KR101363305B1 - Carbon nanotube-contained snow melting block of cement-base material for concrete road - Google Patents

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Abstract

탄소나노튜브(CNT)와 같은 나노재료를 이용하여 열전도도가 향상된 시멘트 융설체를 제공하되, 소정 압축강도를 갖는 평판 패널 형태로 제작함으로써 콘크리트 도로에 적합한 압축강도로 제설에 사용할 수 있고, 적은 전력으로 큰 열전도 효율을 나타내며, 시공 기간을 단축시킬 수 있는, 탄소나노튜브가 함유된 콘크리트 도로용 시멘트 융설체가 제공된다. 탄소나노튜브가 함유된 콘크리트 도로용 시멘트 융설체는, 콘크리트 도로용 탄소나노튜브를 이용한 시멘트 융설체에 있어서, 콘크리트 페이스트로서 시멘트 융설체의 모재(Base Material) 역할을 하는 시멘트계 결합재; 시멘트계 결합재 100wt%에 대하여 40~50wt%의 함량이 혼합되는 배합수; 콘크리트 도로의 제설이나 제빙을 위해 전류 공급에 의해 발열하도록 상기 시멘트계 결합재 100wt%에 대하여 1~3.5wt%의 함량이 혼합되는 이중벽(Double Wall) 구조의 분말인 탄소나노튜브; 및 시멘트계 결합재 100wt%에 대하여 0.5~3wt%의 함량이 혼합되는 폴리카본산 계열의 감수제를 포함하되, 시멘트 융설체는 콘크리트 도로에 적합하도록 소정의 압축강도 및 휨강도를 갖는 평판 패널 형태로 제조되며, 시멘트계 결합재, 배합수, 탄소나노튜브 및 폴리카본산 계열의 감수제를 혼합한 후, 전류공급용 전선을 배치하여 함께 성형하는 것을 특징으로 한다.It provides cement melt with improved thermal conductivity by using nano materials such as carbon nanotubes (CNT), but can be used for snow removal with a compressive strength suitable for concrete roads by manufacturing in the form of flat panel having a predetermined compressive strength. By providing a large thermal conductivity efficiency, which can shorten the construction period, there is provided a cement road melting snow melt containing carbon nanotubes. Cement melt for concrete road containing carbon nanotubes, Cement melt using a carbon nanotube for concrete road, Cement-based binder that serves as a base material of the cement snow melt as a concrete paste; Blending water having a content of 40-50 wt% based on 100 wt% of cement-based binder; Carbon nanotubes having a double wall structure in which a content of 1 to 3.5 wt% is mixed with respect to 100 wt% of the cement-based binder to generate heat by supplying electric current for snow removal or ice making of a concrete road; And a polycarboxylic acid-based water reducing agent in which a content of 0.5 to 3 wt% is mixed with respect to 100 wt% of the cement binder, and the cement melt is manufactured in the form of a flat panel having a predetermined compressive strength and bending strength to be suitable for concrete roads. After mixing the cement-based binder, the mixing water, the carbon nanotube and the polycarboxylic acid-based water reducing agent, it is characterized in that the electric current supply wire is placed and molded together.

Description

탄소나노튜브가 함유된 콘크리트 도로용 시멘트 융설체 {CARBON NANOTUBE-CONTAINED SNOW MELTING BLOCK OF CEMENT-BASE MATERIAL FOR CONCRETE ROAD}Cement melt for concrete road containing carbon nanotubes {CARBON NANOTUBE-CONTAINED SNOW MELTING BLOCK OF CEMENT-BASE MATERIAL FOR CONCRETE ROAD}

본 발명은 시멘트 융설체에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 콘크리트 도로의 제설 및 제빙에 사용할 수 있도록 탄소나노튜브(Carbon NanoTube: CNT)와 같은 나노재료를 이용하여 열전도도가 향상된 시멘트 융설체를 제작하되, 콘크리트 도로에 적합한 소정의 압축강도 및 휨강도를 갖도록 평판 패널 형태로 제작하는, 탄소나노튜브가 함유된 콘크리트 도로용 시멘트 융설체에 관한 것이다.The present invention relates to a cement snow melt, and more specifically, to manufacture a cement snow melt with improved thermal conductivity using nano materials such as carbon nanotubes (CNT) to be used for snow removal and ice making of concrete roads. The present invention relates to a cement snow melt for a concrete road containing carbon nanotubes, which is manufactured in the form of a flat panel to have a predetermined compressive strength and flexural strength suitable for a concrete road.

종래의 기술에 따른 도로 제설 기법은, 크게, 도로에 쌓인 눈에 화학제를 살포하고 염화물과 물 사이의 반응을 통하여 발열을 유도하는 화학적인 방법, 및 전기 또는 열을 전달할 수 있는 매질을 이용하여 직접 열을 전달하는 방법으로 구분된다.The road snow removal technique according to the prior art is largely using a chemical method of spraying a chemical on snow accumulated on a road and inducing heat generation through a reaction between chloride and water, and a medium capable of transferring electricity or heat. It is divided into direct heat transfer method.

첫째, 화학적인 방법의 경우, 노면 결빙 검지기술을 이용하여 염화물을 자동 살포하는 방식과 인력이 직접 투입되어 염화물을 살포하는 방식이 있다.First, in the case of the chemical method, there is a method of automatically spraying chloride using road surface freezing detection technology and a method of spraying chloride by directly inputting manpower.

그러나 이러한 방식은 짧은 시간에 효과적으로 융설을 유도할 수 있는 반면에 두 방식 모두 염화물 발열반응에 의해 노면을 융설하기 때문에 노면융설 후에 염화물이 그대로 잔존함에 따라 환경적인 측면에서 치명적인 단점이 있다.However, while this method can induce snow melting effectively in a short time, both methods melt the road surface by chloride exothermic reactions, so the chloride remains as it is after the snow melting.

둘째, 직접 열을 전달하는 방식의 경우, 노면 표층에서 일정 깊이에 구리와 같은 열전도도가 높은 물질로 구성된 매질(케이블)을 통해 직접 전기를 공급함으로써 전기에너지가 열에너지(저항)로 전환되는 원리를 이용한 방식과 지열 혹은 기름과 같은 유체를 이용하여 지면에 열을 전달하는 방식이 있다.Second, in the case of the direct heat transfer method, the electrical energy is converted into thermal energy (resistance) by directly supplying electricity through a medium (cable) made of a material having high thermal conductivity such as copper at a certain depth on the surface of the road surface. There is a method used and heat transfer to the ground using a fluid such as geothermal or oil.

그러나 이러한 방식들은 표층에서 일정 깊이에 매설을 하기 때문에, 전기에너지가 열에너지로 변할 때, 또는 열에너지가 열에너지로 전달될 때 손실이 발생한다. 또한, 도로라는 특성상 크랙 등이 발생했을 때 또는 도로자체를 유지 및 보수할 때, 새로 구축하거나 시공해야 하는 문제점이 있다.However, because these methods are buried at a certain depth in the surface, losses occur when electrical energy is converted to thermal energy or when the thermal energy is transferred to thermal energy. In addition, when a crack or the like occurs due to the nature of the road or maintains and repairs the road itself, there is a problem that a new construction or construction is required.

또한, 종래 기술로서, 다량의 흑연을 시멘트에 혼합하여 도전성 복합물을 제조하고, 이러한 복합물 내부에 전열선을 배치하여 저항열로 융설하는 방법이 있으나, 이러한 방식은 많은 전력량이 소모되고, 모듈단위로 제작되어 현장 시공이 용이하지 않다는 문제점이 있다. 또한, 흑연이 물을 흡수하는 성질이 있기 때문에 밀실하게 배합하기 어렵고, 이로 인해 강도의 저하가 발생함으로써 마이크로 실리카, 카올린 등의 혼합재료를 넣고, 가압 성형을 하는 등 작업공정이 매우 까다롭다는 문제점이 있다.In addition, as a conventional technique, there is a method of manufacturing a conductive composite by mixing a large amount of graphite in cement, and placing a heating wire inside the composite to melt it with resistance heat, but this method consumes a large amount of power and is manufactured in module units. There is a problem that the site construction is not easy. In addition, since graphite has a property of absorbing water, it is difficult to mix it firmly, which causes a decrease in strength, so that a work process is very difficult, such as putting a mixed material such as micro silica or kaolin and press molding. There is this.

