KR102644576B1 - Multifunctional Cement Mortar Composition and the Fabrication Method of Cement Composites Combined with Carbon Fiber - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다기능성 시멘트 모르타르 조성물 및 탄소섬유와 복합화된 시멘트 복합체에 관한 것으로, 본 발명에 따른 다기능성 시멘트 모르타르 조성물은 물, 시멘트, 골재 및 다봉 길이 분포를 갖는 탄소섬유를 포함한다. 다기능성 시멘트 모르타르 조성물이 길이가 서로 상이한 2종 이상의 탄소섬유를 포함함으로써, 다기능성 시멘트 모르타르 조성물로부터 제조된 시멘트 복합체가 보다 낮은 탄소섬유 함량에서 우수한 전기전도도를 나타낼 수 있으며, 이와 함께 향상된 기계적 물성을 가질 수 있다. The present invention relates to a multifunctional cement mortar composition and a cement composite composited with carbon fibers. The multifunctional cement mortar composition according to the present invention contains water, cement, aggregate and carbon fibers with a multimodal length distribution. Since the multifunctional cement mortar composition contains two or more types of carbon fibers of different lengths, the cement composite manufactured from the multifunctional cement mortar composition can exhibit excellent electrical conductivity at a lower carbon fiber content and has improved mechanical properties along with it. You can have it.

Description

다기능성 시멘트 모르타르 조성물 및 탄소섬유와 복합화된 시멘트 복합체의 제조방법{Multifunctional Cement Mortar Composition and the Fabrication Method of Cement Composites Combined with Carbon Fiber}{Multifunctional Cement Mortar Composition and the Fabrication Method of Cement Composites Combined with Carbon Fiber}

본 발명은 다기능성 시멘트 모르타르 조성물 및 이를 이용한 탄소섬유와 복합화된 시멘트 복합체의 제조방법에 관한 것으로, 상세하게, 우수한 도전성을 가지며, 향상된 기계적 물성을 갖는 탄소섬유와 복합화된 시멘트 복합체를 제조할 수 있는 다기능성 시멘트 모르타르 조성물에 관한 것이다. The present invention relates to a multifunctional cement mortar composition and a method of manufacturing a cement composite composited with carbon fiber using the same. In detail, it is possible to manufacture a cement composite composited with carbon fiber having excellent conductivity and improved mechanical properties. It relates to a multifunctional cement mortar composition.

오늘날 시장이 요구하는 다기능성 섬유보강 시멘트 모르타르(fiber-reinforced cement mortar, FRCM)의 개발을 위해 역학적 성능뿐만 아니라 전기적 특성에 대한 연구가 다양한 측면에서 수행되고 있다. 일반적으로 전기가 통하지 못하게 되는 부도체의 전기적 특성을 갖고 있는 시멘트 모르타르에 전도성 섬유를 혼입하여 전기전도성을 부여하게 되면 FRCM의 응용분야를 다방면으로 확대할 수 있으며, 새로운 수요의 창출도 가능할 것으로 기대된다. To develop the multifunctional fiber-reinforced cement mortar (FRCM) required by today's market, research is being conducted on not only mechanical performance but also electrical properties in various aspects. If electrical conductivity is given by mixing conductive fibers into cement mortar, which has the electrical characteristics of a non-conductor that generally cannot conduct electricity, the application fields of FRCM can be expanded to various fields and it is expected that new demand will be created.

탄소섬유를 이용하는 전기적 특성을 부여하는 경우, 탄소섬유의 높은 전기전도성, 열전도성, 내열성, 불연성 및 부식에 대한 저항성 등의 우수한 특성에 의해, 도로교량 상판, 주차장, 보도, 진입로 및 공항 활주로의 오버레이 제설시스템, 콘크리트 구조물의 철근 보강재의 음극보호 시스템, 스마트 구조물의 구조건전성 모니터링 시스템, 자체감지, 정전기 방지재료 및 전자파 차폐재료 등과 같은 다양한 응용 분야에 활용될 수 있다. When providing electrical properties using carbon fiber, the excellent properties of carbon fiber such as high electrical conductivity, thermal conductivity, heat resistance, non-flammability and resistance to corrosion can be used to overlay road bridge decks, parking lots, sidewalks, access roads and airport runways. It can be used in various application fields such as snow removal systems, cathodic protection systems for steel reinforcement in concrete structures, structural health monitoring systems for smart structures, self-sensing, anti-static materials, and electromagnetic wave shielding materials.

그러나, 알려진 바와 같이, 탄소섬유는 소수성의 특성을 가져 시멘트, 잔골재 및 물을 기본 물질로 하는 시멘트 모르타르와 혼합시 뭉침 현상이 발생하기 쉬워, 시멘트 복합체의 전기전도성이 확보되는 대신 기계적 물성이 악화될 위험이 있다. However, as is known, carbon fiber has hydrophobic properties and is prone to agglomeration when mixed with cement, fine aggregate, and water-based cement mortar, which may deteriorate the mechanical properties of the cement composite instead of ensuring the electrical conductivity of the cement composite. There is a risk.

대한민국 등록특허 제10-2160910호Republic of Korea Patent No. 10-2160910

본 발명의 목적은 통전성을 갖는 시멘트 복합체를 제조할 수 있는 시멘트 모르타르 조성물을 제공하는 것이다. The object of the present invention is to provide a cement mortar composition capable of producing a cement composite having electrical conductivity.

본 발명의 다른 목적은 전기적 특성과 기계적 물성이 동시 향상될 수 있는 시멘트 모르타르 조성물을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a cement mortar composition that can simultaneously improve electrical properties and mechanical properties.

본 발명의 또 다른 목적은 보다 소량의 전도성 성분으로, 안정적으로 통전성이 확보될 수 있는 시멘트 모르타르 조성물을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a cement mortar composition that can stably ensure electrical conductivity with a smaller amount of conductive components.

본 발명에 따른 다기능성 시멘트 모르타르 조성물은 물, 시멘트, 골재 및 다봉 길이 분포를 갖는 탄소섬유를 포함한다.The multifunctional cement mortar composition according to the present invention includes water, cement, aggregate, and carbon fibers with a multimodal length distribution.

일 구체예에 따른 다기능성 시멘트 모르타르 조성물에 있어, 상기 다봉 길이 분포에서, 피크의 중심 크기를 기준으로, 가장 작은 중심 크기에 해당하는 제1탄소섬유의 평균 길이(L1)를 가장 큰 중심 크기에 해당하는 제2탄소섬유의 평균 길이(L2)로 나눈 길이비(L1/L2)는 0.1 내지 0.3일 수 있다.In the multifunctional cement mortar composition according to one embodiment, in the multimodal length distribution, based on the center size of the peak, the average length (L1) of the first carbon fiber corresponding to the smallest center size is divided into the largest center size. The length ratio (L1/L2) divided by the average length (L2) of the corresponding second carbon fiber may be 0.1 to 0.3.

일 구체예에 따른 다기능성 시멘트 모르타르 조성물에 있어, 가장 작은 중심 크기를 갖는 피크에 속하는 제1탄소섬유 : 상기 가장 큰 중심 크기를 갖는 피크에 속하는 제2탄소섬유의 부피비는 1 : 0.1 내지 0.7일 수 있다.In the multifunctional cement mortar composition according to one embodiment, the volume ratio of the first carbon fibers belonging to the peak with the smallest center size to the second carbon fibers belonging to the peak with the largest center size is 1:0.1 to 0.7. You can.

일 구체예에 따른 다기능성 시멘트 모르타르 조성물에 있어, 상기 시멘트 모르타르 조성물은 제1탄소섬유 및 제2탄소섬유를 포함하는 탄소섬유를 0.2 내지 0.5 부피% 함유할 수 있다.In the multifunctional cement mortar composition according to one embodiment, the cement mortar composition may contain 0.2 to 0.5% by volume of carbon fibers including first carbon fibers and second carbon fibers.

일 구체예에 따른 다기능성 시멘트 모르타르 조성물에 있어, 상기 제2탄소섬유는 친수성으로 표면개질된 탄소섬유일 수 있다.In the multifunctional cement mortar composition according to one embodiment, the second carbon fiber may be a hydrophilic surface-modified carbon fiber.

일 구체예에 따른 다기능성 시멘트 모르타르 조성물에 있어, 상기 제2탄소섬유는 그 표면에 유리 입자가 결착된 탄소섬유일 수 있다. In the multifunctional cement mortar composition according to one embodiment, the second carbon fiber may be a carbon fiber with glass particles bound to its surface.

일 구체예에 따른 다기능성 시멘트 모르타르 조성물에 있어, 유리는 산화칼슘-알루미나-실리카계 유리일 수 있다.In the multifunctional cement mortar composition according to one embodiment, the glass may be calcium oxide-alumina-silica based glass.

일 구체예에 따른 다기능성 시멘트 모르타르 조성물에 있어, 상기 탄소섬유는, 상기 다봉 길이 분포에서 피크의 중심 크기를 기준으로, 상기 제1탄소섬유의 평균 길이(L1)와 상기 제2탄소섬유의 평균 길이(L2) 사이에 피크의 중심이 위치하는 제3탄소섬유를 포함할 수 있다. In the multifunctional cement mortar composition according to one embodiment, the carbon fibers have an average length (L1) of the first carbon fibers and an average of the second carbon fibers, based on the center size of the peak in the multimodal length distribution. It may include a third carbon fiber whose center of the peak is located between the lengths (L2).

