 이루어 진 MWNT(Multi Wall Nano Tube)의 형태로 분류되며 탄소나노튜브의 입면도 는 Fig. 2와 같다. 역학적 성질의 경우 Table 1에서와 같이 SWNT에서 조금 더 우세한 경향을 보이나 제작의 용이함과소재의 반응 성 및 산화에 의한 피해가 작아 시중에서는 MWNT 가 더 대중적으로 사용된다. 또한 탄소나노튜브가 혼입된 콘크리트는 자체 수화과정이 촉진되어 조강 효과를 보이고 수화과정 중 생성된 C-S-H가 형성되 어 철근 보강 콘크리트의 제한된 보강 효과에 나노 단위에서의 미소 구조적으로 추가 보강을 도모할 수 있으며 콘크리트의 단점 중 하나인 부도체적 성질에 대해 추가적인 기능 부여를 기대할 수 있다.

    2.2.2 자기치유 혼화재

    자기치유 혼화재는 콘크리트의 결정화 현상(crystallization) 중 반응물에 관여하여 반응을 촉진하는 역할을 한 다. 자기치유 혼화재의 주된 적용은 3가지로 분류될 수 있다. 캡슐에 자기치유 반응을 유도하는 미생물 을 넣어 콘크리트가 균열시 미생물을 통해 자기치유 를 발현하는 미생물계 자기치유 혼화재, 콘크리트 균열면에 발생하는 결정화 현상에 관여하는 물질이 다량으로 함유된 미네랄계 자기치유 혼화재, 신소재 를 활용한 폴리머계 자기치유 혼화재가 있다. 본 연 구에서는 미네랄계 자기치유 혼화제를 사용하였으며 미네랄계 자기치유 혼화재는 콘크리트의 균열면에서 보여지는 기본적인 앙금생성반응을 활용한다. 콘크 리트의 앙금 생성 식과 자기치유 과정은 식 (1)∼(3), Fig. 3과 같다.

    본 연구에서 적용이 되는 자기치유 혼화제는 산 화칼슘(CaO)과 삼산화황(SO3)과 산화알루미늄(Al2O3) 로 구성되어 있으므로 해당 식의 반응물인

    C a ( O H ) 2 C a 2 + + 2 O H
    (1)

    H 2 C O 2 H + + H C O 2 H + + C O 2 2
    (2)

    C a 2 + + C O 2 2 C a C O 2
    (3)

    칼슘이온 투입을 통해서 반응의 평형을 활용, 탄 산칼슘 결정반응을 촉진하여 균열 폭을 메움으로써 콘크리트의 탄산화 염화 황산화로부터 콘크리트의 부식을 보호할 수 있다. 또한 콘크리트 팽창제 성분 중 하나인 황산화 이온, 산화 알루미늄, 산화 마그네 슘으로 이루어져 있어 해당 혼화제의 고함량 배합에 의한 역학적 성능 감소를 상호 보완할 수 있으며 향 후 구조체 적용 시 장기 건조수축에 대한 해결방안 으로도 작용할 수 있다.

    3. 스마트 재료 혼입 콘크리트의 실험설계

    3.1 콘크리트 시편의 재료 및 배합 구성

    본 연구에 사용된 재료에 대한 모르타르 시료의 혼 합비, 시료의 주조 및 양생 비에 대하여 제안하고 다양한 콘크리트 시편의 배합에 따른 에 대한 역학 적 성능 시험과 자가 치유 효과 실험을 계획하였다. 또한 균열 모니터링 및 균열폭 측정 메커니즘 측정 에 대한 평가법을 제안하고자 한다.

    본 연구에서 사용되는 시멘트는 A사의 시멘트이 며 비중은 3.15g/㎤를 가지고 있고 28일 강도는 42.5MPa로 측정되었다. 잔골재의 경우 KS L 5100에 따른 주문진 표준사를 사용하였으며 2.62g/㎤의 비중 을 가지고 있다. 실험 시편의 오차를 줄이기 위하여 소금기와 분진을 제거하고 표면건조상태로 보관 후 사용하였다. MWNT는 J사의 Jeno 6A 모델을 사용하 였으며 해당 모델의 비중은 2.16g/㎤이며 기타 재원 은 Table 2와 같다. 자기치유 혼화재의 경우 I사의 자기치유 혼화재를 사용하였으며 화학적 구성 및 미 네랄계 구성을 Table 3과 같다.

    본 연구에 적용된 콘크리트의 물-바인더비와 시 멘트-잔골재비는 각각 0.25, 0.5(1:2)와 같다. 해당 배 합은 압축강도 40MPa을 기준으로 설정된 배합으로 혼화재료의 경우 바인더비를 기준으로 하였으며 바 인더는 시멘트, 탄소나노튜브, 자기치유 혼화재를 총 칭하였다. 이중 바인더에 포함되는 탄소나노튜브는 질량의 0.1, 0.3, 0.5% 만큼 혼입하였으며 자기치유 혼화재의 경우 6, 8, 10% 만큼 혼입하여 일반 OPC 콘크리트를 비롯하여 7가지의 경우의 콘크리트가 사 용되었다. 또한 시편의 워커빌리티 증진과 강도 증 진 그리고 탄소나노튜브의 배합시 재응집 현상 (Aggolomeration)을 최소화하기 위한 계면 활성제의 역할 및 콘크리트의 강도와 워커빌리티를 확보할 수 있는 폴리 카르본산계 유동화제를 모든 시편에서 시 멘트 질량의 0.3%를 혼입하였다. 본 연구의 신뢰성 을 확보하고자 각 배합 별로 3개의 시편을 제작하여 실험을 진행하였다. 본 연구에 적용된 시편의 재원 및 배합비, 명칭은 Tables 46과 같이 정리하였다.

