• 자원환경지질
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• 제12권1호
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• pp.41-49
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• 1979

본문은 광물학 및 습식야금법의 관점에서, 산성용액내의 점토 광물의 물리적 특성과 화학적 특성을 문헌에 의해 검토한 것이다. 점토광물의 몇가지 중요한 특성은 이들이 산성용액내에서 양이온을 교환하고 흡수팽창하며, 이질광물로 분해(incongruent dissolution)하는 능력을 갖는다는 것이다. 여러 점토광물들은 양이온 교환과정으로 금속 이온들을 용액으로부터 흡착할 수 있다. 일반적으로 이들의 양이온 교환능력은 다음 순서로 증가된다. 즉, kaolinite, halloysite, illite, vermiculite, montmorillonite 산성용액내에서는 점토광물들에 의하여 동과 같은 양이온 흡착은 수소와 알미늄에 의해 크게 방해를 받으므로, 우라늄 및 동 등의 금속을 회수하는데는 점토광물이 중용한 요소가 되지 않는다. 그러나, 염기성용액에서는 양이온 흡착(uptake)이 중요하다. 흡수 팽창성은 낮은 pH에서 최소가 된다. 이는 격자 파괴에 기인할 가능성이 많다. 흡수 팽창은 montmorillonite형 점토에서 조절이 되는데 그것은 내부층의 Na 이온이 리튬 과/또는 수산화된 알미늄 이온과 교환을 하기 때문이다. 점토광물에 대한 산의 효과는 다음과 같다. i) 면적 및 다공성이 증가됨에 따라 보다 작은 판상의 집합체로 분리됨 ii) 점토-산 반응은 다음 순서로 일어난다. (ㄱ) 내부층 양이온들의 $H^+$ 치환 (ㄴ) Al, Fe, Mg 등의 팔면체 양이온의 이동. (ㄷ) 사면체 Al 이온들의 이동. 산의 공격반응(attack)은 점토 입자의 가장자리에서부터 시작되어 내부로 계속되며, 수화된 규소겔을 가장 자리에 남긴다. iii) (ㄴ)과 (ㄷ)의 반응속도는 위-일급($pseudo-1^{st}$ order)이며, 이는 산의 농도에 비례한다. 그리고 그 속도는 온도 매 $10^{\circ}C$ 증가에 따라 배가된다. 산에 의한 동이나 우라늄을 제자리에서 용해시키는 경우 고찰할 문제는 다음과 같다. i) 1년 혹은 그 이상의 오랜 작용으로 산의 반응을 받은 점토광물은 규소겔을 남길 것이다. 그런데 이 겔이 용해(leaching)작용을 받고 있는 유용 광물 표면을 덮게 되면 용해에 의한 회수 속도는 실질적으로 감소된다. ii) 0.5% 점토광물과 동을 함유하는 회수 가능한 동광상에 대해 점토-산 반응에 사용될 값의 상승은 동 1파운드당 1.5c이다. (혹은 구리 1파운드당 $H_2SO_4$ 0.93Ibs) 점토광물에 의한 이러한 산의 소모량이 산화동광상에서 동을 추출하는데 경제적 평가의 한 요소가 될 것이다.

• 한국문화재보존과학회:학술대회논문집
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• 한국문화재보존과학회 2004년도 제19회 발표논문집
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• pp.78-91
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• 2004