일 구체예에 따른 다기능성 시멘트 모르타르 조성물에 있어 제3탄소섬유의 평균 길이(L3)를 상기 제2탄소섬유의 평균 길이(L2)로 나눈 길이비(L3/L2)는 0.4 내지 0.6일 수 있다.In the multifunctional cement mortar composition according to one embodiment, the length ratio (L3/L2) obtained by dividing the average length (L3) of the third carbon fiber by the average length (L2) of the second carbon fiber may be 0.4 to 0.6. .

본 발명은 상술한 다기능성 시멘트 모르타르 조성물로부터 제조된 탄소섬유와 복합화된 시멘트 복합체를 포함한다.The present invention includes a cement composite composited with carbon fibers prepared from the above-described multifunctional cement mortar composition.

본 발명에 따른 다기능성 시멘트 모르타르 조성물은 탄소섬유에 의해 우수한 통전성을 가지면서도, 휨 강도와 압축 강도가 모두 향상된 우수한 기계적 물성을 갖는 특징이 있다.The multifunctional cement mortar composition according to the present invention has excellent electrical conductivity due to carbon fiber and has excellent mechanical properties with improved bending strength and compressive strength.

도 1은 비교예에서 제조된 시멘트 공시체의 비저항을 측정 도시한 도면이며,
도 2는 실시예를 통해 제조된 시멘트 복합체의 상대적 비저항을 측정 도시한 도면이며,
도 3은 실시예를 통해 제조된 시멘트 복합체의 상대적 압축 강도를 측정 도시한 도면이며,
도 4는 실시예를 통해 제조된 시멘트 복합체의 상대적 휨 강도를 측정 도시한 도면이다.Figure 1 is a diagram illustrating the specific resistance of a cement specimen manufactured in a comparative example;
Figure 2 is a diagram showing the relative resistivity of the cement composite manufactured through Examples,
Figure 3 is a diagram showing the relative compressive strength of the cement composite manufactured through Examples,
Figure 4 is a diagram showing the relative bending strength of the cement composite manufactured through Examples.

이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 다기능성 시멘트 모르타르 조성물을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 이하 제시되는 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다. 이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다. Hereinafter, the multifunctional cement mortar composition of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. The drawings introduced below are provided as examples so that the idea of the present invention can be sufficiently conveyed to those skilled in the art. Accordingly, the present invention is not limited to the drawings presented below and may be embodied in other forms, and the drawings presented below may be exaggerated to clarify the spirit of the present invention. At this time, if there is no other definition in the technical and scientific terms used, they have the meaning commonly understood by those skilled in the art to which this invention pertains, and the gist of the present invention is summarized in the following description and attached drawings. Descriptions of known functions and configurations that may be unnecessarily obscure are omitted.

또한 명세서 및 첨부된 특허청구범위에서 사용되는 단수 형태는 문맥에서 특별한 지시가 없는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 의도할 수 있다. Additionally, as used in the specification and the appended claims, the singular forms “a,” “an,” and “the” are intended to also include the plural forms, unless the context clearly dictates otherwise.

본 명세서 및 첨부된 특허청구범위에서 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용된다. In this specification and the appended claims, terms such as first and second are used not in a limiting sense but for the purpose of distinguishing one component from another component.

본 명세서 및 첨부된 특허청구범위에서 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 특별히 한정하지 않는 한, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다. In this specification and the appended claims, terms such as include or have mean the presence of features or components described in the specification, and, unless specifically limited, one or more other features or components are added. This does not mean that the possibility of this happening is ruled out in advance.

본 명세서 및 첨부된 특허청구범위에서, 막(층), 영역, 구성 요소 등의 부분이 다른 부분 위에 또는 상에 있다고 할 때, 다른 부분과 접하여 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 막(층), 다른 영역, 다른 구성 요소 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다. In this specification and the appended claims, when a part of a film (layer), region, component, etc. is said to be on or on another part, it is not only the case where it is directly on top of the other part, but also when it is in contact with another part (another film (layer)) in between. This also includes cases where layers, other areas, and other components are interposed.

본 출원인은 탄소섬유 기반 다기능성 시멘트 복합체(탄소섬유와 복합화된 시멘트 복합체)의 기계적 물성을 향상시키기 위해 장기간 심도 깊고 다양한 연구를 수행한 결과, 탄소섬유간 퍼콜레이션이 발생하는 최소 탄소 섬유 함량 범위(약 0.4~0.8vol%)에서 탄소 섬유의 길이가 짧을 때 압축 강도에는 유리하나, 탄소 섬유 첨가에 의한 압축 강도의 열화는 피할 수 없음을 확인하였으며, 탄소섬유의 길이가 길 때 휨 강도에 보다 유리함을 확인하였다. As a result of conducting long-term, in-depth and diverse research to improve the mechanical properties of carbon fiber-based multifunctional cement composites (cement composites composited with carbon fibers), the applicant found that the minimum carbon fiber content range at which percolation between carbon fibers occurs ( At about 0.4 to 0.8 vol%), it is advantageous for compressive strength when the length of carbon fiber is short, but it was confirmed that deterioration of compressive strength due to the addition of carbon fiber is unavoidable, and when the length of carbon fiber is long, it is more advantageous for bending strength. was confirmed.

이러한 확인을 기반으로, 탄소 섬유에 의한 안정적인 통전성을 확보하며, 압축 강도와 휨 강도를 모두 개선시키고자 하는 연구를 심화한 결과, 탄소 섬유의 길이 분포를 제어하는 경우, 낮은 탄소 섬유 함량에서 전기적 특성과 및 기계적 특성을 모두 향상시킬 수 있음을 확인하였다. 나아가, 길이가 긴 탄소 섬유의 분산성과 매트릭스(시멘트)와의 결착성이 기계적 물성에 큰 영향을 미침을 확인하였으며, 길이가 긴 탄소 섬유의 표면 개질과 유리와의 복합화를 통해 기계적 물성이 현저하게 개선됨을 확인하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다. Based on this confirmation, we conducted in-depth research to ensure stable conduction by carbon fiber and improve both compressive and flexural strength. As a result, when controlling the length distribution of carbon fiber, electrical properties were improved at low carbon fiber content. It was confirmed that both mechanical and mechanical properties can be improved. Furthermore, it was confirmed that the dispersibility of long carbon fibers and their adhesion to the matrix (cement) have a significant impact on mechanical properties, and the mechanical properties were significantly improved through surface modification of long carbon fibers and composite with glass. was confirmed and the present invention was completed.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 다기능성 모르타르 조성물은 물, 시멘트, 골재 및 다봉 길이 분포를 갖는 탄소섬유를 포함한다. 이때, 다봉 길이 분포는 탄소섬유의 길이를 기준한 길이 분포이다. As described above, the multifunctional mortar composition according to the present invention includes water, cement, aggregate, and carbon fibers with a multimodal length distribution. At this time, the multimodal length distribution is a length distribution based on the length of the carbon fiber.

구체적으로, 쌍봉 길이 분포를 갖는 탄소섬유는, 탄소섬유가 제1평균 크기를 갖는 탄소섬유(군)과 제2평균 크기를 갖는 탄소섬유(군)을 함유함을 의미하는 것이다. 다른 구체예로, 삼봉 길이 분포를 갖는 탄소섬유는, 탄소섬유가 제1평균 크기를 갖는 탄소섬유(군), 제2평균 크기를 갖는 탄소섬유(군) 및 제3평균 크기를 갖는 탄소섬유(군)을 포함함을 의미하는 것이다. 이때, 제1평균 크기, 제2평균 크기 및 제3평균 크기는 서로 상이함은 물론이다. Specifically, carbon fiber having a bimodal length distribution means that the carbon fiber contains a carbon fiber (group) having a first average size and a carbon fiber (group) having a second average size. In another embodiment, carbon fibers having a trimodal length distribution include carbon fibers (group) having a first average size, carbon fibers (group) having a second average size, and carbon fibers (group) having a third average size ( This means that it includes the group. At this time, it goes without saying that the first average size, second average size, and third average size are different from each other.

본 발명에 따른 다기능성 모르타르 조성물은 물, 시멘트 및 골재와 함께, 다봉 길이 분포를 갖는 탄소섬유를 함유함으로써, 보다 소량의 탄소섬유로 안정적이며 우수한 통전성을 갖는 시멘트 복합체(탄소섬유와 복합화된 시멘트 복합체)가 제조될 수 있다. 또한, 다기능성 모르타르 조성물이 다봉 길이 분포를 갖는 탄소섬유를 함유함으로써 탄소섬유에 의한 기계적 물성 저하를 억제할 수 있다. The multifunctional mortar composition according to the present invention contains carbon fibers with a multimodal length distribution along with water, cement, and aggregate, so that the cement composite (cement composite composite with carbon fibers) is stable and has excellent electrical conductivity with a smaller amount of carbon fibers. ) can be manufactured. In addition, by containing carbon fibers with a multimodal length distribution, the multifunctional mortar composition can suppress degradation of mechanical properties caused by carbon fibers.

상술한 바와 같이, 다기능성 모르타르 조성물은 적어도, 탄소섬유에 의해 통전성을 갖는 시멘트 복합체(다기능성 모르타르 조성물이 양생재령되어 얻어지는 복합체)를 제조할 수 있는 모르타르 조성물이다. As described above, the multifunctional mortar composition is a mortar composition that can produce at least a cement composite (a composite obtained by curing and aging the multifunctional mortar composition) having electrical conductivity using carbon fiber.

