콘크리트 구조물의 사용 년수 증가에 따른 열화 (aging) 방지 및 내구성능 향상을 목적으로 개발된 유무 기합성 표면 침투 보강제의 성능 및 적용성을 실험적 방법으로 입증하였다. 본 연구에서는 무기 재료인 TEOS (tetra-ethoxyorthosilicate)와 유기재료인 acrylate monomer를 용액중축합 방법으로 합성함으로써 졸-겔 반응 (sol-gel process)에 의한 실리케이트의 내구성능 향상 효과와 함께 유기모노머의 부드럽고 유연한 충격 완화층 형성을 통한 콘크리트의 성능 개선 효과와 isobutyl-orthosilicate 등의 성능 개선 물질을 추가함으로써 콘크리트 침투 후의 열화 억제 성능을 향상시켰다. 개발된 유무 기합성 표면 침투 보강제는 침투 후 콘크리트 내부 공극을 물리 화학적으로 안정된 화합물로 충진 시킴으로써 구체 강화에 따른 압축강도 증가 효과는 물론, 염해 및 탄산화, 동결융해 및 복합열화 등의 사용 환경적 열화 요인에 대한 내구성 향상 효과가 높아 콘크리트 구조물의 효율적인 수명 관리 기법으로 활용이 가능할 것으로 판단된다.
주조공정 중 주형제조 시 점결제로 사용되는 silicate계 바인더의 주요원료 중 하나인 물유리와 첨가제(Si, 알칼리 금속)의 혼합특성을 살펴보았다. 물유리와 첨가제 그리고 비율에 따라 제조된 혼합물은 FT-IR분석을 통해 분자결합구조를 살펴보았으며, 점도측정으로 분자구조와의 상관관계를 비교하였다. 물유리에 Si 소스의 제공은 물질 내 Si 망상결합을 촉진시켜 점도는 증가하였고, 알칼리 금속을 첨가하였을 경우에 물유리의 Si 망상결합을 억제하여 점도가 낮아졌다. 물유리와 리튬 실리케이트(lithium silicate, LS)의 혼합물의 점도는 LS의 함량이 20 wt% 이하에서는 LS의 함량이 증가할수록 증가하였지만, 20 wt%를 초과할 경우 점차 낮아졌다. 물유리에 KOH를 첨가함으로써 점도를 낮출 수 있었으며, 콜로이달 실리카(colloidal silica, CS) 또는 potassium methyl siliconate (PMS)와의 혼합을 효과적으로 이용하는 데 이용할 수 있다.
With low thermal expansion coefficients, eucryptite (Li2O.Al2O3.2SiO2) and spodumene (Li2O.Al2O3.4SiO2) in LAS ceramic system show good thermal shock resistance. In this study, sillimanite or kaolin group silicate minerals and Li2CO3 were used as starting materials, and if necessary SiO2 or Al2O3 were added for making stoichiometrically formed specimens. By this process, eucryptite powders were synthesized and characterized. The powder mixtures of lithiumcabonate and silicate minerals calcined at 80$0^{\circ}C$ for 2 hrs were made into powder compacts. $\beta$-Eucryptite single phase was formed via intermediate phases of Li2SiO3 and LiAlO2 et al, by heating at 110$0^{\circ}C$ or 120$0^{\circ}C$ for 10 hrs from those powder compacts. When using the sillimanite group minerals, Virginia kyanite or andalusite was reacted to form eucryptite at 120$0^{\circ}C$and CMK International kyanite were completed at 110$0^{\circ}C$. When kaolin group minerals were used, it was found that the synthesizing temperature (100$0^{\circ}C$) of $\beta$-eucryptite from the mixture of New Zealand white kaolin was lower than that from Hadong pink kaolin (110$0^{\circ}C$). The Microstructure of systhesized powder showed the irregular lump shape such as densed crystallines.
$La_{7.33}Bi_2(SiO_4)_6O_2$ specimens were fabricated by standard solid-state synthesis route for solid oxide electrolytes. The calcined powders exhibited uniform particles with a mean particle size of about $28{\mu}m$. The room-temperature structure of $La_{7.33}Bi_2(SiO_4)_6O_2$ specimens was analyzed as hexagonal, space group P63 or P63/m, and the unit cell volume increased with increase a sintering temperature. The specimens sintered at $1,175^{\circ}C$ showed X-ray patterns of homogeneous apatite single phase without the second phase such as $La_2Si_2O_7$ and $La_2SiO_5$. The specimen sintered at $1,175^{\circ}C$ showed the maximum sintered density of 5.49 $g/cm^3$. Increasing the sintering temperature, total conductivities increased, activation energy decreased and the values were $1.98{\times}10^{-5}Scm-1$ and 1.23 eV, respectively.
일반적으로 탄성체는 특히 고무는 단일성분으로 충분한 물성과 gas barrier성을 나타내지 못하고, 카본블랙과 실리카 등 보강제를 첨가하여 사용되고 있다. 따라서 본 연구에서는 기체 투과성을 낮추기 위해 층상구조를 갖는 점토광물의 일종인 유기실리케이트와 NBR, Ionomer, SEBS (Styrene Ethylene Butadien styrene Copolymer)의 유기탄성체를 이용하여 유기탄성체-clay 나노복합재료 막을 용융법으로 제조하였다. 유기탄성체-clay 나노복합재료 막의 기체 투과 특성은 가압 기체투과장치를 이용하여 실온에서 일정 압력을 유지하며 이산화탄소($CO_2$), 산소($O_2$), 질소($N_2$)가스의 기체투과도를 측정하였다. 유기탄성체-clay 나노복합재료 막은 clay자체의 도입과 층간거리의 확대로 기체분자의 tortuosity를 증가시켜서 기체투과도를 저하시키는 것을 확인하였다.
