종래의 역상 현탁중합 방법을 개선하여 서방성 재료로 적합한 비드형 고흡수성 수지를 제조하고 그것의 물리적 특성을 관찰하였다. 단량체로 아크릴산과 아크릴 아마이드를, 가교제로는 N,N-메틸렌 비스아크릴 아마이드를 사용하였다. 단량체 수용액의 점도는 하이드록시에틸셀룰로오스(HEC)로 조절하였고 분산안정제로 에틸셀룰로오스와 폴리부타디엔계를 조합하여 사용하였고, 분산상으로는 혼합용매를 사용하여 단량체 수용액과 비중을 유사하게 조절하여 사용하였다. 제조된 비드의 주사전자현미경(SEM) 분석결과, 입자의 표면에 수십 nm 직경의 기공들이 존재함을 확인하였다. 비드 입자의 크기는 단량체 수용액의 점성을 조절함에 따라 $500{\sim}3000{\mu}m$ 범위의 크기 분포를 보였다. 비드의 흡수량 및 흡수속도는 입자크기에 반비례하였으며 1 g 수지가 5시간 동안에 흡수하는 최대 수분량은 평균 170~200 g이었다. 한편, 이러한 흡수량은 수용액의 pH 변화에 의존하였으며 pH 5~11 범위에서 최대의 흡수량을 보였으며, NaCl과 $MgCl_2$ 염이나 에탄올과 프로필렌글리콜의 농도 증가에 따라서는 흡수량이 급격하게 저하되었다. 흡수 후 방출 거동을 관찰한 결과 상온에서 700시간으로 서방성 재료로 사용가능성을 확인하였다.
이 연구의 목적은 내부양생을 위한 고흡수성 수지(SAP)의 혼입이 초고성능 콘크리트(UHPC)의 수화특성, 자기수축, 내구성 및 역학적 특성에 미치는 영향을 알아보는 것이다. 이를 위해 입도범위는 유사하지만 화학적 구조가 다른 2 종류의 SAP이 선택되었고, 이러한 SAP이 혼입된 UHPC의 성능이 실험을 통해 평가되었다. 평가결과는 SAP의 종류, 그리고 혼입 여부에 따라 비교되었다. 수화반응성과 수화생성물 확인을 위해 등온열량계 및 XRD를 이용한 실험이 각각 진행되었고, 이 실험을 통해 초기 재령일에서 수화반응성 및 장기 재령일에서의 수화생성물을 확인하였다. UHPC의 수축저감제로서 SAP의 적용 가능성을 확인하기 위해 자기수축 변형율, 압축강도 및 염분침투성을 측정하였다. 또한, SEM 이미지 촬영을 통해 SAP이 UHPC 내부에서 형성한 공극을 실제로 확인하고 분석하였다. 이러한 분석 및 평가결과를 통해, SAP을 이용한 내부양생은 역학적 성능과 내구성 저하 없이 UHPC의 자기수축을 저감시킬 수 있다는 결론을 내렸다. 실험에 사용된 두 종류의 SAP 중에서, UHPC 내부에서 흡수력이 더 우수한 SAP_AM이 SAP_AA 보다 수축저감성능 뿐만 아니라, 장기적인 수화반응성, 압축강도, 염분침투 저항력에서도 성능이 더 우수한 것으로 나타났다.
In this study, porous concrete with improved functionality was developed by using superabsorbent polymer (SAP) to provide rooting space for plants. The depth of settlement and mass change according to the substitution and addition rate of SAP were determined by investigating the functional performance of SAP and the volume change upon saturation. Test results indicated the depth of penetration settlement increased as the substitution rate of SAP increased, but the mass change could not be confirmed as the addition rate of SAP increased. The instability of the specimens due to the excessive volume change of SAP, as well as the osmotic pressure phenomenon according to the pH concentration, were identified as the cause. Therefore, future studies are needed to investigate the appropriate substitution and addition rate of SAP, as well as to reduce the osmotic pressure phenomenon according to the pH concentration, which would contribute to the improvement of the functional performance of vegetation concrete.
역상 현탁중합법을 이용하여 폴리(아크릴산 포타슘-co-아크릴아마이드) 고흡수성 수지를 입자형태로 제조하였다. 제조된 고분자의 평균 입자 지름은 50~300 $\mu\textrm{m}$ 범위 내에서 계면활성제의 양이 증가함에 따라 감소하였다. 중량측정법을 이용하여 흡수 및 증발 과정에서의 동적, 평형 팽윤 특성을 살펴보았다. 수용액 내에서의 흡수에 따른 입자의 팽윤도는 가교밀도뿐만 아니라 입자의 크기, 외부수용액의 염 농도, 공중합체 조성 등에 크게 영향을 받는 것으로 나타났다. 입자 크기, 첨가된 가교제의 농도, 그리고 외부의 이온농도가 감소함에 따라 흡수되는 물의 양이 증가하였다. 수분증발거동은 흡수거동과는 달리 입자의 크기나 공중합체의 조성, 가교제 양 등에 많은 영향을 받지 않았다.
Superabsorbent polymers(SAPs) are powdery material that absorb water several tens or hundreds of times its own mass. It has been reported that when SAPs are incorporated into a high strength cementitious material, the autogenous shrinkage of the material is reduced. Cross-linked sodium polyacrylate type SAPs are relatively safe for human body and low in production cost. In order to apply this type of SAPs to the admixture for total(plastic+autogenous+drying) shrinkage reduction of high strength mortar, the shrinkage behavior of mortar when an expansion agent(EA) and SAPs were mixed together was analyzed. As a result, it was found that the shrinkage was reduced when an EA 5% (mass % of cement) and SAPs 0.4% were mixed together than the mortar containing only an EA 10%. The shrinkage was further reduced when EA 10% and SAPs 0.4% were incorporated into mortar.
