최근 건설용 골재의 소비량이 증가하여 쇄석골재의 수요량이 급격히 늘어남에 따라 , 광산 현장에 적치 되어 있는 폐석을 효율적으로 활용하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이 연구의 목적은 강원도삼화 지역에 분포하는 쇄석 골재용 석회암을 대상으로 암석 기재학적 화학적, 역학적 특성을 구명하여 건설용 골재로서의 적합성을 알아보고, 또한 부가가치가 높은 건설자재와 첨단산업소재 제품 개발의 원료로 활용할 수 있는 기초자료를 제공하는데 있다. 삼화지역에 분포하는 쇄석골재용 석회암은 크게 담회색의 세립질 석회암과 담갈색의 조립질 석회암으로 구분할 수 있었으며, 이중 양적으로 우세한 세립질 석회암은 돌로마이트가 함유되어 있어 MgO와 $SiO_2$의 함량이 높게 나타났고, 물성 및 역학적 특성을 고려할 때 보통암에 해당된다. 따라서 연구 지역의 쇄석골재용 석회암은 구성광물과 입자들의 크기 및 화학성분 등을 고려할 때, 대체로 시멘트 콘크리트용보다는 아스팔트 콘크리트용이나 도로 포장용 또는 철도용으로 이용하는 것이 더 좋을 것으로 판단된다.

본 연구에서는 콘크리트의 피로균열 성장거동을 구명하기 위하여 쐐기쪼갬실험( WST)을 수행하였다. 연구의 주안점인 피로균열 성장거동의 주요영향인자는 콘크리트의 강도로서 28,60,118 MPa 등 3가지의 강도를 변수로 택하였다. 한편, 응력비를 6,13%의 2가지로 변화시켜 그 영향을 관찰하였다. 소정의 응력비을 주기 위하여 최고피로하중수준을 75~85%, 최저응력수준을 5~10%로 각각 유지하였다. 피로실험전에 균열개구변위( CMOD)컴플라이언스 보정 실험을 수행한 후, 그 결과인 균열길이와 컴플라이언스의 관계를 피로실험 중에 균열길이를 예측하는데에 이용하였다. 또한 CMOD컴플라이언스 보정법의 타당성을 검증하기 위하여 선형탄성 파괴역학( LEFM) 및 염색법에 의하여 예측된 균열길이와 비교하였다. 실험결과에 의하여 선형탄성 파괴역학에 근거한 피로균열 성장속도 모델(da/dN- K1 관계)을 제시하였고 콘크리트의 강도가 증가함에 따라 피로균열의 성장속도가 빨라지는 것으로 평가되었다. 또한 응력비가 피로균열 성장속도에 영향을 미치는 것으로 나타났는데 강도가 증가함에 따라 그 정도가 감소하는 경향을 보였다. LEFM 과 염색법 의하여 예측된 균열길이와 비교하여 본 결과 CMOD컴플라이언스 보정법이 쐐기쪼갬실험(WST)에 적용될 수 있음이 검증되었다.

신구콘크리트 계면(접합부)의 전단강도 측정을 목적으로 보시험체를 사용한 정하중 및 피로하중의 재하실험이 수행되었다. 총 13개의 시험체중에서 정적재하실험을 통하여 5개 시험체의 전단강도를 측정하였고, 8개의 시험체는 2,000,000회 또는 3,000,000회의 반복하중을 가력한 후 전단강도를 측정하였다. 실험변수는 접합부거칠기, 전단보강철근 및 시구콘크리트간 부착력의 유무이었다. 정적재하실험에서, 접합부가 거칠면서 콘크리트간 부착력이 존재한 시험체의 경우, 평균전단강도는 $61kgf/cm^2$이었다. 유사한 조건의 시험체의 3,000,000회의 전단하중을 가력한 피로하중실험에서 접착부의 열화현상은 나타나지 않았다. 이 때 반복가력된 최대전단응력은 $20kgf/cm^2$으로 전단강도의 약 1/3수준이었다. 접합부가 거칠게 처리되지 않은 시험체와 접합부는 거칠지만 콘크리트간 부착력이 인위적으로 제거된 시험체의 경우에는 전단보강철근을 사용하여도 피로하중에 의한 접합부의 열화현상이 나타났다.

