• Advances in concrete construction
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• 제16권3호
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• pp.155-167
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• 2023

The penetrated chloride in concrete has different behavior with mix proportions and local exposure conditions, even in the same environments, so that it is very important to quantify surface chloride contents for durability design. As well known, the surface chloride content which is a key parameter like external loading in structural safety design increases with exposure period. In this study, concrete samples containing OPC (Ordinary Portland Cement), GGBFS (Ground Granulated Blast Furnace Slag), and FA (Fly Ash) had been exposed to submerged, tidal, and splash area for 5 years, then the surface chloride contents changing with exposure period were evaluated. The surface chloride contents were obtained from the chloride profile based on the Fick's 2nd Law, and the regression analysis for them was performed with exponential and square root function. After exposure period of 5 years in submerged and tidal area conditions, the surface chloride content of OPC concrete increased to 6.4 kg/m³ - 7.3 kg/m³, and the surface chloride content of GGBFS concrete was evaluated as 7.3 kg/m³ - 11.5 kg/m³. In the higher replacement ratio of GGBFS, the higher surface chloride contents were evaluated. The surface chloride content in FA concrete showed a range of 6.7 kg/m³ to 9.9 kg/m³, which was the intermediate level of OPC and GGBFS concrete. In the case of splash area, the surface chloride contents in all specimens were from 0.59 kg/m³ to 0.75 kg/m³, which was the lowest of all exposure conditions. Experimental constants available for durability design of chloride ingress were derived through regression analysis over exposure period. In the concrete with GGBFS replacement ratio of 50%, the increase rate of surface chloride contents decreased rapidly as the water to binder ratio increased.

• Advances in concrete construction
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• 제16권6호
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• pp.303-316
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• 2023

Using industrial wastes and construction and demolition (C&D) wastes is potentially advantageous for concrete production in terms of sustainability improvement. In this paper, a sustainable Self-Compacting Concrete (SCC) made with industrial wastes and C&D wastes was proposed by considerably replacing natural counterparts with recycled coarse aggregates (RCAs) and supplementary cementitious materials (SCMs) (i.e., Fly ash (FA), ground granulated blast furnace slag (GGBS) and silica fume (SF)). A total of 12 SCC mixes with various RCAs and different combination SCMs were prepared, which comprise binary, ternary and quaternary mixes. The mechanical properties in terms of compressive strength and static elasticity modulus of recycled aggregates (RA-SCC) mixes were determined and analyzed. Microstructural study was implemented to analyze the reason of improvement on mechanical properties. By means of life cycle assessment (LCA) method, the environmental impacts of RA-SCC with various RCAs and SCMs were quantified, analyzed and compared in the system boundary of "cradle-to-gate". In addition, the comparison of LCA results with respect to mechanical properties was conducted. The results demonstrate that the addition of proposed combination SCMs leads to significant improvement in mechanical properties of quaternary RA-SCC mixes with FA, GGBS and SF. Furthermore, quaternary RA-SCC mixes emit lowest environmental burdens without compromising mechanical properties. Thus, using the combination of FA, GGBS and SF as cement substitution to manufacture RA-SCC significantly improves the sustainability of SCC by minimizing the depletion of cement and non-renewable natural resources.

• 콘크리트학회논문집
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• 제29권4호
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• pp.415-424
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• 2017