    3.2 콘크리트 시편의 제작 및 성능 평가 실험

    탄소나노튜브는 탄소로 이루어진 무극성 물질로, 극 성 용매인 물에 용해되지 않고 자체의 반데르 발스 인력에 의하여 응집 현상(Aggolomeration)을 보인다. 따라서 콘크리트 배합에 사용되는 물에 탄소나노튜 브를 수중에 분산시킨 후 해당 분산이 유지될 수 있 도록 조치가 필요하다. 따라서 콘크리트의 배합 이 전에 시약병에 물과 탄소나노튜브를 넣고 소니케이 터에 1시간 동안 소니케이팅을 수행하였다 이후 수 중에 분산된 탄소나노튜브는 재응집되며 탄소나노튜 브의 응집체 내부에 수분을 함유하게 되고 해당 수 분은 탄소나노튜브의 산화의 원인이 되고 산화된 탄 소나노튜브는 고유의 역학적 성능을 상실하게 된다. 이러한 현상을 최소화하고 분산을 유지하기 위해 계 면활성 효과가 있는 유동화제를 투입하였다. 이렇게 배합된 탄소나노튜브와 유동화제, 그리고 물을 건비 빔이 진행된 시멘트와 잔골재, 자기치유 혼화재와 배합하였다.

    배합된 콘크리트는 KS F 2477에 제시된 규격 40×40×160mm의 몰드에 Fig. 4와 같이 넣고 24시간 성형을 진행한 다음 탈형 후 실험실 실내 16∼22℃ 에서 기건 양생을 28일간 진행하였다. 양생이 완료 된 시편은 KS F 2408에서 제시된 휨 실험에 따라 Fig. 5와 같이 3점 재하법에 따라 진행되었으며 해당 휨 실험에 적용된 UTM기의 최대하중은 20kN이다. 실험에 적용된 지간의 거리는 120mm이며 이때 적용 하중은 변위제어법에 의하여 재하되었으며 하중 재 하 속도는 0.03mm/min와 같다. 콘크리트 시편의 완 파를 저지하기 위해 균열 직후 극한하중의 50%만 재하하였다. 이때 하중에 따른 변위의 변화는 초당 20개 이상을 기록하였다 각자의 실험은 배합별 3번 씩 적용하였으며 3번의 실험 중 가장 적은 변위에서 기록된 휨 파괴를 기준으로 동일 변위에서 적용된 하중까지 비교⋅분석하였으며 각 배합 별 평균 그래 프를 토대로 배합 비율을 통한 하중-변위 그래프 상 에서 경향을 분석하였다. 휨 실험이 종료된 시편은 미네랄계 혼화제가 적용된 콘크리트 시편의 자기 치 유 시험에 적용되었다. 휨실험이 종료된 시편에 대 해서 파단면을 맞대어 고무 밴드 및 케이블 타이로 고정하였다. 이후 자기치유가 진행되기 전 초기 균 열 폭을 인장단면을 기준으로 높이 5mm 간격으로

    KOSACS-11-6-41_EQ4.gif
    (4)

    측정하였고 초기 균열 측정이 완료된 콘크리트 시편 은 탄산이온의 원활한 매개 및 자기치유 물질의 높 은 수득률을 보장하기 위하며 해당 반응은 수중, 투 수 상황에서 진행되었다. Fig. 6, 7과 같이 높이 10mm 침목에 받혀 실험실 실내 수조에 넣어 수중에서 자 기치유를 수행하였다. 수조의 온도는 22±2℃를 유지 하였으며 시편의 표면이 대기 중에 노출되지 않도록 일정한 수면을 유지하였다. 이후 수중에서 수행된 자기치유 효과를 3, 7, 14, 21, 28, 56, 84일간에 걸쳐 균열폭의 변화를 측정하였다. 이때 측정된 회복률은 식(4)와 같이 계산하였다.

    4. 스마트 재료 혼입 콘크리트의 구조 및 자기치유 성능시험의 결과 및 분석

    4.1 OPC 콘크리트의 압축 강도 시험 및 성 능 결과 분석

    본 실험에 기준으로 적용되는 OPC 콘크리트의 압축 강도는 40MPa를 목표로 하여 설계되었으며 실제 시 험에 적용된 콘크리트 시편의 압축강도 시험을 통해 콘크리트의 설계값과 실측값에 대한 비교를 진행하 고자 한다. 시편은 OPC 배합을 기준으로 KS f 2405 에 따라 직경 100mm 높이 200mm의 원기둥형 공시 체를 적용하였고 배합은 Table 6과 동일한 배합을 적용하였다. 양생 역시 휨 실험과 동일하게 기건양 생을 통해 28일 이상 진행하였으며 양생이 종료된 후 최대 용량이 200ton인 압축시험기를 사용하여 가 력하였으며 이때 가력 속도는 0.1mm/sec만큼 적용되 었다. 이때 압축강도 그래프는 다음 Fig. 8과 같다.

