이산화티타늄 나노입자를 이용한 콘크리트의 재해 복원력 평가

요약

이 프로토콜은 이산화티타늄을 콘크리트에 적용하면 콘크리트의 물리적 특성이 향상되어 극단적인 현상으로 인한 자연 재해의 영향에 대한 저항력이 증가하는지 여부에 대한 평가를 설명합니다.

초록

최근 수십 년 동안 세계 다양한 지역에서 극단적인 사건의 발생이 심화되어 영향을 받는 인구의 경제, 안전 및 삶의 질에 상당한 영향을 미쳤습니다. 이러한 현실은 이러한 피해를 완화하기 위한 혁신적인 솔루션에 대한 시급한 요구 사항을 강조합니다. 이러한 틀 내에서 나노기술은 나노첨가제가 건축 자재의 내구성, 불투수성 및 기계적 강도를 향상시키는 효과적인 제제로 구별되는 유망한 패러다임으로 부상했습니다. 이산화티타늄(TiO₂), 탄소 나노튜브(CNT), 실리카, 점토 및 구리(Cu)와 같은 나노입자는 내구성, 중량 대비 강도 비율, 안정성 및 내진 탄력성의 향상과 관련이 있습니다. 이러한 나노물질의 통합은 공극과 모세관을 줄여 콘크리트 매트릭스의 치밀화를 촉진하여 방수성을 강화하고 유해 물질의 침투를 방지합니다. 본 연구는 수분 흡수 시뮬레이션 및 처리된 재료와 처리되지 않은 재료 모두에서 표면 무결성 평가를 포함하여 포괄적인 문헌 검토로 보완되는 실험적 조사를 제공합니다. 목표는 기후 변화로 인한 문제에 직면하여 안전성, 내구성 및 지속 가능성에 대한 나노첨가제의 기여도를 평가하는 것입니다. 결과는 나노_TiO2 를 1% 첨가하면 기계적 강도가 가장 높은 반면, 농도가 높을수록 입자 응집으로 인한 이점이 감소하는 경향이 있음을 나타냅니다. 이 발견은 자연재해에 대한 콘크리트 탄력성을 강화하고 지속 가능한 건설 관행에 기여하기 위해 나노입자 함량을 최적화하는 것이 중요하다는 점을 강조합니다. 구리 기반 첨가제와의 비교를 통해 시간이 지남에 따라 상대적인 강도가 증가했음에도 불구하고 구리 제제는 기계적 성능이 부족하다는 사실이 밝혀졌으며, 이는 nanoTiO₂ 가 재해가 발생하기 쉬운 환경에서 콘크리트 내구성을 향상시키는 데 더 유망한 제제임을 강조합니다. 환경 재해의 빈도가 증가함에 따라 나노물질의 지속 가능한 통합을 통한 토목 건설의 적응은 합성 과정, 장기적인 안정성 및 나노입자와 생물 및 비생물적 환경 구성 요소와의 상호 작용과 관련된 잠재적인 생태학적 영향을 신중하게 고려해야 합니다.

서론

재난은 홍수, 산사태, 지진 및 기타 인위적 요인의 영향을 받을 수 있는 기타 사건으로 설명되는 것처럼 사회에 위험을 초래할 수 있는 자연 현상의 발생으로 정의되는 극단적인 사건입니다¹. 2024년 발생한 기후변화로 케냐 등 아프리카 국가와 인도네시아, 아프가니스탄 등 아시아 국가들은 심각한 홍수를 경험해 수백 명의 사망자와 수천 명의 노숙자가 발생했습니다². 1998년부터 2017년까지 홍수는 전 세계적으로 20억 명 이상의 사람들에게 영향을 미쳤습니다³. Marengo 등에 따르면 2013년부터 2022년까지 브라질에서 220만 채 이상의 주택이 피해를 입었고 2,640개 지방자치단체에서 420만 명 이상의 개인이 피해를 입었습니다. 홍수는 자연적, 사회적, 기후적 동인의 조합으로 인해 지속되며 약 100억 달러의 손실을 발생시켰습니다⁴.

최근 몇 년 동안 이러한 사건의 심각성과 광범위한 위험을 감안할 때 연구원과 전문가들은 더 큰 지속 가능성을 향한 업계의 발전과 병행하여 회복력 있는 커뮤니티를 육성하기 위한 관리 전략과 신기술을 모색해 왔습니다^5,6. 재해 회복력 향상을 목표로 하는 토목 공학 응용 분야에 유망한 재료 중에는 이산화티타늄 나노입자(nanoTiO₂)가 있는데, 이는 콘크리트를 포함한 필수 건축 자재에 대한 수많은 이점을 입증했습니다 ^7,8.