전도성인 탄소섬유간의 접촉에 의해 일 지점에서 다른 임의의 일 지점까지 전도성 경로가 형성되기 위해서는, 즉, 탄소섬유의 네트워크에 의해 전도성 경로가 형성되기 위해서는, 탄소섬유의 길이가 일정 길이 이상으로 긴 것이 좋고, 시멘트 복합체의 매트릭스 내 뭉침과 얽힘등에 의한 탄소섬유의 불균일한 분포를 방지하기 위해서는 탄소섬유의 길이가 과도하게 길지 않은 것이 좋다. In order for a conductive path to be formed from one point to another arbitrary point by contact between conductive carbon fibers, that is, to form a conductive path by a network of carbon fibers, the length of the carbon fibers must be longer than a certain length. In order to prevent uneven distribution of carbon fibers due to agglomeration and entanglement within the matrix of the cement composite, it is better that the length of the carbon fibers is not excessively long.

이러한 측면에서, 다봉의 길이 분포를 갖는 탄소섬유는 그 길이가 0.5mm 내지 30mm 범위에 속하는 것이 좋고, 보다 좋게는 1mm 내지 20mm의 범위에 속하는 것이 좋다. 길이 분포로 달리 상술하면, 탄소섬유의 길이 분포에서, 모든 봉의 중심이 0.5mm 내지 30mm 범위에 속하는 것이 좋고, 1mm 내지 20mm의 범위에 속하는 것이 보다 좋다.In this respect, the carbon fiber having a multimodal length distribution preferably has a length in the range of 0.5 mm to 30 mm, and more preferably in the range of 1 mm to 20 mm. Stated differently in terms of length distribution, in the length distribution of carbon fiber, it is better for the centers of all rods to fall in the range of 0.5 mm to 30 mm, and more preferably in the range of 1 mm to 20 mm.

또한, 다기능성 모르타르 조성물은 다봉 길이 분포를 갖는 탄소섬유를 0.2 내지 0.8 부피% 범위로 소량 함유하는 것이 좋다. 이때, 부피%는 다기능성 모르타르 조성물 전체 부피에서 탄소섬유가 차지하는 부피 %를 의미하는 것이다. In addition, the multifunctional mortar composition preferably contains a small amount of carbon fibers with a multimodal length distribution in the range of 0.2 to 0.8% by volume. At this time, volume % refers to the volume % occupied by carbon fiber in the total volume of the multifunctional mortar composition.

0.2 내지 0.8 부피%의 탄소섬유 함량은, 시멘트 복합체에서 탄소섬유의 네트워크가 형성될 수 있으면서, 탄소섬유의 소수성에 의해 발생하는 뭉침 현상이나 탄소섬유와 매트릭스인 시멘트 사이 존재할 수 있는 미세 공극에 의한 물성 저하를 최소화할 수 있는 함량이다. The carbon fiber content of 0.2 to 0.8% by volume allows a network of carbon fibers to be formed in the cement composite, and the physical properties due to the agglomeration phenomenon caused by the hydrophobicity of the carbon fibers or the micropores that may exist between the carbon fibers and the cement matrix. This is the content that can minimize degradation.

유리한 일 예에서, 탄소섬유의 다봉 길이 분포에서, 피크의 중심 크기를 기준으로, 가장 작은 중심 크기에 해당하는 제1탄소섬유의 평균 길이(L1)를 가장 큰 중심 크기에 해당하는 제2탄소섬유의 평균 길이(L2)로 나눈 길이비(L1/L2)는 0.1 내지 0.3일 수 있다. In an advantageous example, in a multimodal length distribution of carbon fibers, based on the central size of the peak, the average length (L1) of the first carbon fiber corresponding to the smallest central size is divided by the average length (L1) of the second carbon fiber corresponding to the largest central size. The length ratio (L1/L2) divided by the average length (L2) may be 0.1 to 0.3.

길이비(L1/L2)가 0.1 내지 0.3인 제1탄소섬유와 제2탄소섬유에 의해, 보다 소량의 탄소섬유로, 시멘트 복합체에 안정적인 전지전도성을 부여할 수 있으며, 나아가, 탄소섬유와의 복합화에 의한 기계적 물성 저하를 최소화할 수 있다. 상세하게, 제1탄소섬유는 시멘트 복합체의 기계적 물성, 특히 압축 강도 저하를 억제하며 탄소섬유간의 접촉에 의해 전도성 경로를 형성할 수 있으며, 상대적으로 장섬유인 제2탄소섬유는 제1탄소섬유의 네트워크를 보완하여 시멘트 복합체 전체적으로 보다 안정적인 네트워크를 형성하고, 시멘트 복합체에서 탄소섬유간의 접촉에 의한 저항 성분을 낮춰 시멘트 복합체의 전기적 특성을 향상시킬 수 있다. 실질적인 일 예로, 제2탄소섬유의 평균 길이(L2)는 10 내지 30mm, 보다 실질적으로 10 내지 20mm, 보다 더 실질적으로 10 내지 15mm 수준일 수 있다. 실험적으로, 탄소섬유의 길이(길이 분포)는 주사전자현미경과 같은 이미지 관찰을 통해, 500개 이상의 탄소섬유를 측정하여 수득될 수 있다. By using the first carbon fiber and the second carbon fiber with a length ratio (L1/L2) of 0.1 to 0.3, a smaller amount of carbon fiber can provide stable battery conductivity to the cement composite, and further, it can be composited with carbon fiber. Deterioration of mechanical properties can be minimized. In detail, the first carbon fiber suppresses the decline in the mechanical properties of the cement composite, especially the compressive strength, and can form a conductive path through contact between the carbon fibers, and the second carbon fiber, which is a relatively long fiber, is a component of the first carbon fiber. By supplementing the network, a more stable network can be formed as a whole of the cement composite, and the electrical properties of the cement composite can be improved by lowering the resistance component due to contact between carbon fibers in the cement composite. As a practical example, the average length (L2) of the second carbon fiber may be 10 to 30 mm, more substantially 10 to 20 mm, or even more substantially 10 to 15 mm. Experimentally, the length (length distribution) of carbon fibers can be obtained by measuring more than 500 carbon fibers through image observation such as a scanning electron microscope.

탄소섬유의 다봉 길이 분포에서, 피크의 중심 크기를 기준으로, 가장 작은 중심 크기를 갖는 피크에 속하는 제1탄소섬유 : 가장 큰 중심 크기를 갖는 피크에 속하는 제2탄소섬유의 부피비는 1 : 0.1 내지 0.7, 보다 구체적으로 1 : 0.3 내지 0.7, 보다 더 구체적으로 1 : 0.4 내지 0.7일 수 있다. 이러한 제1탄소섬유와 제2탄소섬유간의 부피비는 보다 소량의 탄소섬유로 시멘트 복합체에 탄소섬유 네트워크를 형성할 수 있는 비율이며, 전기적 특성을 향상시키고, 기계적 물성 저하를 최소화할 수 있는 함량이다. In the multimodal length distribution of carbon fibers, based on the center size of the peak, the volume ratio of the first carbon fiber belonging to the peak with the smallest center size: the second carbon fiber belonging to the peak with the largest center size is 1:0.1 to 1:0.1. It may be 0.7, more specifically 1:0.3 to 0.7, and even more specifically 1:0.4 to 0.7. This volume ratio between the first carbon fiber and the second carbon fiber is a ratio that can form a carbon fiber network in the cement composite with a smaller amount of carbon fiber, improves electrical properties, and minimizes deterioration of mechanical properties.

실질적인 일 예로, 시멘트 모르타르 조성물이 0.2 내지 0.5부피%, 구체적으로 0.2 내지 0.4부피%, 보다 구체적으로 0.2 내지 0.3부피%에 불과한 탄소섬유를 함유하여도, 시멘트 복합체가 우수한 전기전도성을 나타낼 수 있다. As a practical example, even if the cement mortar composition contains only 0.2 to 0.5% by volume of carbon fiber, specifically 0.2 to 0.4% by volume, and more specifically 0.2 to 0.3% by volume, the cement composite can exhibit excellent electrical conductivity.

탄소섬유는 그 표면에 유리 입자가 결착된 것일 수 있다. 탄소섬유 표면에 결착된 유리 입자에 의해, 제2탄소섬유와 시멘트 매트릭스가 강하게 결합될 수 있다. 유리 입자는 탄소섬유에 직접적으로 결착된 상태일 수 있으며, 구체적으로 용융 결착된 상태일 수 있다.Carbon fiber may have glass particles bound to its surface. The second carbon fiber and the cement matrix can be strongly bonded by the glass particles bound to the surface of the carbon fiber. The glass particles may be directly bonded to the carbon fiber, or specifically, may be in a melt bonded state.

유리한 일 예에서, 유리 입자는 산화칼슘-알루미나-실리카계 유리(CAS계 유리)일 수 있다. 상세하게, CAS계 유리는 30 내지 60몰%의 CaO, 20 내지 60몰%의 SiO2 및 5 내지 20몰%의 Al2O3를 함유하는 유리일 수 있다. CAS계 유리는, 종래 CAS계 유리에서 물성 제어를 위해 통상적으로 사용하는 Na2O나 Bi2O3등과 같은 첨가제를 1 내지 5몰% 수준으로 더 함유할 수 있다. CAS계 유리는 시멘트와 유사한 성분과 유사한 조성을 가져, 탄소섬유를 CAS계 유리로 수식함으로써 시멘트 복합체의 기계적 물성을 크게 향상시킬 수 있다. 유리 입자의 평균 크기(직경)은 수 마이크로미터 수준, 구체적으로 1 내지 8μm, 보다 구체적으로 2 내지 6μm 수준일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. In one advantageous example, the glass particles may be calcium oxide-alumina-silica based glasses (CAS based glasses). In detail, the CAS-based glass may be a glass containing 30 to 60 mol% of CaO, 20 to 60 mol% of SiO 2 and 5 to 20 mol% of Al 2 O 3 . CAS-based glass may further contain additives such as Na 2 O or Bi 2 O 3 , which are commonly used to control physical properties in conventional CAS-based glass, at a level of 1 to 5 mol%. CAS-based glass has a composition similar to that of cement, so the mechanical properties of cement composites can be greatly improved by modifying carbon fiber with CAS-based glass. The average size (diameter) of the glass particles may be several micrometers, specifically 1 to 8 μm, and more specifically 2 to 6 μm, but is not necessarily limited thereto.