본 연구의 목적은 플라이애시 및 고로슬래그 미분말로 제조한 알칼리 활성화 결합재 모르타르의 황산염 저항성에 미치는 마그네슘(Magnesium, $Mg^{2+}$) 및 황산(Sulfate, ${SO_4}^{2-}$) 이온의 영향을 확인하는 것이다. 이를 위하여 고로슬래그 미분말 치환율을 30%, 50% 및 100%, $SiO_2$와 $Na_2O$의 몰 비($SiO_2/Na_2O$ molar ratio, Ms)를 1.0, 1.5 및 2.0으로 조정한 시험체를 제작하였다. 그리고 $Mg^{2+}$ 및 ${SO_4}^{2-}$의 영향을 확인하기 위하여 $Mg^{2+}$ 단독(10% $Mg(NO_3)_2$), ${SO_4}^{2-}$ 단독(10% $Na_2SO_4$), $Mg^{2+}$ 및 ${SO_4}^{2-}$ 복합(10% [$MgCl_2+Na_2SO_4$], 10% [$Mg(NO_3)_2+Na_2SO_4$]) 및 $MgSO_4$ 수용액(10%, 5% 및 2.5% $MgSO_4$)의 조건에서 압축강도, 길이변화, 질량변화 및 X선 회절 분석을 실시하였다. 그 결과, $Mg^{2+}$ 및 ${SO_4}^{2-}$가 공존하는 경우에만 황산염 침식에 의한 강도저하 및 팽창 등이 발생하는 것을 확인하였다. 이러한 현상은 $Mg^{2+}$이 규산칼슘 수화물(Calcium Silicate Hydrate, C-S-H)을 분해하여 $Ca^{2+}$이 용출되고, 용출된 $Ca^{2+}$과 ${SO_4}^{2-}$가 결합하여 석고($CaSO_4{\cdot}2H_2O$, Gypsum)를 생성하고, $Mg^{2+}$과 OH가 결합하여 수산화마그네슘(Magnesium hydroxide, $Mg(OH)_2$, Brucite)을 생성하는 것에 기인하는 것을 확인하였다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제17권1호
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• pp.129-137
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• 2005

최근 양질의 하천골재가 고갈상태에 직면함에 따라 쇄석 골재의 사용이 보편화되고 있지만 쇄석 골재 사용으로 야기될 수 있는 알칼리-실리카 반응에 대한 문제를 검토하지 않은 채 콘크리트 재료로 사용하고 있는 실정이다. 알칼리-실리카 반응은 콘크리트에 유해한 팽창을 일으키는 작용으로서, 반응결과 알칼리-실리카 겔이 형성되고 이러한 겔이 수분을 계속 흡수함으로써 체적 팽창을 일으켜 콘크리트에 균열이 발생된다. 골재의 알칼리-실리카 반응성을 판정하는 방법은 암석학적 판정법, 화학법 및 모르타르 바 법이 일반적으로 사용되지만, 이 중에서 모르타르 바 법이 비교적 신뢰성이 높다. 본 연구에서는 모르타르바 시험방법 중 ASIM C 227과 ASIM C 1260을 선택하여 암석 유형별로 수집한 12종의 골재들을 대상으로 쇄석 골재의 반응성을 비교, 분석하였다. 또한 본 연구에서는 반응성 골재의 입자크기 및 입도가 모르타르 바의 알칼리-실리카 반응 팽창에 미치는 영향에 관하여 검토하였다 혼화재의 용도는 상당히 많지만 본 연구에서는 쇄석 골재 사용으로 문제되고 있는 알칼리-실리카 반응에 있어서 플라이애쉬, 고로슬래그미분말, 실리카퓸 및 메타카올린을 혼화재료로 사용할 경우 알칼리-실리카 반응에 미치는 영향을 알아보고자 시멘트에 대한 혼화재의 치환율을 달리하여 ASTM C 1260 시험법으로 알칼리-실리카 반응에 대한 팽창 저감효과를 평가하여 보았다. 본 연구에서는 혼화재의 치환율을 0, 5, 10, 15, 25 및 $35\%$로 하였으며, 모르타르 유동성 시험을 병행하여 어느 정도의 유동성을 갖는 혼화재는 45, $55\%$까지 치환율을 증가하여 길이변화 시험을 수행하였다. 시멘트 중량에 대한 혼화재 치환율이 플라이애쉬는 $25\%$, 실리카퓸은 $10\%$, 메타카올린은 $25\%$, 고로슬래그미분말은 $35\%$일 경우 알칼리-실리카 반응에 의한 팽창을 가장 효과적으로 방지할 수 있는 것으로 판단된다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제21권1호
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• pp.109-116
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• 2017