한편, 전술한 문제점을 해결하기 위한 종래 기술로서, 대한민국 등록특허번호 제10-1027275호에는 "탄소나노튜브 혼합물을 함유한 열전달물질을 이용한 제설용 발열체, 그 제조 장치 및 방법"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 1 내지 도 2를 참조하여 설명한다.On the other hand, as a prior art for solving the above problems, the Republic of Korea Patent No. 10-1027275 In the invention named "The heating element for snow removal using a heat transfer material containing a carbon nanotube mixture, its manufacturing apparatus and method" Although disclosed, it will be described with reference to FIGS. 1 and 2.

도 1은 종래의 기술에 따른 제설용 발열체의 설치 상태를 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 제설용 발열체의 설치 상태를 나타내는 평면도이다.1 is a perspective view showing an installation state of a snow removing heating element according to the prior art, Figure 2 is a plan view showing an installation state of the snow removing heating element shown in FIG.

도 1 및 도 2를 참조하면, 종래의 기술에 따른 제설용 발열체(20)는, 가로방향 폭이 좁고 세로방향 폭이 넓은 단면 형태를 갖는 길고 납작한 블록 형태로 성형되어 도로(10)에 기형성한 설치홈(11)에 원터치 방식으로 간단하게 삽입 설치된다.1 and 2, the snow removing element 20 according to the related art is formed into a long, flat block shape having a cross-sectional shape having a narrow width in a horizontal direction and a wide width in a vertical direction, and forming a preform on the road 10. One installation groove 11 is simply inserted and installed in one-touch manner.

이때, 발열체(20)는 열전달물질(30)의 하부에 전열선(21)이 내장된 구조를 갖는다. 상기 전열선(21)은 전원 공급에 따라 발열하여 눈을 녹이기 위한 열을 공급하는 것으로, 설치 조건에 따라 복수개의 전열선이 구비될 수 있다.At this time, the heating element 20 has a structure in which the heating wire 21 is built in the lower portion of the heat transfer material 30. The heating wire 21 generates heat according to the power supply to supply heat for melting the snow, and a plurality of heating wires may be provided according to the installation conditions.

상기 열전달물질(30)은 열전도성 수지인 실리콘수지로 이루어진 베이스(31)에 탄소나노튜브(32) 및 카본블랙(33)을 혼합하여 경화시킨 것이다.The heat transfer material 30 is cured by mixing the carbon nanotubes 32 and the carbon black 33 to the base 31 made of a silicone resin which is a thermally conductive resin.

상기 탄소나노튜브(32) 및 카본블랙(33)은 각각 별도로 구비되어 베이스(31)에 혼합될 수도 있으나, 통상적인 탄소나노튜브 제조공정에서 발생되는 중간 생산물인 탄소나노튜브-카본블랙 혼합물(CNT & CB)을 이용할 수 있다. 이때, 상기 탄소나노튜브-카본블랙 혼합물은 베이스(31)를 이루는 실리콘수지의 중량을 100으로 할 때 1~5 정도의 중량의 비율로 혼합된다.The carbon nanotubes 32 and carbon black 33 may be separately provided and mixed in the base 31, but the carbon nanotube-carbon black mixture (CNT), which is an intermediate product generated in a conventional carbon nanotube manufacturing process, may be used. & CB) can be used. In this case, the carbon nanotube-carbon black mixture is mixed at a weight ratio of about 1 to 5 when the weight of the silicone resin forming the base 31 is 100.

구체적으로, 상기 제설용 발열체(20)는 탄소나노튜브-카본블랙 혼합물을 액상의 실리콘수지에 첨가한 후 고르게 혼합하여 열전달물질(30)의 원료를 만들고, 이러한 원료를 성형장치의 성형챔버에 투입하여 소정 형태를 갖도록 경화시키는 방식으로 제조될 수 있다. 이때, 원료의 투입 전에 성형챔버 내부에 전열선(21)을 먼저 배치하여 경화된 열전달물질(30)에 전열선(21)이 매입된 구조로 성형이 이루어지게 한다.Specifically, the snow removing element 20 adds the carbon nanotube-carbon black mixture to the liquid silicone resin and then mixes it evenly to make a raw material of the heat transfer material 30, and feeds the raw material into the molding chamber of the molding apparatus. It can be prepared in a way to cure to have a predetermined form. At this time, before the input of the raw material, the heating wire 21 is first placed inside the molding chamber so that the molding is performed in a structure in which the heating wire 21 is embedded in the cured heat transfer material 30.

또한, 상기 제설용 발열체는 도로(10)에 소정 깊이로 설치홈(11)을 형성한 다음, 이러한 설치홈(11)에 상기 발열체(20)를 삽입하여 간단하게 설치될 수 있다. 이때, 상기 발열체(20)의 하단부는 적어도 일부가 설치홈(11)의 내측단과 이격되어 공기단열층이 형성될 수 있다. 또한, 상기 발열체(20)의 시공 방향은, 도 2에 도시된 바와 같이, 도로(10)의 진행방향에 대해 종방향이 될 수도 있고, 경우에 따라 횡방향, 사선방향 등 다양하게 선택될 수 있다.In addition, the snow removing element can be installed simply by inserting the heating element 20 into the installation groove 11, the installation groove 11 to a predetermined depth in the road (10). In this case, at least a portion of the lower end of the heating element 20 may be spaced apart from the inner end of the installation groove 11 to form an air insulation layer. In addition, the construction direction of the heating element 20, as shown in Figure 2, may be a longitudinal direction with respect to the traveling direction of the road 10, may be variously selected, such as transverse direction, oblique direction, depending on the case have.

상기 발열체(20)를 설치한 후, 경우에 따라서는 설치 중이나 설치 전에 전열선(21)을 전원케이블(41)을 통해 전원컨트롤러(40)에 연결하여 전원공급의 제어가 가능하게 함으로써 제설 시스템 시공이 완료된다.After installing the heating element 20, in some cases during installation or before installation by connecting the heating wire 21 to the power controller 40 through the power cable 41 to enable the control of the power supply snow removal system construction Is done.

종래의 기술에 따른 제설용 발열체(20)에 따르면, 실리콘수지 재질의 베이스(31)에 탄소나노튜브(32) 및 카본블랙(33) 혼합물이 함유된 성형물로 이루어짐으로써 에너지 효율 및 내구성을 향상시키고, 제조비용, 시공비용 및 유지비용을 절감할 수 있다. According to the snow removing element 20 according to the prior art, it is made of a molding containing a mixture of carbon nanotubes 32 and carbon black 33 in the base 31 of the silicone resin material to improve energy efficiency and durability It can reduce manufacturing cost, construction cost and maintenance cost.

하지만, 종래의 기술에 따른 제설용 발열체(20)의 경우, 도로에 별도의 설치홈(11)을 형성한 후 삽입 고정해야 하므로 시공이 복잡해지는 문제점이 있다. 또한, 실리콘수지 재질의 베이스(31)는 압축강도 및 휨강도가 거의 없기 때문에 도로 상에 적용하는 것이 용이하지 않다는 문제점이 있다.However, in the case of the snow removing element 20 according to the prior art, there is a problem in that the construction is complicated because it must be inserted and fixed after forming a separate installation groove 11 on the road. In addition, the base 31 of the silicone resin material has a problem that it is not easy to apply on the road because there is little compressive strength and bending strength.