유리한 일 예에서, 다봉 길이 분포를 갖는 탄소섬유 중, 가장 큰 중심 크기를 갖는 피크에 속하는 제2탄소섬유, 즉, 탄소섬유들 중 가장 긴 길이를 갖는 제2탄소섬유의 표면에 유리 입자가 결착될 수 있다. In an advantageous example, the glass particles are bound to the surface of the second carbon fiber belonging to the peak with the largest central size among the carbon fibers having a multimodal length distribution, that is, the second carbon fiber having the longest length among the carbon fibers. It can be.

상대적으로 가장 장섬유인 제2탄소섬유에 선택적으로 유리 입자가 결착됨으로써, 시멘트 복합체의 전기적 특성 저하를 최소화하며 압축강도와 휨 강도 모두를 크게 향상시킬 수 있다. By selectively binding glass particles to the second carbon fiber, which is the relatively longest fiber, the decrease in the electrical properties of the cement composite can be minimized and both compressive strength and bending strength can be greatly improved.

유리 입자가 결착된 제2탄소섬유에서, 탄소섬유 : 유리 입자의 중량비는 1 : 0.05 내지 0.4, 구체적으로 0.1 내지 0.3 수준일 수 있다. 탄소섬유에 너무 다량의 유리 입자가 결착되는 경우 제2탄소섬유간 및 제1탄소섬유와 제2탄소섬유간 원활한 접촉(전기적 통전을 가능하게 하는 접촉)이 어려워질 위험이 있으며, 너무 소량의 유리 입자가 결착되는 경우 유리 입자에 의한 매트릭스와의 결착력 강화 효과가 미미할 수 있다. In the second carbon fiber to which glass particles are bound, the weight ratio of carbon fiber to glass particles may be 1:0.05 to 0.4, specifically 0.1 to 0.3. If too many glass particles adhere to the carbon fibers, there is a risk that smooth contact (contact that enables electrical conduction) between the second carbon fibers and between the first carbon fibers and the second carbon fibers will become difficult, and too little glass When particles are bound, the effect of strengthening the binding force with the matrix by the glass particles may be minimal.

유리한 일 예에서, 유리 입자가 결착되는 제2탄소섬유는 친수성으로 표면개질된 탄소섬유일 수 있다. 즉, 유리 입자는 표면 개질된 제2탄소섬유의 표면에 결착된 상태일 수 있다. 표면개질은, 아임계 내지 초임계 처리, 산소 플라즈마 처리, 산처리등 탄소섬유의 친수화 방법으로 알려진 통상적인 방법으로 수행되면 무방하다. 알려진 바와 같이, 이러한 친수화 처리에 의해 탄소섬유의 표면에 히드록시기, 카복시기, 카보닐기, 에테르기 등과 같은 함산소 작용기들이 형성되며 탄소섬유의 표면이 개질될 수 있다. In an advantageous example, the second carbon fiber to which the glass particles are bound may be a hydrophilic surface-modified carbon fiber. That is, the glass particles may be bound to the surface of the surface-modified second carbon fiber. Surface modification may be performed by conventional methods known as hydrophilization methods for carbon fiber, such as subcritical or supercritical treatment, oxygen plasma treatment, and acid treatment. As is known, oxygen-containing functional groups such as hydroxy groups, carboxyl groups, carbonyl groups, and ether groups are formed on the surface of carbon fibers through this hydrophilic treatment, and the surface of the carbon fibers can be modified.

제2탄소섬유가 표면개질됨으로써, 유리 입자가 탄소섬유에 강하게 결착될 수 있으며, 이러한 강한 결착력에 의해 모르타르 조성물 혼합과정에서 결착된 유리 입자가 손상되는 경우에도 제2탄소섬유 표면에 유리 성분이 풍부하게 잔류하며, 목적하는 결착력 강화 효과를 얻을 수 있어 유리하다.As the surface of the second carbon fiber is modified, the glass particles can be strongly bound to the carbon fiber. Due to this strong binding force, even if the bound glass particles are damaged during the mixing process of the mortar composition, the surface of the second carbon fiber is rich in glass components. It is advantageous because it remains in place and achieves the desired effect of strengthening cohesion.

제2탄소섬유에 의해 장범위에서 안정적인 탄소섬유 네트워크 형성이 담보될 수 있다. 그러나, 함산소 작용기를 갖도록 표면개질되고 절연성인 유리 입자가 결착되며, 시멘트 복합체의 전기적 특성이 열화될 수 있는데, 이를 방지하기 위해, 탄소섬유는 제1탄소섬유의 평균 길이를 초과하고, 제2탄소섬유의 평균길이 이하의 평균 길이를 갖는 제3탄소섬유를 더 함유할 수 있다. The formation of a stable carbon fiber network over a long range can be ensured by the second carbon fiber. However, the surface-modified and insulating glass particles with oxygen-containing functional groups are bound, and the electrical properties of the cement composite may deteriorate. To prevent this, the carbon fibers exceed the average length of the first carbon fibers, and the second carbon fibers It may further contain third carbon fibers having an average length equal to or less than the average length of carbon fibers.

상세하게, 탄소섬유는, 다봉 길이 분포에서 피크의 중심 크기를 기준으로, 상기 제1탄소섬유의 평균 길이(L1)와 상기 제2탄소섬유의 평균 길이(L2) 사이에 피크의 중심이 위치하는 제3탄소섬유를 더 포함할 수 있다. In detail, the carbon fiber has the center of the peak located between the average length (L1) of the first carbon fiber and the average length (L2) of the second carbon fiber, based on the central size of the peak in the multimodal length distribution. It may further include tertiary carbon fiber.

제3탄소섬유에 의해, 제2탄소섬유의 표면 개질과 유리 입자 결착에 의한 전기적 특성 저하가 방지될 수 있다.By using the third carbon fiber, surface modification of the second carbon fiber and deterioration of electrical properties due to glass particle adhesion can be prevented.

구체적으로, 제3탄소섬유의 평균 길이(L3)를 제2탄소섬유의 평균 길이(L2)로 나눈 길이비(L3/L2)는 0.4 내지 0.6일 수 있다. 이러한 제3탄소섬유의 평균 길이는, 제2탄소섬유와 함께 장범위 탄소섬유 네트워크 형성에 유리하며, 이와 함께 제1탄소섬유보다 긴 제3턴소섬유의 추가에 의해, 기계적 물성의 열화, 특히 압축 강도의 열화를 억제할 수 있는 크기이다.Specifically, the length ratio (L3/L2) obtained by dividing the average length (L3) of the third carbon fiber by the average length (L2) of the second carbon fiber may be 0.4 to 0.6. The average length of the third carbon fiber is advantageous for forming a long-range carbon fiber network together with the second carbon fiber, and the addition of the third turn fibre, which is longer than the first carbon fiber, deteriorates mechanical properties, especially compression. It is a size that can suppress deterioration in strength.

상세하게, 제2탄소섬유와 실질적으로 유사하거나 제2탄소섬유보다 장섬유의 제3탄소섬유를 사용하는 경우, 전기적 특성이 효과적으로 개선되지 않을 위험이 있을 뿐만 아니라, 시멘트 복합체의 기계적 물성 또한 제3탄소섬유에 의해 열화되기 쉽다. 상술한 바와 같이, 제3탄소섬유는 제2탄소섬유보다 단섬유인 것이 좋고, 특히 길이비(L3/L2)가 0.4 내지 0.6, 구체적으로 0.45 내지 0.55 수준인 것이 좋다.In detail, when using tertiary carbon fibers that are substantially similar to the 2nd carbon fibers or are longer than the 2nd carbon fibers, not only there is a risk that the electrical properties will not be effectively improved, but the mechanical properties of the cement composite are also similar to those of the 3rd carbon fibers. Easily deteriorated by carbon fiber. As described above, it is better for the third carbon fiber to be a single fiber than the second carbon fiber, and in particular, the length ratio (L3/L2) is preferably at the level of 0.4 to 0.6, specifically 0.45 to 0.55.

탄소섬유가 제3탄소섬유를 더 포함하는 경우, 다기능성 모르타르 조성물에서 (제1탄소섬유가 차지하는 부피%와 제3탄소섬유가 차지하는 부피%의 합) : 제2탄소섬유가 차지하는 부피%간의 부피비가 1 : 0.1 내지 0.7, 보다 구체적으로 1 : 0.3 내지 0.7, 보다 더 구체적으로 1 : 0.4 내지 0.7을 만족하는 것이 좋다.When the carbon fibers further include tertiary carbon fibers, in the multifunctional mortar composition (the sum of the volume % occupied by the first carbon fibers and the volume % occupied by the tertiary carbon fibers): the volume ratio between the volume % occupied by the second carbon fibers It is better to satisfy 1:0.1 to 0.7, more specifically 1:0.3 to 0.7, and even more specifically 1:0.4 to 0.7.