    시험 결과 압축응력의 경우 평균적으로 40MPa과 유사하거나 낮은 수준으로 나왔다. 강도 감소 원인 으로는 양생과정에서 보인 블리딩으로 인한 강도 감 소로 추측된다. 해당 배합에서는 잔골재만을 활용하 여 제작되었으므로 이로 인한 공시체 내부의 골재 표면 증가와 이로 인한 절대 공기량의 증가를 야기 하였으며 제작과정에서 다짐 작업 중 골재의 침하가 늦어짐에 따라 과한 다짐이 공시체의 품질 저하의 원인이 되었으므로 추정된다.

    4.2 휨 강도 시험 및 성능 결과 분석

    실험은 고강도 다기능 장수명화 콘크리트 복합체에 대한 휨 응력 거동을 수행하였으며 혼화재료의 혼입 여부 및 혼입 비율(바인더 부피비를 기준으로 CNT: 0, 0.1, 0.3, 0.5%, 자기치유 혼화재: 0, 6, 8, 10%)에 따라 7번의 Case study를 진행하였다. 배합마다 3번 휨 성능에 대한 평가를 수행하였다. 데이터는 UTM 장비의 성능에 따라 약 20Hz 이상의 데이터를 수집 하였으며 수집된 데이터는 시편에 0.01kgf만큼 가력 되는 시점부터 기준으로 하였다. 3번의 평가 중 최 대하중에 도달한 가장 짧은 변위를 기준으로 데이터 를 절삭하여 시간을 기준으로 나열한 다음 3번의 평 가에 대해 평균을 산출하여 시편 3개의 혼합 비율에 대한 Case에 따라 데이터의 경향성을 쉽게 비교하고 자 한다.

    OPC 시편의 하중-변위 그래프는 Fig. 9(a)와 같 다. 첫 번째 OPC의 경우 다른 시편에 비하여 높은 연성을 보였으며 이러한 연성은 타 시편보다 고강도 의 특성을 보이게 되었다. 또한 첫 번째 시편과 타 시편의 경향성 및 품질의 차이를 볼 수 있는데 이러 한 오차의 원인으로는 시편의 제작과정에서의 골재 와 시멘트의 다짐 정도 또는 혼화재료의 낮은 분산 성에 의한 특정 성분의 집중으로 예측된다, 그리고 하중에 의한 변위가 증가할수록 동일 변위에 대한 하중의 증가폭이 점점 증가하는 것을 확인할 수 있 는데 변위제어법을 기준으로 하중이 재하되면서 동 일 변위만큼 진행하기 위한 하중 및 반작용력이 증 가함을 알 수 있다.

    탄소나노튜브가 0.1% wt 혼입된 콘크리트의 휨 실험의 하중 변위 거동의 경우 Fig. 9(b)과 같다. 3개 의 시편의 경우 OPC 시편과 비교해봤을 때 동일 변 위 상에서 도달하는 하중이 OPC 시편보다 더 높음 을 알 수 있다. 이러한 경향을 통해서 시편의 파괴 가 진행되기 이전까지 평균적인 기계적 성능은 탄소 나노튜브 혼입 콘크리트 시편이 OPC 시편보다 우세 함을 유추할 수 있으며 상호 시편 간의 오차도 적

    은 편으로 결론을 도출하였다. 그러나 최종적인 기계적 성능 차이는 OPC보다 낮게 기록되었으며 이 러한 성능 감소의 원인을 시편의 취성파괴 경향으로 사료되며 이러한 취성파괴의 원인으로는 시멘트와 시멘트의 상호간 부착 성능보다 시멘트와 탄소나노 튜브의 부착 성능의 저하를 유추할 수 있다. 탄소나 노튜브가 0.3% wt만큼 혼입된 콘크리트의 휨 실험 결과는 Fig. 9(c)과 같으며 해당 시편의 경우 CNT 0.1% 혼입 시편과 비교해보면 CNT 0.3%혼입 시편은 평균적으로 더 높은 구조적 성능을 보였다. 특히 동 일 변위에서의 하중 증가량은 콘크리트의 강성 증가 로 시료되는데 콘크리트의 탄성계수는 30GPa이나 탄소나노튜브의 탄성계수가 270∼950GPa에 도달하므 로 콘크리트 자체적인 탄성 계수를 증가시킬 수 있 으므로 향후 철근콘크리트 및 PSC 콘크리트 적용에 있어 기존의 철근 콘크리트 구조상에서 철근 배근량 을 감소할 수 있고 또한 강도설계법에서 콘크리트와 철근의 탄성 거동의 오차를 줄일 수 있고 동일 철근 량에서 경제적인 콘크리트 단면을 확보할 수 있을 것으로 사료된다.

    탄소나노튜브가 0.5% wt만큼 혼입된 콘크리트의 휨 실험의 하중-변위의 경향은 Fig. 9(d)와 같으며 두 드러진 오차를 보이는 세 번째 실험을 제외한 채 경 향을 분석해보면, 기존의 0.1, 0.3% wt만큼 혼입된 콘크리트보다 더 높은 취성도를 보이며 적은 휨 변 위를 보였다. 그러나 변위 대비 하중 변화를 보면 Test 2에서 보여준 시편 중에서 가장 높은 기계적 성능을 보였다. 다만 세 번째 실험과 같이 큰 오차 를 보이는 원인으로는 시편제작 과정에서 진행된 탄 소나노튜브의 소니케이션 이후 일부 발생한 재응집 현상과 시편 제작과정에서 생기는 혼입물의 고르지 못한 분산으로 추정된다.

