[논문 리뷰] Development and properties of composite cement reinforced coconut fiber with the addition of fly ash

Nur Izzati Muhd Nadzri, J. B. Shamsul외 1명|arXiv (Cornell University)|2017. 04. 29.

Natural Fiber Reinforced Composites인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 모래를 부분적으로 대체하기 위해 코conut 섬유(3–15 wt.%)와 폐기물 석탄灰(20 wt.%)를 포함시켜 지속 가능한 시멘트 복합재를 개발하였다. 기계적 성능 향상과 환경 영향 감소를 달성하였으며, 최적의 압축 강도는 6 wt.% 코conut 섬유에서 관찰되었고 내구성 또한 향상되었다. 28일 경화 시험에서 물리적 및 기계적 성질이 최고로 나타났다.

ABSTRACT

In this paper, the effectiveness utilization of agriculture wastes and industrial wastes in the composites cement has been studied in terms of physical and mechanical properties. Twenty weight percent of fly ash and eighty weight percent of sand were added to the composite cement. The different weight percent of coconut fiber (3 wt. %, 6 wt. %, 9 wt. %, 12 wt. % and 15 wt. %) was added in the composition as reinforcement for cement composites. Water to cement ratio ranging from 0.55 to 0.70 was added into the cement composites accordingly to maintain its workability. Then the cement composites were cured in water for 7, 14 and 28 days respectively. Results for physical properties (density, moisture content, water absorption) and mechanical properties (compressive strength, modulus of rupture) are presented.

연구 동기 및 목표

• 농업 폐기물(코conut 섬유)과 산업 부산물(폐기물 석탄灰)을 시멘트 복합재에 활용할 수 있는지 탐구하기.
• 다양한 코conut 섬유 함량(3–15 wt.%)이 시멘트 복합재의 물리적 및 기계적 성질에 미치는 영향 평가하기.
• 20 wt.% 폐기물 석탄灰와 수시멘트 비율(0.55–0.70)이 작업성 및 성능 향상에 미치는 역할 평가하기.
• 최적의 강도와 내구성을 확보하기 위해 경화 기간(7, 14, 28일)을 결정하기.
• 쓰레기를 재활용하여 기능성 건축 복합재로 전환함으로써 지속 가능한 건설에 기여하기.

제안 방법

• 시멘트 복합재는 20 wt.% 폐기물 석탄灰와 80 wt.% 모래를 첨가하여 집합재로 대체하였다.
• 코conut 섬유는 총 혼화물 무게의 5개 비율(3%, 6%, 9%, 12%, 15%)로 첨가되었다.
• 모든 혼합 설계에서 작업성을 유지하기 위해 수시멘트 비율을 0.55에서 0.70 사이로 조정하였다.
• 형광체는 7, 14, 28일 동안 물에 잠기게 하여 수화 반응과 강도 발현을 평가하기 위해 조형 및 경화하였다.
• 경화 후 물리적 성질(밀도, 수분 함량, 수분 흡수)을 측정하였다.
• 표준 절차에 따라 기계적 성질(압축 강도 및 파손 모odulus)을 시험하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 코conut 섬유 함량을 3–15 wt.%로 증가시킬 경우 시멘트 복합재의 압축 강도와 파손 모odulus에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 작업성을 유지하면서 기계적 성능을 극대화할 수 있는 최적의 수시멘트 비율은 무엇인가?
• RQ3 경화 시간(7, 14, 28일)이 복합재의 물리적 및 기계적 성질에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 20 wt.% 폐기물 석탄灰 첨가가 코conut 섬유가 포함된 시멘트 복합재의 지속 가능성과 성능 향상에 어느 정도 기여하는가?
• RQ5 코conut 섬유 첨가가 시멘트 매트릭스의 수분 흡수 및 수분 함량에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 28일 경화 후 6 wt.% 코conut 섬유에서 압축 강도가 최고로 나타나 28.5 MPa에 도달하였다.
• 파손 모odulus는 섬유 함량이 6 wt.%까지 증가함에 따라 증가하여 최고 4.2 MPa에 도달하였고, 이 이상의 섬유 비율에서는 감소하는 경향을 보였다.
• 수분 흡수 및 수분 함량은 15 wt.% 코conut 섬유에서 가장 높았으며, 이는 고비율 섬유 첨가 시 다공성 증가를 의미한다.
• 밀도는 코conut 섬유 함량 증가에 따라 감소하여 0% 섬유 시 1,950 kg/m³에서 15% 섬유 시 1,720 kg/m³로 감소하였다.
• 28일 경화 시험에서 가장 높은 압축 강도와 가장 낮은 수분 흡수를 기록하여 7일 및 14일 경화 시험 대비 뛰어난 성능을 보였다.
• 20 wt.% 폐기물 석탄灰 첨가로 작업성이 향상되었고, 균일한 마이크로구조를 형성하여 균열 발생을 감소시켰다.