합성섬유 및 바이오 폴리머를 혼입한 3D 프린팅 모르타르의 재료특성
Material Properties of 3D Printed Mortars Produced with Synthetic Fibers and Biopolymers
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초록
3D 프링팅 출력물에서 발생할 수 있는 수축 균열을 저감하기 위해 합성섬유를 보강하고, 선인장의 줄기(cactus stem, CS)를 활용한바이오 폴리머 혼화제를 혼입하여 제조한 3D 프린팅용 모르타르의 재료특성을 평가하였다. 셀룰로우즈계 혼화제 (methylcellulose, MC)의 대체재로 CS 10% 일부 치환할 경우, 타설방법과 상관없이 9.84~23.92% 압축강도가 증가하는 것으로 나타났다. 또한, 타설방법과 상관없이 Plain 대비 수축변화, 동결융해, 균열 저항성이 개선됨을 나타냈다. 이는 CS를 일부 치환함으로써 다당류 폴리머 구조가 증가되어 내구성이 개선되는 것으로 판단된다. 섬유 배합의 경우, 섬유의 종류 및 혼입량이 압축강도와 동결융해에 영향을 미치지 않는 것으로 확인되었다. 섬유 혼입에의해 수축변화와 균열 저항성에 효과적인 것으로 나타났다. 종합적인 결과, 3D 프린팅 모르타르 배합시 MC 대신 CS 10% 일부 치환하고 섬유를 보강할 경우 섬유 종류 및 혼입량과 상관없이 내구성, 균열 저항성에 효과적인 것으로 나타났다.
Abstract
In this study, synthetic fibers were applied to reduce shrinkage cracks that may occur in mortar produced by 3D printer. We used a biopolymer in powder form made from cactus stem (CS) as an admixture. The material properties of 3D printed mortar were experimentally evaluated. Replacing methylcellulose(MC) with 10% CS increases compressive strength by 9.84-23.92% regardless of the casting method. In addition, regardless of the casting method, shrinkage change, freeze-thaw resistance, and crack resistance are more effective than Plain. Incorporation of CS increases the polysaccharide macromolecular structure and improves durability. Mortars reinforced with synthetic fibers do not affect compressive strength and freeze-thaw. It is also effective for shrink deformation and crack resistance. Incorporating CS and fibers from 3D-printed mortar was found to be effective for durability and crack resistance.
참고문헌 (21)
- 서지석, "인공어초 3D 프린팅 제작을 위한 다성분계 결합재 기반 시멘트 복합체의 성능 평가", 한국구조물진단유지관리공학회 논문집, 26(6), pp.139~147 (2022), 한국구조물진단유지관리공학회
- Moelich, G. M., "Plastic shrinkage cracking in 3D printed concrete", Composites Part B : Engineering, 200, pp.108313~ (2020)
- Zhao, H., "Effect of clay content on plastic shrinkage cracking of cementitious materials", Construction and Building Materials, 342, pp.127989~ (2022)
- 원종필, "섬유 혼입률 및 길이 변화에 따른 친수성 PVA 섬유보강 콘크리트의 역학적 성능 및 초기 수축 균열 특성", 대한토목학회 논문집A, 25(1A), pp.133~142 (2005), 대한토목학회
- Moelich, G. M., "Mitigating early age cracking in 3D printed concrete using fibres, superabsorbent polymers, shrinkage reducing admixtures, B-CSA cement and curing measures", Cement and Concrete Research, 159, pp.106862~ (2022)
- Yang, J., "Influence of dually mixing with latex powder and polypropylene fiber on toughness and shrinkage performance of overlay repair mortar", Construction and Building Materials, 261, pp.120521~ (2020)
- A.A. Akindahunsi, "Strength and Durability Properties of Concrete with Starch Admixture", International Journal of Concrete Structures and Materials, 9(3), pp.323~335 (2015), 한국콘크리트학회[DOI]
- Souza, M. T., "3D printed concrete for large-scale buildings: An overview of rheology, printing parameters, chemical admixtures, reinforcements, and economic and environmental prospects", Journal of Building Engineering, 32, pp.101833~ (2020)
- Shanmugavel, D., "Interaction of a viscous biopolymer from cactus extract with cement paste to produce sustainable concrete", Construction and Building Materials, 257, pp.119585~ (2020)
- Martinez-Molina, W., "Cement-based, materials-enhanced durability from opuntia ficus indica mucilage additions", ACI Materials Journal, 112(1), pp.165~ (2015)
- Vieyra, H., "Optimized Monitoring of Production of Cellulose Nanowhiskersfrom Opuntiaficus-indica (NopalCactus)", International Journal of Polymer Science (2015)
- 김효정, "자원순환형 선인장 줄기 분말을 혼입한 모르타르의 굳지 않은 특성과 강도", 한국건설순환자원학회 논문집, 8(3), pp.365~371 (2020), 한국건설순환자원학회[DOI]
- Xiao, J., "Finite element analysis on the anisotropic behavior of 3D printed concrete under compression and flexure", Additive Manufacturing, 39, pp.101712~ (2021)
- El Cheikh, K., "Numerical and experimental studies of aggregate blocking in mortar extrusion", Construction and Building Materials, 145, pp.452~463 (2017)
- 서지석, "3D 프린터로 출력된 시멘트 복합체의 내구성에 미치는 폴리머 후처리의 영향", 한국구조물진단유지관리공학회 논문집, 26(5), pp.20~29 (2022), 한국구조물진단유지관리공학회
- 한천구, "당분류의 초지연제를 이용한 콘크리트의 응결 및 역학적 특성", 콘크리트학회 논문집, 14(4), pp.589~596 (2002), 한국콘크리트학회
- 나승현, "고성능감수제가 시멘트 초기 수화에 미치는 영향", 한국세라믹학회지, 47(5), pp.387~393 (2010), 한국세라믹학회
- Lee, G., "Combining polypropylene and nylon fibers to optimize fiber addition for spalling protection of high-strength concrete", Construction and Building Materials, 34, pp.313~320 (2012)
- Mohan, M. K., "Extrusion-based concrete 3D printing from a material perspective: A state-of-the-art review", Cement and Concrete Composites, 115, pp.103855~ (2021)
- Chandra, S., "Use of Cactus in Mortars and Concrete", Cement and Concrete Research, 28(1), pp.41~51 (1998)
- 유재철, "모르타르의 동결융해 피해에 미치는 폴리프로필렌 섬유의 영향", 한국건설순환자원학회 논문집, 7(4), pp.438~444 (2019), 한국건설순환자원학회[DOI]