    자기치유 혼화재가 6% wt혼입된 시편은 OPC 시 편보다 파괴 전까지 향상된 기계적 성능을 보였으나 자기치유 혼화재 역시 콘크리트 배합에 적용되어 콘 크리트의 취성파괴를 유도하였다. 또한 Fig. 9(e)에서 볼 수 있듯이 시편 간의 품질 편차가 큰 것을 확인 하였다. 이는 배합과정 및 양생과정에서 생길 수 있 는 오차가 역학적 성능에 영향이 클 수 있다는 점을 시사한다.

    Fig. 9(f)와 같이 자기치유 혼화재가 8% wt혼입된 시편은 자기치유 혼화재 6% wt혼입된 시편보다 평 균적으로 높은 강도를 보였으나 최소 변위에선 더 낮은 변위를 보였다. 이것은 자기치유 혼화재의 혼 입률이 높을수록 콘크리트의 자체 강도는 증가할 수 있으나 휨 파괴시 취성파괴에 대한 경향성이 높아짐 을 알 수 있다. 자기치유 혼화재 10% 혼입 콘크리트 시편에서도 기존의 6, 8% 혼입 시편보다 평균적으로 더 적은 변위에서 더 높은 하중을 보였으며 이는 자 기치유 혼화재가 콘크리트의 기계적 성능을 향상할 수 있으나 취성파괴의 경향성을 증가시키며 구조체 로써 적용하기 위해선 철근 등의 추가적 보완이 요 구된다.

    Fig. 9(h)는 OPC를 기준으로 탄소나노튜브 혼입 을 0.1, 0.3, 0.5%만큼 배합한 콘크리트 시편의 하중- 변위 평균 그래프를 나타낸다. CNT가 콘크리트에 혼입되면 일반 OPC보다 기계적 성능이 향상하는 경 향을 볼 수 있으며 해당 시험에서는 변위 0.6mm를 기준으로 탄소나노튜브 혼입시 OPC 기준의 120∼ 300%까지 강도 증가현상을 보였다, 탄소나노튜브가 콘크리트 시편 내에서 분산되어 그 자체로써 뛰어난 물리적 특성이 콘크리트 강도에 영향을 준 것으로 판단된다. 그러나 파괴 전까지 우수한 기계적 특성 을 보였어도 OPC시편보다 적은 변위에서 파괴가 진 행되었음을 볼 수 있는데, 탄소나노튜브 혼입 시편 에서 취성파괴의 경향이 강해졌으며 변위의 경우 OPC를 기준으로 80∼90%까지 감소하였다. 이러한 현상의 원인은 3가지로 추측이 되는데 탄소나노튜브 의 무극성 및 콘크리트와의 부착력, 그리고 양생과 정에서 일어나는 재응집 현상으로 추측할 수 있다. 탄소나노튜브는 탄소동소체이며 다중 벽 형태로 결 합된 무극성 물질이다. 다양한 원자들의 조합된 골 재 및 시멘트, 그리고 극성 용매인 물과 같이 있으 면서 서로 결합 및 반응이 일어나지 않아 상호 간 결합 형성이 어려우며 또한 탄소동소체가 여러 겹 말려 있는 형태로 존재하다 보니 물리적으로 표면에 서 요철이 없는 형태이므로 시멘트와 골재 또는 시 멘트 사이의 결합력보다 시멘트와 탄소나노튜브 사 이 상대적으로 낮은 결합이 형성되었다. 그리고 탄소 나노튜브의 소니케이션 이후 재응집 현상을 줄이기 위해 유동화제를 첨가하지만 유동화제의 첨가량에 한계도 있으며 소니케이션 직후 일부 탄소나노튜브 에서 재응집 현상을 보이며 재응집된 탄소나노튜브 가 콘크리트 시편 내부의 부착력 및 탄소나노튜브의 물리적 특성의 감소를 야기하였음을 추측할 수 있다.

    Fig. 9(i)는 OPC와 자기치유 혼화재 콘크리트의 혼입정도에 따라 변위-하중 그래프를 비교하고자 한 다. SH-10의 파괴가 일어나는 변위인 0.494mm를 기 준으로 하중을 비교해 보면 OPC를 기준으로 156.8∼ 260.5%까지 증가하게 된다. 변위의 경우 64.2∼71.4% 까지 감소하였다. 이처럼 자기치유 혼화재의 혼입은 콘크리트 상에서 기계적 성능을 증가시킬수 있는 원 인으로는 자기치유 혼화재의 구성물질 중 콘크리트 의 구성물질인 칼슘을 포함하고 있으며 콘크리트 내 부에서 산화과정을 통해 강도 증진 및 고형화 반응 을 보이는 물질인 마그네슘 또는 알루미늄이 산화마 그네슘(Mg2O3), 산화알루미늄(Al2O3) Ettringite (Ca6Al2(SO4)3(OH)12 ∙ 26H2O), 탄산칼슘(CaCO3) 등 으로 산화되면서 콘크리트의 경화 과정에서 콘크리 트의 조강을 형성시키는 원인이 되었다. 또한 자기 치유 콘크리트가 콘크리트 팽창제로써 역할을 수행 함에 따라 콘크리트의 건조 수축을 줄이고 수화과정 에서 수반되는 발열에 대한 성능 감소를 보였다. 그 러나 자기치유 혼화재 역시 콘크리트의 취성 파괴를 야기할 수 있다는 결론을 볼 수 있는데 이런 현상의 원인으로는 자기 치유 혼화재가 물과 반응하면서 시 멘트와 같이 고점성화되지 않으며 자체로써 수화반 응이 일어나지 않거나 자기치유 혼화

    재의 상호간 부착력과 자기치유 혼화재와 시멘트 사이의 부착력이 시멘트와 시멘트의 부착력보다 약 하며 또한 해당 혼화재료는 혼화재로써 혼입비율이 높아 자체 성능에서 큰 변화를 주게 된 것으로 추측 해볼 수 있다. 또한, 해당 실험은 타 시험과 달리 혼 입 비율에 따른 뚜렷한 결과를 얻어 낼 수 있었는데 이러한 결과의 원인으로는 배합 중 다량으로 함유되 어 시편 내부에 탄소나노튜브 또는 유동화제보다 더 직접적으로 영향을 줄 수 있으므로 함유량에 따른 성능의 차이가 구체적으로 가시화되었다.