염(Salts)은 일반적으로 가장 강력한 풍화요인 물질 중 하나이다. 염의 결정화(crystallization) 및 수화(hydration)작용은 석재의 화학적 풍화 뿐만이 아니라 물리적 풍화를 가속화 시킨다. 감은사지 석탑은 오랜 세월 대기 중에 노출되어 대기환경오염으로 인한 화학적 풍화 뿐만이 아니라 지리적으로 바다에 인접해 있어 바다에서 기원한 염화나트륨(NaCl)의 영향으로 다른 석조물에 비해 심한 물리적 풍화현상을 보이고 있다. 편광 현미경 및 SEM, XRD, XRF를 이용하여 석탑의 구성석재 및 염(salts)에 대한분석을 실시하였으며, 용출실험을 통해 얻은 용액에 대해서는 IC와 ICP-AES를 이용하여 분석하였고, 염류와 석재의 반응산물로 만들어진 염에 대해서는 정방위시료와 부정방위시료를 제작하여 분석하였다. 감은사지 석탑을 이루는 암석은 결정응회암으로 주 구성 광물은 사장석 및 정장석이며 소량의 석영 및 흑운모 등이 함유되어 있고 소량의 유리질 석기로 구성되어 있다. 석재의 표면에는 주 구성 광물들의 화학적 풍화로 인해서 생성된 2차 광물로 팽창성 점토광물인 스멕타이트가 존재하며, 대기오염물질과의 결합에 의해 생성된 대표적인 황산염인 석고$(gypsum,\;CaSO_4{\cdot}2H_2O)$, 소금(halite, NaCl), 해양기원 염류인 소금성분과 대기오염물질이 만들어낸 테나다이트$(thenardite,\;Na_2SO_4)$가 존재한다. 이들 염류는 일차적으로 암석의 표면에 백화현상을 초래하기도 하고, 대기 중의 오염물질과 결합하여 일부는 흑화현상을 보이기도 한다. 또한 암석 내 수분이 증가할 경우 이들 염들이 암석의 공극이나 열극을 따라 내부로 이동하여 subflorescence를 발생시켜 박락 및 박탈의 원인이 되었으며, 온도와 수분의 변화에 따른 이들 염(salts)의 수화 및 결정 작용 그리고 새로운 염(salts)의 침전작용을 반복하면서 석재 내부와 외부의 암석 및 결정에 균열과 미세열극 등이 생성되어 석재 자체의 구조적 안정성에 영향을 주고 있다. 따라서 감은사지 석탑은 지리적 환경 차이로 인해 일반적인 환경의 석조물들과는 다른 형태의 풍화양상을 보이고 있어서 풍화양상 및 풍화형태에 대한 정확한 연구와 이해를 바탕으로 보존대책이 마련되어야 한다.

• 지질공학
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• 제11권3호
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• pp.269-278
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• 2001

MD 시뮬레이션을 이용하여 $\alpha$-quartz, 백운모, 조장석의 열팽창계수를 산정하였다. MD 시뮬레이션에서 가장 중요한 포텐셜 함수로는 부분이온성 두입자간 포텐셜을 이용하였다. 열팽창계수는 격자구조의 온도에 따라 변화를 NPT-ensemble 시뮬레이션을 통하여 계산하여 산정하였으며 그 결과를 실험결과와 비교하였다. 시뮬레이션을 통하여 산정된 열팽창계수는 시험결과와 잘 일치하고 있으며, 유효한 수준의 결과를 보이고 있다.

• 자원환경지질
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• 제36권1호
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• pp.1-8
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• 2003

본 연구는 X-선분말회절(XRD)을 이용하여 감포와 연일에서 산출되는 벤토나이트에 대한 팽창성과 부합성산란영역크기(CSDs)를 측정하고, 이를 세계표준 벤토나이트(SAz-1, STx-1, SWy-2사 비교해 보고자 하였다. 에틸렌글리콜(EG)포화 시료에서 측정한 001 피크의 저각도 쪽 굴곡과 001 피크의 강도비(saddle/001 강도비)를 이용하여 감포와 연일 벤토나이트의 팽창성을 측정한 결과, 77-100% S$_{XRD}$를 보였으며, GP-56을 제외한 대부분은 무질서형 일라이트-스멕타이트 혼합층광물(RO I-S)로 구성되어 있었다. BWA(Bertaut-Warren-Averbach) 방법으로 CSDs를 측정한 결과, EG-포화시료의 001 피크는 혼합층에 의한 피크의 변형(Mering의 제 1 원칙)이 관찰되었으며, CSDs측정에 부적절하였다. 반면에, 300^{\circ}C$ 열-처리 시료의 001 피크는 혼합층에 의한 변형이 발생하지 않았으며 CSDs측정에 적합하였다. 열-처리 시료로부터 측정한 감포와 연일 벤토나이트의 평균 CSDs는 3.8-5.4층간으로 측정되었으며, 세계표준 벤토나이트와 비교하였을 때, CSDs 분포는 곤잘레스(STx-1)와 와이오밍(SWy-2) 벤토나이트와 유사하였다

