• Advances in concrete construction
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• 제4권4호
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• pp.305-317
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• 2016

Porous materials such as concrete could be subjected to aggressive ions transport. Durability of cement paste is extremely depended on water and ions penetration into its interior sections. These ions transport could lead different damages depending on reactivity of ions, their concentrations and diffusion coefficients. In this paper, chloride diffusion process in cement hydrates is simulated at atomistic scale using molecular dynamics. Most important phase of cement hydrates is calcium silicate hydrate (C-S-H). Tobermorite, one of the most famous crystal analogues of C-S-H, is used as substrate in the simulation model. To conduct simulation, a nanopore is considered in the middle of simulation cell to place water molecules and aggressive ions. Different chloride salts are considered in models to find out which one is better for calculation of the transport properties. Diffusion coefficients of water molecules and chloride ions are calculated and validated with existing analytical and experimental works. There are relatively good agreements among simulation outputs and experimental results.

• Environmental Engineering Research
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• 제11권1호
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• pp.54-61
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• 2006

An electron probe microanalysis (EPMA) investigation can provide quantitative and qualitative insight into the nature of the surface and bulk chemistry on solidified waste forms(SWF). The proportion of Pb in grain areas is below 0.3 wt. %, and the proportion near the border of the grain slightly increases to 0.98 wt. % but in the inter-particle areas farther from the grain, the concentration of Pb markedly increases. It is apparent that very little Pb diffuses into the tricalcium silicate($C_3S$) particles and most of the Pb exists as precipitates of sulfate, hydroxide, and carbonate in the cavity areas between $C_3S$ grains. Calcite additions on Pb-doped SWF are also observed to induce deeper incorporation of lead into the cement grains with EPMA line-analysis of cross-sections of cement grains. The line-analysis reveals the presence of $0.2{\sim}5$ weight % Pb over $5\;{\mu}m$ from cement grain boundaries. In the inter-particle areas, the ratio of Ca, Si, Al and S to Pb is relatively similar even at some distance from the grain border and the Pb (wt. %) ratio is reasonably constant throughout the whole inter-particles area. It is apparent that the enhanced development of C-S-H on addition of calcite can increasingly absorbs lead species within the silica matrix.

• 대한환경공학회지
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• 제29권7호
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• pp.810-819
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• 2007

물유리와 수산화나트륨 용액을 이용하여 플라이 애쉬와 고로슬래그의 알칼리 활성에 관한 연구를 수행하였다. 플라이 애쉬/슬래그 시멘트 페이스트(FSC)의 반응생성물과 미세구조를 관찰하기 위하여 XRD, FTIR, $^{29}Si$ and $^{27}Al$ NMR, TGA and SEM 분석을 수행하였다. 무정형 상태 또는 저급 결정구조를 가진 calcium silicate hydrate와 aluminosilicate 겔이 각각 고로슬래그와 플라이 애쉬의 알칼리 활성반응에 의해 생성되었다. 실험결과, 물유리 모듈 1.0과 1.2가 플라이 애쉬와 고로슬래그의 알칼리 활성반응을 위해 적정한 것으로 나타났다. 물유리 모듈 1.0과 1.2로 알칼리 활성화된 FSC 페이스트는 플라이 애쉬와 고로슬래그의 알칼리 활성반응에 의해 생성된 겔 형태의 반응생성물과 물유리에 의한 또 다른 수화물(즉 실리카겔)에 의해 좀 더 단단하고 연속적이 모체가 형성되었음을 보여주었다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제19권5호
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• pp.639-646
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• 2007