    4.3 자기치유 시험 및 성능 결과 분석

    해당 시험은 콘크리트의 파괴 단면에서 용출되는 칼 슘이온이 수분과 이산화탄소와 함께 반응하여 생성 되는 탄산칼슘 결정 반응을 토대로 하였다. 휨 실험 이 수행된 시편의 인장 단면을 0mm 기준으로 5mm 간격마다 균열 길이를 측정하였으며 이때 수조에 넣 기 직전을 0일 차로 기준을 정한 다음 3, 7, 14, 21, 28, 56, 84 일 차마다 균열 폭의 길이를 측정하였다. 균열 폭 측점 지점은 균열을 지나는 횡방향 그리드 를 기준으로 그리드의 상단 끝과 하단 끝 그리고 중 앙 지점 및 그리드 상에서 재차 측정하기 용이한 지 점을 기준으로 하였다. 이때 일부 균열 위치에서 자 기치유현상이 두드러지지 않았거나 시편이 완파되지 않아 시편마다 자기치유 성능이 우수한 구간 3곳을 추려낸 다음 평균을 근거로 그래프를 그려 비교하고 자 한다.

    OPC 콘크리트의 자기치유 결과 그래프는 Fig. 10(a)과 같다. 자기치유 혼화제의 영향이 없으므로 파괴 단면에서 기본적인 자기치유 효과는 보였으나 균열이 완전히 폐쇄되는 현상은 보이지 않았다. 또 한, 자기치유 효과에 있어 7∼14일간 두드러진 효과 를 보이고 14일 이후로는 두드러진 자기치유 효과를 보이지 않았다. CNT-1의 경우 Fig. 10(b)에서 보여주 듯 OPC 시편보다 자기치유 현상에서 OPC보다 12.3% 더 높은 회복률을 보이는 결과를 보였다. 또 한, 균열의 폐쇄가 OPC의 경우보다 높은 확률로 진 행되었다. 일부 시편의 경우 7일까지 두드러진 자기 치유 효과를 보여주었으며 세 가지 시편 모두 7∼14 일 이내에 70%의 균열 회복률을 보였으나 이후 감 소된 자기치유 효과를 보였다. CNT-3시편의 자기치 유 효과는 Fig. 10(c)와 같으며 해당 시편의 경우 최 종적인 회복률에서 OPC 시편보다 0.2% 증가하였으 나, CNT-1보다 9.1% 감소한 결과를 보였다. 해당 시 편의 경우 2번째 시편에서 자기치유 3일 이후 두드 러진 자기치유 효과를 보이지 않았다.

    Fig. 10(d)에서 보여주는 CNT-5의 자기치유 효과 는 최종 회복률에 있어 OPC보다 11.7%, CNT-3보다 9.5% 향상된 회복률을 보였으나 CNT-1보다 0.1% 저 조한 회복률을 보였다. 또한, 해당 시편의 경우 7일 까지 50%의 회복률을 보였다. 그러나 최종적인 회복 률에서 OPC와 탄소나노튜브 혼입 콘크리트의 경우 모두 100%에 도달하지 못하였으며 탄소나노튜브의 혼입률 증가에 따른 뚜렷한 자기치유 성능의 향상을 보이지 않았다는 점에서 자기치유 성능에 탄소나노 튜브의 영향이 미미하다고 판단된다.

    SH-6 시편의 자기치유 성능은 Fig. 10(e)와 같으 며 OPC 또는 탄소나노튜브 혼입 콘크리트와 달리 0∼ 14일까지 회복률이 50% 이하인 점으로 미루어 보아 자기치유 효과는 두드러지진 않았으나 14일 이후로 꾸준한 회복률을 보여주면서 회복률 90% 이상에 도 달하였다. SH-8, 10의 경우 자기치유 성능은 Fig. 10(f)10(g)와 같다. 두 가지 시편의 자기치유 경향 에서 1개 이상의 시편에서 급격한 자기치유 현상을 보이진 않았으나 84일까지 지속적인 자기치유를 보 여주는 시편이 관찰되었다. 또한, 자기치유 혼화재 혼입 콘크리트의 경우 84일까지 보여준 최종 회복률 이 모두 95%를 초과하였으며 자기치유 혼화재의 혼 입량 증가에 따라 자기치유 성능이 증가하였다.

    Fig. 10(h)에소 볼 수 있듯이 CNT-1,3,5의 경우 OPC 시편보다 자기치유 현상에 있어서 근소하게 두 드러진 결과를 보였으나 CNT 함량과 무관한 경향을 보였다. 또한 균열의 폐쇄가 OPC의 경우보다 높은 확률로 진행되었다. 탄소나노튜브 혼입 콘크리트 시 편의 자기치유 향상 효과는 탄소나노튜브와 칼슘이 온 및 기타 물질과의 반응성보다 OPC시편 자체의 균열 폭이 넓어서 자기치유 효과가 확률적으로 낮게 보여지게 된 것으로 추정한다.

