모르타르와 콘크리트의 파괴특성 연구에 있어 할열인장실험 방법의 가능성을 알아보았다. 이를 위하여 할열인장 실험을 통해 초기노치가 주어져 있는 원형 공시체의 크기가 커질 때 모르타르와 콘크리트의 파괴하중의 변화를 구하였다. 이로부터 SEL방법에 의한 수렴정도가 가장 빠른 것으로 나타났으며 SEL방법이 모르타르와 콘크리트의 파괴에너지 및 파괴인성을 구하는 데 매우 효과적인 방법이 될 수 있음을 보였다.
본 연구는 제강슬래그 미분말을 결합재로 사용한 모르타르의 품질을 검토하였으며, 제강슬래그를 잔골재로 사용한 모르타르의 물성을 장기적으로 평가하였다. 실험 결과, 제강슬래그 미분말을 사용한 모르타르의 품질은 OPC만을 사용한 것과 비교하여 매우 낮게 나타났으며, 잔골재로 사용한 경우 압축강도는 부순모래와 유사하게 나타났다.
잔골재 표준입도를 고려하여 조파쇄 바텀애시를 혼입한 일반강도 모르타르의 성능을 실험적으로 분석하였다. 비교군으로서, 파쇄하지 않은 일반 바텀애시를 천연잔골재와 단순 치환하여 사용하였다. 바텀애시를 결합재와 일반 잔골재 사이의 입도를 갖도록 굵게 파쇄할 경우, 입자의 흡수율 및 표건상태 비중이 일반 잔골재 수준으로 조절되었다. 잔골재 표준입도를 고려해 조파쇄 바텀애시를 혼입하는 방법은, 바텀애시 원재료를 일반 잔골재와 단순 치환하던 기존의 배합방법에서 발생하던 모르타르의 유동성 감소 및 강도 감소를 동시에 막을 수 있는 해법이 될 수 있음을 확인하였다. 조파쇄 바텀애시를 30% 이내로 모르타르에 혼입할 경우, 모르타르의 동탄성계수 및 건조수축은 일반골재 모르타르에 비해 크게 변화하지 않았다.
본 연구에서는 에틸렌 초산 비닐 (EVA) 재유화형 분말수지를 혼입한 초속경 폴리머 시멘트 모르타르의 응결시간, 수밀성, 염화물이온 침투에 대한 저항성, 동결음해 저항성 및 내약품성에 미치는 분말소포제 첨가율 및 폴리머-시멘트비의 영향에 대하여 검토하였다. 그 결과, 재유화형 분말수지를 혼입한 초속경 폴리머 시멘트 모르타르의 공기량은 분말소포제 첨가율 및 폴리머-시멘트비의 증가에 따라 감소하는 경향을 보였다. 재유화형 분말수지를 혼입한 초속경 폴리머 시멘트 모르타르의 응결시간은 분말소포제 첨가율에 관계없이 폴리머-시멘트비의 증가에 따라 길게 되는 경향을 보였다. 또한 재유화형 분말수지를 혼입한 초속경폴리머 시멘트 모르타르의 수밀성 및 염화물이온 침투깊이는 분말소포제 첨가율에 관계없이 폴리머-시멘트비의 증가에 따라 감소하는 경향을 보였다. 재유화형 분말수지를 혼입한 초속경 폴리머 시멘트 모르타르의 동결융해 저항성 및 내약품성의 개선은 재유화형 분말수지의 혼입에 의해 시멘트 수화룰과 골재간의 접착성이 개선되기 때문이라 판단된다.
기존의 경우 콘크리트 내구성에 관한 연구는 다양하게 많은 량이 진행된바 있다. 특히 화학적 침식에 관한 연구로는 산 알칼리, 황산염에 대한 침식저항성의 연구가 활발히 진행되었다. 하지만 유지류에 관한 연구로, 특히 각종 유지류의 종류가 혼화재 치환 모르타르에 어떠한 영향을 미치는지에 관해서는 거의 연구되지 않았다. 따라서 본 연구에서는 FA 및 BS의 혼화재 치환 시멘트 모르타르가 각종 유지류에 침지될 경우 나타나는 열화특성에 관하여 연구하였다. 실험결과 유지류 종류 중에서는 지방산 함유량이 높을수록, 특히 BD(바이오디젤)의 경우가 모든 혼화재 치환 시멘트 모르타르의 열화를 가장 크게 일으키는 것으로 나타났고, 혼화재 치환을 한 모르타르의 경우는 OPC(보통포틀랜드시멘트)보다 BS 및 FA치환 모르타르의 경우에서 열화가 더 크게 나타나는 것을 알 수 있었다.