1) 대한민국 등록특허번호 제10-1027275호(출원일: 2010년 8월 4일), 발명의 명칭: "탄소나노튜브 혼합물을 함유한 열전달물질을 이용한 제설용 발열체, 그 제조장치 및 방법"1) Republic of Korea Patent No. 10-1027275 (application date: August 4, 2010), the title of the invention: "Heating element for snow removal using a heat transfer material containing a carbon nanotube mixture, apparatus and method for manufacturing the same" 2) 대한민국 등록특허번호 제10-1026272호(출원일: 2010년 8월 4일), 발명의 명칭: "탄소나노튜브 혼합물을 함유한 열전달물질을 이용한 제설용 발열체의 시공방법"2) Republic of Korea Patent No. 10-1026272 (application date: August 4, 2010), the title of the invention: "Construction method of snow heating element using a heat transfer material containing a carbon nanotube mixture" 3) 대한민국 공개특허번호 제2011-68794호(공개일:2011년 6월 22일), 발명의 명칭: "탄소나노튜브 혼합물을 함유한 제설용 열전달체, 열전달체 제조장치 및 그 시공방법"3) Republic of Korea Patent Publication No. 2011-68794 (published: June 22, 2011), the title of the invention: "Thermal heat transfer body, heat transfer device manufacturing apparatus and construction method thereof containing a carbon nanotube mixture" 4) 대한민국 등록특허번호 제10-981606호(출원일: 2009년 11월 10일), 발명의 명칭: "수성 전도성 조성물을 이용한 유연성 발열체의 제조방법"4) Republic of Korea Patent No. 10-981606 (application date: November 10, 2009), the title of the invention: "Method of manufacturing a flexible heating element using an aqueous conductive composition" 5) 일본 공개특허번호 제1999-6106호(공개일: 1999년 1월 12일), 발명의 명칭: "융설 포장 공법"5) Japanese Patent Laid-Open No. 1999-6106 (published date: January 12, 1999), title of the invention: "Snow Melting Packaging Method" 6) 미국 공개특허번호 제2005-260120호(공개일: 2005년 11월 24일), 발명의 명칭: "Method for forming an array of single-wall carbon nanotubes in an electric field and compositions thereof"6) US Patent Publication No. 2005-260120 (published November 24, 2005), titled "Method for forming an array of single-wall carbon nanotubes in an electric field and compositions particular" 7) 대한민국 등록특허번호 제10-247551호(출원일: 1997년 12월 31일), 발명의 명칭: "제설용 전기 전도성 발열 콘크리트의 설치구조"7) Republic of Korea Patent No. 10-247551 (application date: December 31, 1997), the title of the invention: "Installation structure of electrically conductive heating concrete for snow removal" 8) 대한민국 등록특허번호 제10-260836호(출원일: 1998년 4월 28일), 발명의 명칭: "도전성 발열체 및 그 제조방법"8) Republic of Korea Patent No. 10-260836 (Application Date: April 28, 1998), the title of the invention: "Conductive heating element and its manufacturing method"

전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 탄소나노튜브(CNT)와 같은 나노재료를 이용하여 열전도도가 향상된 시멘트 융설체를 제공하되, 소정 압축강도를 갖는 평판 패널 형태로 제작함으로써 콘크리트 도로에 적합한 압축강도로 제설에 사용할 수 있는, 탄소나노튜브가 함유된 콘크리트 도로용 시멘트 융설체를 제공하기 위한 것이다.The technical problem to be solved by the present invention for solving the above problems is to provide a cement melt body with improved thermal conductivity using a nano-material, such as carbon nanotubes (CNT), produced in the form of a flat panel having a predetermined compressive strength It is to provide a cement snow melt for concrete roads containing carbon nanotubes, which can be used for snow removal with a compressive strength suitable for concrete roads.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 탄소나노튜브(CNT)와 시멘트 페이스트 배합을 통하여 발열체를 제작함으로써, 적은 전력으로 큰 열전도 효율을 나타내고, 시공 기간을 단축시킬 수 있는, 탄소나노튜브가 함유된 콘크리트 도로용 시멘트 융설체를 제공하기 위한 것이다.Another technical problem to be solved by the present invention is to produce a heating element by mixing carbon nanotubes (CNT) and cement paste, which exhibits high thermal conductivity efficiency with a small power and shortens the construction period. It is to provide a cement snow melt for concrete road.

전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 콘크리트 도로용 탄소나노튜브를 이용한 시멘트 융설체는, 콘크리트 도로용 탄소나노튜브를 이용한 시멘트 융설체에 있어서, 시멘트계 결합재; 상기 시멘트계 결합재 100wt%에 대하여 40~50wt%의 함량이 혼합되는 배합수; 콘크리트 도로의 제설이나 제빙을 위해 전류 공급에 의해 발열하도록 상기 시멘트계 결합재 100wt%에 대하여 1~3.5wt%의 함량이 혼합되는 이중벽(Double Wall) 구조의 분말인 탄소나노튜브(Carbon Nanotube); 및 상기 시멘트계 결합재 100wt%에 대하여 0.5~3wt%의 함량이 혼합되는 폴리카본산 계열의 감수제를 포함하되, 상기 시멘트 융설체는 콘크리트 도로에 적합하도록 소정의 압축강도 및 휨강도를 갖는 평판 패널 형태로 제조되며, 상기 시멘트계 결합재, 상기 배합수, 상기 탄소나노튜브 및 상기 폴리카본산 계열의 감수제를 혼합한 후, 전류공급용 전선을 배치하여 함께 성형하는 것을 특징으로 한다.As a means for achieving the above-described technical problem, cement melt using a carbon nanotube for concrete road according to the present invention, in the cement melt using a carbon nanotube for concrete road, cement-based binder; Blending water in an amount of 40 to 50 wt% based on 100 wt% of the cement-based binder; Carbon nanotubes, which are powders of a double wall structure, in which a content of 1 to 3.5 wt% is mixed with respect to 100 wt% of the cement-based binder to generate heat by supplying current for snow removal or ice making of a concrete road; And a polycarboxylic acid-based water reducing agent, in which a content of 0.5 to 3 wt% is mixed with respect to 100 wt% of the cement binder, wherein the cement melt is manufactured in the form of a flat panel having a predetermined compressive strength and bending strength to be suitable for a concrete road. The cement-based binder, the blended water, the carbon nanotubes, and the polycarboxylic acid-based water reducing agent are mixed, and the electric current supply wires are disposed and molded together.

여기서, 상기 탄소나노튜브는 2~3.2wt% 혼합시 발열 효과가 최대가 될 수 있다.Here, the carbon nanotubes may have a maximum exothermic effect when mixing 2 to 3.2 wt%.

여기서, 상기 시멘트계 결합재는 상기 시멘트 융설체의 모재(Base Material) 역할을 하는 콘크리트 페이스트(Concrete Paste)인 것을 특징으로 한다.Here, the cement-based binder is characterized in that the concrete paste (Concrete Paste) that serves as the base material (Base Material) of the cement melt.

여기서, 상기 시멘트 융설체는 21MPa 이상의 압축강도 및 4.5MPa 이상의 휨강도를 갖는 것을 특징으로 한다.Here, the cement melt is characterized in that it has a compressive strength of 21MPa or more and a flexural strength of 4.5MPa or more.

여기서, 상기 시멘트계 결합재, 배합수, 탄소나노튜브 및 폴리카본산 계열의 감수제를 혼합한 후, 전류공급용 전선을 배치하여 함께 성형하는 것을 특징으로 한다.Here, after mixing the cement-based binder, the mixing water, the carbon nanotubes and the polycarboxylic acid-based water-reducing agent, it is characterized in that the current supply wire is placed and molded together.

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본 발명에 따르면, 탄소나노튜브(CNT)와 같은 나노재료를 이용하여 열전도도가 향상된 시멘트 융설체를 제공하되, 소정 압축강도를 갖는 평판 패널 형태로 제작함으로써 콘크리트 도로에 적합한 압축강도로 제설에 사용할 수 있다.According to the present invention, using a nano-material, such as carbon nanotubes (CNT) to provide a cement thermal melt with improved thermal conductivity, it can be used for snow removal with a compressive strength suitable for concrete roads by manufacturing in the form of a flat panel having a predetermined compressive strength Can be.

본 발명에 따르면, 탄소나노튜브(CNT)와 시멘트 페이스트 배합을 통하여 발열체를 제작함으로써, 적은 전력으로 큰 열전도 효율을 나타낼 수 있고, 또한, 환경 유해성을 최소화하며, 시공 기간을 단축시킬 수 있다.According to the present invention, by producing a heating element through the carbon nanotube (CNT) and cement paste formulation, it is possible to exhibit a large heat conduction efficiency with a small power, and also to minimize environmental hazards and to shorten the construction period.