건설 산업에서 나노물질의 사용은 이제 다양한 응용 분야에 널리 퍼져 있습니다. 이는 UV 분해 및 공격적인 물질의 공격에 대한 저항성을 향상시키기 위해 페인트 및 코팅에 사용됩니다. 이러한 소재는 내구성 향상, 투과성 감소, 단열 향상 및 내화성 향상에 기여합니다. 예를 들어, 아스팔트에 통합되면 TiO₂ 는 오염 가스와 상호 작용하여 덜 유해한 화합물로 전환됩니다. 유리에 적용된 TiO₂ 는 산화물 층이 유기 분자를 분해하고 무기 먼지 제거를 촉진하므로 표면을 자체 세척할 수 있습니다. 자외선은 자가 세척 유리층과 상호 작용하여 분자를 더욱 분해하고 유기 먼지를 제거합니다. 새로운 건축 자재의 개발은 구조물을 환경 스트레스에 대한 탄력성을 높여 재난 영향을 줄이고 안전성을 향상시키는 데 필수적입니다.

백색도와 안정성으로 유명한 이산화티타늄은 1970년대에 주로 콘크리트 및 기타 건축 자재의 안료로 처음으로 대중의 주목을 받았습니다⁹. 그 기간 동안 TiO₂ 는 외부 표면에 고품질의 내구성 있는 마감재를 만드는 데 사용되었습니다. 1990년대부터 광촉매 특성의 발견으로 새로운 방향이 등장하여 건설 부문 내에서 TiO₂의 응용 분야가 현저하게 확장되었습니다¹⁰.

토목 건축에서 TiO 2의 관련성과 적용 가능성을 완전히 이해하려면 TiO₂ 의 특성을 간략하게 설명하고 전기 저항률, 투과성, 황산염 공격, 탄산화 및 동결-해동 주기에 대한 저항성과 같은 내구성 지표와 함께 굴곡, 인장 및 압축 강도와 같은 실질적인 이점과 연관시키는 것이 필수적입니다. Ali Nazari et al. 콘크리트 굴곡 강도는 TiO₂ 나노입자를 최대 3.0% 농도까지 첨가하면 증가한다는 것을 나타냅니다. 이는 직접적인 이점을 나타내지만 TiO₂ 의 광촉매 및 살균 특성도 상당한 장기적 경제적 이점으로 간주되어야 합니다¹¹.

풍화, 기후 변화(예: CO₂ 수준 증가) 및 홍수와 같은 재앙적인 시나리오를 포함하여 외부 환경 요인이 있는 상태에서 안정성을 유지하는 첨단 소재의 능력은 오늘날 매우 적절합니다. 그럼에도 불구하고 광범위한 채택은 생산과 적용이 생태학적으로 지속 가능한 경우에만 실행 가능합니다12,13,14. 시멘트 제조가 토목 건설 부문 발자국의 상당 부분인 전 세계_CO2 배출량의 약 5%-8%를 차지하는 반면, 시멘트가 여전히 주류이며 전 세계 1인당 소비량이 약 200억 미터톤에 달한다는 점을 감안할 때 이러한 우려는 특히 두드러집니다 15,16,17,18,19,20,21,22^입니다.

이러한 맥락에서 본 원고는 처리된 콘크리트의 기계적 강도와 같은 매개변수에 중점을 두고 nanoTiO₂의 독특한 특성을 평가하기 위한 실험 절차의 개발 및 적용을 보고합니다. 이 연구는 이러한 나노입자의 잠재적 이점, 규제 고려 사항, 지속 가능한 생산 및 재앙적인 시나리오의 맥락에서의 관련성을 조사하는 집중적인 문헌 검토를 기반으로 합니다.

콘크리트에서 이산화티타늄의 측면
이산화티타늄 나노입자(nanoTiO2)는 1에서 100나노미터까지의 크기를 포함하며 일반적으로 구형 또는 타원체 형태를 취합니다. 이들의 나노 스케일 치수는 현저하게 증가된 표면적을 부여하여 반응성을 실질적으로 향상시킵니다²³. 이러한 나노입자는 독특한 특성과 다양한 응용 분야로 인해 시멘트 기반 복합재 영역에서 두각을 나타내고 있습니다 24,25,26. NanoTiO₂는 시멘트질 제제의 다용도 성분으로 등장하여 광범위한 산업 용도에 적합한 특성을 나타냅니다 11,16,18,20.