또한, 탄소섬유가, 제3탄소섬유를 더 포함하는 경우, 다기능성 모르타르 조성물은 제2탄소섬유의 함량은 유지하되, 제1탄소섬유의 함량 또한 유지한 상태로 제3탄소섬유가 더 도입되거나, 제3탄소섬유의 함량만큼 감해진 함량으로 제1탄소섬유를 함유할 수 있다. 유리한 일 예로, 제3탄소섬유에 의한 기계적 물성 저하를 방지하는 측면에서, 제3탄소섬유의 함량만큼 감해진 함량으로 제1탄소섬유를 함유하는 것이 좋다. 이때, 제1탄소섬유가 차지하는 부피% : 제3탄소섬유가 차지하는 부피%의 부피비는 1 : 0.2 내지 0.4, 구체적으로 1 : 0.25 내지 0.35일 수 있다. In addition, when the carbon fiber further includes third carbon fiber, the multifunctional mortar composition maintains the content of the second carbon fiber, and the third carbon fiber is further introduced while maintaining the content of the first carbon fiber. , it may contain first carbon fiber in a content reduced by the content of third carbon fiber. As an advantageous example, in terms of preventing deterioration of mechanical properties due to the third carbon fiber, it is better to contain the first carbon fiber in a content reduced by the content of the third carbon fiber. At this time, the volume ratio of the volume % occupied by the first carbon fiber: the volume % occupied by the third carbon fiber may be 1:0.2 to 0.4, specifically 1:0.25 to 0.35.

일 구체예에서, 탄소 섬유는 탄소섬유(Carbon Fiber, CF)는 적어도 92% 이상의 탄소원소로 이루어진 섬유를 의미할 수 있으며, 제조 방법 및 원료에 따라 폴리아크릴로나이트릴(Polyacrylonitrile, PAN)계 탄소섬유, 피치계 탄소섬유 및 레이온계 탄소섬유등으로 대별할 수 있다. 탄소 섬유의 직경은 수 μm 내지 수십 μm 수준일 수 있으며, 구체적으로 1 내지 15μm, 보다 구체적으로 5 내지 10μm 수준일 수 있다. In one embodiment, carbon fiber (CF) may refer to a fiber composed of at least 92% carbon element, and depending on the manufacturing method and raw materials, it may be polyacrylonitrile (PAN)-based carbon. It can be roughly divided into fiber, pitch-based carbon fiber, and rayon-based carbon fiber. The diameter of the carbon fiber may be several μm to several tens of μm, specifically 1 to 15 μm, and more specifically 5 to 10 μm.

일 구체예에서, 시멘트는 기경성 시멘트, 수경성 시멘트, 특수 시멘트, 포트랜드 시멘트, 혼합 시멘트등 건축, 토목 분야에 통상적으로 사용되는 시멘트이면 족하다. In one embodiment, the cement may be any cement commonly used in the construction and civil engineering fields, such as air-hardening cement, hydraulic cement, special cement, Portland cement, and mixed cement.

일 구체예에서, 골재는 잔골재, 굵은 골재 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 잔골재는 콘크리트나 모르타르 등의 건축, 토목 분야에서 잔골재로 사용되는 다양한 것들이 사용될 수 있으며, 구체적 종류의 예로 모래 등을 들 수 있다. 잔골재의 비중은 크게 제한되는 것은 아니며, 일 예로 2.5 내지 3.5일 수 있다. 굵은 골재는 콘크리트나 모르타르 등의 건축, 토목 분야에서 굵은 골재로 사용되는 다양한 것들이 사용될 수 있으며, 구체적 종류의 예로 자갈 등을 들 수 있다. 굵은 골재의 비중은 크게 제한되는 것은 아니며, 일 예로 2.5 내지 3.5일 수 있다.In one embodiment, the aggregate may include fine aggregate, coarse aggregate, or mixtures thereof. Fine aggregates can be various types of fine aggregates used in the construction and civil engineering fields, such as concrete and mortar, and examples of specific types include sand. The specific gravity of the fine aggregate is not greatly limited and, for example, may be 2.5 to 3.5. Coarse aggregates can be a variety of materials used as coarse aggregates in the construction and civil engineering fields, such as concrete and mortar, and examples of specific types include gravel. The specific gravity of the coarse aggregate is not greatly limited and, for example, may be 2.5 to 3.5.

일 구체예에서, 시멘트 모르타르 조성물은, 필요시, 종래 콘크리트나 시멘트 또는 모르타르에 통상적으로 사용되는 혼화제를 더 함유할 수 있다. 혼화제의 예로 공기연행제(AE제), 감수제, AE감수제, 발포제 등을 들 수 있으나, 이외에 공지된 다양한 종류의 혼화제가 사용될 수 있으며, 이에 본 발명이 제한되지 않음은 물론이다. In one embodiment, the cement mortar composition may, if necessary, further contain admixtures commonly used in conventional concrete, cement or mortar. Examples of admixtures include air entraining agents (AE agents), water reducing agents, AE water reducing agents, foaming agents, etc. However, various types of known admixtures may be used, and of course, the present invention is not limited thereto.

일 구체예에 따른 시멘트 모르타르 조성물에서, 시멘트, 잔골재 및 물의 조성비는 크게 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 물 100 중량부에 대하여 시멘트 50 내지 800 중량부 및 잔골재 10 내지 1,000 중량부를 포함할 수 있으며, 구체적으로 물 100 중량부에 대하여 시멘트 100 내지 400 중량부 및 잔골재 30 내지 200 중량부를 포함할 수 있다. 혼화재의 함량은 크게 제한되는 것은 아니나, 물 100 중량부 기준 0.1 내지 20 중량부, 구체적으로 0.5 내지 10 중량부일 수 있다. 굵은 골재의 함량은 물 100 중량부에 대하여 10 내지 1,000 중량부, 구체적으로 100 내 600 중량부를 들 수 있다. 하지만 이는 구체적인 일 예로서 설명된 것일 뿐, 시멘트 모르타르 조성물의 구체 용도를 고려하여, 물 대비 시멘트, 골재(잔골재, 굵은 골재)의 상대적 함량이 적절하게 조절될 수 있음은 물론이다.In the cement mortar composition according to one embodiment, the composition ratio of cement, fine aggregate, and water is not greatly limited, but may include, for example, 50 to 800 parts by weight of cement and 10 to 1,000 parts by weight of fine aggregate per 100 parts by weight of water, Specifically, it may include 100 to 400 parts by weight of cement and 30 to 200 parts by weight of fine aggregate based on 100 parts by weight of water. The content of the admixture is not greatly limited, but may be 0.1 to 20 parts by weight, specifically 0.5 to 10 parts by weight, based on 100 parts by weight of water. The content of coarse aggregate may be 10 to 1,000 parts by weight, specifically 100 to 600 parts by weight, based on 100 parts by weight of water. However, this is only explained as a specific example, and considering the specific use of the cement mortar composition, the relative contents of cement and aggregate (fine aggregate, coarse aggregate) compared to water can of course be appropriately adjusted.

일 구체예에서, 시멘트 모르타르 조성물은 골재와 탄소섬유를 건식혼합하여 제1혼합물을 제조하는 단계, 제1혼합물에 시멘트와 물, 그리고, 필요시 혼화제를 투입 및 혼합하여 시멘트 모르타르 조성물을 제조하는 단계를 통해 제조될 수 있다. 이때, 제1혼합물 제조 단계 전, 탄소섬유 중 가장 긴 장섬유인 제2탄소섬유를 표면개질하는 단계 및 표면 개질된 제2탄소섬유에 유리 입자를 결착시키는 단계가 수행될 수 있다. In one embodiment, the cement mortar composition includes the steps of dry mixing aggregate and carbon fiber to prepare a first mixture, adding and mixing cement, water, and, if necessary, an admixture to the first mixture to prepare a cement mortar composition. It can be manufactured through . At this time, before the first mixture manufacturing step, a step of surface modifying the second carbon fiber, which is the longest long fiber among carbon fibers, and a step of binding glass particles to the surface modified second carbon fiber may be performed.

탄소 섬유의 표면 개질은 아임계 내지 초임계 처리, 산소 플라즈마 처리, 산처리등에 의해 수행될 수 있으며, 실질적인 예로, 30 내지 80중량%의 강산 수용액에 탄소섬유를 50 내지 90℃의 온도로 5 내지 24시간 처리하는 산처리에 의해 수행될 수 있다. 이때, 강산은 질산, 황산, 염산 또는 이들의 혼합산등일 수 있다. 산처리 후 회수된 제2탄소섬유는 증류수등을 통해 세척하는 단계가 더 수행될 수 있음은 물론이다.Surface modification of carbon fiber can be performed by subcritical to supercritical treatment, oxygen plasma treatment, acid treatment, etc. As a practical example, carbon fiber is dissolved in a 30 to 80% by weight aqueous solution of strong acid at a temperature of 50 to 90°C for 5 to 50 degrees Celsius. It can be performed by acid treatment for 24 hours. At this time, the strong acid may be nitric acid, sulfuric acid, hydrochloric acid, or a mixed acid thereof. Of course, the second carbon fiber recovered after acid treatment can be further washed with distilled water.

유리 입자의 결착은 표면 개질된 제2탄소섬유 상에 유리 입자를 도포한 후, 유리전이 온도(Tg, ℃) 이상의 온도, 구체적으로 Tg + 50℃ 내지 Tg + 200℃의 온도에서 약 1 내지 10분간 가열하여 수행될 수 있다. 유리 입자는 스프레이 도포등을 통해 수행될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The adhesion of the glass particles is performed after applying the glass particles on the surface-modified second carbon fiber, at a temperature above the glass transition temperature (T g, ℃), specifically at a temperature of Tg + 50 ℃ to Tg + 200 ℃, about 1 to 200 ℃. This can be done by heating for 10 minutes. Glass particles may be applied through spray application, etc., but are not limited thereto.