시멘트 모르타르의 압축강도 향상을 휘하여 분말혼화제를 제조하였으며,분말혼화재 사용에 따르는 유동성 감소를 억제하고자 고유동화제를 사용하였다. 분말혼화재(FAS)는 불산부생 II형 무수석고와 플라이애쉬 및 실리카흄을 혼합제조하여 시멘트 대신 각각10,20 wt% 씩 치환하였다. 물/고형분비(W/S)=0.40에서 FAS 로 치환된 시멘트 페이스트의 유동성은 저하되었고, 유동성 저하의 억제를 위한 고유동화제는 NSF와 NT-2가 효과적이었다. 시멘트 모르타르의 유동성은 II형 무수석고의 분말도가 미세할수록 증가하였고, 유동성저하는 FAS를 10 wt% 치환하였을 때 작게 나타났다. 압축강도는 10 wt%치환한 공시체가 20 wt%치환한 것보다 높게 나타났고 특히 $\gamma$ 를 10 wt%치환한 공시체( CI )에서 가장 높은 압축강도값을 나타내었다.

본 연구에서는 대기 습도변화에 의한 콘크리트 보수체(기층 콘크리트/보수 모르터)의 파괴현상을 조사하기 위해서 보수체내의 비정상적인 습도분포 및 습도응력을 계산하였다. 이러한 계산은 시멘트 모르터로 보수된 접촉면이 없는 보수체에서 보수층 두께(Do=05-2.5cm)와 보수 작업전 기층 콘크리트 표면의 습윤처리 시간(tc=1-5days) 및 대기습도(Ho=50~80%)를 주요변수로 하여 수행되었다. 계산 및 조사 결과에 의하면 접합면의 응력이 압축상태를 유지하기 위해서는 각 대기 습도마다 일정값 이상의 보수층 두께와 습윤처리 시간이 필요함을 알 수 있다.

콘크리트는 여러 구성 성분들이 불규칙적인 배열을 이루어 형성된 복합재료이지만, 과거에는 이 재료를 하나의 단종재료로 간주하여 해석하였기 때문에, LEFM에서 사용되는 파괴인성계수만으로는 콘크리트의 파괴역학적 접근이 어렵다는 것 이외에는 파괴인성계수들의 크기의존성에 대한 이유라든가, 실험을 통해서 관측된 구조물 두께 방향으로의 서로 다른 깊이의 균열 진행 현상에 대해서는 설명하기가 어려웠다. 따라서 본 연구는 콘크리트를 하나의 복합재료로써 각각의 구성요소들이 차지하고 있는 체적비 및 배열상의 효과를 고려하여 복합재료의 파괴거동을 해석하고, 구성재료의 수와 파괴인성계수와의 상관관계를 분석하였다. 각각의 구성요소들을 연립변형모드( SD mode)로 배열시킨 조건에서 복합재료역학개념에 입각하여 해석한 결과, 일반적으로 실험이나 비선형파괴역학 해석과 같이 하중-변위곡선 상단부에서 비선형 거동이 관측되었다. 또한 임계응력확대계수( $K_IC$)나 파괴에너지($G_r$)는 구성원의 수나 보의 크기에 대해서 거의 무관한 값을 나타내지만, 임계군열선단개구변위 ($CTOD_c$)는 크기에 영향을 받음을 보여 주었다. 균열의 진행속도는 균열이 진행될수록 감소하며, 파괴인성이 작은 구성원에서부터 균열이 발생되어 결과적으로 보의 두께 방향으로 서로 다른 크기의 균열길이가 생성됨이 관측되었다.

본 연구에서는 보통의 일반콘크리트와 플라이애쉬를 혼입한 강섬유보강 콘크리트의 해수에 대한 저항성을 고찰하기 위하여 수행되었다. 콘크리트 배합 인자를 물.시멘트비, 강섬유혼입률, 플라이애쉬 혼입률별로 각각 제조하였으며, 표준수(수도물)와 인공으로 제조한 해수에 장기간 침지한 경우와 건조와 습윤의 반복작용에 의한 촉진시험으로 시험을 수행하여 콘크리트의 성능저하에 미치는 영향을 비교.고찰하였다. 시험방법은 소정의 재령에 각각의 배합조건별로 압축강도와 재령 1일을 기준으로 길이변화와 동탄성계수를 측정하여 성능저하정도를 비교분석하였다. 그 결과 강섬유와 플라이애쉬의 적정량의 혼입은 콘크리트의 내해수성을 현저히 개선시키는 효과를 나타내었다.