이 나노물질은 유리한 화학적 특성, 낮은 독성, 비용 효율성, 부식 방지 특성 및 광촉매 능력을 포함한 여러 가지 이유로 사용됩니다^27,28. NanoTiO₂는 자외선(UV) 하에서 발생하는 광촉매에 의해 증폭되는 요소인 취급에 대한 콘크리트의 저항성을 증가시킬 수 있습니다. 콘크리트 내에 존재하는 오염 물질, 먼지 및 미생물과 같은 유기 물질을 분해하는 능력을 가지고 있습니다²⁹. 또한, 나노_티오2는 반응성이 높은 자유 라디칼을 생성하여 표면에 정화 특성을 부여할 수 있으며, 질소산화물과 같이 마모를 가속화하는 대기 작용제로 인한 손상으로부터 콘크리트를 보호합니다³⁰.

NanoTiO₂ 입자는 금홍석, 아나타제, 브루카이트 등 각각 고유한 특성을 가진 여러 결정 형태를 취할 수 있습니다. 아나타제와 금홍석은 TiO₂의 가장 일반적인 다형체인 반면, 브루카이트의 특성은 아직 완전히 이해되지 않았기 때문에 산업 응용 분야에 어려움을 겪고 있습니다 31,32,33,34. TiO₂의 광촉매 특성으로 인해 아나타제는 유기 및 무기 불순물을 분해하는 데 매우 효과적인 물 및 공기 정화 시스템에 널리 사용됩니다. 금홍석은 섬유, 플라스틱 및 페인트 산업에서 광범위하게 사용되며 금홍석 형태는 자외선 차단 기능으로 인해 자외선 차단제 및 기타 화장품에도 널리 사용됩니다^35,36.

이산화티타늄 나노입자(nanoTiO₂)는 콘크리트와 같은 건축 자재에 다양한 응용 분야를 제공하여 성능을 향상시키고 새로운 기능을 도입합니다. 주목할만한 특성 중에는 오염 가스의 변환을 통해 도시 대기 오염을 완화할 수 있는 항균 및 자가 세척 특성이 있습니다 37,38,39. 햇빛에 노출되면 나노_TiO2는 유기 물질을 물과 이산화탄소로 분해할 수 있으며, 그 결과 부산물은 물에 의해 제거될 수 있습니다⁴⁰.

또한, 콘크리트의 외부 계면에서 나노_TiO2의 포졸란 활성은 내구성을 증가시킬 수 있지만 수분 흡수 증가 및 작업성에 대한 잠재적 영향과 관련될 수 있습니다⁴¹. 또한 nanoTiO₂ 입자가 시멘트 매트릭스 내에서 응집되어 잠재적으로 성능을 손상시킬 수 있다는 점에 유의하는 것이 중요합니다 42,43,44. 가스 분해와 관련하여 예를 들어 포장 응용 분야에서 TiO₂를 통합한 콘크리트는 대류권 O₃ 수준을 감소시킬 수 있는 잠재력이 있습니다⁴⁵.

TiO₂의 광촉매 기능은 자외선 조사 하에서 물이 있는 상태에서 수산기 라디칼(OH)과 슈퍼옥사이드 이온(O₂-)을 형성할 수 있습니다. 이러한 반응성이 높은 종은 먼지와 무기 오염 물질을 산화하고 분해합니다. _TiO2의 광촉매 작용은 또한 표면의 물의 접촉각을 낮추어 자가 세척 성능을 향상시킵니다⁴⁶. 이러한 자가 세척 특성은 공기 중 불순물을 줄이는 데 기여하여 잠재적으로 온실가스로 인한 기후 위험과 관련된 오염 물질 농도를 낮춥니다.

