본 연구는 아민화 셀룰로오스 나노섬유(CNF)를 시멘트 복합체에 적용하여 기계적 및 미세구조적 성능 향상을 도모하고자 하였다. CNF는 (3-aminopropyl) triethoxysilane (APTES)를 활용해 화학적으로 개질하였으며, 이는 시멘트 수화 생성물과의 계면 결합력 및 분산성을 향상시키기 위한 목적이다. 표면 개질의 성공 여부는 주사전자현미경(SEM)과 X-선 회절 분석(XRD)을 통해 확인 하였다. 다양한 함량의 개질 및 비개질 CNF를 혼입한 모르타르를 제작하여 압축강도 및 휨강도를 평가하였다. 그 결과, 아민화 CNF는 0.2% 혼입 시 압축강도 향상 효과가 가장 두드러졌으며, 휨강도는 0.3%에서 가장 우수한 성능을 나타내었다. 미세구조 분석을 통해, 아민화 CNF가 시멘트 수화물과의 상호작용을 통해 내부 조직을 치밀하게 형성하고 공극률을 저감시키는 것으로 확인되었다. 본 연구는 화학적으로 개질된 CNF가 지속가능하고 고성능인 시멘트 복합재료 개발에 있어 유효한 기능성 첨가제로 활용될 수 있음을 시사한다.

The significance of this study lies in addressing critical issues prevalent in the worldwide construction sector, particularly concerning the durability and sustainability of cement-based materials. Plain cement composites commonly suffer from deficiencies in tensile strength and strain capacity, resulting in the formation of nano-cracks under relatively low tensile loads. These nano- cracks pose a significant challenge to the longevity and resilience of cement matrices, contributing to structural degradation and reduced service life of infrastructure. To mitigate these challenges, the integration of cellulose nanofibers (CNF) as reinforcements in cement composites presents a promising solution. CNF, renowned for their exceptional material properties including high stiffness, tensile strength, and corrosion resistance, offer the potential to significantly enhance the mechanical performance and durability of cement-based materials. Through systematic experimentation, this study investigates the effects of CNF reinforcement on the mechanical properties of cement composites. By leveraging ultrasonically dispersion techniques, CNF extracted from bamboo, broad leaf, and kenaf are uniformly dispersed within the cement matrix at varying concentrations. Compressive and flexural tests are subsequently conducted to evaluate the impact of CNF on the strength characteristics of the cement composites. By elucidating the efficacy of CNF reinforcement through rigorous experimentation, this study aims to provide valuable insights into the development of construction materials with improved durability and sustainability. Ultimately, this research contributes to addressing critical challenges in the construction industry, offering potential solutions to enhance the performance and longevity of cement-based infrastructure.

본 연구에서는 Cellulose Nano-Crystals (CNCs) 수용액을 이용하여 시멘트 페이스트의 강도 향상에 대한 실험을 수행하고 이 연구결과를 토대로 하여 CNC 혼입에 따른 섬유보강 고인성 시멘트 복합체의 강도 특성에 관한 실험을 진행하였다. 먼저, CNC의 최적 배합비를 결정하기 위한 일환으로, 골재를 포함하지 않은 시멘트 페이스트의 강도 특성을 비교하기 위해 CNC 혼입율에 따라 수용액을 제조하였다. CNC 혼입율은 시멘트 대비 0.1, 0.2, 0.4 vol.%를 주요 변수로 하였고, 이에 따른 휨강도는 0.4 vol.%에서 플레인 시험체와 비교시 최대 8 배까지 강도가 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 이 연구결과와 기존 연구결과를 토대로 하여, 본 연구에서는 0.4, 0.8 및 1.2 vol.%의 CNC 혼입율을 주요변수로 한 강섬유와 아마섬유를 활용한 섬유보강 고인성 시멘트 복합체 시험체를 제작한 후 역학적 강도 특성을 평가하여 섬유보강 고인성 시멘트 복합체의 구조적 성능을 규명하였다.