도 1은 종래의 기술에 따른 제설용 발열체의 설치 상태를 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 제설용 발열체의 설치 상태를 나타내는 평면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 도로용 탄소나노튜브를 이용한 시멘트 융설체의 배합을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 도로용 시멘트 융설체에 적합한 탄소나노튜브의 선정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 도로용 탄소나노튜브를 이용한 시멘트 융설체의 압축강도 및 휨강도의 측정 결과를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 도로용 탄소나노튜브를 이용한 시멘트 융설체가 평판 패널 형태로 제조된 것을 예시하는 도면이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 도로용 탄소나노튜브를 이용한 시멘트 융설체에서 CNT 함량이 낮은 경우의 열전도 특성을 예시하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 도로용 탄소나노튜브를 이용한 시멘트 융설체에서 CNT 함량이 적합한 경우의 열전도 특성을 예시하는 도면이다.
도 9a 및 도 9b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 도로용 탄소나노튜브를 이용한 시멘트 융설체에서 CNT 함량이 2.80%인 경우 및 3.20%인 경우의 열전도 특성을 예시하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 도로용 탄소나노튜브를 이용한 시멘트 융설체에서 전기소모량에 따른 발열곡선을 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 도로용 탄소나노튜브를 이용한 시멘트 융설체의 시공 방법을 나타내는 동작흐름도이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 도로용 탄소나노튜브를 이용한 시멘트 융설체에서 CNT 분말이 2.5% 배합된 공시체의 전자현미경 사진이다.1 is a perspective view showing an installation state of a snow removing heating element according to the prior art.
FIG. 2 is a plan view illustrating an installation state of a snow removing heating element illustrated in FIG. 1.
3 is a view showing the mixing of cement melt using the carbon nanotubes for concrete road according to an embodiment of the present invention.
4 is a view for explaining the selection of carbon nanotubes suitable for the cement snow melt for concrete road according to an embodiment of the present invention.
5A and 5B are diagrams showing the measurement results of the compressive strength and the flexural strength of the cement melt using the carbon nanotubes for concrete roads according to the embodiment of the present invention, respectively.
6 is a view illustrating that a cement melt using a carbon nanotube for concrete road according to an embodiment of the present invention is manufactured in the form of a flat panel.
7A and 7B are diagrams illustrating the thermal conductivity when the CNT content is low in the cement snow melt using carbon nanotubes for concrete road according to an embodiment of the present invention.
8 is a view illustrating the thermal conductivity when the CNT content is suitable in the cement melt using carbon nanotubes for concrete road according to an embodiment of the present invention.
9A and 9B are diagrams illustrating thermal conductivity when the CNT content is 2.80% and 3.20%, respectively, in the cement snow melt using the carbon nanotubes for concrete road according to the embodiment of the present invention.
10 is a view showing a heating curve according to the amount of electricity consumption in the cement melt using carbon nanotubes for concrete road according to an embodiment of the present invention.
11 is a flowchart illustrating a method of constructing a cement melt body using carbon nanotubes for concrete roads according to an embodiment of the present invention.
FIG. 12 is an electron micrograph of a specimen in which CNT powder is 2.5% blended in a cement snow melt using carbon nanotubes for concrete road according to an embodiment of the present invention.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and similar parts are denoted by like reference characters throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is said to "include" a certain component, it means that it can further include other components, without excluding other components unless specifically stated otherwise.

본 발명의 실시예로서, 전술한 종래 기술에 따른 열전도 효율성 및 환경적 유해성, 과다한 전력소모량 문제 등을 극복하기 위해서 최근 특별한 물성으로 각광받고 있는 나노재료인 탄소나노튜브(Carbon Nanotube)를 이용하여 열전도도가 향상된 시멘트 융설체가 제공된다.As an embodiment of the present invention, in order to overcome thermal conductivity efficiency, environmental hazards, excessive power consumption problems, and the like according to the prior art described above, thermal conductivity using carbon nanotubes, carbon nanotubes, which are recently spotlighted as special properties. An improved cement melt is provided.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 도로용 탄소나노튜브를 이용한 시멘트 융설체의 배합을 나타내는 도면이다.3 is a view showing the mixing of cement melt using the carbon nanotubes for concrete road according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 도로용 탄소나노튜브를 이용한 시멘트 융설체(100)는, 시멘트계 결합재(110), 배합수(120), 탄소나노튜브(130) 및 0.5~3wt%의 폴리카본산 계열의 감수제(140)를 포함하며, 여기서, 상기 시멘트계 결합재(100)를 100wt%로 하는 경우, 상기 배합수(120)는 40~50wt%, 상기 탄소나노튜브(130)는 1~3.5wt%, 및 폴리카본산 계열의 감수제(140)는 0.5~3wt% 함유된다.Referring to FIG. 3, the cement melt body 100 using the carbon nanotubes for concrete roads according to an embodiment of the present invention includes a cement-based binder 110, a blending water 120, a carbon nanotube 130, and 0.5 to. 3 wt% polycarboxylic acid-based water-reducing agent 140, wherein, when the cement-based binder 100 to 100wt%, the blended water 120 is 40 ~ 50wt%, the carbon nanotubes 130 Is 1 to 3.5 wt%, and the polycarboxylic acid-based water reducing agent 140 is contained 0.5 to 3 wt%.

시멘트계 결합재(110)는 콘크리트 페이스트로서 모재(Base Material)로 사용된다. 즉, 상기 시멘트계 결합재(110)는 소정의 압축강도 및 휨강도를 구현하도록 사용된다.Cement-based binder 110 is used as a base material (base material) as a concrete paste. That is, the cement-based binder 110 is used to implement a predetermined compressive strength and flexural strength.

탄소나노튜브(130)는 이중벽 구조로서 1~3.5wt%가 사용되지만, 발열 효과를 위해서는 2~3.2wt%가 사용되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 탄소나노튜브(130) 이중벽(Double Wall) 구조의 분말로서, 콘크리트 도로의 제설이나 제빙을 위해 전류 공급에 의해 발열하도록 상기 시멘트계 결합재 100wt%에 대하여 1~3.5wt%의 함량이 혼합된다.Carbon nanotubes 130 is used as a double-wall structure 1 ~ 3.5wt%, but it is preferable that 2 ~ 3.2wt% is used for the heating effect. That is, the carbon nanotube 130 is a double wall (Double Wall) powder, the content of 1 ~ 3.5wt% with respect to the cement-based binder 100wt% to generate heat by supplying current for the snow removal or ice making of the concrete road. .

이러한 탄소나노튜브(130)는 탄소 6개로 이루어진 육각형 모향이 서로 연결되어 관 모양을 이루고 있다. 이때, 상기 탄소나노튜브(130)의 관의 지름은 수~수십 나노미터에 불과하며, 이미 알려진 바와 같이, 기계적 강도가 매우 높고, 전기전도성, 열전도성 등이 우수하면서 강철보다 강하고 탄성률이 좋아 잘 휘어지는 성질을 지니고 있다. 또한, 이러한 탄소나노튜브(130)는 속이 비어있기 때문에 철보다 무게가 가볍고, 열전도도는 다이아몬드의 2배, 전기 전도도는 구리의 1,000배로 알려져 있다. 또한, 기존의 탄소섬유가 1%만 변형시켜도 끊어지는 반면에, 본 발명의 실시예에 따른 탄소나노튜브(130)는 15%가 변형되어도 견딜 수 있다고 알려져 있다.The carbon nanotubes 130 have a hexagonal mothership made of six carbons connected to each other to form a tubular shape. At this time, the diameter of the tube of the carbon nanotube 130 is only a few tens to several tens of nanometers, as is known, the mechanical strength is very high, excellent in electrical conductivity, thermal conductivity, etc. It has a tendency to bend. In addition, since the carbon nanotubes 130 are hollow, they are lighter in weight than iron, and thermal conductivity is twice that of diamond, and electrical conductivity is known as 1,000 times of copper. In addition, the carbon nanotube 130 according to the embodiment of the present invention is known to be able to withstand 15% of the deformation, while the existing carbon fiber is broken only by 1%.

구체적으로, 기존의 흑연을 포함한 탄소 범용소재와 본 발명의 실시예에 따른 탄소나노튜브(130)의 가장 큰 구조적 차이점은 장축비(소재의 길이를 소재의 직경으로 나눈 비)라 할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 탄소나노튜브(130)가 기존의 범용 카본 소재인 흑연 및 카본블랙 대비 월등히 높은 장축비를 보유하고 있다.Specifically, the largest structural difference between the carbon universal material including graphite and the carbon nanotube 130 according to the embodiment of the present invention may be referred to as a long axis ratio (ratio of the material length divided by the diameter of the material). That is, the carbon nanotube 130 according to the embodiment of the present invention has a much higher long-term ratio than graphite and carbon black, which are conventional general-purpose carbon materials.