본 발명은 상술한 시멘트 모르타르 조성물을 이용하여 제조되는 시멘트 복합체(탄소섬유와 복합화된 시멘트 복합체)를 포함한다. 시멘트 복합체는 상술한 시멘트 모르타르 조성물을 목적하는 형태로 채워 다진 후 적절한 조건 하에 양생시켜 제조될 수 있다. 시멘트 모르타르 조성물의 양생 조건은 본 기술분야에서 널리 공지된 사항이므로 공지문헌을 참고하면 무방하다.The present invention includes a cement composite (cement composite composited with carbon fiber) manufactured using the cement mortar composition described above. The cement composite can be manufactured by filling and compacting the above-described cement mortar composition into the desired shape and then curing it under appropriate conditions. Curing conditions for cement mortar compositions are widely known in the technical field, so it is okay to refer to public literature.

본 발명에 따른 시멘트 복합체는 다봉 길이 분포를 갖는 탄소섬유를 포함하며, 재령 28일 기준, 1000Ω·cm 이하의 비저항(ρ)을 가지며, 시멘트 복합체와 동일한 조성을 갖되, 탄소섬유와 혼화제를 함유하지 않는 기준체(reference)의 압축 강도를 초과하는 압축 강도와 기준체의 휨 강도(중앙점 재하법에 의한 휨 강도)를 초과하는 휨 강도를 갖는다. The cement composite according to the present invention contains carbon fibers with a multimodal length distribution, has a specific resistance (ρ) of 1000Ω·cm or less at 28 days of age, has the same composition as the cement composite, but does not contain carbon fibers and admixtures. It has a compressive strength that exceeds the compressive strength of the reference and a bending strength that exceeds the bending strength of the reference (bending strength by center point loading method).

구체적으로, 시멘트 복합체는 600Ω·cm 이하의 비저항(ρ)을 가지며, 기준체의 압축 강도 대비 1.1배 이상, 구체적으로 1.15배 이상의 압축 강도를 가지고, 기준체의 휨 강도 대비 1.05배 이상, 구체적으로 1.1배 이상의 휨 강도를 가질 수 있다. 여기서 압축강도 및 휨강도의 상한 값과 비저항의 하한값은 제한되지 않으나, 실질적으로, 압축강도 및 휨강도의 상한 값은 기준체 압축 강도의 1.3배 이하, 기준체 휨 강도의 1.3배일 수 있으며, 비저항의 하한값은 200Ω·cm 이상일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 이때, 압축강도 또는 상기 휨강도는 KS L ISO 679 규정에 의하여 측정된 것일 수 있다.Specifically, the cement composite has a specific resistance (ρ) of 600Ω·cm or less, a compressive strength of 1.1 times or more, specifically 1.15 times or more, compared to the compressive strength of the reference body, and 1.05 times or more of the bending strength of the reference body, specifically. It can have a bending strength of 1.1 times or more. Here, the upper limit value of compressive strength and bending strength and the lower limit value of resistivity are not limited, but in practice, the upper limit value of compressive strength and bending strength may be 1.3 times or less of the compressive strength of the reference body and 1.3 times the bending strength of the reference body, and the lower limit value of the resistivity may be 200Ω·cm or more, but is not limited thereto. At this time, the compressive strength or the bending strength may be measured according to KS L ISO 679 regulations.

시멘트 모르타르 조성물의 제조Preparation of cement mortar compositions

하기의 표 1에 따른 탄소섬유를 함유하도록 시멘트 모르타르 조성물을 제조하였다. 재료의 혼합은 KS L 5109의 시험규정에 따라 약 4.73 L 용량의 소형 호바트(horbat)형 혼합기를 사용하여 수행되었다. 먼저 혼합기에 표준사와 탄소 섬유를 투입하여 건식 혼합한 후, 보통포틀랜드시멘트(OPC)와 물(배합수) 및 혼화제(SP)를 투입 및 혼합하였다. OPC : 표준사 : 배합수(물)의 질량비는 1 : 0.2 : 0.45였고, 혼화제는 OPC 질량의 0.5%에 해당하는 양이 첨가되었다. 혼화제로 폴리카르복실산계 고성능 AE감수제(Air entraining and water reducing agent, Flowmix 3000E)를 사용하였으며, 잔골재로 KS L ISO 679에서 규정하는 98 중량% 이상의 이산화규소(SiO2)를 함유하고 크기가 ≥2mm인 표준사(강릉시 주문진읍 향호리산 표준사)를 사용하였다. A cement mortar composition was prepared to contain carbon fiber according to Table 1 below. Mixing of the materials was performed using a small Horbat type mixer with a capacity of approximately 4.73 L in accordance with the test regulations of KS L 5109. First, standard sand and carbon fiber were added to the mixer and mixed dry, then ordinary Portland cement (OPC), water (mixing water), and admixture (SP) were added and mixed. The mass ratio of OPC: standard sand: mixing water (water) was 1:0.2:0.45, and the admixture was added in an amount equivalent to 0.5% of the OPC mass. A polycarboxylic acid-based high-performance AE water reducing agent (Air entraining and water reducing agent, Flowmix 3000E) was used as an admixture, and the fine aggregate contained more than 98% by weight of silicon dioxide (SiO 2 ) as specified in KS L ISO 679 and had a size of ≥2mm. Standard yarn (standard yarn from Hyanghorisan, Jumunjin-eup, Gangneung-si) was used.

(표 1)(Table 1)

표 1에서 CF는 탄소섬유를 의미하며, 탄소 섬유의 함량(vol%)은 상온 및 상압에서 모르타르 조성물 전체부피 기준 탄소섬유가 차지하는 부피를 의미한다. 탄소 섬유는 전기저항이 1.6×10-3 Ω·㎝이고 인장강도와 탄성계수가 각각 4,900 MPa와 230 GPa이며, 탄소함량이 92% 이상인 아크릴계나이트(polyacrylonnitrile, PAN)계 탄소섬유(섬유 직경 약 7μm)였다.In Table 1, CF refers to carbon fiber, and the content of carbon fiber (vol%) refers to the volume occupied by carbon fiber based on the total volume of the mortar composition at room temperature and pressure. Carbon fiber has an electrical resistance of 1.6 ) was.

표 1의 탄소섬유(CF)에서, CF1의 평균 길이는 3mm였고, CF2의 평균 길이는 12mm, CF3의 평균 길이는 6mm였다. 표 1에서 CF0는 표면처리되지 않은 제조직후 상태(as-fabricated)의 탄소섬유를, CF#는 표면처리되지 않은 탄소섬유(CF2)에 CAS계 유리 입자를 부착한 탄소 섬유를, CF##는 탄소섬유(CF20)를 산처리한 후 CAS 유리 입자를 부착한 탄소 섬유를 의미한다. In the carbon fibers (CF) in Table 1, the average length of CF1 was 3mm, the average length of CF2 was 12mm, and the average length of CF3 was 6mm. In Table 1, CF 0 represents carbon fiber in an as-fabricated state without surface treatment, CF # represents carbon fiber with CAS-based glass particles attached to carbon fiber without surface treatment (CF2), and CF ## refers to carbon fiber to which CAS glass particles are attached after carbon fiber (CF2 0 ) is treated with acid.

산처리는 70℃의 60wt% 질산 수용액에 탄소섬유(CF20)를 10시간 동안 담근 후, 탄소섬유를 회수하고, 증류수로 세정한 후, 110℃ 오븐에서 밤새 건조하여 수행되었다. CAS계 유리 분말로 40몰% CaO, 50몰% SiO2 및 10몰%의 Al2O3로 이루어진 유리 분말(평균 크기 약 4μm)을 사용하였다. 산처리된 탄소섬유 또는 산처리되지 않은 탄소섬유를 세라믹 플레이트 위에 도포한 후, 탄소섬유 : 유리 분말의 질량비가 1 : 0.3이 되도록 유리 분말 분산액을 탄소섬유에 스프레이 도포하였다. 이후, 유리 분말이 도포된 탄소섬유를 아르곤 분위기 하 유리 분말의 유리전이온도(Tg)를 기준으로 Tg+150℃ 온도에서 5분간 열처리하여, 유리 분말이 결착된 탄소섬유를 제조하였다. Acid treatment was performed by immersing carbon fibers (CF2 0 ) in a 60 wt% nitric acid aqueous solution at 70°C for 10 hours, recovering the carbon fibers, washing them with distilled water, and drying them in an oven at 110°C overnight. As the CAS-based glass powder, glass powder (average size of about 4 μm) consisting of 40 mol% CaO, 50 mol% SiO 2 and 10 mol% Al 2 O 3 was used. After acid-treated carbon fiber or non-acid treated carbon fiber was applied on a ceramic plate, the glass powder dispersion was spray-applied on the carbon fiber so that the mass ratio of carbon fiber to glass powder was 1:0.3. Thereafter, the carbon fiber to which the glass powder was applied was heat treated in an argon atmosphere at a temperature of Tg+150°C for 5 minutes based on the glass transition temperature (Tg) of the glass powder, thereby producing carbon fiber to which the glass powder was bound.

시멘트 모르타르 조성물 제조시, 탄소섬유를 함유하지 않는 비교예 1의 경우에는 혼화제를 첨가하지 않았다. When manufacturing the cement mortar composition, in the case of Comparative Example 1, which did not contain carbon fiber, no admixture was added.