본 연구에서는 환경에 유해한 휘발성 유기화합물 (VOC)을 사용하지 않은 나노합성 세라믹 도장재를 도포한 콘크리트의 내구성 증진 효과를 평가하기 위하여 건조상태 부착강도 실험, 습윤상태 부착강도 실험, SEM 촬영, MIP 분석, 탄산화 촉진 실험, 전기적 촉진법에 의한 염소이온 확산실험, 동결융해에 대한 저항성, 내알칼리 실험 및 내염수성 실험을 실시하여 기존의 표면처리제와 비교 평가하였다. 부착강도 측정 결과 나노합성 세라믹 도장재가 건조상태 및 습윤상태에서 가장 이상적인 결과를 나타내었는데 이는 가수분해와 중축합반응을 통하여 무기질계 세라믹 구조를 형성한 나노합성 세라믹이 콘크리트 내의 C-A-S (calcium silicate aluminate)나 C-S-H (calcium silicate hydrate)와 같은 수화물과의 수소결합을 통해 콘크리트 표면과 일체화되어 나타난 결과로 판단된다. 또한 SEM 및 MIP 분석의 결과를 통해 미세한 공극을 가진 표면 조직을 보여주었다. 그리고 탄산화 및 염소이온 확산 실험과 동결융해 저항성에서 기존의 유기도장재를 능가하는 결과를 보였으며 내알칼리성 및 내염수성 실험에서도 좋은 성능을 나타내었다. 이상의 결과를 통해 기존의 휘발성 유기화합물을 사용하는 유기도장재의 대안으로써 해안 구조물, 하수 처리장 등 콘크리트 구조물의 내구성 향상을 위한 나노합성 세라믹 도장재의 사용이 기대된다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제24권6호
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• pp.745-752
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• 2012

이 연구는 혼합 알칼리 활성화 슬래그 모르타르의 압축강도에 미치는 영향에 관한 것이다. 활성화제의 효과는 활성화제의 종류, 농도 등이 강도에 영향을 미치는 것으로 알려져있다. 혼합 활성화제는 5가지 가소성 알칼리(수산화나트륨, 수산화칼슘, 수산화마그네슘, 수산화알루미늄, 수산화칼륨)와 탄산나트륨($Na_2CO_3$)를 혼합하였다. 배함은 각 활성화제를 1M, 2M, 그리고 3M의 서로 다른 농도로 하였다. 압축강도 결과는 혼합 알칼리 활성화 슬래그 모르타르는 탄산나트륨의 농도가 증가하면 증가하는 것으로 나타났다. 혼합 활성화제를 사용한 알칼리 활성화 슬래그 모르타르는 모든 재령과 시험체가 탄산나트륨을 혼합하지 않은 컨트롤 케이스보다 향상된 강도를 나타내었다. 전자주사현미경(SEM) 관찰 결과 활성화 반응으로 C-S-H와 aluminusilicate gel이 생성된 것을 볼 수 있었다.

• International Journal of Railway
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• 제7권3호
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• pp.85-89
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• 2014

The use of pozzolanic materials in concrete mixtures can enhance the mechanical properties and durability of concrete. By reactions with pozzolanic materials and calcium hydroxide in cement matrix, calcium-silicate-hydrate (C-S-H) increases and calcium hydroxide decreases in cement matrix of concrete. Consequently, the volume of solid materials increases. The pozzolanic particles also fill spaces between clinker grains, thereby resulting in a denser cement matrix and interfacial transition zone between cement matrix and aggregates; this lowers the permeability and increases the compressive strength of concrete. Moreover, the total contents of alkali in concrete are reduced by replacing cements with pozzolanic materials; this prevents cracks due to alkali-aggregate reaction (AAR). In this study, nanosilica is incorporated in cement pastes. The differences of microstructural compositions between the hydrated cements with and without nanosilica are examined using nanoindentation, XRDA and $^{29}Si$ MAS NMR. The results can be used for a basic research to enhance durability of concrete slab tracks and concrete railway sleepers.

• 국제학술발표논문집
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• The 3th International Conference on Construction Engineering and Project Management
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• pp.1630-1636
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• 2009

Nine alkali-activated (AA) mortars were mixed and cured at water or air-dried conditions to explore the significance and limitation for the application of the combination of Ba and Ca ions as an alkali-activator. Ground granulated blast-furnace slag (GGBS) was used for source materials, and calcium hydroxide (Ca(OH)₂) and barium hydroxide (Ba(OH)₂) were employed as alkali activators. Test results clearly showed that the water curing condition was more effective than the air-dried curing condition for the formation of the denser calcium silicate hydrate (C-S-H) gels that had a higher molar Si/Ca ratio, resulting in a higher strength development. At the same time, the introduction of Ba(OH)₂ led to the formation of 2CaO·Al₂O₃·SiO₂·8H₂O (C₂ASH₈) hydrates with higher molar Si/Al and Ca/Al ratios. Based on the test results, it can be concluded that the developed cementless mortars have highly effective performance and high potential as an eco-friendly sustainable building material.