한편, 통상적으로 모재에 첨가되는 필러(Filler)인 탄소나노튜브, 흑연 및 카본블랙이 소정의 전도성능이나 강도강화 성능을 발현하기 위해서는 이러한 필러소재 간에 네트워킹(Networking)이 형성되어야 하며, 이러한 필러 간에 좋은 네트워킹을 형성하기 위해서는 장축비가 작은 흑연 및 카본블랙보다는 장축비가 월등히 큰 탄소나노튜브가 절대적으로 유리하다. 즉, 장축비가 큰 탄소나노튜브는 적은 량의 함량으로도 우수한 전기전도성을 발현하며, 반면에 장축비가 작은 카본블랙은 탄소나노튜브에 비하면 훨씬 많은 량의 함량이 필요하다. 이러한 개념은 흑연에도 적용될 수 있으나, 탄소나노튜브가 발현하는 전도 성능을 발현하기 위해서는 탄소나노튜브의 함량보다 훨씬 많은 량의 흑연이 필요하게 된다.Meanwhile, in order for the carbon nanotubes, graphite, and carbon black, which are fillers added to the base material, to exhibit a predetermined conductivity or strength-reinforcement performance, networking should be formed between these filler materials. In order to form good networking, carbon nanotubes having a large long axis ratio are much more advantageous than graphite and carbon black having a small long axis ratio. That is, carbon nanotubes having a large long axis ratio exhibit excellent electrical conductivity even with a small amount, whereas carbon black having a small long axis ratio requires a much larger amount than carbon nanotubes. This concept can be applied to graphite, but much more graphite is required than the content of carbon nanotubes in order to express the conduction performance of carbon nanotubes.

전술한 탄소와 탄소나노튜브와의 차이점에 따라, 본 발명의 실시예에서는 탄소나노튜브(130)를 콘크리트 페이스트인 시멘트계 결합재(110)와 일정량의 배합수(120), 폴리카본산 계열의 감수제(140)를 이용하여 배합함으로서, 전술한 작업공정의 문제점 및 열전도 저하 문제점을 용이하게 해결할 수 있다.According to the difference between the carbon and the carbon nanotubes described above, in the embodiment of the present invention, the carbon nanotubes 130 are cement paste-based binders 110 of concrete paste, and a certain amount of compounded water 120, a polycarboxylic acid-based water reducing agent ( By blending using 140, it is possible to easily solve the problems of the above-described work process and the problem of lowering the heat conductivity.

다시 말하면, 모재인 시멘트계 결합재(110)에 탄소나노튜브(130)를 배합함으로써, 탄소나노튜브(130)의 주요 특성인 전기전도성과 네트워킹을 이용하여 소량의 전기만으로 저항열을 발생시킴으로써, 열전도가 용이하게 됨은 물론, 나노단위의 탄소나노튜브(130)가 시멘트계 결합재(110)의 공극을 메꿈으로써 일정 기준 이상의 강도를 확보할 수 있다.In other words, by blending the carbon nanotubes 130 to the cement-based binder 110 as a base material, heat resistance is generated by generating resistance heat with only a small amount of electricity using electrical conductivity and networking, which are the main characteristics of the carbon nanotubes 130. Of course, the nano-carbon nanotubes 130 can fill the pores of the cement-based binder 110, it is possible to ensure the strength of a predetermined standard or more.

폴리카본산 계열(Polycarboxilic)의 감수제(140)는 0.5~3wt%가 사용된다. 여기서, 상기 폴리카본산 계의 감수제(water-reducing agent)는 콘크리트의 워커빌리티(workability)의 개선을 주목적으로 하는 혼합제로서, 이를 사용하면 탄소계열 소재가 물을 흡수하는데서 기인한 배합수 과다문제를 해결할 수 있고, 내구성도 개선되는 경우가 많고, 강도까지 향상시킬 수 있다.The polycarboxylic acid-based (Polycarboxilic) water reducing agent 140 is used 0.5 ~ 3wt%. Here, the polycarboxylic acid-based water-reducing agent is a blending agent whose main purpose is to improve the workability of concrete, and solves the problem of excessive mixing due to the absorption of water by the carbon-based material. In many cases, durability is also improved, and strength can be improved.

후속적으로, 상기 시멘트계 결합재(110), 배합수(120), 탄소나노튜브(130) 및 폴리카본산 계열의 감수제(400)를 혼합한 후, 전류공급용 전선을 배치하여 함께 성형할 수 있다.Subsequently, the cement-based binder 110, the blended water 120, the carbon nanotubes 130 and the polycarboxylic acid-based water reducing agent 400 may be mixed and then molded together by arranging a current supply wire. .

본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 도로용 탄소나노튜브를 이용한 시멘트 융설체(100)는 탄소나노튜브(130)와 시멘트 페이스트(110) 배합을 통하여 제작되는 발열체로서, 종래의 기술과 비교하면, 적은 전력으로 큰 열전도 효율을 나타낼 수 있고,전기소모량을 절감시킬 수 있으며, 환경 유해성을 최소화시킬 수 있다.The cement melt body 100 using the carbon nanotubes for concrete roads according to the embodiment of the present invention is a heating element manufactured by mixing the carbon nanotubes 130 and the cement paste 110, and compared with the conventional technology, It can show great heat conduction efficiency with electric power, reduce electricity consumption, and minimize environmental hazards.

특히, 본 발명의 실시예에서 적용한 배합비를 이용하면 열전도에 유리한 범위의 비저항(0.63Ωcm~1Ωcm)을 확보할 수 있으며, 이때, 압축강도는 21MPa~35MPa, 휨강도는 4.5MPa~6MPa을 확보할 수 있다.In particular, by using the compounding ratio applied in the embodiment of the present invention it is possible to secure a specific resistance (0.63 Ωcm ~ 1 범위 cm) of the range favorable to thermal conductivity, wherein the compressive strength is 21MPa ~ 35MPa, the bending strength can secure 4.5MPa ~ 6MPa have.

한편, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 도로용 시멘트 융설체에 적합한 탄소나노튜브의 선정을 설명하기 위한 도면이다.On the other hand, Figure 4 is a view for explaining the selection of carbon nanotubes suitable for the cement snow melt for concrete road according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 도로용 시멘트 융설체에 적합한 탄소나노튜브는 압축강도 및 휨강도와 같은 물리적 특성을 만족해야 하고 체적 저항률 및 열전도도와 같은 전기적 특성을 만족해야 한다. 예를 들면, 도로에 사용되기 위해서는 21MPa 이상의 압축강도이어야 하고, 4.5MPa 이상의 휨강도를 가져야 한다.Carbon nanotubes suitable for cement snow melts for concrete roads according to embodiments of the present invention should satisfy physical properties such as compressive strength and flexural strength, and electrical properties such as volume resistivity and thermal conductivity. For example, in order to be used on roads, it must have a compressive strength of at least 21 MPa and a flexural strength of at least 4.5 MPa.

따라서 본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 도로용 시멘트 융설체에 적용하는데 다중벽 탄소나노튜브 분말이, 도 4에 도시된 바와 같이, 가장 적합한 것으로 알 수 있다. 여기서, 탄소나노튜브는 graphene sheet가 이음매 없이 말려 튜브 모양의 형상을 이루고 있는데, 이 튜브가 하나일 경우를 단일벽 탄소나노튜브(single walled carbon nanotube)라 하고, 2개 이상의 튜브가 말려 있을 경우를 다중벽 탄소나노튜브(multi-walled carbon nanotube)라 한다. Therefore, it can be seen that the multi-walled carbon nanotube powder, as shown in FIG. 4, is most suitable for application to the cement melt for concrete road according to the embodiment of the present invention. Here, the carbon nanotubes form a tube-like shape by seamlessly rolling a graphene sheet, and one tube is called a single walled carbon nanotube, and two or more tubes are rolled up. It is called multi-walled carbon nanotube.