시멘트 복합체의 제조Manufacturing of cement composites

40mm×40mm×160mm의 내부 공간을 갖는 금형 몰드에 제조된 시멘트 모르타르 조성물을 채우고 고무망치로 충분히 타설한 후, 진동 테이블을 사용하여 약 3분 동안 약하게 진동시켜 진동 다짐하였다. 이후, 24 시간 동안 플라스틱 시트로 덮어 수분의 급격한 증발이 억제되도록 한 후, 몰드를 탈형하였다. 이후, 23℃의 온도 및 60±5%의 상대습도를 유지하는 항온항습 조건에서 재령 28일 동안 양생을 실시하여 시멘트 복합체를 제조하였다.A mold with an internal space of 40 mm Afterwards, the mold was demolded after covering it with a plastic sheet for 24 hours to prevent rapid evaporation of moisture. Afterwards, the cement composite was manufactured by curing for 28 days under constant temperature and humidity conditions maintaining a temperature of 23°C and a relative humidity of 60±5%.

물성 측정Physical property measurement

몰드에 시멘트 모르타르 조성물을 채운 후 40mm의 이격 간격으로 배열되도록 4개의 구리 메쉬 전극을 장입하고 타설 및 진동다짐한 것을 제외하고, 시멘트 복합체 제조시와 동일한 방법으로, 전기적특성 측정용 시편을 제조하였다. 신뢰할 수 있는 데이터를 획득하기 위해 모든 배합에서 3개씩 시편을 준비하였으며, 최 외각에 위치하는 전극 쌍을 통해 직류 전류를 흘리며 내측에 위치하는 전극으로 전압을 측정하는 4-포인트 프루브 법을 이용하여 저항을 측정하고, 측정된 저항으로 비저항을 산출한 후 그 평균값을 취하였다. 모든 시편의 전기적 특성은 재령 28일에서 측정되었다.After filling the mold with the cement mortar composition, four copper mesh electrodes were charged so that they were arranged at a spacing of 40 mm, and a specimen for measuring electrical properties was prepared in the same manner as in manufacturing the cement composite, except that it was poured and vibrated. In order to obtain reliable data, three specimens were prepared for every combination, and the resistance was measured using the 4-point probe method, which passes a direct current through the electrode pair located on the outermost side and measures the voltage with the electrode located on the innermost side. was measured, the specific resistance was calculated from the measured resistance, and the average value was taken. The electrical properties of all specimens were measured at 28 days of age.

기계적 물성 시험은 KS L ISO 679(KATS, 2016)의 시험방법에 따라 각 조건별로 3개씩 시편(40×40×160 mm 크기의 각주형 시편)을 제작하여 재령 28일을 기준으로 측정되었다. 100-kN 용량의 만능재료시험기(MTDI Co., Ltd, Korea, UT-100F)를 이용하였다. 상세하게, 원형 단면의 강재 롤러 위에 시편을 설치하여 하중제어 방식으로 50 N/s의 조건에서 중앙점 재하법으로 휨강도를 측정하였다. 하중제어 방식으로 압축강도를 측정하였으며, 재하속도는 2400 N/s의 조건에서 일정한 속도로 가력하였다.The mechanical property test was performed by manufacturing three specimens (prismatic specimens of 40 A 100-kN capacity universal testing machine (MTDI Co., Ltd, Korea, UT-100F) was used. In detail, the specimen was installed on a steel roller with a circular cross-section, and the bending strength was measured using the center point loading method under the condition of 50 N/s as a load control method. Compressive strength was measured using a load control method, and the loading speed was applied at a constant speed under the condition of 2400 N/s.

도 1은 비교예 1, 2, 3 및 4에서 제조된 시편의 비저항을 측정 도시한 도면이다. 도 1에서 알 수 있듯이, 탄소섬유를 함유하지 않는 비교예 1의 시편(이하, 'plane'으로 통칭)은 재령 28일 기준, 9650 Ω·cm의 비저항(electrical resistivity, ρ)을 나타냈으며, 0.3 vol%의 탄소섬유를 함유하는 시편(비교예 2)에서 탄소섬유간의 접촉에 의해 네트워크가 형성되며 비저항이 크게 낮아지고, 0.4 vol% 이상의 탄소섬유를 함유하는 경우(비교예 3, 4) 안정적인 퍼콜레이션이 형성되며 200~400Ω·cm의 낮은 수준으로 비저항값이 포화(saturation)됨을 알 수 있다. Figure 1 is a diagram illustrating the specific resistance of specimens manufactured in Comparative Examples 1, 2, 3, and 4. As can be seen in Figure 1, the specimen of Comparative Example 1 (hereinafter referred to as 'plane'), which does not contain carbon fiber, showed a resistivity (electrical resistivity, ρ) of 9650 Ω·cm at 28 days of age, and 0.3 In the specimen containing 0.4 vol% or more of carbon fiber (Comparative Example 2), a network is formed by contact between carbon fibers, and the specific resistance is significantly lowered, and in the case of specimen containing 0.4 vol% or more of carbon fiber (Comparative Examples 3 and 4), stable Percoll It can be seen that a ration is formed and the resistivity value is saturated at a low level of 200~400Ω·cm.

도 2는 0.4vol%의 탄소섬유를 함유하여 포화된 비저항값을 나타내는 비교예 3 시편의 비저항값(ρce3) 대비 실시예 1 내지 4에서 제조된 시편의 비저항값(ρ)의 비(ρ/ρce3)를 도시한 도면이다.Figure 2 shows the ratio ( ρ/ This is a diagram showing ρ ce3 ).

도 2의 실시예 1의 결과에서 알 수 있듯이, 길이가 3mm인 탄소섬유와 12mm인 탄소섬유를 혼합하여 길이 기준 쌍봉 분포를 갖는 탄소섬유를 이용하는 경우, 0.3vol%에서도 탄소섬유간 안정적인 퍼콜레이션이 이루어짐을 알 수 있다. 이때, 실시예 1의 시편의 비저항값이 비교예 3의 비저항값보다 조금 높은데, 이는 짧은 탄소섬유들에 의해 동일 거리 내 접촉점 수가 증가하며 상대적으로 비교예 3 대비 높은 비저항값을 갖는 것으로 해석할 수 있다. As can be seen from the results of Example 1 in FIG. 2, when carbon fibers having a bimodal distribution based on length are used by mixing carbon fibers with a length of 3 mm and carbon fibers with a length of 12 mm, stable percolation between carbon fibers is achieved even at 0.3 vol%. It can be seen that it is done. At this time, the resistivity value of the specimen of Example 1 is slightly higher than that of Comparative Example 3, which can be interpreted as having a relatively higher resistivity value compared to Comparative Example 3 as the number of contact points within the same distance increases due to the short carbon fibers. there is.

또한, CAS계 유리 입자를 결착시킨 실시예 2와 실시예 3의 경우, 유리 입자 결착에 의해 비저항이 다소 상승하는 것을 알 수 있으며, 특히 탄소 섬유의 표면 개질 후 유리 입자가 결착된 경우 비저항이 약 2.5배 수준으로 증가한 것을 알 수 있다. 이는 상대적으로 긴 탄소섬유간, 및 긴 탄소섬유와 짧은 탄소섬유간의 접촉 저항 증가에 의한 것으로 해석할 수 있다. In addition, in the case of Examples 2 and 3 in which CAS-based glass particles were bonded, it could be seen that the resistivity increased somewhat due to the bonding of the glass particles. In particular, when the glass particles were bonded after surface modification of the carbon fiber, the resistivity was approximately It can be seen that it has increased by 2.5 times. This can be interpreted as an increase in contact resistance between relatively long carbon fibers and between long carbon fibers and short carbon fibers.

그러나, 도 2의 실시예 4와 같이, 3mm와 6mm 및 12mm의 길이를 갖는 삼봉(트라이모달) 분포를 갖도록 탄소섬유를 첨가하는 경우, 비저항이 표면 개질되지 않고 유리 입자가 결착되지 않은 실시예 1의 수준으로 회복되는 것을 알 수 있다. 이는 3mm와 6mm의 탄소섬유들을 주로 하여 전류이동경로가 형성된 것으로 해석할 수 있다. However, as in Example 4 of FIG. 2, when carbon fibers are added to have a trimodal distribution with lengths of 3 mm, 6 mm, and 12 mm, the resistivity is not surface modified and the glass particles are not bound. It can be seen that it is restored to the level of. This can be interpreted as a current movement path formed mainly by 3mm and 6mm carbon fibers.

도 3은 비교예 1에서 제조된 기준 시편인 plane의 압축 강도(45.9MPa)를 기준으로, 실시예 1 내지 4에서 제조된 시편의 압축강도비를 측정 도시한 도면이다.Figure 3 is a diagram showing the compressive strength ratio of the specimens manufactured in Examples 1 to 4 based on the compressive strength (45.9 MPa) of the plane, which is the reference specimen manufactured in Comparative Example 1.

도 3의 실시예 1의 결과를 통해, 상대적으로 다량의 CF1과 상대적으로 소량의 CF2가 혼합되며, 기준 시편(plane)보다 압축 강도가 감소한 것을 알 수 있다. 그러나, 6mm 탄소섬유를 0.3vol% 함유하는 비교예 1의 경우, 기준 시편 보다 압축 강도가 1.4MPa 감소한 반면, 실시예 1의 경우 기준 시편대비 감소한 압축 강도 값이 0.8MPa이 불과하여, 다봉 분포의 탄소섬유에 의해 전기적 특성 뿐만 아니라 압축 강도 또한 향상된 것을 알 수 있다. Through the results of Example 1 in FIG. 3, it can be seen that a relatively large amount of CF1 and a relatively small amount of CF2 are mixed, and the compressive strength is reduced compared to the reference plane. However, in the case of Comparative Example 1 containing 0.3 vol% of 6 mm carbon fiber, the compressive strength decreased by 1.4 MPa compared to the reference specimen, while in the case of Example 1, the compressive strength value decreased by only 0.8 MPa compared to the reference specimen, resulting in a multimodal distribution. It can be seen that not only electrical properties but also compressive strength are improved by carbon fiber.

