에폭시 나노복합체를 콘크리트로 활용하여 뛰어난 기계적/접착 성능 구현

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 9157(2023) 이 기사 인용

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콘크리트 구조물에 강철 철근을 고정하는 것은 건축 및 건설 산업에서 일반적인 방법입니다. 본 연구에서는 글리시독시프로필트리메톡시실란(GPTMS)을 이용한 SiO2 나노필러 표면처리를 통해 제조된 에폭시 나노복합 접착제의 기계적/접착 특성을 향상시키는 데 중점을 두고 있습니다. 이를 위해 나노 실리카 입자는 1, 5, 10 및 20X의 실란 농도에서 손쉬운 졸-겔 방법을 통해 실란화되었습니다(즉, X는 화학양론적 실란 농도임). 나노입자는 FTIR, TGA, XRD 및 XPS 기술을 통해 주의 깊게 특성화되었습니다. 실란 농도 10X에서 가장 높은 GPTMS 그래프팅 비율이 얻어지는 것으로 나타났습니다. 순수하고 실란화된 나노입자를 2액형 에폭시 수지에 첨가하고 인장 및 압축 특성을 비교했습니다. 나노실리카의 표면 개질로 인해 순수 에폭시 접착제에 비해 강도, 모듈러스, 압축강도 및 압축 모듈러스가 56, 81, 200 및 66% 향상되었으며, 일반 에폭시 접착제에 비해 70, 20, 17 및 21% 향상된 것으로 나타났습니다. 순수 나노 실리카 함유 접착제. 또한 원래의 실리카 함유 접착제와 원시 실리카 함유 접착제에 비해 인발 강도는 40%와 25%, 인발 변위는 33%와 18%, 접착 에너지는 130%와 50% 향상되었습니다.

콘크리트는 인프라가 있는 곳이면 어디에서나 발견되는 가장 귀중한 건축 자재 중 하나입니다1,2,3,4. 보강 형태의 철근은 기초와 기둥5,6,7을 네트워크로 연결하는 데 사용됩니다. 또한 기초에서 가장 중요한 또 다른 응용 분야 중 하나는 콘크리트의 건축 이음새를 방지하기 위해 토끼를 구현하는 것입니다8. 구조물의 콘크리트를 강화하기 위해 철근을 와이어로 연결하여 앵커 시스템이 콘크리트에 단단히 배치되도록 합니다9,10.

시멘트와 강철 철근 사이의 결합은 앵커 시스템10,11의 물리화학적 거동에 중요한 역할을 합니다. 일반적으로 콘크리트의 균열은 인장응력에 의해 발생하는데, 이는 과부하, 온도 변화, 수축 등으로 인해 발생할 수 있으며, 연결 불량, 철근 미끄러짐, 앵커 파손 등의 원인이 됩니다12,13. 철근 표면에 고분자 재료를 적용하고(예: 코팅14, 에폭시 수지15 등) 콘크리트 혼합 설계를 수정하는(예: 나노입자16, 섬유17 등)을 포함하여 시멘트 콘크리트에서 철근 철근의 접착력을 향상시키기 위해 많은 노력이 수행되었습니다. ).

일반적으로 콘크리트 접착제는 에폭시 기반과 라텍스/폴리머 기반의 두 가지 유형으로 구분됩니다. 이러한 종류의 재료는 콘크리트를 보수하고, 콘크리트를 밀봉하고, 콘크리트의 물리화학적 특성을 높이고, 오래된 콘크리트를 새 콘크리트와 연결하는 데 사용됩니다19. 구조용 접착제의 장점 중 일부는 구조를 강화하고 재료 간 연결을 강화하고, 습한 환경에서 사용하고, 단면이 있는 부재를 연결하고, 내식성이 있으며, 빠르고 쉬운 구현20,21입니다. 철근이나 볼트를 심는 것은 건설 업계에서 가장 일반적으로 사용되는 방법 중 하나입니다. 여기에는 광범위한 구조적, 비구조적 연결뿐만 아니라 구조 강화도 포함됩니다22,23. 이러한 출발점에서 접착 특성을 향상시키는 것은 금속과 콘크리트 접합을 강화하여 구조적 손상을 방지하는 가장 효율적인 기술입니다.

요즘 에폭시 기반 접착제는 높은 접착 강도, 빠르고 과도한 압축, 습기, 해수, 하수 및 석유 물질에 대한 불투수성, 진동 및 구조적 응력에 대한 상당한 저항성 및 높은 특성으로 인해 강철 철근 고정 시스템에 가장 널리 사용되는 접착제 중 하나입니다. 기계적 성질19,25.

1980년부터 Bloxham26, Van Gemert et al.27, Swamy et al.28 등의 연구자들은 에폭시 접착제를 사용한 철근 콘크리트 보강에 관한 연구를 수행했습니다.