구체적으로, 탄소나노튜브는 나노단위 소재이므로, 그 용도에 맞게 어떻게 작업하느냐에 따라 다양한 분류될 수 있다. 통상적으로, 업계에서는 탄소나노튜브의 종류는 통상 크게 단일벽 탄소나노튜브와 다중벽 탄소나노튜브로 분류한다. 또한, 이러한 탄소나노튜브가 나노단위이므로 비산성(흩날림) 문제 때문에 쉽게 핸들링하기가 어려워 단위 탄소나노튜브를 압축하여 일정 크기와 중량을 갖는 랩(Wrap) 타입의 탄소나노튜브를 제조하고 있다.Specifically, since carbon nanotubes are nano-unit materials, they can be classified into various types depending on how they work. In general, the types of carbon nanotubes in the industry are generally classified into single-walled carbon nanotubes and multi-walled carbon nanotubes. In addition, since such carbon nanotubes are nano-units, they are difficult to handle easily due to scattering (scattering) problems, thereby compressing unit carbon nanotubes to produce wrap-type carbon nanotubes having a predetermined size and weight.

하지만, 단일벽(Single Wall) 탄소나노튜브는 지나치게 고가이기 때문에 경제성 측면에서 채택하기 어렵다. 또한, 상기 랩(Wrap) 타입 탄소나노튜브의 경우, 서로 엉겨 붙는 성질이 있기 때문에 고르게 분산되는데 한계가 있고, 이에 따라 발열성능이 나오지도 않고, 또한 한쪽으로 몰려 있다 보니 강도 역시 원하는 성능이 나오지 않는다는 문제점이 있다.However, since single wall carbon nanotubes are too expensive, they are difficult to adopt in economic terms. In addition, in the case of the wrap type carbon nanotubes, they have a property of being entangled with each other, and thus, there is a limit to evenly dispersing them. There is a problem.

또한, 다중벽 나노튜브의 경우, 개질 처리하여 사용할 수 있는데, 그 개질 방법에 따라 초음파 처리, 산(Acid) 처리 방법 등이 있다. 이러한 개질 처리를 하는 이유는 탄소나노튜브가 지나치게 완전체이기 때문에 다른 작용기와 화학적 본딩(Bonding)을 이루는데 한계가 있기 때문이다.In addition, in the case of multi-walled nanotubes, it can be used by modifying the treatment, there is an ultrasonic treatment, acid treatment method and the like according to the modification method. The reason for this modification is that the carbon nanotubes are too complete and thus have limitations in chemical bonding with other functional groups.

이러한 방법으로 개질 처리한 탄소나노튜브로는 계면활성제로 처리하여 수계에 분산한 탄소나노튜브(전기적 특성별로 음이온, 양이온, 비이온으로 구분됨), 계면활성제로 처리하여 알콜계에 분산한 탄소나노튜브 및 산처리 수계 탄소나노튜브 등이 있다.Carbon nanotubes modified in this way are treated with surfactants and dispersed in water based carbon nanotubes (divided into anion, cation, and nonionics according to electrical characteristics), and carbon nanotubes dispersed in alcohol based treatment with surfactants. And acid treated aqueous carbon nanotubes.

그러나 상기 수계 탄소나노튜브의 경우, 계면활성제를 넣어 처리해야 하므로, 배합 실험시 거품 때문에 탄소나노튜브의 절대적인 양이 부족하게 되고, 강도 및 발열 성능이 떨어진다는 문제점이 있다. 또한, 상기 알콜계 탄소나노튜브의 경우, 28일이 경과하여도 공시체가 경화되지 않는다는 문제점이 있다.However, since the aqueous carbon nanotubes need to be treated with a surfactant, there is a problem in that an absolute amount of carbon nanotubes is insufficient due to the foam during the mixing experiment, and the strength and the exothermic performance are poor. In addition, in the case of the alcohol-based carbon nanotubes, there is a problem that the specimen is not cured even after 28 days.

따라서 본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 도로용 시멘트 융설체에 적합한 탄소나노튜브는 이중벽 구조의 탄소나노튜브 분말이 가장 적합한 것으로 밝혀졌다.Therefore, it was found that carbon nanotube powder having a double-wall structure is most suitable for carbon nanotubes suitable for cement snow melting in concrete according to an embodiment of the present invention.

한편, 도 5a 및 도 5b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 도로용 탄소나노튜브를 이용한 시멘트 융설체의 압축강도 및 휨강도의 측정 결과를 나타내는 도면이다.On the other hand, Figure 5a and Figure 5b is a view showing the results of the measurement of the compressive strength and flexural strength of the cement melt using the carbon nanotubes for concrete road according to an embodiment of the present invention, respectively.

본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 도로용 탄소나노튜브를 이용한 시멘트 융설체로서, 시멘트계 결합재 함량의 0.2~3.2wt%의 분말 탄소나노튜브가 함유되고, 4㎝ X 16㎝ X 4㎝의 크기를 갖고 28일 양생시킨 콘크리트 공시체에 대해 압축강도 및 휨강도실험이 수행되었다. 이러한 실험은 콘크리트 공시체가 가져야 하는 압축 및 휨강도가 탄소나노튜브를 첨가한 후, 어떻게 변화하는지 대하여 알아보기 위한 것이다. 먼저, 전술한 바와 같이, 도로에 사용되기 위해서는 21MPa 이상의 압축강도이어야 하고, 4.5MPa 이상의 휨강도를 가져야 한다.As a cement snow melt using carbon nanotubes for concrete roads according to an embodiment of the present invention, containing 0.2-3.2 wt% of powder-based carbon nanotubes of cement-based binder, having a size of 4 cm X 16 cm X 4 cm Compressive and flexural strength tests were performed on concrete specimens cured for 28 days. This experiment is to investigate how the compressive and flexural strengths of concrete specimens change after adding carbon nanotubes. First, as described above, in order to be used on the road, it must have a compressive strength of 21 MPa or more and have a flexural strength of 4.5 MPa or more.

구체적으로, 도 5a를 참조하면, 적색 선은 순수 시멘트 페이스트 압축강도를 나타내고, 청색 선은 탄소나노튜브를 첨가한 시멘트 페이스트의 압축강도를 나타낸다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 28일 양생한 탄소나노튜브 공시체의 압축강도는 분말 탄소나노튜브를 시멘트 페이스트 중량대비 0.2%를 첨가하였을 때, 가장 큰 강도를 나타내는 것을 알 수 있다. 또한, 0.2%를 초과하였을 때 압축강도는 점차 감소하며, 3.2%가 되었을 때는 시멘트 페이스트의 강도보다 약 38%가 감소하는 것을 알 수 있다. 하지만, 3.2% 첨가시의 압축강도는 약 21MPa를 나타내지만, 작업성이 떨어지기 때문에 3.2% 이상의 탄소나노튜브를 첨가하는 것은 바람직하지 않다.Specifically, referring to FIG. 5A, the red line represents the pure cement paste compressive strength, and the blue line represents the compressive strength of the cement paste to which carbon nanotubes are added. As shown in Figure 5a, it can be seen that the compressive strength of the 28-day curing carbon nanotube specimens exhibited the greatest strength when 0.2% of the weight of the cement paste is added to the powdered carbon nanotubes. In addition, the compressive strength is gradually reduced when it exceeds 0.2%, it can be seen that when the 3.2% is about 38% less than the strength of the cement paste. However, the compressive strength at the time of 3.2% addition is about 21 MPa, but since the workability is inferior, it is not preferable to add more than 3.2% of carbon nanotubes.

또한, 도 5b를 참조하면, 적색 선은 순수 시멘트 페이스트의 휨강도를 나타내고, 청색 선은 탄소나노튜브를 첨가한 시멘트 페이스트의 휨강도를 나타낸다. 도 5b에 도시된 바와 같이, 28일 양생한 탄소나노튜브 공시체의 휨강도는 분말 탄소나노튜브를 시멘트 페이스트 중량대비 0.2%~0.5를 첨가하였을 때, 가장 큰 강도를 나타낸다. 또한. 0.5%를 초과하였을 때는 점차 감소하며, 2.5%가 되었을 때4.5MPa가 되었다. 이때, 3.2% 첨가시의 휨강도는 약 3.5MPa로 4.5MPa보다 1MPa이 작은 것을 알 수 있다.5B, the red line represents the bending strength of the pure cement paste, and the blue line represents the bending strength of the cement paste to which carbon nanotubes are added. As shown in FIG. 5B, the flexural strength of the 28 days cured carbon nanotube specimen shows the greatest strength when 0.2% to 0.5% of the powdered carbon nanotubes are added to the cement paste weight. Also. When it exceeded 0.5%, it gradually decreased, and when it reached 2.5%, it became 4.5 MPa. At this time, it can be seen that the bending strength at the time of 3.2% addition is about 3.5 MPa, which is 1 MPa smaller than 4.5 MPa.

