중공 콘크리트의 손상 저항 5.6배 증가
2024-10-04
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인간 뼈의 단단한 외부 구조에서 영감을 받아 미국 프린스턴 대학의 엔지니어들은 균열과 갑작스러운 손상에 견딜 수 있고 일반 콘크리트보다 손상 저항성이 5.6배 더 높은 새로운 유형의 콘크리트를 개발했습니다. 관련 논문이 advanced materials 최신호에 게재되었습니다.
이 새로운 유형의 콘크리트를 개발하면서 연구자들은 인간의 치밀골에서 영감을 얻었습니다. 인간 대퇴골의 조밀한 껍질은 뼈라고 불리는 타원형 관형 구조로 구성됩니다. 그 모양과 배열은 이러한 뼈 단위 주위에 균열을 분산시켜 충격 시 부러지는 것을 방지합니다.
생체 공학 콘크리트를 타설하기 위해 연구원들은 폴리비닐 알코올을 사용하여 관형 거푸집 금형을 3d 프린팅했습니다. 그런 다음 금형에 고무를 부어 템플릿의 네거티브를 만들었습니다. 마지막으로 고무를 녹여 폴리우레탄 실리콘 주형을 만들고 이를 콘크리트 타설에 사용했습니다.
영리한 생체공학 설계 덕분에 새로운 콘크리트의 중공 튜브는 균열을 "가두어" 균열이 더 이상 퍼지는 것을 방지합니다. 콘크리트에 섬유, 플라스틱 등의 재료를 첨가해 강도를 높이는 것과는 대조적이다. 새로운 방법은 각 균열의 성장을 제어하여 재료가 한꺼번에 깨지지 않고 점진적인 손상을 견딜 수 있어 재료를 더 강하게 만들 수 있습니다.
연구진은 3점 굽힘 시험과 단면 노치 굽힘 시험을 실시했습니다. 그들은 2mm 두께의 다이아몬드 톱날과 면도기를 사용하여 콘크리트에 노치를 자르고 이 과정을 여러 번 반복하여 재료의 파괴 인성에 대한 데이터를 수집했습니다. 그 결과, 신 콘크리트의 내손상성은 일반 콘크리트에 비해 5배 이상 높은 것으로 나타났다. 이는 보다 안전한 건물을 의미할 뿐만 아니라 콘크리트 생산을 줄여 환경에 큰 이점을 줍니다.
