표제지
목차
기호 13
용어정의 16
논문개요 18
제1장 서론 20
1.1. 연구배경 및 필요성 20
1.2. 연구의 목적 24
1.3. 연구의 중요성 25
1.4. 연구의 내용 및 범위 26
1) 기존문헌 조사 27
2) PC계 분산제를 활용한 CNT 수용액 제조 및 기초성능 평가 27
3) CNT 수용액 혼입에 따른 시멘트 페이스트의 사용성 및 분산성 검토 27
4) CNT 수용액 혼입에 따른 시멘트 수화도 및 수화반응속도 평가 27
5) CNT-시멘트 복합체의 재령별 미세구조 및 압축강도 발현 특성 평가 27
6) 나노스케일 수준의 CNT 혼입 시멘트 미세구조 발현 모델링 및 수화해석 모델 제시 28
1.5. 연구의 방법 30
1) 자료수집 31
2) PC계 CNT 수용액의 시멘트 페이스트 내 분산성과 유동성 등 기초 성능 검토 31
3) 시멘트 수화반응 특성 검토를 위한 활성화 에너지 및 미소수화열 측정 실험 31
4) CNT-시멘트 복합체의 미세구조 분석을 위한 이미지 분석, 미세 공극량 및 압축강도 측정 실험 31
5) 나노스케일 수준의 3차원 초기 미세구조 모델링 및 미세구조 발현 수화모델 제시 32
제2장 기존문헌 분석 33
2.1. 일반사항 33
2.2. CNT-시멘트 복합체의 수화 메커니즘 36
2.3. CNT 수용액 제조방법 37
2.4. CNT-시멘트 복합체의 역학적 특성 38
2.5. CNT-시멘트 복합체의 미세구조 40
2.6. 시멘트 수화 및 미세구조 발현 모델 비교 41
2.6.1. 수화반응 예측 경험식 모델 41
2.6.2. 미세구조 및 공극구조 발현 모델 43
제3장 건설용 CNT 수용액 제조방법 47
3.1. 일반사항 47
3.2. CNT 분산 메커니즘 48
3.3. 건설용 CNT 수용액 개발 51
3.4. 실험재료 52
3.4.1. 시멘트 52
3.4.2. CNT 53
3.5. 배합 및 양생 54
3.6. 실험방법 55
3.7. 실험결과 및 분석 57
3.7.1. 미세구조 SEM 이미지 57
3.7.2. 유변학적 특성 57
3.7.3. 열중량 분석 62
3.7.4. 압축강도 발현 특성 63
3.8. 소결 66
제4장 CNT-시멘트 복합체의 수화반응 특성 및 미세구조 분석 68
4.1. 일반사항 68
4.2. 실험재료 69
4.3. 배합 및 양생 70
4.4. 실험방법 72
4.5. 유동성 72
4.6. 수화반응 특성 73
4.6.1. 활성화 에너지 73
4.6.2. 수화반응속도 80
4.7. 미세구조 분석 87
4.7.1. SEM 이미지 87
4.7.2. 공극률 및 기공형상 94
4.8. 압축강도 발현 특성 109
4.9. 소결 119
제5장 CNT-시멘트 복합체의 수화모델 제시 121
5.1. 일반사항 121
5.2. 기본모델 122
5.2.1. 가상 미세구조 생성 모델링 124
5.2.2. CEMHYD 3D(1997) 수화 예측 모델 126
5.3. 수화 예측 모델제안 131
5.3.1. CNT 131
5.3.2. 수화도 131
5.3.3. 압축강도 135
5.3.4. 수화열 137
5.3.5. 수화 생성물 137
5.4. 제안모델 검증 138
5.4.1. 미소수화열 138
5.4.2. 수화 생성물 및 미세구조 144
5.4.3. 압축강도 발현 149
5.5. 소결 162
제6장 결론 164
참고문헌 167
Abstract 177
〈Table 1.1〉 Primary contents and scope of the this study 28
〈Table 2.1〉 Main features of different microstructural models 46
〈Table 3.1〉 Chemical compositions of cement 53
〈Table 3.2〉 Physical properties of OPC 53
〈Table 3.3〉 Physical properties of CNT 54
〈Table 3.4〉 Cement paste mix proportion 55
〈Table 4.1〉 Cement paste mix proportion 71
〈Table 4.2〉 Summary of test results for the activation energies and setting times 75
〈Table 5.1〉 Physical properties of cementitous materials 128
〈Table 5.2〉 Parameters of Parrot and Killoh model 134
〈Table 5.3〉 Comparisons of measured heat production rate and prediction results at CNT-cement composites 139
〈Table 5.4〉 Comparisons of measured compressive strength and prediction results at CNT-cement composites 160
〈Table 5.5〉 Comparisons of measured compressive strength and prediction results at CNT-cement composites by carried 161
〈Fig. 1.1〉 Main compounds of cement composites at different scale level 23
〈Fig. 2.1〉 Interaction mechanism of HYMOSTRUC 34
〈Fig. 2.2〉 Three-dimensional starting image of 3D model 35
〈Fig. 2.3〉 Illustration of digital-image-based CEMHYD 3D model 35
〈Fig. 3.1〉 CNT powder 48
〈Fig. 3.2〉 Schematic of CNT-PVP formation 49
〈Fig. 3.3〉 CNT dispersion method 50
〈Fig. 3.4〉 Schematic of CNT-PC formation 50
〈Fig. 3.5〉 CNT solution viscosity according to bead mill pass number 52
〈Fig. 3.6〉 CNT Solution 52
〈Fig. 3.7〉 Typical result of a hysteresis loop test 56
〈Fig. 3.8〉 SEM image of CNT-cement composites 59
〈Fig. 3.9〉 Flow table result of CNT-cement composites 60
〈Fig. 3.10〉 Rheological behavior of CNT-cement composites 61
〈Fig. 3.11〉 Plastic viscosity and yield stress of CNT-cement composites 62
〈Fig. 3.12〉 Weight loss ratio of temperature by CNT-cement composites 64
〈Fig. 3.13〉 Schematic of CNT-PC-CSH formation 64
〈Fig. 3.14〉 Compressive strength of CNT-cement composites by CNT surfactant 65
〈Fig. 4.1〉 Flow table result of CNT-cement pastes 73
〈Fig. 4.2〉 Compressive strength of CNT-cement composites under different curing temperatures 77
〈Fig. 4.3〉 Determination of Ea using ASTM C 1074 79
〈Fig. 4.4〉 Typical heat production rate profile of cementitious materials 81
