구리분말을 적용한 시멘트 모르터의 융빙성능 검증

Abstract

This study focused on substituting up to 50% of fine aggregates with copper powder. The ice-melting experiment was carried out. The melting performance was evaluated by measuring specific properties such as thermal, physical, and mechanical. In addition, computed tomography analysis was performed to verify the evidence from which these properties were derived. The ice-melting results showed that melting time was sharply decreased as copper powder contents increased. The melting time of the 50% copper powder mixture was shortened by 30 minutes compared to the plain mortar. Additionally, Thermal properties were drastically improved as copper powder contents. The mixture with 50% copper powder showed about 3.6 and 2.7 times more thermal conductivity and heat flux compared with plain mortar. Even though the 50% copper powder mixture had the best ice-melting and thermal properties, it was not as good as the 10% copper powder mixture in terms of efficiency compared to the amount of copper powder substitution. The porosity test and computed tomography analysis revealed that this phenomenon is due to the increase in porosity when the copper powder exceeds 10%, causing a agglomeration effect. This influence also affect strength results. The mechanical properties of 10% copper powder mixture showed the highest, but those of 30% and 50% copper powder mixture was much lower than those of plain mortar. With only a 10% substitution of the copper powder as the fine aggregate, the copper powder specimen demonstrated the comparable ice-melting performance and thermal properties of the 50% silicon carbide specimen. Additionally, the mechanical properties was much higher. As a result, 10% copper powder was an optimal choice. |본 연구에서는 잔골재의 최대 50%를 구리가루로 치환하는데 초점을 두었다. 얼음을 녹이는 실험이 수행되었다. 용융 성능은 열적, 물리적, 기계적 등의 특정 특성을 측정하여 평가하였다. 또한 이러한 특성이 도출된 근거를 검증하기 위해 컴퓨터 단층 촬영 분석을 수행했다. 추가적인 단계로 열 유속 계산에 필요한 고장 센서의 온도를 다른 공시체들의 온도 데이터를 이용하여 가우스 공정 회귀 분석을 통해 예측하였다. 용융 결과, 구리 분말 함량이 증가할수록 얼음 녹는 시간이 급격히 감소하는 것으로 나타났다. 50% 구리 분말 혼합물의 용융 시간은 일반 모르타르에 비해 30분 단축되었다. 또한 구리 분말 대체를 통해 열적 특성이 획기적으로 개선되었다. 구리 분말이 50%인 혼합물은 일반 모르타르에 비해 약 3.6배, 2.7배의 열전도율과 열 유속을 보였다. 50% 구리분말 혼합물이 빙결 및 열적 특성이 가장 우수함에도 불구하고, 구리분말 치환량에 비해 효율적인 면에서 10% 구리분말 혼합물에 미치지 못하였다. 이러한 현상은 구리 분말이 10%를 초과할 경우 공극률이 증가하여 응집효과가 발생하기 때문임을 공극률 시험 및 컴퓨터 단층촬영(Computer Tomography) 분석을 통해 확인하였다. 이러한 영향은 강도 결과에도 영향을 미쳤다. 10% 구리 분말 혼합물의 기계적 물성은 가장 높게 나타났으나, 30% 및 50% 구리 분말 혼합물의 기계적 물성은 일반 모르타르보다 훨씬 낮았다. 미세골재로서 구리분말을 10%만 치환한 상태에서 구리분말 시편은 50% 탄화규소 시편과 비교할 수 있는 얼음 용융 성능 및 열적 특성을 보여주었다. 게다가, 기계적 특성은 훨씬 더 높았다. 결과적으로 10% 구리 분말이 최적의 선택이었다.