시멘트 복합체의 자기치유 성능 시험평가방법

출원번호 : 10-2017-0161155 (출원일: 2017-11-29)

등록번호 : 10-2013636 (등록일: 2019-08-19)

특허권자 : 충남대학교산학협력단

요약 : 본 발명은 자기치유 성능이 부여된 시멘트 복합체는 균열에 대한 자기치유 성능이 발현됨에 따라 균열면에 치유물질이 생성되어 이온의 확산성에 차이가 발생하게 된다는 점을 이용하여, 사전에 균열을 미리 형성해둔 시멘트 복합체의 시편에서의 염소이온 확산계수의 변화를 관찰하고 측정함으로써, 시멘트 복합체의 자기치유 성능을 정량적인 수치에 의해 객관적으로 평가할 수 있게 되는 “시멘트 복합체의 자기치유 성능 시험평가방법”에 관한 것이다. 본 발명에서는 원하는 폭의 균열이 미리 형성된 균열 시편을 제작하고 이에 대하여 염소이온 확산 시험을 수행하여, 시간에 따른 염소이온 농도의 변화로부터 정상상태에서의 염소이온 확산계수를 측정하며, 이렇게 측정된 염소이온 확산계수를, 균열 시편과 동일한 배합 및 조건으로 제작되었지만 균열이 존재하지 않은 비교 시편에 대한 염소이온 확산계수와 대비함므로써, 균열 시편의 자기치유율을 산출하여 취득하게 되고, 이를 통해서 균열 시편(1)을 이루는 시멘트계 복합체의 자기치유 성능을 정량적인 수치에 의해 매우 객관적으로 평가할 수 있게 된다.