NanoTiO₂는 또한 재료의 굴곡 및 압축 강도 증가에 기여합니다. 압축 강도 측면에서 nanoTiO2는 다공성을 줄이고 기공 구조를 개선하며 매트릭스를 치밀하게 만들고 수화 촉진을 촉진합니다. 그러나 이러한 이점을 달성하려면 입자 부하를 신중하게 제어하고 균열을 유발할 수 있는 응집 및 약한 영역의 형성을 방지하기 위한 효과적인 균질화가 필요합니다⁴⁷. TiO₂는 시멘트질 복합재를 치밀화하여 다공성을 줄이는 필러 역할을 합니다. 이 결과는 (i) C-S-H 겔 형성의 가속화, (ii) Ca(OH)₂ 개발에 사용할 수 있는 공간의 감소, 더 작은 결정자 생성, (iii) 다공성이 감소된 보다 균질한 미세 구조의 생성과 관련이 있습니다. _TiO2의 적절하게 보정된 첨가물은 또한 시멘트 복합재의 굽힘 강도를 향상시킬 수 있습니다⁴⁸.

NanoTiO₂는 다공성과 투수성을 줄이고 화학적 공격 및 자외선과 같은 환경 요인으로부터 보호함으로써 시멘트질 복합재의 내구성을 크게 향상시키는 것으로 나타났습니다. 그러나 이러한 이점은 나노 입자의 높은 표면 에너지와 나노 규모에서의 반 데르 발스 상호 작용이 응집을 촉진하는 경향이 있기 때문에 나노 입자의 적절한 분산에 달려 있습니다³⁷. 적절하게 균질화되면 나노티오₂를 첨가하면 불투과성, 전기 저항률, 동결-해동 주기 및 황산염 공격에 대한 저항성이 향상되어 치명적인 사건을 견딜 수 있는 건축 가능성이 강조됩니다. 그럼에도 불구하고 고농도에서는 이러한 이점이 감소하거나 심지어 역전될 수도 있습니다^49,50.

홍수, 폭풍, 극한 온도와 같은 극한 시나리오에 대한 토목 건설에 TiO₂를 적용하는 맥락에서 nanoTiO₂의 이점과 사용과 관련된 잠재적 위험의 균형을 맞추는 것이 필수적입니다. 예를 들어, 도시 공기질을 향상시키고 재난 발생 후 청소 및 폐기물 개선을 지원할 수 있는 광촉매 특성은 가능한 흡입 위험 및 폐 독성과 비교되어야 합니다 51,52,53.

구리 기반 첨가제는 방수를 향상시키고 비용이 저렴하고 쉽게 조작할 수 있습니다. 나노미터 이산화티타늄은 발수성 콘크리트를 생산하고 압축 강도를 높입니다. 현재 대규모로 사용되는 TiO₂ 는 최종 사용자를 위한 것이 아니지만 향후 건설 가능성이 있습니다. 압축강도 시험은 다양한 혼합물과 샘플의 결과를 비교하여 구리 첨가제와 이산화티타늄의 장점과 단점을 분석합니다.

나노_TiO2가 함침된 콘크리트는 더 높은 태양 반사율(더 큰 알베도)을 나타내어 주변 온도를 온화하게 하고 도시 열섬 효과를 완화하며 실질적으로 건물 온도를 낮추고 에너지를 절약합니다. 이 이점은 청소 제품의 소비 감소로 확장됩니다^54,55.

불투명도, 내구성, 항균 잠재력, UV 저항성, 콘크리트 내 대체 원자재를 수용할 수 있는 능력(시멘트 및 골재에 대한 의존도를 줄임)과 같은 특성은 나노_TiO2 배포에 대한 강력한 인센티브를 나타냅니다. 이러한 전망은 보다 효율적인 빗물 배수를 촉진하는 녹색 지붕 및 표면 개선 가능성으로 보완됩니다 10,56,57,58.

나노_티오2를 함유한 콘크리트의 수명과 내구성에 대해 현대 연구에 따르면 자외선에 대한 저항성이 향상되고 화학적 공격 및 풍화에 대한 탄력성이 향상되었습니다⁵⁹. 이러한 개선은 수리 및 교체 빈도를 줄여 시간이 지남에 따라 자재 소비와 낭비를 줄임으로써 직접적인 경제적 이익을 가져옵니다. 이러한 즉각적인 재정적 이점 외에도 nanoTiO₂를 사용하면 콘크리트의 생산, 운송 및 폐기와 관련된 간접적인 비용 절감 효과를 제공하여 수명 주기와 관련된 탄소 발자국 감소에 기여합니다^33,60.