    Fig. 10(i)는 OPC와 자기치유 혼입 콘크리트의 양 생 기간에 따른 균열 폭의 변화 그래프이다. 해당 그래프에서는 전반적으로 자기치유 혼화재 혼입 그 래프에서 우수한 회복률을 보였으며 21일 이후 모든 자기치유 혼입 콘크리트 시편에서 특히 SH-6 시편의 경우 OPC시편과 비교하여 14일 전까지는 낮은 회복 률을 보였으나 특정시험 기간 내에 급격한 자기치유 의 기복 없이 20%씩 자기치유가 진행되어 OPC보다 뛰어난 회복률을 보였다. 탄소나노튜브와 다르게 혼 입률에 따른 자기치유의 경향성이 뚜렷이 보였다. Fig. 10(h)와 비교하여 OPC 및 탄소나노튜브 혼입 콘 크리트 시편에서 7일까지의 회복률은 50%를 초과하 면서 자기치유 혼입 콘크리트보다 높은 확률을 보였 으나 자기치유 혼화재 혼입 콘크리트의 경우 14일부 터 84일까지 30%의 자기치유를 보이며 급격한 증가 세를 보였다. 또한 자기치유 혼화재 혼입 콘크리트 의 경우 28일 이후 회복률 분산이 타 시편보다 적은 것을 확인하였다. 이로써 자기치유 혼화재 혼입 콘 크리트에서 28일 이후 장시간 지속 가능한 자기치유 효과를 기대할 수 있다. 초기 자기치유 회복률의 저 조 현상의 원인으로 자기치유의 반응을 통한 생성물 질의 생성 속도에 의한 차이로 판단된다. 자기치유 혼화재의 칼슘 매개물질은 황산칼슘(CaSO4)이며 일 반 콘크리트는 시멘트의 수산화칼슘(Ca(OH)2)을 매 개하여 탄산칼슘(CaCO3) 생성을 유도하기 때문에 Ksp에서 황산칼슘이 수산화칼슘보다 높으므로 자기 치유의 과정에서 반응을 위한 칼슘 이온의 공급이 동일한 시멘트에 비해 늦게 진행되었으나 시편 내부 의 지속적인 칼슘 이온의 공급이 가능함에 따라 14 일 이후에도 OPC 및 탄소나노튜브 혼입 콘크리트 보다 장기적인 자기치유 효과를 기대할 수 있다.

    5. 결 론

    본 연구에서는 탄소나노튜브와 자기치유 혼화재를 혼입한 콘크리트 복합체를 압축, 휨, 자기치유 시험 을 통해 성능과 품질을 평가하였다. 탄소나노튜브를 통해 향상된 역학적 성능, 자기치유 혼화재를 통해 서 콘크리트 복합체로 하여금 향상된 회복 및 균열 폐쇄 성능을 개선하여 고강도 다기능 장수명화된 자 기치유 콘크리트 제작을 목표로 연구를 수행하였다.

    • 1) OPC의 압축강도는 28일 이상 기건 양생을 기 준으로 강도 40MPa를 목표로 하였으나 평균 적으로 설계 강도보다 10% 이하에 도달하였 으며 해당 원인으로는 골재의 표면적 증가로 인한 베어링 효과가 적용되는 공기량의 증가 및 타설시 과한 다짐이 원인으로 추측된다.

    • 2) 탄소나노튜브 0.1% 혼입 콘크리트 시편에서는 파괴 전까지 동일 변위를 기준으로 하중 재하 속도가 높게 보임으로써 평균적인 역학적 성 능에서 우세함을 보였으나 결국 최종적인 기 계적 성능 차이에서 OPC보다 낮게 나왔으며 이러한 현상의 원인으로는 시멘트와 탄소나노 튜브의 부착 성능이 시멘트와 시멘트 사이의 부착성능보다 낮음을 유추할 수 있다. 탄소나 노튜브 0.3% wt 혼입 콘크리트와 0.5% wt 혼 입 콘크리트에서 혼입량에 따라 하중 재하과 정에서 평균적으로 더 우세한 구조적 성능을 보여주었으나 항복과정에서 취성파괴를 보여 주었다. 이러한 현상의 원인은 탄소나노튜브의 뛰어난 역학적 성질로 하여금 콘크리트의 강 성도 증가를 야기하였으나 시멘트와 탄소나노 튜브의 부착력이 시멘트 간의 상호부착력보다 약하여 취성파괴의 원인이 되었다. 콘크리트 내 탄소나노튜브의 혼입이 콘크리트 자체 탄 성계수의 증가 효과를 기대할 수 있으나 취성 파괴의 우세한 경향성을 고려하였을 때 현장 적용 시 허용하중설계법이 적용되는 철근 콘 크리트 구조에 향상된 성능을 기대할 수 있을 것으로 판단된다.

    • 3) 자기치유 혼화재 혼입 콘크리트의 역학적 성 능또한 탄소나노튜브 혼입 콘크리트와 유사한 경향성을 보였으나 항복시 두드러진 취성효과 를 보였다. 해당 현상의 원인 역시 시멘트와 자기치유 혼화재의 상호 부착력의 감소의 원 인으로 판단되지만 특히 자기치유 혼화재의 경우 혼입량이 탄소나노튜브보다 많아 콘크리 트의 역학적 성능에 기여한 영향이 높다고 판 단된다. 또한 자기치유 혼화재 혼입 콘크리트의 강성 역시 일반 OPC 콘크리트보다 증가하였다.