고농도의 1-부텐을 생산하기 위하여 흡착 분리제의 개발이 필수적인데, 본 연구에서는 메조포러스 실리케이트인 MCM-41을 지지체로 하여 $AgNO_3$를 함침시켜 흡착제를 제조한 후, 1-부텐과 n-부탄의 흡착 특성을 연구하였다. 또한, 열처리 조건에 따른 $Ag^+$ 이온의 형성 비율과 1-부텐의 결합 능력을 알아보았다. MCM-41 흡착제의 경우, 13X 제올라 이트에 비하여 매우 높은 흡착량을 보여주었으며, 은이 담지되었을 때, n-부탄의 흡착량은 감소하는 반면에 1-부텐의 흡착량은 증가함으로써 1-부텐과 n-부탄의 흡착 분리에 매우 좋은 성능을 갖음을 확인할 수 있었다. 또한, 진공 분위기에서 373 K로 열처리한 Ag/MCM-41의 경우 가장 높은 1-부텐/n-부탄 흡착비를 보였으며, 특히 저압에서 매우 높은흡착비를 보여주었다.
국내 순환유동층보일러형 발전소에서 발생하는 석탄재의 재활용을 위해 석회석 미분말과 CFBC 비산재를 이용하여 0.2~0.4 mm 크기를 가지는 석회계 흡수제를 제조하였다. 석회계 흡수제에 소석회를 소량 혼합한 결과 칼슘실리케이트 성분이 입자 표면에 형성되어 강도가 향상되었으며, 탈황특성을 비교한 결과 상업적으로 사용되고 있는 로내탈황용 석회석보다 약 10% 정도 높은 전환율을 가진 것으로 나타나 탈황 흡수제로 활용 가능함을 확인하였다.
Li(DPM)을 원료로 hot wall 수평 관형 반응기를 이용하여 질소-산소 및 아르곤-산소의 분위기에서 $Li_2O$ 고체박막을 LPMOCVD법으로 합성하였다. XRD와 ESCA 분석으로부터 질소-산소 분위기에서는 $Li_2CO_3$막이, 아르곤-산소의 분위기에서는 $Li_2O$막이 성장하였음을 알아냈다. 성막된 산화리튬과 리튬카보네이트는 기판의 실리콘 성분과 반응하여 실리케이트를 형성하였다. 마이크로 trench법과 Monte Carlo 시뮬레이션에 의해 기상반응 속도상수 및 표면반응 속도상수가 얻어졌으며 이를 이용한 성막속도 계산치와 실험치를 비교한 결과 실험조건범위 내에서 잘 일치하였다.
수열법으로 티타늄과 지르코늄이 함유된 MFI형 제올라이트를 조제하고, X선 회절법, FT-IR 및 $^{29}Si$ MAS NMR 분석을 수행하여 티타늄 및 지르코늄의 제올라이트 격자구조 내로의 도입을 검토하였다. 또한 벤젠 수산화반응과 n-hexane 산화반응을 촉매의 특성 검토를 위한 시험반응으로 이용하였다. 순수한 티타니아와 지르코니아 분말은 이들 반응에 대하여 전혀 활성을 나타내지 못하였으나, 티타늄 및 지르코늄 함유 제올라이트 촉매는 두 반응에 대하여 공히 높은 활성을 보였다. 이들 촉매의 활성은 사용한 용매의 종류에 의해 크게 영향을 받았으며, 전환율은 제올라이트 중의 티타늄과 지르코늄 함량의 증가와 더불어 증가하였다.
콘크리트 구조물은 사용기간의 증가에 따라 내구적인 성능저하를 보이게 되며, 이러한 성능저하는 구조적인 성능저하로 진전되어 최종적으로는 안전상의 문제가 된다. 최근에 많은 표면보수 공법이 제시되고 있으나, 보수시공기술 또는 재료자체의 결함으로 뚜렷한 보수성능을 확보하지 못하고 있는 실정이다. 본 연구에서는 콘크리트 구조물의 표면보수를 위하여 액상 무기계 침투제를 개발하였으며, 침투된 콘크리트 시편을 대상으로 내구성능에 대한 실험을 수행하였다. 또한 기존에 개발된 침투제를 적용한 콘크리트 시편과 내구성에 대하여 비교를 수행하였다. 침투된 콘크리트 표면에서는 잔존하는 수산화칼슘과 침투된 실리케이트와의 반응에 따라 추가적인 CSH겔이 형성되었으며, 이에따라, 소수성을 가진 저공극층이 콘크리트 표면에 형성됨을 확인하였다. 최종적으로 개발된 액상형 침투제를 이용한 콘크리트 시편은 내구적인 성능에서 침투전의 시편 및 기존에 사용된 침투제를 적용한 시편에 비해, 우수한 내구적 특성을 가지고 있음을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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