본 연구는 상토의 보수성 증가를 위하여 혼합되는 acrylamide 계통 고흡수성 수지인 Stocksorb C(STSB)의 수분 흡수 특성, 수분 흡수에 영향을 미치는 각종 무기염의 종류 및 농도, STSB가 침지된 외부용액속의 무기염 농도 변화를 구명하고자 수행하였다. STSB의 수분 흡수량은 증류수에 침지한 경우 약 180 $mL{\cdot}g^{-1}$였다. 1가의 양이온을 포함한 염인 $KH_2PO_4,\;KNO_3$ 또는 $(NH_4)_2SO_4$를 용해시킨 용액의 농도가 높아질수록 흡수량이 저하되었으나 세 종류 양이온의 종류에 따른 차이는 크지 않았다. $Ca(NO_3)_2{\cdot}4H_2O$ 다양한 농도로 용해시킨 용액 속에 STSB를 침지시킨 경우 수분흡수능 저하가 심하여 20 $meq{\cdot}L^{-1}Ca(NO_3)_2{\cdot}4H_2O$ 용액에서 약 25 $mL{\cdot}g^{-1}$ 수분을 흡수하였다. $Mg(NO_3)_2{\cdot}6H_2O$나 $MgSO_4{\cdot}7H_2O$를 용해시킨 용액의 농도가 높아질수록 수분 흡수량이 심하게 저하하였고, 1가의 양이온이 포함된 염을 용해시킨 용액에서보다 그 정도가 심하였다. 그러나 요소의 농도를 증가시킨 용액에서의 수분 흡수량은 저하되지 않았다. 침지전 Hoagland용액의 농도가 높거나, 침지시간이 길어질수록 STSB를 침지시킨 용액에서의 $K^+$및 $NH_4^+-N$의 농도가 점차 높아졌다. Hoagland 용액의 희석배수와 무관하게 침지시간이 길어질수록 외부용액의 $NO_3^--N,\;H_2PO_4^-$ 및 $SO_4^{-2}$ 농도가 약간 상승하였고, 24시간 경과 후 각각 5,300, 250 및 1,500 $mg{\cdot}L^{-1}$ 농도로 분석되었다.
폐타이어 분말(GRT)을 재활용하기 위하여 sheet type 4그룹과 soft type 1그룹의 자체보수성 방수재를 제조하였다. 각각 방수재의 방수특성을 고찰하기 위하여 방수재들의 물성을 측정하였다. 방수재는 GRT/ 고흡수성수지/ binder로 구성되었으며, internal mixer로 혼합한 후 hot press로 성형하여 제조 되었다. 방수재 제조에 사용된 CRT의 평균입도는 -40mesh 이었고, 고흡수성 수지는 상용품과 poly(AM-SAS-AA)를 제조하여 사용하였고, binder는 PU, EVA, LDPE, SBR, poly(2-EHA)을 사용하였다. 또한 방수재의 물성을 향상시키기 위하여 보강재로 PU film을 사용하였다. 폐타이어 분말을 이용하여 개발된 sheet type 자체보수성 방수재 중 GRT/ CE-500F/EV-600/PU film 과 GRT/GE-500F/SBR(vulcanization)/PU film 로 구성된 방수재가 기존 상용제품의 물성에 근접하였다. 또한 soft type 방수재는 GRT/GE-500F/Poly(2-EHA)와 GRT/P(AM-SAS-AA)/Poly(2-EHA)로 구성된 방수재가 상용제품의 흡수능보다 4-20배의 개선된 결과를 나타내었다.
This study is to develop porous concrete using super absorbent polymer, which possesses insolubility and high absorption capacity, as a substitute material for lightweight soil. Various mixtures were prepared using aggregates, cement, mixing water, and super absorbent polymer, and the absorption ratio and compressive strength were examined for each mixture. As the amount of super absorbent polymer added increased, the absorption ratio also increased, reaching up to 35-105%. However, the compressive strength decreased by 49.5% to 65.3%. This is believed to be due to the inherent properties of super absorbent polymer, which led to an increase in the absorption ratio but, in turn, reduced the binding strength of cement paste particles, resulting in a decrease in compressive strength.
이 연구에서는, 우리나라 전통 건축재료 중 하나인 천연 황토 모르타르에 사용되어 온 해초풀과 현대적 재료인 고흡수성수지(Superabsorbent Polymer, SAP)와 같은 흡수성 물질이 이러한 모르타르의 건조수축과 압축강도에 미치는 영향이 조사되었다. 흡수성 물질과 더불어 문화재표준시방서에서 권고하는 초기 밀봉양생의 효과 역시 검토되었다. 실험에 의한 28일 압축강도와 수렴한 건조수축 변형율의 검토 결과, 우선 초기 7일간의 밀봉 양생은 강도향상과 수축저감에 효과적이었다. 따라서, 문화재표준시방서의 권고는 합리적이며 실효성이 있는 것으로 검증된다. 흡수성 물질의 혼입 역시 두 재료특성에 있어 효과적인데, 그 효과는 물질들의 흡수 능력에 의존한다. 따라서, 흡수 능력이 더 높은 SAP을 사용하는 것이 해초풀을 사용하는 것보다 더 효과적이다. 그러나, 이러한 것들이 유효하기 위해서는 초기 밀봉양생과 물이 추가되지 않는 조건들이 함께 따라야 한다. 마지막으로, 황토 모르타르의 압축강도의 증가는 건조수축의 감소와 선형적으로 관계한다. 이러한 선형 상관성에 의해, 초기밀봉 양생 또는 흡수성 물질의 혼입에 따른 모르타르의 압축강도 증가하는 원인이 정량적으로 설명될 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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