• International Journal of Concrete Structures and Materials
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• 제5권1호
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• pp.3-10
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• 2011

Theoretical models for prediction of the mechanical properties of cement mortar are developed based on the morphology and interactions of cement hydration products, capillary pores and microcracks. The models account for intermolecular interactions involving the nano-scale calcium silicate hydrate (C-S-H) constituents of hydration products, and consider the effects of capillary pores as well as the microcracks within the hydrated cement paste and at the interfacial transition zone (ITZ). Cement mortar was modeled as a three-phase material composed of hydrated cement paste, fine aggregates and ITZ. The Hashin's bound model was used to predict the elastic modulus of mortar as a three-phase composite. Theoretical evaluation of fracture toughness indicated that the frictional pullout of fine aggregates makes major contribution to the fracture energy of cement mortar. Linear fracture mechanics principles were used to model the tensile strength of mortar. The predictions of theoretical models compared reasonably with empirical values.

• 한국건설순환자원학회논문집
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• 제12권1호
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• pp.72-81
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• 2024

이 연구에서는 DEIPA를 사용하여 바텀애시를 미분말화하고, 이를 활용하여 바텀애시 치환 시멘트를 개발했다. partial or no-known crystal structure 방법을 X-선 회절 정량 분석에 적용하여 비결정질인 바텀애시와 C-S-H의 양을 분리하여 정량화 할 수 있었다. DEIPA를 첨가하지 않은 배합에서는 바텀애시가 거의 반응하지 않았으며, 이에 따라 압축강도도 낮게 발현되었다. 그러나 DEIPA를 첨가한 배합에서는 시멘트의 수화 거동을 변화시켰을 뿐만 아니라 바텀애시와 수산화칼슘 사이의 포졸란 반응도 향상시켜서 추가적인 C-S-H를 생성하였고, 재령 초기 뿐만 아니라 후기에도 높은 압축강도를 얻을 수 있었다. 따라서 바텀애시를 분쇄할 때 극소량의 DEIPA를 첨가하더라도 바텀애시의 반응성을 충분히 증진시킬 수 있었기에 바텀애시 치환시멘트 개발에 도움이 될 것으로 사료된다.

• 한국건설순환자원학회논문집
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• 제3권3호
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• pp.237-243
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• 2015

본 연구에서는 알칼리 활성화 슬래그 결합재의 반응성을 정량적으로 살펴보기 위해 미소수화열을 분석을 수행하였다. 알칼리 활성화 슬래그 결합재의 반응성 및 작업성 확보를 위해 다양한 알칼리 자극제의 종류 및 농도에 대해서 실험을 수행하였다. 알칼리 자극제 및 $SO_3$ 질량비를 변화하면서 미소수화열을 측정하였으며, 응결시간 제어를 위해 sodium tripolyphosphate ($Na_2P_3O_{10}$)와 hydrated sodium borate ($Na_2B_4O_710H_2O$)를 적용하였다. 그 결과, 알칼리 활성화 슬래그 결합재는 알칼리 활성에 의해 calcium silicate hydrate(C-S-H)를 촉진하는데 4~5% 농도의 알칼리가 필요한 것으로 나타났으며, $SO_3$ 함량이 높아질수록 누적 발열량이 작아지면서 전반적으로 발열이 지연되는 것으로 나타났다. 또한, 응결 지연제로서 hydrated sodium borate를 사용하였을 경우 발열을 억제하여 지연된 효과를 나타내며, 전체적인 누적 발열을 지연시키는 효과를 보이는 것을 확인할 수 있었다.