    • 4) 자기치유 성능의 경우 OPC를 기준으로 탄소 나노튜브 혼입 콘크리트는 OPC보다 최대 11.4%까지 증가된 회복률을 보였으며 초기 14 일의 경우 회복률이 50%를 초과하였으나 84 일가지 최종 회복율은 85∼90%를 다소 상회 하는 정도인 반면 자기치유 혼입 콘크리트의 경우 지속적이고 장기적인 자치 치유를 보이 면서 모든 시편의 회복률이 90%를 초과하였 다. 이러한 지기치유 혼화재 혼입 콘크리트의 초기 속도의 단발적 감소현상의 원인은 자기 치유 반응식, 즉 반응물에서 칼슘이 이온화 되는 반응평형 속도론적 차이로 판단된다.

    따라서 자기치유 혼화재 및 탄소나노튜브 혼입 콘크리트의 실용화를 위해 구조체 적용에 있어 취성 을 보완할 수 있는 신공법에 대한 추가적인 연구가 향후 수반된다면 철근 콘크리트의 한계상태설계법에 서 탄소나노튜브 및 자기치유 혼화재 혼입 콘크리트 의 향상된 탄성력을 통해 경제적인 보강재 배근을 기대할 수 있다. 그리고 자기치유 혼화재 혼입 콘크 리트의 경우 구조물 건립과정에서 해당물질의 상용 화를 통하여 콘크리트 균열에 의해 야기되는 염화 및 철근의 부식, 탄산화에 의한 구조물 손상을 방지 하여 장기간 존립 및 경제적인 구조물 유지보수를 기대할 수 있고 이에 따른 구조물의 설계연수 장기 화를 기대할 수 있다.

    ACKNOWLEDGMENT

    This work is supported by the Korea Agency for Infrastructure Technology Advancement(KAIA) grant funded by the Ministry of Land, Infrastructure and Transport (Grant 20NANO-B156177-01).

    Figure

    KOSACS-11-6-41_F1.gif
    σ and π Bond of Planar Carbon S tructure
    KOSACS-11-6-41_F2.gif
    Figure of SWNT and MWNT
    KOSACS-11-6-41_F3.gif
    Self -healing Process i n Underwater
    KOSACS-11-6-41_F4.gif
    Mould Filled with Concrete Mixtures and Smart Materials(KS F 2477, 1997)
    KOSACS-11-6-41_F5.gif
    Crack Being Shown in Concrete Specimen after Flexural Test
    KOSACS-11-6-41_F6.gif
    Schematic D iagram o f Self -Healing Test of Smart Material Concrete
    KOSACS-11-6-41_F7.gif
    Self -Healing Test Processed in U nderwater with Same Temperature
    KOSACS-11-6-41_F8.gif
    Crack Being Shown in Concrete Specimen after Flexural Test
    KOSACS-11-6-41_F9.gif
    Comparison for Load Displacement Graph of Every Concrete Specimen
    KOSACS-11-6-41_F10.gif
    Comparison for Self -healing Process Graph of Every Concrete Specimen

    Table

    Comparison of Physical Properties of SWNT and MWNT with Steel
    Carbon Nanotubes Properties
    Chemical Component and Density of Self Healing Admixture
    Concentration of Carbon Nanotube, Self-healing and Superplasticizer
    Specimens Classification Based on Mix Proportions
    Mix Proportions of Mortar Specimens
    Maximum Load of OPC Concrete Cylinder Specimen
    Average Lload Occured Minimum Displacement in First Failure with Each Three Specimens
    Average Displacement in First Failure with Each Three Specimens

