경북대학교 공과대학.
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이동은 교수팀, 시멘트 반응형 상변화물질 개발
- 2023-05-25 11:10
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건축학부 이동은 교수와 지능형건설자동화 연구센터 소우멘만달 박사가 시멘트 반응형 상변화물질(PCM, Phase Change Materials)을 개발했다.
“Structure-property correlation of thermally activated nano-size phase change material in the cementitious system” 연구 성과는 보통포틀랜트 시멘트(OPC)의 수화 생성물과 60℃의 온도 조건에서 활성화 되는 나노캡슐화 상변화물질(NPCM)을, 내부 파라핀 누출을 억제하고 기존 PCM 혼입에 따른 콘크리트의 물성 저하를 해결하여 내구성을 확보할 수 있다는 점에 의의가 있다.
실리카질로 캡슐화된 평균 직경 450nm의 파라핀 기반 NPCM을 시멘트 중량 대비 1 % 혼입한 결과, NPCM을 혼입하지 않은 시멘트와 유사한 수화 반응성을 보였다. 또한, 재령 28일 XRD 분석 결과, 시멘트 주요 구성 물질인 Alite와 Belite 반응성의 변화가 관찰되지 않았으며, TG-DTA 분석 결과, 시멘트 수화물 생성이 유사하였으며, 이는 NPCM이 시멘트와 직접적인 수화 반응성이 있음을 보여주었다.
이러한 수화 반응성은 NPCM 표면의 실리카 캡슐에 기인한 것으로, FE-SEM 이미지로부터, NPCM이 시멘트 수화 생성물과의 포졸란 반응을 통해 시멘트 매트릭스을 더욱 밀실하게 형성시킴을 확인할 수 있었다. 또한 침상의 CaCO3 생성물이 NPCM 표면에서 관찰됨에 따라 C-S-H 수화생성물의 2차 핵형성부(Nucleation site)로써 시멘트의 수화 반응을 촉진시키는 것을 입증할 수 있었다.
본 NPCM은 시멘트와의 직접적인 수화반응을 통해 콘크리트 재료의 역학적 물성 저하 없이 손쉽게 혼입이 가능함에 따라, 개발된 NPCM을 콘크리트에 혼입하여 사용하는 경우, 건축물의 Thermal mass로 활용되어 건축물의 에너지 절약과 탄소중립에 크게 기여할 수 있다고 판단된다.
해당 논문은 Journal of Building Engineering 66권에 게재되었다.
“Structure-property correlation of thermally activated nano-size phase change material in the cementitious system” 연구 성과는 보통포틀랜트 시멘트(OPC)의 수화 생성물과 60℃의 온도 조건에서 활성화 되는 나노캡슐화 상변화물질(NPCM)을, 내부 파라핀 누출을 억제하고 기존 PCM 혼입에 따른 콘크리트의 물성 저하를 해결하여 내구성을 확보할 수 있다는 점에 의의가 있다.
실리카질로 캡슐화된 평균 직경 450nm의 파라핀 기반 NPCM을 시멘트 중량 대비 1 % 혼입한 결과, NPCM을 혼입하지 않은 시멘트와 유사한 수화 반응성을 보였다. 또한, 재령 28일 XRD 분석 결과, 시멘트 주요 구성 물질인 Alite와 Belite 반응성의 변화가 관찰되지 않았으며, TG-DTA 분석 결과, 시멘트 수화물 생성이 유사하였으며, 이는 NPCM이 시멘트와 직접적인 수화 반응성이 있음을 보여주었다.
이러한 수화 반응성은 NPCM 표면의 실리카 캡슐에 기인한 것으로, FE-SEM 이미지로부터, NPCM이 시멘트 수화 생성물과의 포졸란 반응을 통해 시멘트 매트릭스을 더욱 밀실하게 형성시킴을 확인할 수 있었다. 또한 침상의 CaCO3 생성물이 NPCM 표면에서 관찰됨에 따라 C-S-H 수화생성물의 2차 핵형성부(Nucleation site)로써 시멘트의 수화 반응을 촉진시키는 것을 입증할 수 있었다.
본 NPCM은 시멘트와의 직접적인 수화반응을 통해 콘크리트 재료의 역학적 물성 저하 없이 손쉽게 혼입이 가능함에 따라, 개발된 NPCM을 콘크리트에 혼입하여 사용하는 경우, 건축물의 Thermal mass로 활용되어 건축물의 에너지 절약과 탄소중립에 크게 기여할 수 있다고 판단된다.
해당 논문은 Journal of Building Engineering 66권에 게재되었다.