한편, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 도로용 탄소나노튜브를 이용한 시멘트 융설체가 평판 패널 형태로 제조된 것을 예시하는 도면이다.On the other hand, Figure 6 is a view illustrating that the cement melt using the carbon nanotubes for concrete road according to an embodiment of the present invention manufactured in the form of a flat panel.

본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 도로용 탄소나노튜브를 이용한 시멘트 융설체(100)는 전술한 바와 같이 시공을 용이하게 하면서 소정의 압축 강도 및 휨강도를 갖도록 평판 패널 형태로 제조된다.Cement snow melt 100 using a carbon nanotube for concrete road according to an embodiment of the present invention is manufactured in the form of a flat panel to have a predetermined compressive strength and flexural strength while facilitating construction as described above.

구체적으로, 시멘트 융설체(100)의 내부에는 전류 공급용 전선(200)이 미리 배치된 상태에서 성형되고, 상기 시멘트 융설체(100)를 감싸도록 절연층(300)이 형성된다. 또한, 소정의 압축강도 및 휨강도를 갖는 시멘트 융설체(100)가 평판 형태로 배치되기 때문에, 전술한 종래의 기술과 비교하면, 설치홈을 형성할 필요가 없고, 이에 따라 시공이 간편해진다.Specifically, the cement molten body 100 is molded in a state in which the current supply wire 200 is disposed in advance, and the insulating layer 300 is formed to surround the cement molten body 100. In addition, since the cement snow melt 100 having a predetermined compressive strength and bending strength is arranged in the form of a flat plate, compared with the conventional technology described above, it is not necessary to form an installation groove, thereby simplifying construction.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 도로용 탄소나노튜브를 이용한 시멘트 융설체에서, 탄소나노튜브 첨가에 따른 콘크리트 공시체의 온도변화를 알아보기 위한 실험이 수행되었다.On the other hand, in the cement snow melt using carbon nanotubes for concrete road according to an embodiment of the present invention, an experiment was carried out to determine the temperature change of the concrete specimen according to the addition of carbon nanotubes.

도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 도로용 탄소나노튜브를 이용한 시멘트 융설체에서 CNT 함량이 낮은 경우의 열전도 특성을 예시하는 도면이고, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 도로용 탄소나노튜브를 이용한 시멘트 융설체에서 CNT 함량이 적합한 경우의 열전도 특성을 예시하는 도면이며, 도 9a 및 도 9b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 도로용 탄소나노튜브를 이용한 시멘트 융설체에서 CNT 함량이 2.80%인 경우 및 3.20%인 경우의 열전도 특성을 예시하는 도면이다.7a and 7b is a view illustrating the thermal conductivity characteristics when the CNT content is low in the cement snow melt using carbon nanotubes for concrete road according to an embodiment of the present invention, Figure 8 is a concrete according to an embodiment of the present invention A diagram illustrating heat conduction characteristics when the CNT content is suitable in cement melt using road carbon nanotubes, and FIGS. 9A and 9B show cement melt using carbon nanotubes for concrete roads according to an embodiment of the present invention. Is a diagram illustrating the thermal conductivity when the CNT content is 2.80% and 3.20%.

먼저, 탄소나노튜브가 0~1.9wt% 첨가된 콘크리트 공시체의 경우, 통전할지라도 도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 온도의 변화가 거의 없다는 것을 알 수 있다.First, in the case of concrete specimens in which 0 to 1.9 wt% of carbon nanotubes are added, as shown in FIGS. 7A and 7B, even though the current is energized, there is little change in temperature.

또한, 탄소나노튜브가 2.0wt% 이상 첨가된 콘크리트 공시체의 경우, 통전시 와트수에 따라 온도의 변화가 발생하며, 도 8은 탄소나노튜브를 첨가한 퍼센트(%)와 통전 와트수(w)에 따른 분당 온도변화율의 최대값을 나타낸다.In addition, in the case of concrete specimens in which carbon nanotubes are added to 2.0 wt% or more, the temperature changes according to the wattage when energizing. FIG. 8 shows the percentage (%) and the wattage (w) of adding carbon nanotubes. The maximum value of the temperature change rate per minute according to.

또한, 도 8에서 효율이 가장 좋은 것으로 나타난 탄소나노튜브가 각각 2.8% 및 3.2% 첨가된 콘크리트 공시체에 대해서 30분 동안 1w~40w까지 통전하였을 때의 온도변화는 도 9a 및 도 9b에 도시된 바와 같다.In addition, the temperature change when the carbon nanotubes, which showed the best efficiency in FIG. 8, were energized from 1w to 40w for 30 minutes for the concrete specimens to which 2.8% and 3.2% were added, respectively, are shown in FIGS. 9a and 9b. same.

한편, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 도로용 탄소나노튜브를 이용한 시멘트 융설체에서 전기소모량에 따른 발열곡선을 나타내는 도면이다.On the other hand, Figure 10 is a view showing the heating curve according to the amount of electricity consumption in the cement melt using carbon nanotubes for concrete road according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 도로용 탄소나노튜브를 이용한 시멘트 융설체에서, 탄소나노튜브가 3.2% 첨가된 콘크리트 공시체의 경우, 도 10에 도시된 바와 같이, -7도의 시작온도에서 30분 동안 1~100w까지의 온도변화에 따라 6분 동안 78℃가 증가하고, 분당 15.8도가 증가하는 것을 알 수 있다.In the cement snow melt using carbon nanotubes for concrete roads according to an embodiment of the present invention, in the case of concrete specimens containing 3.2% of carbon nanotubes, as shown in FIG. 10, for 30 minutes at a start temperature of −7 degrees It can be seen that 78 ° C. increases for 6 minutes and 15.8 degrees per minute, depending on the temperature change from 1 to 100w.

한편, 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 도로용 탄소나노튜브를 이용한 시멘트 융설체의 시공 방법을 나타내는 동작흐름도이다.On the other hand, Figure 11 is a flow chart showing the construction method of the cement melt using carbon nanotubes for concrete road according to an embodiment of the present invention.

도 11을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 도로용 탄소나노튜브를 이용한 시멘트 융설체의 시공 방법은, 먼저, 50wt%의 시멘트계 결합재(110), 44~48.5wt%의 배합수(120), 1~3.5wt%의 탄소나노튜브(130) 및 0.5~3wt%의 폴리카본산 계열의 감수제(140)를 배합한다(S110).Referring to Figure 11, the construction method of cement melt using carbon nanotubes for concrete road according to an embodiment of the present invention, first, 50wt% cement-based binder 110, 44 ~ 48.5wt% compounding water 120 ), 1 to 3.5 wt% of carbon nanotubes 130 and 0.5 to 3 wt% of a polycarboxylic acid-based water reducing agent 140 are blended (S110).

다음으로, 전류공급용 전선을 배치한다(S120). 즉, 상기 시멘트계 결합재(110), 배합수(120), 탄소나노튜브(130) 및 폴리카본산 계열의 감수제(140)의 투입 전에 성형챔버 내부에 전류공급용 전선(200)을 먼저 배치함으로써, 경화된 시멘트 융설체(100)에 전류공급용 전선(200)이 매입된 구조로 성형이 이루어지게 한다.Next, the electric current supply wire is arranged (S120). That is, by first placing the current supply wire 200 inside the molding chamber before the cement-based binder 110, the mixing water 120, the carbon nanotubes 130 and the polycarboxylic acid-based water reducing agent 140, Molding is performed in a structure in which the electric current supply wire 200 is embedded in the hardened cement melt 100.