• 한국광물학회지
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• 제17권3호
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• pp.277-288
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• 2004

알칼리-실리카반응은 시멘트 내의 알칼리와 화학적으로 불안정한 반응성 골재와의 화학반응으로서, 그 결과 콘크리트의 팽창과 균열을 발생하는 작용이다 본 연구에서는 우수한 포조란반응 특성을 나타내는 새로운 광물혼화재로 부각되고 있는 메타카오린의 알칼리-실리카반응 억제 효과에 대하여 연구하였다. 다양한 치환율로 메타카오린을 혼합한 모르타르 공시체를 제작하여, 알칼리-실리카 반응성 시험(ASTM C 1260), 압축강도 시험 및 유동성 시험을 실시하고, 시멘트 수화물에서의 구성성분 변화에 대한 XRD 정량분석을 실시하였다. 그 결과, 메타카오린의 혼합은 시멘트 페이스트내의 가용 포트랜다이트의 함량을 급속히 감소시키는 빠른 포조란반응 및 수화반응 특성을 나타내어, 알칼리-실리카 반응에 의한 팽창을 억제하고 우수한 압축강도를 발현하는 것으로 나타났다. 시멘트에 메타카오린의 혼합에 의한 알칼리-실리카 반응에 의한 팽창억제는 치환율 15% 이상, 즉 시멘트 페이스 내의 가용 포트랜다이트 함량이 약 10% 이하가 될 경우 효과적이다. 메타카오린의 혼합에 의한 알칼리-실리카 반응에 의한 팽창 억제는 유해성이 높은 알칼리-칼슘-실리카 겔의 형성이 억제된 결과와 포조란 효과에 의한 치밀하고 균질한 시멘트 페이스트 형성으로 인한 알칼리 용액의 침투가 억제된 결과에 의한 것으로 생각된다. 15% 이상의 메타카오린의 혼합은 보통의 모르타르보다 높은 초기강도를 발현하였으며, 후기강도는 전 치환율 범위에서 보통의 모르타르 이상의 아주 우수한 강도를 나타내었다. 강도발현 특징은 메타카오린에 의한 빠른 포조란반응 및 수화특성을 반영하고 있다.

• 지질공학
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• 제26권1호
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• pp.23-32
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• 2016

ASTER 위성영상을 이용하여 팽창성 점토광물인 일라이트 인자 추출 및 SVM 통계분석을 통해 산사태 취약성을 평가하였다. 연구지역의 산사태 발생지역은 항공사진 판독 및 현장 조사를 통해 분석하였다. GIS 기반 공간데이터베이스로는 지형도, 토양도, 임상도, ASTER 위성사진을 이용하였다. 수치지형도에서는 경사 및 경사방향, 곡률도, 계곡과의 거리, 도로와의 거리, 토양도에서는 유효토심, 토질, 토양지형, 토양 배수정도 및 토양 모재, 임상도에서는 경급, 영급 및 밀도를 위성사진에서는 일라이트 인자를 추출하였다. 산사태 발생요인 데이터베이스와 SVM 통계분석 및 가중치 계산을 통해 각 요소간의 상관관계 취약성도를 구하였다. AUC 검증 결과 일라이트 인자 적용결과는 76.46%의 예측 정확도를 보였으며 일라이트 인자 미적용 모델은 74.09%의 예측 정확도를 나타내었다. 이는 일라이트 인자가 산사태 취약성도 작성에 있어 중요한 자료로 사용될 수 있음을 나타낸다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제22권2호
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• pp.219-228
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• 2010