본 연구는 플라이애시 및 고로슬래그 미분말을 활용하여 알칼리 활성화 결합재로 제조된 모르타르 및 페이스트 샘플의 황산염 저항성을 평가하고 황산염 침투에 대한 고저항성 결합재를 제시하는 것이다. 이를 위하여 플라이애시 및 고로슬래그미분말 등의 광물질 혼화재를 결합재로 활용하여 고로슬래그미분말 치환율을 30, 50 및 100%로 제작하였다. 규산나트륨 모듈 $Ms[SiO_2/Na_2O]$은 1.0, 1.5 및 2.0으로 조정하였으며, 10% 황산나트륨, 10% 황산마그네슘, 10% 질산마그네슘 및 5% 질산마그네슘+5% 황산나트륨 용액에 각각 침지시키고, 황산염 저항성을 평가하기 위하여 압축강도, 질량변화율, 길이변화율 및 X선 회절분석을 측정하였다. 그 결과 10% 황산나트륨, 10% 질산마그네슘 및 5% 질산마그네슘+5% 황산나트륨에 침지한 경우에는 모든 시험조건에서 장기적인 강도발현과 질량 및 길이변화율이 작아 저항성이 우수한 것으로 나타났으나, 10% 황산마그네슘에 침지한 경우에는 장기적인 강도저하와 질량 및 길이변화가 크게 나타났으며, 그 경향은 고로슬래그 미분말 치환량 및 Ms비가 증가할수록 현저하였다. 이것은, X선 회절분석 결과 황산마그네슘 용액 침지에서는 gypsum($CaSO_4{\cdot}2H_2O$) 및 brucite(MgOH)생성되어 내부조직이 팽창하는 것에 의한 것으로 확인되었다. 결론적으로 일정 농도의 ${SO_4}^{2-}$이 존재하는 조건에서 $Mg^{2+}$가 추가로 존재할 경우 열화현상은 가속화되는 것을 알 수 있다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제27권2호
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• pp.127-136
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• 2015

본 연구는 고강도 고함량 고로슬래그 콘크리트의 특성에 미치는 석회석 미분말과 실리카퓸의 영향을 검토하기 위해 50%에서 최대 80%까지 고로슬래그를 다량 혼합하고, 석회석 미분말을 최대 20%, 실리카퓸을 최대 10%까지 혼합한 물-결합재비 20%의 고강도 시멘트 모르터의 유동성, 강도발현, 수화 및 포졸란 반응 특성, 공극율 및 공극 크기 분포 등을 분석하였다. 실험결과에 따르면 고함량 고로슬래그 배합은 포틀랜드 시멘트 배합에 비해 고로슬래그의 낮은 표면 마찰로 유동성이 크게 향상되고, 시멘트 수화에 필요한 자유수가 많아져 수화반응이 촉진되면서 초기강도가 증가하나, 너무 낮은 물-결합재비와 단위시멘트량으로 인해 수산화칼슘의 생성량이 부족하여 포졸란 반응이 충분히 활성화되지 못함에 따라 장기강도 발현이 억제된다. 석회석 미분말은 유동성에는 큰 영향을 주지 않고, 역시 시멘트의 초기 수화를 촉진하는 것으로 나타났으나, 수화를 가속하는 효과는 고로슬래그보다 높지 않고, 고로슬래그와 달리 수경성이 없기 때문에 오히려 석회석 미분말의 치환율이 높아질수록 압축강도가 낮아지는 것으로 나타났다. 또한 고분말의 고로슬래그를 사용하거나, 또는 실리카퓸으로 고로슬래그를 치환하는 경우 시멘트 수화에 필요한 자유수를 더 많이 흡착함으로써 유동성과 강도를 저하시키는 것으로 나타났다. 또한 고로슬래그를 사용한 배합의 공극율이 보통 포틀랜드 시멘트 배합보다 낮게 나타났으나, 석회석 미분말은 공극율에 뚜렷한 영향을 나타내지 않았고 실리카퓸은 낮은 시멘트 수화도로 인해 공극율을 오히려 증가시키는 것으로 나타났다. 반면 공극 크기 분포에 있어서는 고로슬래그와 실리카퓸를 혼합한 경우 미세공극이 증가하는 것으로 나타났다.