또한, 긴 탄소섬유에 CAS계 유리 입자를 결착시킨 실시예 2와 실시예 3의 압축 강도를 살피면, 두 경우 모두 기준 시편보다 향상된 압축 강도값을 나타냈으며, 표면 개질된 실시예 3의 경우, 압축 강도가 기준 시편의 약1.17배에 이르렀다. In addition, when examining the compressive strength of Examples 2 and 3 in which CAS-based glass particles were bonded to long carbon fibers, both cases showed improved compressive strength values compared to the reference specimen, and in the case of Example 3 with surface modification, the compressive strength was The strength reached approximately 1.17 times that of the standard specimen.

또한, 삼봉 분포를 갖는 실시예 4의 경우, 압축 강도가 실시예 3보다는 감소하였으나, 그 값이 기준 시편의 약 1.13배에 이르러, 실시예 1(0.98배)이나 실시예 2(1.02배)보다 매우 높은 강도 향상을 나타냈다. In addition, in the case of Example 4 with a trimodal distribution, the compressive strength was decreased compared to Example 3, but the value reached approximately 1.13 times that of the reference specimen, which was higher than that of Example 1 (0.98 times) or Example 2 (1.02 times). It showed a very high strength improvement.

도 4는 비교예 1에서 제조된 기준 시편인 plane의 휨 강도(6.5MPa)를 기준으로, 실시예 1 내지 4에서 제조된 시편의 휨 강도비를 측정 도시한 도면이다.Figure 4 is a diagram showing the bending strength ratio of the specimens manufactured in Examples 1 to 4 based on the bending strength (6.5 MPa) of the plane, which is the reference specimen manufactured in Comparative Example 1.

도 4의 실시예 1 및 비교예 2의 결과를 통해 알 수 있듯이, 0.3vol%의 탄소섬유가 혼입된 경우, 쌍봉 분포 및 단봉 분포의 탄소섬유 모두 기준 시편의 휨 강도와 실질적으로 동일한 휨 강도를 나타냈다. As can be seen from the results of Example 1 and Comparative Example 2 in FIG. 4, when 0.3 vol% of carbon fiber is mixed, both bimodal and unimodal distribution carbon fibers have a bending strength that is substantially the same as that of the reference specimen. indicated.

그러나, 실시예 2 및 3과 같이 긴 탄소 섬유에 유리 입자를 결착시킨 경우, 유의미한 휨 강도의 증진이 발생하였으며, 특히 탄소섬유를 개질한 후 유리 입자를 결착시킨 경우, 기준 시편의 휨 강도값의 1.08배에 이르는 휨 강도의 증진이 발생하였다. However, when glass particles were bound to long carbon fibers as in Examples 2 and 3, a significant improvement in bending strength occurred. In particular, when glass particles were bound after modifying the carbon fiber, the bending strength value of the reference specimen was lower than that of the standard specimen. An increase in bending strength of up to 1.08 times occurred.

또한, 실시예 4와 같이 삼봉 분포를 갖는 탄소섬유를 첨가하고, 가장 긴 탄소섬유의 개질 및 유리 입자의 결착이 수행된 경우, 기준 시편의 1.11배에 이르는 가장 우수한 휨 강도값을 나타냈다. In addition, when carbon fibers with a trimodal distribution were added as in Example 4, and the longest carbon fibers were modified and glass particles were bonded, the best bending strength value was shown, reaching 1.11 times that of the reference specimen.

이상과 같이 본 발명에서는 특정된 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. As described above, the present invention has been described with specific details, limited embodiments, and drawings, but these are provided only to facilitate a more general understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the above embodiments, and the present invention Anyone skilled in the art can make various modifications and variations from this description.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Accordingly, the spirit of the present invention should not be limited to the described embodiments, and the scope of the patent claims described below as well as all modifications that are equivalent or equivalent to the scope of this patent claim shall fall within the scope of the spirit of the present invention. .

Claims (10)

물, 시멘트, 골재 및 다봉 길이 분포를 갖는 탄소섬유를 포함하고,
상기 다봉 길이 분포에서, 피크의 중심 크기를 기준으로, 가장 작은 중심 크기에 해당하는 제1탄소섬유의 평균 길이(L1)를 가장 큰 중심 크기에 해당하는 제2탄소섬유의 평균 길이(L2)로 나눈 길이비(L1/L2)는 0.1 내지 0.3인 시멘트 모르타르 조성물. Contains water, cement, aggregate and carbon fiber with a multimodal length distribution,
In the multimodal length distribution, based on the center size of the peak, the average length (L1) of the first carbon fiber corresponding to the smallest center size is divided into the average length (L2) of the second carbon fiber corresponding to the largest center size. A cement mortar composition wherein the divided length ratio (L1/L2) is 0.1 to 0.3. 삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 가장 작은 중심 크기를 갖는 피크에 속하는 제1탄소섬유 : 상기 가장 큰 중심 크기를 갖는 피크에 속하는 제2탄소섬유의 부피비는 1 : 0.1 내지 0.7인 시멘트 모르타르 조성물. According to clause 1,
A cement mortar composition wherein the volume ratio of the first carbon fiber belonging to the peak with the smallest center size: the second carbon fiber belonging to the peak with the largest center size is 1:0.1 to 0.7. 제 1항에 있어서,
상기 시멘트 모르타르 조성물은 제1탄소섬유 및 제2탄소섬유를 포함하는 탄소섬유를 0.2 내지 0.5 부피% 함유하는 시멘트 모르타르 조성물. According to clause 1,
The cement mortar composition is a cement mortar composition containing 0.2 to 0.5% by volume of carbon fibers including first carbon fibers and second carbon fibers. 제 1항에 있어서,
상기 제2탄소섬유는 친수성으로 표면개질된 탄소섬유인 시멘트 모르타르 조성물. According to clause 1,
A cement mortar composition in which the second carbon fiber is a hydrophilic surface-modified carbon fiber. 제 5항에 있어서,
상기 제2탄소섬유는 그 표면에 유리 입자가 결착된, 시멘트 모르타르 조성물. According to clause 5,
The second carbon fiber is a cement mortar composition in which glass particles are bound to the surface. 제 6항에 있어서,
상기 유리는 산화칼슘-알루미나-실리카계 유리인, 시멘트 모르타르 조성물. According to clause 6,
A cement mortar composition wherein the glass is a calcium oxide-alumina-silica based glass. 제 6항에 있어서,
상기 탄소섬유는, 상기 다봉 길이 분포에서 피크의 중심 크기를 기준으로, 상기 제1탄소섬유의 평균 길이(L1)와 상기 제2탄소섬유의 평균 길이(L2) 사이에 피크의 중심이 위치하는 제3탄소섬유를 포함하는 시멘트 모르타르 조성물.According to clause 6,
The carbon fiber is a second carbon fiber whose center of the peak is located between the average length (L1) of the first carbon fiber and the average length (L2) of the second carbon fiber, based on the central size of the peak in the multimodal length distribution. 3Cement mortar composition containing carbon fiber. 제 8항에 있어서,
상기 제3탄소섬유의 평균 길이(L3)를 상기 제2탄소섬유의 평균 길이(L2)로 나눈 길이비(L3/L2)는 0.4 내지 0.6인 시멘트 모르타르 조성물. According to clause 8,
A cement mortar composition wherein the length ratio (L3/L2), which is obtained by dividing the average length (L3) of the third carbon fiber by the average length (L2) of the second carbon fiber, is 0.4 to 0.6. 제 1항 및 제 3항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 따른 시멘트 모르타르 조성물로부터 제조된 탄소섬유와 복합화된 시멘트 복합체.A cement composite composited with carbon fibers manufactured from the cement mortar composition according to any one of claims 1 and 3 to 9.
KR1020220191114A 2022-12-30 2022-12-30 Multifunctional Cement Mortar Composition and the Fabrication Method of Cement Composites Combined with Carbon Fiber KR102644576B1 (en)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH06166954A (en) * 1992-11-25 1994-06-14 Osaka Gas Co Ltd Production of hydrophilic carbon fiber and carbon fiber produced thereby
KR101057132B1 (en) * 2011-04-04 2011-08-16 주식회사 새솔건설화학 Eco organic inorganic hybrid repair mortar composition and repair method of construction using the same
KR20120117978A (en) * 2009-11-23 2012-10-25 어플라이드 나노스트럭처드 솔루션스, 엘엘씨. Ceramic composite materials containing carbon nanotube-infused fiber materials and methods for production thereof
KR20140037115A (en) * 2011-05-12 2014-03-26 제임스 하디 테크놀로지 리미티드 3-mode blended fibers in an engineered cementitious composite
KR102160910B1 (en) 2019-07-05 2020-10-05 건양대학교산학협력단 Mortar compositions comprising carbon fiber reinforced mortar produced therefrom

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06166954A (en) * 1992-11-25 1994-06-14 Osaka Gas Co Ltd Production of hydrophilic carbon fiber and carbon fiber produced thereby
KR20120117978A (en) * 2009-11-23 2012-10-25 어플라이드 나노스트럭처드 솔루션스, 엘엘씨. Ceramic composite materials containing carbon nanotube-infused fiber materials and methods for production thereof
KR101057132B1 (en) * 2011-04-04 2011-08-16 주식회사 새솔건설화학 Eco organic inorganic hybrid repair mortar composition and repair method of construction using the same
KR20140037115A (en) * 2011-05-12 2014-03-26 제임스 하디 테크놀로지 리미티드 3-mode blended fibers in an engineered cementitious composite
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