본 연구에서는 시멘트 복합체의 단점을 보완하기 위해 유기화합물인 폴리머를 시멘트 모르타르에 혼입하여 폴리머 시멘트 모르타르를 제작하고 이에 대한 인장력과 부착특성을 개선시키고자 하였다. 또한, 폴리머 시멘트 모르타르 내에서 형성되는 폴리머 필름의 인장강도와 유리전이온도가 폴리머 시멘트 모르타르의 인장강도와 부착특성에 미치는 영향을 파악하였다. 본 연구 결과 폴리머 시멘트 모르타르는 보통 시멘트 모르타르에 비해 인장강도의 경우 최대 2배 정도 증진효과를 나타내고 있었으며 부착특성에 있어서도 약 4배 정도의 증진효과가 나타났다.
목탄의 제조과정에서 발생되는 목타르의 신용도를 찾고자 목타르를 이용한 레졸형 페놀수지접착제를 제조하여, 합판에 대한 접착력 시험을 실시하였다. 소나무타르계 접착제는 미첨가 페놀접착제와 비교했을 때, 고형분, 점도와 같은 수지의 물성은 유사하였으며, 인장 전단 접착력에서도 비내수, 내수 모두 페놀접착제에 비해 크게 떨어지지 않았다. 그러나, 참나무타르계 접착제의 경우에서는 수지물성도 페놀수지와는 다른 물성을 보였으며, 내수접착력은 페놀접착제의 접착력에 비해 절반 정도의 낮은 접착력을 보였다. 포름알데히드 방출량은 목타르의 첨가량이 많을수록 많이 방출되었다.
가스화(gasification)는 바이오매스로부터 에너지를 얻을 수 있는 방법 중 하나로 열화학적 변환을 통해 수소, 일산화탄소, 메탄 등으로 조성된 가연성 가스인 'producer gas'를 생산할 수 있다. 하지만 producer gas와 함께 타르(tar)를 비롯한 ash 등의 입자상 물질이 함께 생성돼, 발전 터빈이나 연소 엔진 등에 유입되어 고장을 일으키거나 배관 등에 축적되어 막힘 현상 등을 야기하므로 제거가 필요하다. 본 연구에서는 producer gas 중 타르 및 입자 제거를 위해 오일 스크러버(oil scrubber)와 집진장치를 도입하였다. 흡수용매로써 타르를 효과적으로 제거가 가능한 대두유를 사용하였고, 스크러버의 용매 온도에 따라 제거효율이 어떻게 변화하는지 실험을 통해 관찰하였다. 집진장치에는 타르로 인한 필터 눈 막힘 현상 등의 문제를 방지하기 위해 pre-coating 기술을 도입하였다. Pre-coating에 사용할 물질로써 분말 소석회와 목탄계 활성탄(wood char)을 사용하였으며, 타르(tar)를 비롯한 입자 평균 제거 효율은 소석회를 pre-coating 물질로 사용 시 86%, 활성탄의 경우 80%로 나타났다. 스크러버와 집진장치를 동시에 사용한 경우에는 평균 제거효율이 소석회는 88%, 활성탄의 경우 83%로 나타났다.
본 연구의 목적은 화재에 의하여 붕괴 위험성이 있는 터널콘크리트 구조물을 보호하기 위해서 사용하는 습식 고강도 폴리머 스프레이 모르타르의 역학적 특성과 화재저항성을 평가하는 것이다. 본 연구의 주요 목적은 낮은 강도를 가지고 있어 내화재료로서 충분하지 않은 현재 사용되고 있는 재료의 단점을 극복하기 위하여 강도와 화재저항성을 동시에 증가시키는 것이다. 또한 습식 고강도 폴리머 스프레이 모르타르의 피복두께에 따른 내부온도분포를 평가하였으며 화재가 발생하였을 경우 터널콘크리트 구조물을 보호할 수 있는 습식 고강도 폴리머 스프레이 모르타르의 최적두께를 결정하였다. 본 연구의 결과 습식 고강도 폴리머 스프레이 모르타르는 현재 상용화되어 있는 내화용 재료와 비교하여 강도가 높았으며, 우수한 내화성능을 확보하였다. 무엇보다도 화재로부터 기존 구조물을 보호하기 위한 고강도 폴리머 모르타르의 최적 피복두께는 4cm이상 이었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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