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인공어초 3D 프린팅 제작을 위한 다성분계 결합재 기반 시멘트 복합체의 성능 평가

Performance Evaluation of Cement Composite Using Multi-Component Binder for Artificial Reef Produced by 3D Printer

김효정|김윤용|서지석
한국구조물진단유지관리공학회 (The Korea Institute For Structural Maintenance and Inspection)|2022.12|한국구조물진단유지관리공학회 논문집 (Journal of The Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection)|제26권 제6호|pp. 139-147

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3D 프린터3D printer인공어초Artificial reefME 방식다성분계 결합재ME typeMulti-component binder
주제분류안전공학

초록

이 연구에서는 다양한 결합재를 혼합하여 고강도 저알칼리형 인공어초용 시멘트 복합체를 설계하고 ME 방식 3D 프린터 출력 가능성을 평가했다. 그 결과, 3D 프린팅이 가능하도록 시멘트 복합체의 유동성을 조절하기 위해서는 물-결합재비, 규사-결합재비, 규사의 종류 등을 제어하는 것이 중요한 것으로 판단된다. 출력이 가능한 정도의 흐름값을 달성한 뒤 3D 프린터 출력물의 표면품질을 양호하게 유지하기 위해서는 증점제 첨가량을 조절하는 것이 필요하다. 또한, 알파형 반수석고를 사용한 배합에서는 급결효과를 제어하기 위해 응결조절제를 사용해야하며 이 배합의 흐름값을 유지하는 시간을 도출하여 출력시 적용하는 것이 필요하다. 재료의 요구 강도를 얻기 위해서는 우선 출력이 가능한 수준의 유동성을 만족시킨 후, 배합을 조정하면 가능하다. 알파형 반수석고를 포함한 다성분계 결합재의 사용으로 저알칼리형 인공어초용3D 프린팅 배합을 설계하고 출력성을 확인하였으나, 알칼리 저감 효과를 정량적으로 평가하기 위해서는 추후 연구가 필요하다.

Abstract

In this study, we designed a high-strength, low-alkali type cement composite for artificial reef by mixing various binders and evaluated whetherit is possible to manufacture it with an ME method 3D printer. As a result of the tests, it is found that it is important to control the water-binder ratio,the silica sand-binder ratio, and the type of silica sand in order to control the fluidity of the cement composites to enable 3D printing. The surface qualityof 3D printer output can be achieved by adjusting the amount of viscosity agent added while obtaining printable fluidity. In the cement compositesmixing proportion using the alpha-type hemihydrate gypsum, a setting control agent needs to be used to control the quick setting effect. It is alsonecessary to derive the time to maintain the fluidity, and to apply it when printing. To obtain the required strength, the mix proportion needs to bemodified while satisfying the fluidity level of 3D-printable cement composites. In the present study, 3D-printable mix proportions were designed bythe use of multi-component binders including alpha-type hemihydrate gypsum a for low-alkali type artificial reefs, and the printability was confirmed. A further study needs to be performed to quantitatively evaluate the alkali reduction effect.

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