• 광물과 암석
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• 제35권1호
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• pp.25-39
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• 2022

본 연구는 원자력 시설 해체 시 발생되는 저준위 및 극저준위 폐토양, 점토와 산업부산물인 고로슬래그를 이용하여 방사성 폐기물을 안전하게 담지할 수 있는 비소성 시멘트의 제조 가능성을 평가하고 광물·형태학적 분석을 통하여 생성된 반응 물질에 대하여 고찰하였다. 본 연구에서는 (1) 폐토양, 점토 및 고로슬래그의 특성 분석, (2) 폐토양, 점토 및 고로슬래그를 고화재 및 성분조정제로 이용한 원전 해체 폐기물 담지를 위한 비소성 시멘트 제조 및 최적의 배합 비율 도출, (3) 제조된 비소성 시멘트 고화체의 수화반응 생성물질에 대하여 광물·형태학적 분석 등을 수행하였다. 비소성 시멘트 고화체의 광물·형태학적 분석 결과, 폐토양과 점토는 수화반응 생성물이 관측되지 않았으며, 고로슬래그의 경우 고화체의 강도를 발현시킬 수 있는 수화반응생성물질인 calcium silicate hydrate (CSH), 에트링가이트(ettringite)가 생성되는 것을 확인하였다. 폐토양, 점토를 고화재로 이용한 비소성 시멘트의 재령 28일 후 고화체는 최적의 배합 비율에서 약 3 MPa의 강도를 나타내 처분장 인수기준 압축강도인 3.44 MPa를 만족하지 못하는 것을 확인하였다. 그러나, 고로슬래그를 고화재로 이용한 비소성 시멘트는 모든 실험 조건에서 처분장 인수기준 압축강도를 만족하며, 최적의 배합 비율에서는 약 27 MPa로 높게 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 결과를 통하여 비소성 시멘트 고화재로 고로슬래그, 방사성 핵종에 대한 흡착제 역할로 폐토양 및 점토를 이용한다면 방사성 폐기물 처분을 위한 최적의 비소성 시멘트를 제조할 수 있을 것으로 판단된다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제21권1호
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• pp.55-64
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• 2009

본 연구는 시멘트 종류에 따른 병용계 자기충전 콘크리트의 최적배합비를 도출하고, 최적배합비의 품질특성을 평가하여 현장시공의 자료로 제안하기 위한 것이다. 병용계 자기충전 콘크리트는 분체와 증점제를 함께 사용하기 때문에, 품질의 안정성을 확보할 수 있을 것으로 예측된다. 분체로써 점성 증대 및 수화열 저감에 우수한 석회석 미분말을 사용하였다. 석회석 미분말의 치환율은 시멘트 종류에 따른 구속수비 실험을 통해 정하였으며, 배합변수는 잔골재용적비 ($S_r$), 굵은골재 용적비 ($G_v$) 및 물-시멘트비 (W/C)로 하여, 최적배합비를 도출하였으며, 이에 대한 응결시간, 블리딩량, 침하량 및 수화열 특성을 분석하였다. 실험결과, 고로슬래그 시멘트의 경우에는 석회석 미분말의 치환율 13.5%, 잔골재 용적비 47%, 물-시멘트비 41%이며, 저열포틀랜드시멘트의 경우에는 석회석 미분말의 치환율 42.7%, 잔골재 용적비 43%, 물-시멘트비 51%이며, 굵은골재 용적비는 시멘트의 종류에 관계없이 53%로 나타났다. 최적배합비에 대한 응결시간, 블리딩, 침하량 및 수화열에 대한 실험 결과, 저열포틀랜드시멘트를 사용한 자기충전 콘크리트가 가장 안정적인 것으로 나타났으며, 설계기준강도 40.0 MPa (배합강도 51.5 MPa)를 만족하는 저열포틀랜드시멘트를 사용한 병용계 자기충전 콘크리트를 지하식 LNG 저장탱크의 지하연속벽용 콘크리트로 제안하였다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제26권3호
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• pp.277-285
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• 2014