대표청구항 : 시멘트 복합체의 자기치유 성능을 시험하여 평가하는 방법으로서, 평가하고자 하는 시멘트 복합체에 해당하며 쪼갬인장에 의하여 사전 설정된 폭의 인공균열이 형성되어 있는 균열 시편(1)을 제작하여 침수포화시키는 단계(단계 S1); 균열 시편(1)의 양단면을 각각 염화나트륨 수용액과 수산화나트륨 수용액에 접촉시키고 시간에 따른 염화나트륨 수용액과 수산화나트륨 수용액 각각의 염소이온 농도를 측정하는 염소이온 확산 시험을 수행하여 시간에 따른 염소이온 농도의 변화로부터 정상상태에서의 염소이온 확산계수를 산출하고, 균열 시편(1)과 동일한 구성을 가지되 균열이 존재하지 않는다는 점에서만 차이가 있는 비교 시편에 대해서도 염소이온 확산 시험을 수행하여 정상상태에서의 염소이온 확산계수를 산출하는 단계(단계 S2); 및균열 시편(1)에 대한 정상상태의 염소이온 확산계수와, 비교 시편에 대한 정상상태의 염소이온 확산계수를 대비하여 균열 시편(1)의 자기치유 성능을 평가하는 단계(단계 S3)를 포함하며; 균열 시편(1) 및 비교 시편에 대한 정상상태에서의 염소이온 확산계수를 산출하는 단계(단계 S2)에서는, 균열 시편(1) 및 비교 시편 각각에 대해 염소이온 확산 시험을 수행하여, 각각의 시편에 대하여 취득된, 각각의 염소이온 확산 진행 시간과, 각 시간에서의 측정된 염소이온 농도를 각각 수평축과 수직축으로 하는 시간-염소이온 농도 그래프를 도출하고, 상기 시간-염소이온 농도 그래프에서 기울기가 변곡점을 지나서 일정해지는 지점에 해당하는 정상상태에 도달하면, 정상상태에 도달한 이후의 상기 시간-염소이온 농도 그래프의 기울기를 “염소이온 확산 진행 시간에 따른 염소이온 농도의 변화율”로 산출하고; 산출된 염소이온 확산 진행 시간에 따른 염소이온 농도의 변화율과 수학식 1을 이용하여, 정상상태에서의 염소이온 확산계수 Dssm을 산출하는 과정을 포함하고; 균열 시편(1)과 비교 시편 간의 정상상태의 염소이온 확산계수를 대비하여 균열 시편(1)의 자기치유 성능을 평가하는 단계(단계 S3)에서는, 균열 시편(1)에 대한 정상상태의 염소이온 확산계수와 비교 시편에 대한 정상상태의 염소이온 확산계수 간의 차이가 시간에 따라 변화되는 비율을 산출하고; 산출된 비율과 수학식 2에 의해 시간 t에 따른 균열 시편(1)의 자기치유율 SH(t)를 산출하는 과정을 포함하며; 균열 시편(1) 및 비교 시편에 대한 염소이온 확산 시험은, 균열 시편(1)이 삽입되도록 균열 시편(1)의 원기둥 형상 측면을 감싸는 원통형의 삽입본체(10)와, 염소이온 확산을 위한 수용액이 담겨지며 균열 시편(1)의 길이방향 양단부면에 수용액이 직접 접촉할 수 있도록 삽입본체(10)의 길이방향 양단부에 조립 결합되는 단부마감 셀(20)을 포함하여 구성되는 이온확산 셀 장치(100)를 이용하여 수행되는데; 단부마감 셀(20)은 수용액이 담겨지는 내부공간을 가지는 부재로 이루어지되 균열 시편(1)의 단부가 끼워지는 개구부(25)가 형성되어 있는 구성을 가지고 있으며; 단부마감 셀(20)에는 수용액에 잠겨서 전압을 인가하게 되는 전극(24)이 구비되어 있는데, 전극(24)은 원판형상의 망부재로 이루어져서 단부마감 셀(20)의 내부공간에 배치되어 있고; 준비된 균열 시편(1)을 삽입본체(10)에 삽입하고 균열 시편(1)의 양단부 각각을 단부마감 셀(20)의 개구부(25)에 끼우고, 결합봉(40)을 균열 시편(1)과 나란하게 배치하여 결합봉(40)의 길이 방향 양단이 단부마감 셀(20)을 관통한 상태로 너트에 체결 고정시킴으로써, 균열 시편(1)의 양단부에 단부마감 셀(20)을 수밀하게 조립 설치하고; 염화나트륨 수용액과 수산화나트륨 수용액을 준비하여 각각의 단부마감 셀(20)에 투입하여 균열 시편(1)의 길이방향 양단부면을 각각 염화나트륨 수용액 및 수산화나트륨 수용액에 접촉시키며; 단부마감 셀(20)의 각각에 수용액을 투입하기 전,후 또는 투입함과 동시에, 음극 단자(21), 양극 단자(22), 및 온도센서 단자(23)를 단부마감 셀(20)에 부착 설치하고, 전원을 공급하여 사전 설정된 전압을 인가하고; 양측의 단부마감 셀(20)에서 동일한 양의 수용액을 소취한 후, 소취된 수용액의 염소이온 농도를 측정하고, 측정을 마친 수용액은 다시 각각의 단부마감 셀(20)에 투입하며; 수용액의 소취, 염소이온 농도 측정 및 재투입 과정을 사전 설정된 간격으로 반복 수행함으로써 시간에 따른 염소이온 농도의 측정값을 취득하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 시멘트 복합체의 자기치유 성능 시험평가방법. (수학식 1)[이미지](수학식 2)[이미지](수학식 1에서 Dssm는 정상상태에서의 염소이온 확산계수이며, R은 기체상수이고, T는 절대온도이고, z는 이온 차수이며, L은 균열 시편의 높이이고, F는 패러데이 상수이며, U는 측정된 전위차이고, V는 단부마감 셀에 담겨진 수용액의 부피이며, A는 이온통과면적이고, 수학식 2에서 [이미지]는 치유재령 t에서의 균열 시편의 염소이온 확산계수이고, [이미지]는 치유재령 t에서의 비교 시편의 염소이온 확산계수이며, [이미지]는 균열 발생재령에서의 균열 시편의 염소이온 확산계수이며, [이미지]는 균열 발생재령에서의 비교 시편의 염소이온 확산계수이다.)

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