일메나이트와 금홍석을 추출하는 데 사용되는 황산염 및 염화물 공정이 환경에 미치는 영향을 고려할 때 염화물 공정은 덜 해로운 옵션으로 간주됩니다. 이 경로는 염소 가스를 사용하여 금홍석을 TiCl₄로 전환한 후 TiO₂로 산화되어 황산염 공정보다 유해한 부산물이 적습니다⁵⁹. TiO₂ 함유 제품은 수명 주기가 끝날 때 안정적이고 침출되지 않는 잔류물을 생성하므로 환경 위험이 낮습니다. 이러한 환경 프로필은 특히 재앙적인 조건에서 재료의 향상된 저항성과 내구성을 보완하여 건설 기술 발전에 있어 실험적 평가의 가치를 강조합니다.

Mohajerani et al. 콘크리트의 특성은 적용된 나노 물질에 따라 달라진다는 것을 보여줍니다⁶¹. 실리카, 티타늄, 탄소, 철 및 알루미늄의 나노 입자를 콘크리트에 도입하여 기계적 강도를 강화하고, 빠르고 향상된 수화 공급을 촉진하고, 더 높은 수준의 수화 공급을 유도하고, 자체 세척 기능을 부여하고, 기계적 내구성을 향상시키고, 균열을 방지하고, 압축 강도를 높이고, 내마모성을 향상시킵니다. 이러한 이점은 건축 자재에서 매우 바람직하며 자연 재해에 대한 구조물의 탄력성을 높이는 데 기여합니다.

따라서 이 작업의 목적은 원통형 시편에 대한 쪼개기 인장 시험을 통해 이산화티타늄 나노입자를 혼합물에 통합하여 달성된 콘크리트의 기계적 강도 향상을 검증하는 것입니다. 이 연구는 특히 콘크리트 구조물이 극한 조건에 노출되고 우수한 내구성과 성능이 요구되는 자연 재해의 맥락에서 보다 탄력적인 재료 개발을 발전시키는 것을 목표로 합니다.

프로토콜

사용된 방법론적 기초는 수직으로 하중을 가한 원통형 시편의 직경 단면 을 통해 간접 인장(분할) 강도를 결정하는 브라질 시험입니다. 1943년 Lobo Carneiro 교수가 시멘트질 재료에 대해 개발한 이 절차는 실린더에 정반대 압축력을 두 개 가하여 테스트 섹션⁶²를 따라 직경에 수직인 균일한 인장 응력을 생성하는 것을 포함합니다.

이 테스트는 A, B, C, D 및 E로 지정된 5개 그룹을 사용했으며 각각 대조군에 해당합니다. 1% NanoTiO2가 함유된 콘크리트; 2% NanoTiO₂가 함유된 콘크리트; 3% NanoTiO₂가 함유된 콘크리트; 3% 구리 기반 가소제 첨가제가 함유된 콘크리트. 각 그룹은 7일(1), 14일(2) 및 28일(3)의 세 가지 경화 시간 하위 그룹으로 세분화되었습니다. 따라서 이 연구는 A1-A3, B1-B3, C1-C3, D1-D3 및 E1-E3로 표시된 총 15개의 표본으로 구성됩니다. 그림 1 은 이 연구에 사용된 표본을 보여줍니다.

