Analysis of Microstructure, Electrical and Resistance Heating Properties of Cement Composites Incorporating Conductive Fibers

동절기 포장에서 제설 및 제빙을 위해 매입된 전극을 사용한 전기전도성 시멘트 복합체(electrically conductive cement composites, ECCC)에 전기 전위(전압)을 인가하면 전류 흐름에 대한 고유의 저항으로 인해 열을 생성한다. 생성된 열은 포장에 쌓인 눈/얼음을 녹이는 데 효과적으로 사용될 수 있다. 본 연구에서는 마이크로 탄소와 매크로 강섬유를 혼입한 시멘트 복합체의 전기적 및 저항 발열 특성을 실험적으로 조사하였다. 더 나아가, 경화된 시멘트 복합체의 미세구조 및 수화생성물에 미치는 영향을 분석하기 위해 주사전자현미경(scanning electron microscope, SEM) 및 열중량 분석(thermo-gravimetric analysis, TGA)을 각각 수행하였다. 실험 결과는 인가전압 및 마이크로 탄소섬유 함량이 증가할수록 저항 발열 특성이 향상되었고, 발열 최대온도는 인가전압이 30 V인 마이크로 탄소섬유를 1.25 % 혼입한 ECCC-CF1.25 시편에서 65.9 °C로 가장 높게 나타났다. 하지만 매크로 강섬유를 1.25 %까지 추가하더라도 저항 발열 특성은 크게 향상되지 못했다. 전기저항은 마이크로 탄소섬유의 함량이 증가함에 따라 상당히 감소한, 반면 매크로 강섬유의 혼입은 전도성 네트워크를 형성되지 못하고 전기저항을 증가시켜 저항 발열 특성이 개선되지 않았다. 경화된 시멘트 복합체의 미세구조 및 수화생성물은 반복적인 전기가열에 의해 상대적으로 변하지 않았으며, ECCC의 안정적인 전기전도성을 유지함을 확인할 수 있었다.