〈Fig. 4.5〉 Heat production rate of CNT-cement composites with W/B = 0.3 83
〈Fig. 4.6〉 Heat production rate of cement composites with PC surfactant cured under 20℃ 84
〈Fig. 4.7〉 Heat production rate of CNT-cement composites with W/B = 0.4 86
〈Fig. 4.8〉 Heat production rate of CNT-cement composites with W/B = 0.3 at CNTs dispersion methods 88
〈Fig. 4.9〉 SEM image of CNT-cement composites at 1 day 90
〈Fig. 4.10〉 SEM image of CNT-cement composites at 7 days 91
〈Fig. 4.11〉 SEM image of CNT-cement composites at 28 days 93
〈Fig. 4.12〉 CNT-CSH bridge link (by 100,000 magnification) 93
〈Fig. 4.13〉 Pore size range by measurement method and pore identification in cement composites 94
〈Fig. 4.14〉 Porosity of CNT-cement composites 96
〈Fig. 4.15〉 Cumulative pore volume of CNT-cement composites 98
〈Fig. 4.16〉 Effect of CNT proportion on the cumulative pore volume of cement composites 99
〈Fig. 4.17〉 Porosity analysis result for OPC-30-0 by Nano-CT 100
〈Fig. 4.18〉 Large air void for cement composites at 1 day 100
〈Fig. 4.19〉 Porosity analysis result for PC-30-0.1 by Nano-CT 101
〈Fig. 4.20〉 Large air void for CNT-cement composites at 1 day 101
〈Fig. 4.21〉 Large air void for CNT-cement composites at 28 days 102
〈Fig. 4.22〉 Porosity by 2D slice image for specimen PC-30-0.1 103
〈Fig. 4.23〉 Porosity by 2D slice image for specimen PC-30-0.3 103
〈Fig. 4.24〉 Pore size distribution for CNT-cement composites by MIP 106
〈Fig. 4.25〉 Pore size distribution of CNT-cement composites at different ages 108
〈Fig. 4.26〉 Compressive strength of CNT-cement composites with W/B = 0.3 112
〈Fig. 4.27〉 Compressive strength of CNT-cement composites with W/B = 0.4 113
〈Fig. 4.28〉 Comparison of predictions by KDS equation and experimental compressive strength gain of CNT-cement composites with W/B = 0.3 116
〈Fig. 4.29〉 Comparison of compressive strength at CNT-cement paste and mortar at different ages 118
〈Fig. 4.30〉 Comparison of compressive strength at CNT-cement paste and concrete at different ages 118
〈Fig. 5.1〉 Flow chart for CNT-cement 3D hydration model 121
〈Fig. 5.2〉 State transition diagram for cement hydration reaction of CEMHYD 3D(Bentz, 1997) model 123
〈Fig. 5.3〉 Schematic diagram for cement hydration reaction by CEMHYD 3D(Bentz, 1997) model 124
〈Fig. 5.4〉 Comparisons of CEMHYD 3D model and nano-scale hydration model proposed by this study 125
〈Fig. 5.5〉 Initial 3D image for CNT-cement composites with W/B = 0.3 127
〈Fig. 5.6〉 Cement hydration reactions of volume stoichiometrics model by Bentz 129
〈Fig. 5.7〉 Example of micro-unit volume cement composites with 0.1wt% CNT contents 130
〈Fig. 5.8〉 CNT surface voxel ratio profile at different times 133
〈Fig. 5.9〉 Relation between CNT contents ratio and heat production peak times by the increase in heat production peak 136
〈Fig. 5.10〉 Comparisons of measured heat production rate and predictions for cement composites with W/B = 0.3 141
〈Fig. 5.11〉 Comparisons of measured heat production rate and predictions for cement composites with W/B = 0.4 141
〈Fig. 5.12〉 Comparisons of measured heat production rate and predictions for cement composites with W/B = 0.3 143
〈Fig. 5.13〉 Microstructural images for cement hydration 146
〈Fig. 5.14〉 Comparisons of measured porosity and predictions for CNT-cement composites with W/B = 0.3 148
〈Fig. 5.15〉 Prediction of microstructural porosity of CNT-cement composites 149
〈Fig. 5.16〉 Comparisons of measured compressive strength gains and predictions for CNT-cement composites with W/B = 0.3 151
〈Fig. 5.17〉 Comparisons of measured compressive strength gains and predictions for CNT-cement composites with W/B = 0.4 153
〈Fig. 5.18〉 Comparisons of measured compressive strength gains and predictions for CNT-cement composites with W/B = 0.3 at different temperatures 156
〈Fig. 5.19〉 Comparisons of measured compressive strength gains and predictions 158