1. 시편 준비

1. 물/시멘트 비율을 0.5로 유지하면서 포틀랜드 CPII 시멘트, 쇄석, 중간 세척 강 모래 및 물의 콘크리트 혼합물을 1:2:3(시멘트:모래:자갈) 비율로 사용하여 4그룹의 시편을 준비합니다. 각 3.63kg 시편에 대해 약 558.46g의 시멘트, 1,116.92g의 모래, 1,675.38g의 자갈, 279.23g의 물을 사용합니다.
   알림: 첨가제가 없는 시험편에 이 공식을 사용하십시오. 이산화티타늄이 포함된 시편의 경우 건조 성분(시멘트, 모래 및 자갈)을 혼합하는 동안 첨가하십시오. 혼합물이 균질해지면 물을 추가합니다. 플라스틱 첨가제가 포함된 시편의 경우 혼합물에 첨가하기 전에 혼합수에 희석하십시오.
2. 가능한 가장 균일한 질량을 얻기 위해 모든 구성 요소를 철저히 균질화한 다음 혼합물을 금형에 주조합니다. 혼합물에 골재 분리, 자유수 축적 또는 혼합되지 않은 물질로 인한 얼룩의 징후가 있는지 검사하십시오. 대표적인 결과를 보장하기 위해 균일한 일관성을 보장합니다.
3. 직경 10cm, 높이 20cm의 원통형 금속 형태로 시험편을 성형합니다. 금형을 적절하게 채워 콘크리트 부피가 테스트를 손상시킬 수 있는 과잉이나 부족 없이 균일한 분포로 지정된 수준에 도달하도록 합니다. 내부를 완전히 채우고 금형 형상을 보존하고 공극을 방지합니다.
4. ABNT NBR 6136, ABNT NBR 5738 및 ABNT NBR 5739 63,64,65에 따라 샘플 A를 생산합니다. 이 샘플을 첨가제가 없는 음성 대조군으로 사용하여 다른 표본과의 비교를 위한 기준선으로 사용합니다.
5. 콘크리트 혼합물에 1% NanoTiO₂ (약 36.3g)를 통합하여 샘플 B를 생산합니다. TiO₂ 는 응집되는 경향이 있으므로 준비하는 동안 주의하십시오. 따라서 나노입자를 질량 전체에 고르게 분포하여 샘플 세트 간의 균질성을 보장합니다.
6. 2% NanoTiO₂ (약 72.6g)를 콘크리트 혼합물에 통합하여 샘플 C를 생성합니다. TiO₂ 는 응집되는 경향이 있으므로 준비하는 동안 주의하십시오. 따라서 나노입자를 질량 전체에 고르게 분포하여 샘플 세트 간의 균질성을 보장합니다.
7. 콘크리트 혼합물에 3% NanoTiO₂ (약 108.9g)를 통합하여 샘플 D를 생성합니다. TiO₂ 는 응집되는 경향이 있으므로 준비하는 동안 주의하십시오. 따라서 나노입자를 질량 전체에 고르게 분포하여 샘플 세트 간의 균질성을 보장합니다.
8. 콘크리트 혼합물에 3% 구리 기반 가소제 첨가제(약 108.9g)를 첨가하여 샘플 E를 생산합니다. 이 샘플을 양성 대조군으로 사용하여 가소제 첨가제가 콘크리트 성능에 미치는 영향을 다른 샘플과 비교합니다.
9. 경화 시간을 기다리기 위해 환경적 영향을 받지 않고 통제된 조건의 장소에 샘플을 보관하십시오.

2. 경화 과정

1. (23 ± 2) °C의 온도와 최소 95%의 상대 습도에서 습도가 조절된 영역에서 24시간 동안 시편을 경화시킵니다. 그런 다음 ABNT NBR 2 5738에 따라 지정된 기간 동안 계속 경화하기 위해 동일한 온도(23 ± 2) °C로 유지된 석회 포화 물에 시편을 담그^십시오.
2. 경화 후 각 샘플의 무게를 측정합니다. 각 샘플 질량이 평균 3.63kg인지 확인합니다.
3. 다음과 같이 실온(23 ± 2) °C에서 시편 컨디셔닝:
   7일: 샘플 A1, B1, C1, D1 및 E1;
   14일: 샘플 A2, B2, C2, D2 및 E2;
   28일: 샘플 A3, B3, C3, D3 및 E3.
   참고: 이 방법의 백분율은 시험편의 질량과 관련이 있다는 점을 강조하는 것이 중요합니다( 표 1).

3. 압축강도 시험

알림: 콘크리트 시험기(프레스)를 사용하여 공칭 및 보정 범위가 0-100톤인 압축 강도 테스트를 수행합니다. 디지털 압력계와 디지털 캘리퍼스를 사용하여 압력을 피스톤 면적과 연관시키는 간접 측정으로 장비를 교정합니다. 테스트하기 전에 장비를 0으로 설정하고 정렬을 확인하십시오.