이 연구는 현장에서 사용하는 재료의 품질 및 계량오차, 현장조건 등에 따라 병용계 자기충전 콘크리트의 유동특성에 영향을 미치는 변동요인의 범위를 실험적으로 규명하기 위한 것이다. 병용계 자기충전 콘크리트의 재료는 벨라이트 시멘트와 석회석 미분말을 사용한 벨라이트계 및 슬래그 시멘트와 석회석 미분말을 사용한 슬래그계가 선정되었으며, 선행연구에서 제시된 최적배합 조건을 대상으로 하였다. 변동요인으로 (1) 콘크리트의 온도 3종류, (2) 잔골재의 표면수율 5종류, (3) 잔골재의 조립률 5종류, (4) 고성능AE감수제의 사용량 5종류, (5) 석회석 미분말의 분말도 3종류 등을 대상으로 민감도 시험을 실시하였다. 민감도 시험의 항목은 슬럼프 플로우, 500 mm 플로우 도달시간, V-깔대기 유하시간, U-box 충전성 높이를 대상으로 하였다. 실험 결과, (1) 콘크리트 온도는 $10{\sim}20^{\circ}C$ 범위, (2) 잔골재의 표면수율은 ${\pm}0.6%$ 범위, (3) 잔골재의 조립률 $2.6{\pm}0.2$ 범위, (4) 고성능AE감수제의 사용량은 ${\pm}0.2%$ 범위, (5) 석회석 미분말의 분말도는 $6000cm^2/g$ 범위에서 현장품질을 관리해야 한다. 벨라이트계 및 슬래그계에 따른 차이는 크지 않았지만, 석회석 미분말 및 $C_2S$ 함량이 높은 벨라이트계가 안정적인 경향을 나타내었다. 따라서 이러한 결과를 현장 시공현장에서 병용계 자기충전 콘크리트의 관리방안으로 제안하고자 한다.

• 한국재료학회지
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• 제25권2호
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• pp.75-80
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• 2015

The carbon dioxide($CO_2$) released while producing building materials is substantial and has been targeted as a leading contributor to global climate change. One of the most typical method to reducing $CO_2$ for building materials is the addition of slag and fly ash, like pozzolan material, while another method is reducing $CO_2$ production by carbon negative cement development. The MgO-based cement was from the low-temperature calcination of magnesite required less energy and emitted less $CO_2$ than the manufacturing of Portland cements. It is also believed that adding reactive MgO to Portland-pozzolan cements could improve their performance and also increase their capacity to absorb atmospheric $CO_2$. In this study, the basic research for magnesia cement using $MgCO_3$ and magnesium silicate ore (serpentine) as main starting materials, as well as silica fume, fly ash and blast furnace slag for the mineral admixture, were carried out for industrial waste material recycling. In order to increase the hydration activity, $MgCl_2$ was also added. To improve hydration activity, $MgCO_3$ and serpentinite were fired at $700^{\circ}C$ and autoclave treatment was conducted. In the case of $MgCO_3$ as starting material, hydration activity was the highest at firing temperature of $700^{\circ}C$. This $MgCO_3$ was completely transferred to MgO after firing. This occurred after the hydration reaction with water MgO was transferred completely to $Mg(OH)_2$ as a hydration product. In the case of using only $MgCO_3$, the compressive strength was 3.5MPa at 28 days. The addition of silica fume enhanced compressive strength to 5.5 MPa. In the composition of $MgCO_3$-serpentine, the addition of pozzolanic materials such as silica fume increased the compression strength. In particular, the addition of $MgCl_2$ compressive strength was increased to 80 MPa.