하수도, 오 폐수, 토양 속, 지하수 및 해수 등의 환경에 건설되는 콘크리트 구조물은 산 및 황산염에 노출되어 있다. 이 같은 산 및 황산염 침투로 포틀랜드 시멘트 중의 수화생성물과 산 및 황산염 이온이 반응하여 팽창 수화물을 생성함으로써 콘크리트에 팽창 및 균열을 발생시켜, 결국 콘크리트 매트릭스에 손상을 일으킨다. 따라서 이 연구의 목적은 콘크리트의 황산 및 황산염 침투 저항성에 미치는 광물질 혼화재의 영향을 평가하여, 황산 및 황산염 침투에 대한 고저항성 콘크리트를 제시하는 것이다. 이를 위하여 광물질 혼화재의 형태 및 비율을 변화시킨 OPC, 2성분계 및 3성분계의 3가지 종류의 시멘트를 사용하여 물-결합재비 32% 및 43%인 콘크리트를 제조하였다. 제작된 콘크리트 시편은 민물, 5% 황산, 10% 황산나트륨 및 10% 황산마그네슘 용액에 재령 28, 56, 91, 182 및 365일 동안 각각 침지시켰다. 콘크리트의 황산 및 황산염 침투 저항성을 평가하기 위하여 외관변화 관찰과 압축강도 비 및 질량 변화율을 측정하였다. 그 결과, 광물질 혼화재를 혼입한 콘크리트의 황산 및 황산나트륨 침투에 대한 저항성은 OPC 콘크리트 경우 보다 훨씬 우수한 것으로 나타났으나, 황산마그네슘의 경우 비결합재질의 규산마그네슘수화물(M-S-H)의 형성으로 광물질 혼화재를 혼입한 콘크리트가 OPC 콘크리트보다 불리한 것으로 나타났다.

• 한국광물학회지
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• 제19권1호통권47호
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• pp.31-38
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• 2006

석조문화재 주변의 환경적인 요인은 다양한 형태의 손상을 불러일으킨다. 본 연구에서는 여러 환경 요인 중에서 지면에 조성된 조립사질 토양이 석조문화재의 손상에 끼치는 영향을 불국사 다보탑을 중심으로 살펴보았다. 복잡한 구조를 지닌 불국사다보탑의 주변 지면에는 조립사질토양이 조성되어 있고, 주변은 회랑으로 둘러싸여 있다. 경주의 거센 바람과 수많은 관람객으로 인하여 지면의 토양이 부유되어 복잡한 석탑의 부재 사이에 침착되고 있다. 조립사질토양이 석탑의 손상에 미치는 영향을 살펴보기 위하여 조립사질 토양과 석탑 주변에 떨어진 풍화편을 채취하여 X-선 회절분석, 편광현미경 및 전자현미경으로 광물조성과 조직을 관찰하였으며, IC와 ICP-AES를 이용하여 수용성 염성분을 분석하였다. 조립사질토양과 풍화편에서는 스멕타이트 뿐만 아니라, 일라이트, 카올리나이트가 검출되었는데, 이들은 수분과 접촉시 팽창을 하여 암석에 압력을 가중시킨다. 풍화편과 조립사질 토양에서는 또한 NaCl 염이 검출되었는데, 이 염은 점토광물에 나트륨이온을 제공하여서, 또는 상대습도 평형을 떨어뜨려서 점토광물의 팽창을 증진시킨다. 분석결과는 조립사질토양이 풍화된 석조문화재의 사이트환경으로는 적절치 못함을 보여준다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제15권1호
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• pp.113-125
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• 1999