1. 각 시편을 범용 인장/압축 시험기에서 축 방향 압축 시험에 실시합니다.
2. 로드셀 용량이 시편 치수와 호환되고 적용된 하중을 모니터링하고 기록하기 위한 디지털 제어 시스템이 마련되어 있는지 확인하십시오.
3. 실패할 때까지 테스트를 계속하여 지원되는 최대 부하를 기록합니다.
4. 다음을 사용하여 압축 강도(fc)를 계산합니다.
   fc = F최대 / A
   여기서: fc = 압축 강도(N/mm²), Fmax = 최대 기록 하중(N), A = 시험편 단면적(mm²). 1N/mm² = 1MPa
5. 각 원통형 시편(100mm × 200mm)을 유압 프레스 중앙에 수직으로 배치하여 로딩 플레이트와 적절하게 접촉하여 압축 강도 테스트를 수행합니다. ABNT NBR 5739:2018⁶⁴에 따라 적재 표면이 올바르게 장착되었는지 확인하십시오.
   1. 축 방향 하중을 충격 없이 0.45 ± 0.15 MPa/s^66,67의 속도로 지속적으로 가합니다. 세 가지 시편 세트(대조군, TiO₂ 도핑 및 구리 기반 첨가제)에 대해 반복합니다.
6. 샘플 세트 간의 비교를 위해 모든 값을 체계적으로 기록합니다.
7. 결과를 비교하여 샘플의 동작을 평가합니다.
8. 테스트를 종료합니다.
   참고: 그림 2 는 경화 28일 후 압축 테스트를 받은 시편을 보여줍니다. 그림 3 은 테스트된 각 샘플에 대해 얻은 압축 강도 값을 보여줍니다.

4. 재료 잔류물 처리

알림: 테스트 과정에서 발생하는 모든 폐기물은 ABNT NBR 10004 및 ABNT NBR 15116과 68,69,70을 포함한 환경 보호 규범 및 표준을 담당하는 지방 당국의 지침에 따라 폐기해야 합니다.

1. 콘크리트 파편, 먼지 및 TiO₂ 또는 가소화 첨가제가 포함된 모든 재료를 별도로 수집하십시오. 재활용 골재에 대한 기술 요구 사항에 따라 건설 및 철거 폐기물 처리를 위해 허가된 시설에서 고형 폐기물의 재사용 또는 재활용을 우선시합니다.
2. 재활용할 수 없는 폐기물의 경우 미세 입자의 분산을 방지하기 위해 밀봉된 용기에 재료를 포장하고 관할 환경 기관에서 승인한 산업 매립지로 보내십시오.
   알림: 어떠한 경우에도 폐기물을 빗물 시스템, 자연 수역 또는 허가되지 않은 폐기장⁷¹로 배출해서는 안 됩니다.

결과

압축 강도 시험에서 각 샘플에 대해 얻은 값은 표 2 및 그림 3에 나와 있습니다. 표 2는 샘플 식별, 경화 시간 및 MPa 단위로 지원되는 최대 부하를 나타냅니다. 그림 2에서는 압축 테스트 후 샘플의 하위 집합을 시각화할 수 있습니다. 기록된 값은 그림 3에 나와 있습니다.

수많은 연구에 따르면 TiO₂가 시멘트질 혼합물에 통합될 때 콘크리트 강도가 증가합니다. 특히, Nazari와 Riahi는 TiO₂ 나노입자를 최대 4.0중량%까지 대체물로 첨가하면 압축강도가 증가한다는 것을 입증했습니다⁵⁷; 그러나 5.0 중량...

토론

그림 3에 그래픽으로 표시된 결과 분석에서 구리 기반 플라스틱 첨가제를 포함하는 샘플이 가장 낮은 압축 강도를 나타낸 것이 분명합니다. 이 값은 첨가물 없이 제조된 대조군의 값보다 열등합니다. 그림 3은 또한 28일의 경화 후 시편이 압축 테스트에서 최상의 성능을 달성했음을 보여줍니다.

압축 테스트에서는 나노_TiO2를 첨가하여 콘크리트 강도가 크게 향상되었으며, 특히 2% 농도에서 참조 샘플에 비해 28일 후에 18.9% 증가한 것으로 나타났습니다. 이러한 개선은 다공성을 줄이고 기공 구조를 개선하는 나노입자의 나노 필러 작용에 의해 강화된 성능을 기인하는 Nazari와 Riahi(2010)의 연구 결과를 확증합니다. 이 효과는 경화 14일과 28일에 특히 두드러졌습니다. 시편에 사용된 구리 기...

재료

이 논문에 사용된 재료 목록

이름	회사	카탈로그 번호	댓글
콘크리트 시험 시편	JCRB	블로코 20	시험에는 두 대가 사용되었습니다
분석 척도	시마즈	ATX224R
압축 강도 시험 장비	솔로테스트	1504100
가소제 첨가제	노바틴타스	노바리가
정밀도 척도	사르토리우스	3862 MP8-1
이산화티타늄 R110	FRAC 케미컬	FR10ZZ2400905RT	루틸 이산화티타늄 안료
초음파 세척기	크리스트와 오아큐트; 폴리	2.5L