    Reference

    1. Alghamri, R. , Kanellopoulos, A. , and Al-Tabbaa, A. (2016), “Impregnation and Encapsulation of Lightweight Aggregates for Self-healing Concrete,” Construction and Building Materials, Vol. 124, No. 15, pp. 910- 921.
    2. Babor, D. , Plian, D. , and Judele, L. (2009), “Environmental impact of concrete,” Buletinul Institutului Politehnic din lasi. Sectia Constructii, Arhitectura, Vol. 55, No. 4, pp. 27-36. Tomme, Latvia.
    3. Bang, S. S. , Lipert, J. J. , Yera, U. , Mulukutla, S. , and Ramakrishnan, V. (2010), “Microbial Calcite, a Bio-based Smart Nanomaterial in Concrete Remediation,” International Journal of Smart and Nano Materials, Vol. 1, No. 1, pp. 28-39.
    4. Dong, B. , Wang, Y. , Fang, G. , Han, N. , Xing, F. , and Lu, Y. (2015), “Smart Releasing Behavior of a Chemical Self-healing Microcapsule in the Stimulated Concrete Pore Solution,” Cement and Concrete Composites, Vol. 56, pp. 46-50
    5. Ha, S. J. , and Kang, S. T. (2016), “Flowability and Strength of Cement Composites with Different Dosages of Multi-Waled CNTs,” Journal of the Korea Concrete Institute, Vol. 28, No. 1, pp. 67-74.
    6. Hilloulin, B. , Van Tittelboom, K. , Gruyaert, E. , De Belie, N. , and Loukili, A. (2015), “Design of polymeric capsules for self-healing concrete,” Cement and Concrete Composites, Vol. 55, pp. 298-307.
    7. Huang, Y. Y. , and Terentjev, E. M. (2012), “Dispersion of Carbon Nanotubes: Mixing, Sonication, Stabilization, and Composite Properties.” Polymers, Vol. 4, No. 1, pp. 275-295.
    8. Jedidi, M. , and Benjeddou, O. (2018), “Chemical Causes of Concrete Degradation,” MOJ Civil Engineering, Vol. 4, No. 4, pp. 219-223.
    9. Jeon, B. O. , Yi, H. , and Kim, T. Y. (2006), “A Study on the Appearance and Structural System of Concrete Slab in the Early 20 Century,” Journal of The Architectural Institute of Korea Planning & Design, Vol. 22, No. 3, pp. 173-180.
    10. Jonkers, H. M. (2011), “Bacteria-based self-healing concrete,” Heron, Vol. 56 No. 1/2, Delft, Netherland.
    11. Kim, H. , Pyo, S. , and Kim, H. K. (2016), “Reduction of Superplasticizer Dosage in Eco-friendly Ultra-high Performance Concrete by Adopting Industrial by-Products,” Journal of the Korean Instiute of Resources Recycling, Vol. 25, No. 3, pp. 20-28.
    12. KS f 2405 (2010), “Standard Test Method for Compressive Strength of Concrete,” Korean Standard Association, Seoul, Korea. (in Korean)
    13. KS f 2408 (2016), “Standard Test Method for Flexural Strength of Concrete,” Korean Standard Association, Seoul, Korea. (in Korean)
    14. KS f 2477 (1997), “Method of Test for Strength of Polymer-modified Mortar,” Korean Standard Association, Seoul, Korea. (in Korean)
    15. KS L 5100 (2006), “Standard Sand of Testing Strength of Hydraulic Cement Mortars,” Korean Standard Association, Seoul, Korea. (in Korean)
    16. Land, G. , and Stephan, D. (2015), “Controlling Cement Hydration with Nanoparticles,” Cement and Concrete Composites, Vol. 57, pp. 64-67
    17. Luo, J. , Chen, X. , Crump, J. , Zhou, H. , Davies, D. G. , Zhou, G. , Jhang, N. , and Jin, C. (2018), “Interactions of Fungi with Concrete: Significant Importance for Bio-based Self-healing Concrete,” Construction and Building Materials, Vol. 164, pp. 275-285
    18. Malinowski, R. , and Garfinkel, Y. (1990), “Prehistory of concrete.” Concrete International, Vol. 13, No. 3, American Concrete Institute, Michigan, USA, pp. 62-68.
    19. Mansouri, I. , Kisi, O. , Sadeghian, P. , Lee, C. H. , and Hu, J. W. (2017), “Prediction of Ultimate Strain and Strength of FRP-confined Concrete Cylinders Using Soft Computing Methods,” Applied Sciences, Vol. 7, No. 8, pp. 751.
    20. Mcmurry, J. E. (2012), Organic chemistry, Cengage Learning, Seoul, korea. (in Korean)
    21. Min, H. W. , and Kim, H. S. (2015), “Investigation of Mix Design Method in Concrete Mixed with SSPCM Based on Mechanical Behaviors,” Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures, Vol. 6 No. 2, pp. 1-7.
    22. Naeem, F. (2015), “Wireless flexural crack monitoring using MWNT/cement composites”
    23. Ruan, Y. , Han, B. , Yu, X. , Zhang, W. , and Wang, D. (2018), “Carbon nanotubes reinforced reactive powder concrete,” Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, Vol. 112, pp. 371-382.
    24. Sa, B. K. , Kim, G. D. , Choi, H. B. , and Lee, S. Y. (2019), “Flexural Tensile Behaviors of Concrete Structures Reinforced by CNT-Composites for an Enhanced Seismic Performance,” Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures, Vol. 10, No. 4, pp. 33-37.
    25. Salvador, R. P. , Cavalaro, S. H. P. , Cincotto, M. A. , and Figueiredo, A. D. d. (2016), “Parameters Controlling Early Age Hydration of Cement Pastes Containing Accelerators for Sprayed Concrete.” Cement and Concrete Research, Vol. 89, pp. 230-248.
    26. Scrivener, K. L. , Juilland, P. , and Monteiro, P. J. M. (2015), “Advances in Understanding Hydration of Portland Cement,” Cement and Concrete Research, Vol. 78, pp. 38-56.
    27. Song, G. , Gu, H. , and Mo, Y. L. (2008), “Smart Aggregates: Multi-functional Sensors for Concrete Structures - A Tutorial and a Review,” Smart Materials and Structures, Vol. 17, No. 3.
    28. Tang, L. , Wang, Y. , Li, Y. , Feng, H. , Lu, J. , and Li, J. (2009), “Preparation, Structure, and Electrochemical Properties of Reduced Graphene Sheet Films,” Advanced Functional Materials, Vol. 19, No. 17, pp. 2782-2789.
    29. Wang, F. (2013), “The Birth and Use of Concrete and Reinforced Concrete,” Advanced Materials Research, Vol. 712, Trans Tech Publications Ltd, 2013, pp. 955-960.
    30. Yu, Z. , and Lau, D. (2017), “Flexibility of backbone fibrils in α-chitin crystals with different degree of acetylation,” Carbohydrate Polymers, Vol. 174, pp. 941-947.
    31. Zhang, J. , Liu, Y. , Feng, T. , Zhou, M. , Zhao, L. , Zhou, A. , and Li, Z. (2017), “Immobilizing Bacteria in Expanded Perlite for the Crack Self-healing in Concrete,” Construction and Building Materials, Vol. 148, pp. 610-617.