부산시 남구 문현동 산사태 지역에 산출하는 점토광물에 대해 X-선회절분석, 주사전자현미경 관찰 및 화학분석 등의 조사를 행하여 산출상태 및 광물학적 특성을 검토하였다. 그 결과, 본 지역에는 할로이사이트, 버미큘라이트, 운모/버미큘라이트 혼합층광물, 버미큘라이트/스멕타이트 혼합층광물, 카오리나이트, 일라이트 등의 여러 점토광물이 다량 산출되는 것으로 나타났다. 산출상태로 보아 이들 점토광물은 기반암인 안산암의 풍화변질에 의해 형성된 것으로 나타났다. 즉, 안산암의 초기 풍화단계에서 할로이사이트가 형성되고, 그 후의 중간단계에서 버미큘라이트, 운모/버미큘라이트 혼합층광물 및 버미큘라이트/스멕타이트 혼합층광물이 형성되었으며, 최종의 풍화단계에서 카오리나이트가 주로 형성된 것으로 사료된다. 특히 산사태 발생지역의 중심부와 미끄러진 바닥면의 점토에서 할로이사이트, 버미큘라이트, 버미큘라이트/스멕타이트 혼합층광물 등의 팽윤성 점토광물이 다량 산출되었다. 따라서 이들 점토광물은 물을 흡수하여 팽창하게 되며, 이에 따라 사면의 전단저항을 급격히 약화시킬 수 있기 때문에 산사태 발생의 중요한 원인을 제공한 것으로 생각된다. 지질 및 구성광물 등의 검토 결과, 이 지역의 산사태는 급한 경사면, 집중호우, 절리의 발달, 암석의 변질작용, 그리고 팽윤성 점토광물 등의 요인이 복합적으로 작용되어 발생된 것으로 사료된다. 따라서 산사태의 조사 및 방지대책에 있어서 지질과 함께 점토광물에 대한 검토가 필요한 것으로 사료된다.

• 한국광물학회지
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• 제15권2호
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• pp.95-103
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• 2002

본 연구는 일라이트-스멕타이트 혼합층광물(I-S)의 구조를 MacEwan 결정자 모델과 기본입자 모델을 통하여 살펴봄으로써, 팽창성(% $S_{XRD}$), MacEwan 결정자두께( $N_{CSD}$), 평균기본입자두께( $N_{F}$ ) 간의 관계를 정량적으로 해석하고자 하였다. 두 모델에 대한 비교를 통하여, % $S_{XRD}$, $N_{CSD}$, $N_{F}$ 는 서로 독립된 변수들이 아니고 I-S 구조 내에서 특정한 기하학적 관계를 가지고 있음을 알 수 있었다. % $S_{XRD}$는 단범위적층효과에 의해 $N_{CSD}$에 영향을 받고, $N_{F}$ 및 스멕타이트 층간개수( $N_{S}$ )와 $N_{s}$ =( $N_{F-}$1)/(100%/% $S_{XRD-}$ $N_{F}$ ) 관계가 성립함을 알 수 있었다. 특히, 이 관계로부터 % $S_{XRD}$와 $N_{F}$ 는 물리적으로 제한된 조건인 1< $N_{F}$ <100%/ % $S_{XRD}$를 만족해야 한다는 결과를 도출할 수 있었다. 본 연구는 이러한 물리적 제한조건을 이용하여, % $S_{XRD}$, $N_{F}$ , $N_{s}$ , 질서도 등을 종합적으로 해석하는데 유용할 것으로 사료되는 다이어그램을 제시하였으며, 금성산화 산암복합체에서 산출되는 I-S에 대한 XRD 자료를 이용하여, 이를 검증하였다. 또한, 자연상 I-S는 % $S_{XRD}$가 감소할수록, $N_{F}$ 는 물리적 상한조건인 $N_{F}$ =100%/% $S_{XRD}$에서 점차 멀어지게 됨을 알 수 있었으며, 이러한 결과는 기본입자가 두꺼워질수록 적층능력이 감소하는 것에서 기인한 것으로 사료된다.다.하는 것에서 기인한 것으로 사료된다.다.