자기 구동 에폭시의 유동성 및 인장 강도 최적화

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 9629(2023) 이 기사 인용

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수중 균열 수리는 배수 및 배기, 고정 지점의 슬러리 정체 및 기타 문제로 인해 어렵습니다. 적용된 자기장의 영향으로 슬러리의 방향 이동 및 고정점 유지를 수행할 수 있는 자기 구동식 에폭시 수지 시멘트 슬러리가 개발되었습니다. 이 논문은 슬러리 유동성과 인장 특성에 중점을 두고 있습니다. 먼저, 사전 선행연구에서는 비율의 주요 영향요인을 파악하였다. 그런 다음 단일 요인 실험을 통해 각 요인의 최적 범위를 결정합니다. 또한 최적의 비율을 얻기 위해 반응표면법(RSM)을 적용합니다. 마지막으로 슬러리는 마이크로(Micro)한 것이 특징이다. 결과는 본 논문에서 제안하는 평가지표 F가 유동성(X)과 인장강도(Y)의 상호작용을 잘 평가할 수 있음을 보여주었다. 2FI 회귀모형과 2차 회귀모형은 유동성과 인장강도를 반응값으로 하고, 에폭시수지(ER) 함량, 물시멘트비, Fe3O4 함량, 설포알루미네이트 시멘트(SAC) 함량을 영향요인으로 하여 개발되었으며, 합리적인 핏과 신뢰성. 반응값 X와 반응값 Y에 대한 영향요인의 영향 정도의 관계는 오름차순으로 ER 함량 > 물-시멘트 비율 > SAC 함량 > Fe3O4 함량 순으로 나타났다. 최적의 비율로 만들어진 자력 슬러리는 유동성 223.31mm, 인장강도 2.47MPa에 도달할 수 있다. 이는 모델 예측값과의 상대오차가 0.36%와 1.65%입니다. 현미경 분석 결과, 자기 구동형 에폭시 수지 시멘트 슬러리는 유리한 결정상, 표면 형태 및 구조적 구성을 가지고 있는 것으로 나타났습니다.

글로벌 건설산업의 급속한 성장으로 인해 수많은 인프라가 계획되고 건설되고 있습니다. 사용 중인 많은 수중 콘크리트 구조물은 동결-융해 주기1,2,3, 건습식 주기4,5, 황산염 및 염화물 침식4,6,7로 인해 균열과 구멍이 발생하기 쉬우며 결과적으로 성능이 크게 저하됩니다8. 건축 분야의 수리 재료인 폴리머 개질 시멘트 재료가 널리 적용되어 왔습니다9,10. 그러나 수중 콘크리트 구조물의 수리 및 보강은 건설 배수 및 배기, 위쪽으로 경사진 균열 및 결함, 작은 틈의 낮은 충진율, 움직이는 물 조건에서 어려운 슬러리 유지 등의 문제에 직면해야 하므로 이 수리 작업은 여전히 ​​어려운 과제입니다11.

현재 기존의 압력 그라우팅 방법으로는 환기, 배수 및 고정 지점의 슬러리 정체 문제를 해결할 수 없습니다. 자성유체에서 영감을 받아 자기구동식 에폭시 수지 시멘트 슬러리를 개발하고 있습니다. 이는 그림 1과 같이 적용된 자기장 하에서 방향 이동과 고정점 유지를 달성할 것입니다. 이 연구는 Fe3O4가 자기장 하에서 "표적 구동"될 수 있다는 원리를 기반으로 합니다12. 슬러리의 새로운 특성을 지닌 자기 구동 슬러리는 중력을 극복하여 위쪽으로 경사진 균열과 결함을 복구할 수 있는 분리를 채우고 이동하고 저항할 수 있는 능력을 가지고 있습니다. Liu 등16은 자기장의 작용 하에서 반중력 자체 수렴, 유도 흐름 및 실시간 제어 가능한 슬러리 점도를 갖춘 자성 에폭시 수지 시멘트 그라우팅 앵커 재료를 개발하고 슬러리 경화 메커니즘과 미세한 기공 변화 법칙을 탐구했습니다. 그라우팅 재료의 유동성 및 인장 강도 특성에 대한 연구를 포함하지 않고 자기장의 작용하에. 유동성은 그라우팅 시공 성능의 주요 지표인 슬러리의 확산 능력과 펌핑 가능성을 결정합니다17. 슬러리 경화 재료의 인장 강도는 그라우트 보수와 고형물의 강도를 지원하기 위한 것입니다18. 그러나 인장 강도가 증가함에 따라 슬러리 유동성은 종종 감소합니다19. 예비 사전 연구에서는 ER 함량, 물-시멘트 비율 및 Fe3O4 함량의 변화에 ​​따라 슬러리 유동성 및 인장 강도의 변화가 반대로 작용하는 것으로 나타났습니다. 따라서, 최적화된 비율을 얻기 위해서는 관련 실험 설계 방법을 이용한 수리 재료 비율의 최적 설계가 필요합니다. 이는 자기 구동형 에폭시 수지 시멘트 슬러리의 유동성과 인장강도의 균형을 잘 맞추기 위함이다.