다음으로, 소정 압축강도, 예를 들면, 전술한 21MPa 이상의 압축강도를 갖는 평판 형태의 시멘트 융설체를 프리캐스트 제조한다(S130).Next, a precast cement snow melt having a predetermined compressive strength, for example, a compressive strength of 21 MPa or more described above, is precast.

다음으로, 콘크리트 도로, 예를 들면, 표층에 프리캐스트 시멘트 융설체를 배치하고, 콘크리트 도로를 시공한다(S140).Next, the precast cement snow melt is disposed on the concrete road, for example, the surface layer, and the concrete road is constructed (S140).

한편, 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 도로용 탄소나노튜브를 이용한 시멘트 융설체에서 CNT 분말이 2.5% 배합된 공시체의 전자현미경 사진이다.On the other hand, Figure 12 is an electron micrograph of the specimen in which 2.5% of the CNT powder is blended in the cement melt using carbon nanotubes for concrete road according to an embodiment of the present invention.

도 12의 a) 내지 g)에 도시된 바와 같이, 녹색으로 표현되어 있는 것들이 해당 원소(왼쪽부터 원이미지, C-탄소, O-산소, Mg-마그네슘, Al-알루미늄, Si-규소, Ca-칼슘)들의 분포를 확인할 수 있다. As shown in a) to g) of FIG. 12, those represented by green are represented by the corresponding elements (from left to original image, C-carbon, O-oxygen, Mg-magnesium, Al-aluminum, Si-silicon, Ca- Distribution of calcium) can be confirmed.

구체적으로, 회색으로 되어 있는 첫 번째 그림이 원이미지이고, 본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 도로용 탄소나노튜브를 이용한 시멘트 융설체에서, 시멘트가 첨가되기 때문에 Ca-칼슘과 Si-규소가 가장 많이 함유된 것을 알 수 있다.Specifically, the first picture which is gray is the original image, and in the cement melting body using the carbon nanotube for concrete road according to the embodiment of the present invention, Ca-calcium and Si-silicon are the most because cement is added. It can be seen that it contains.

또한, 도 12의 b)에 도시된 바와 같이, C-탄소(탄소나노튜브)는 고르게 분포되어 있음을 알 수 있고, 이러한 이유로 전기전도성에 의한 저항열이 발생하는 것을 알 수 있다.In addition, as shown in b) of Figure 12, it can be seen that the C-carbon (carbon nanotubes) are evenly distributed, for this reason it can be seen that the heat of resistance generated by the electrical conductivity.

결국, 본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 도로용 탄소나노튜브를 이용한 시멘트 융설체의 경우, 탄소나노튜브(CNT)와 같은 나노재료를 이용하여 열전도도가 향상된 시멘트 융설체를 제공하되, 소정 압축강도를 갖는 평판 패널 형태로 제작함으로써 콘크리트 도로에 적합한 압축강도로 제설 및 제빙에 사용할 수 있다.After all, in the case of cement snow melt using carbon nanotubes for concrete road according to an embodiment of the present invention, using a nano-material, such as carbon nanotubes (CNT) to provide a thermally improved cement snow melt, the predetermined compressive strength By manufacturing in the form of a flat panel having a compressive strength suitable for concrete road can be used for snow and ice making.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 도로용 탄소나노튜브를 이용한 시멘트 융설체의 경우, 탄소나노튜브(CNT)와 시멘트 페이스트 배합을 통하여 발열체를 제작함으로써, 적은 전력으로 큰 열전도 효율을 나타낼 수 있고, 또한, 환경 유해성을 최소화하며, 시공 기간을 단축시킬 수 있다.In addition, in the case of cement melt using the carbon nanotubes for concrete road according to an embodiment of the present invention, by producing a heating element through the carbon nanotubes (CNT) and cement paste, it can exhibit a large thermal conductivity efficiency with a small power In addition, it can minimize the environmental hazard and shorten the construction period.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 도로용 탄소나노튜브를 이용한 시멘트 융설체의 경우, 자동감지 온도센서와 결빙센서를 이용하여 기준으로 정한 일정온도가 감지되면, 자동으로 통전시키고 멜팅(Melting) 온도로 정한 임계값에 다다르면 자동으로 전원이 차단되는 시스템으로 구현될 수 있다.In addition, in the case of cement melted snow using carbon nanotubes for concrete road according to an embodiment of the present invention, when a predetermined temperature determined by the reference using an automatic sensing temperature sensor and an icing sensor is automatically sensed, electricity is applied and melting (Melting) It can be implemented as a system that automatically cuts off the power when the temperature threshold is reached.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The foregoing description of the present invention is intended for illustration, and it will be understood by those skilled in the art that the present invention may be easily modified in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. For example, each component described as a single entity may be distributed and implemented, and components described as being distributed may also be implemented in a combined form.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is shown by the following claims rather than the above description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention. do.

100: 시멘트 융설체
110: 시멘트계 결합재(모재)
120: 결합수
130: 탄소나노튜브
140: 폴리카본산 계열 감수제100: cement melt
110: cement-based binder (base material)
120: binding water
130: carbon nanotube
140: polycarboxylic acid series water reducing agent

Claims (10)

콘크리트 도로용 탄소나노튜브를 이용한 시멘트 융설체에 있어서,
시멘트계 결합재;
상기 시멘트계 결합재 100wt%에 대하여 40~50wt%의 함량이 혼합되는 배합수;
콘크리트 도로의 제설이나 제빙을 위해 전류 공급에 의해 발열하도록 상기 시멘트계 결합재 100wt%에 대하여 1~3.5wt%의 함량이 혼합되는 이중벽(Double Wall) 구조의 분말인 탄소나노튜브(Carbon Nanotube); 및
상기 시멘트계 결합재 100wt%에 대하여 0.5~3wt%의 함량이 혼합되는 폴리카본산 계열의 감수제
를 포함하되,
상기 시멘트 융설체는 콘크리트 도로에 적합하도록 소정의 압축강도 및 휨강도를 갖는 평판 패널 형태로 제조되며, 상기 시멘트계 결합재, 상기 배합수, 상기 탄소나노튜브 및 상기 폴리카본산 계열의 감수제를 혼합한 후, 전류공급용 전선을 배치하여 함께 성형하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브가 함유된 콘크리트 도로용 시멘트 융설체.In cement snow melt using carbon nanotubes for concrete roads,
Cement-based binders;
Blending water in an amount of 40 to 50 wt% based on 100 wt% of the cement-based binder;
Carbon nanotubes, which are powders of a double wall structure, in which a content of 1 to 3.5 wt% is mixed with respect to 100 wt% of the cement-based binder to generate heat by supplying current for snow removal or ice making of a concrete road; And
A polycarboxylic acid-based water reducing agent in which a content of 0.5 to 3 wt% is mixed with respect to 100 wt% of the cement binder.
, ≪ / RTI &
The cement melt is prepared in the form of a flat panel having a predetermined compressive strength and flexural strength to be suitable for the concrete road, and after mixing the cement-based binder, the blending water, the carbon nanotubes and the polycarboxylic acid-based water reducing agent, Cement snow melt for concrete roads containing carbon nanotubes, characterized in that the current supply wires are placed and molded together. 제1항에 있어서,
상기 탄소나노튜브는 2~3.2wt% 혼합시 발열 효과가 최대가 되는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브가 함유된 콘크리트 도로용 시멘트 융설체.The method of claim 1,
The carbon nanotubes are cement melting snow for concrete road containing carbon nanotubes, characterized in that the heat generation effect is maximized when mixing 2 ~ 3.2 wt%. 제1항에 있어서,
상기 시멘트계 결합재는 상기 시멘트 융설체의 모재(Base Material) 역할을 하는 콘크리트 페이스트인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브가 함유된 콘크리트 도로용 시멘트 융설체.The method of claim 1,
The cement-based binder is a cement snow melt for a concrete road containing carbon nanotubes, characterized in that the concrete paste serves as a base material of the cement melt. 제1항에 있어서,
상기 시멘트 융설체는 21MPa 이상의 압축강도 및 4.5MPa 이상의 휨강도를 갖는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브가 함유된 콘크리트 도로용 시멘트 융설체.The method of claim 1,
The cement snow melt is a cement snow melt for roads containing carbon nanotubes, characterized in that the compressive strength of 21MPa or more and the flexural strength of 4.5MPa or more. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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