• 대한토목학회논문집
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• 제30권1A호
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• pp.53-59
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• 2010

최근 들어 적외선을 이용하여 콘크리트 구조물의 결함 또는 공동 등을 평가하려는 비파괴 연구가 활발하게 진행되고 있으며, 이는 유지관리기법의 중요한 부분을 이루고 있다. 적외선 화상분석(Infrared Thermography)을 콘크리트 표면에 적용할 경우, 콘크리트의 표면온도는 표면을 구성하는 재질과 열적특성(비열, 열전도율, 열전달율)에 따라 그 응답이 다르게 나타나게 된다. 서로 다른 배합을 가지는 시멘트 모르타르에서는 공극률이 다르게 구성되고, 표면에서 공극률의 차이는 열에 노출된 뒤, 냉각되는 과정에서 열적 거동이 다르게 평가된다. 한편 이러한 공극률은 강도 및 염화물 확산계수와 같은 역학적/내구적 특성에 영향을 주기도 한다. 본 연구에서는 외부에서 열을 가하여 측정하는 능동방식(active type)을 이용하여, 표면의 온도변화를 분석하였다. 물-시멘트비 55%와 65%인 시멘트 모르타르 시편을 제작하였으며, 공극률, 압축강도, 염화물 확산계수 등의 물리적 특성값들이 평가되었다. 이후 동일한 실내조건(온도 $20{\sim}22^{\circ}C$, 습도 55-60%)에서 적외선 화상분석 기법을 적용하였다. 시간의 경과에 따라 공극을 많이 포함하는 시편의 경우, 표면 온도가 상대적으로 증가하였으며, 온도가 일정해지는 시점(임계시점)이 단축되고 있음을 확인할 수 있었다. 이러한 특성은 콘크리트와 같이 공극과 골재를 가지고 있는 복합재료의 품질 평가에 적용할 수 있음을 시사한다. 한편 공극률과 실험상수를 고려하여, 공극률에 따라 변화하는 임계시간에 대한 계산식을 제안하였다. 본 논문에서는 시멘트 모르타르의 공극량의 변화에 따른 물리적 변화와 이에 따른 열특성 변화가 논의될 것이다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제22권2호
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• pp.154-160
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• 2018

시멘트 산업은 탄소배출 감축을 위한 주요 산업분야로 고려되고 있으며, 콘크리트 분야에서 시멘트 사용량 저감을 위한 노력이 진행되고 있다. 이에 대한 노력의 일환으로 시멘트의 일부를 대체하여 사용할 수 있는 산업부산물을 다량으로 활용하기 위한 연구가 진행되고 있다. 산업부산물을 사용한 콘크리트는 내구성, 친환경성 및 경제성 등의 장점을 가지고 있으나, 응결시간 지연, 초기강도 저하 등의 문제점이 있다. 따라서 이 연구에서는 시멘트의 사용량을 줄이고 산업부산물인 플라이애시를 치환하여 사용하면서도 초기강도가 저하되는 문제점을 해결하는 것을 목표로 하였다. 이에 따라, 먼저 고분말도 시멘트 사용에 의한 수화반응 촉진으로 양생온도에 관계없이 모든 재령에서 강도가 증진되는 것을 확인하였다. 이어서 고분말도 시멘트에 플라이애시를 치환하여 강도발현 특성을 검토한 결과, 초기 재령에서도 보통 포틀랜드 시멘트와 비교하여 동등 이상의 강도 발현이 가능하였다. 또한, 플라이애시를 30%까지 치환하여도 수직 수평부재 거푸집 해체 시기를 단축할 수 있는 것을 확인하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제23권2호
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• pp.10-19
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• 2019

염해에 콘크리트 구조물은 사용기간의 증가에 따라 내구성에 문제가 발생하므로 보수를 포함한 유지관리가 필수적이다. 일반적으로 결정론적인 방법으로 내구수명이 결정되고 이에 따라 유지관리비가 평가되고 있으나, 확률론적 유지관리 기법을 고려할 경우 연속적인 보수비용이 평가되므로 합리적인 유지관리가 가능하다. 기존의 확률론적 유지관리 기법에서는 정규분포만 고려되었으나, 본 연구에서는 초기 내구수명 및 보수에 따른 수명-확률함수에 로그함수를 고려할 수 있도록 개선되었으며, OPC 및 GGBFS를 사용한 콘크리트에 대하여 보수비용을 평가하였다. 로그 함수를 가지는 수명-확률함수는 중앙값 이전보다 이후에 미치는 영향이 지배적이므로 초기 내구수명 분포에 유리하며 전반적으로 낮은 보수비용을 도출할 수 있다. GGBFS를 사용한 콘크리트는 OPC 콘크리트 비하여 높은 내구수명과 낮은 보수횟수를 통하여 30% 수준으로 보수비가 감소하였다. 본 연구에서 도출된 확률론적 유지관기 기법은 정규분포 뿐 아니라 로그분포를 가지는 수명-확률함수를 초기 및 다양한 보수시기에 적용할 수 있는 장점을 가지고 있으며, 더욱 합리적인 보수비용을 도출할 수 있다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제24권6호
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• pp.50-58
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• 2020

발수제를 콘크리트 표면에 함침시키는 방법은 콘크리트의 균열이 발생할 경우, 기대하는 내구성을 확보할 수가 없다. 최근, 다양한 방수 및 발수 재료들을 콘크리트나 모르타르 내부에 혼입하여 균열 내부에서도 발수성을 확보하였으나 압축강도가 크게 저하되었다. 압축강도 저하를 극복하기 위해 아직까지 유기물과 무기물의 장점들을 동시에 이용한 연구가 없기 때문에, 본 연구에서는 유기물과 무기물을 적절히 혼합한 유무기 복합 발수제를 모르타르에 혼입하여 물리적 특성 및 발수성능을 평가하였다. 유무기 복합 발수제 혼입 시 Liquid 시험체에 비해 플로우 약 10%, 공기량이 약 50% 감소하였으며, P6L1 시험체의 경우, 기존 발수제인 Powder와 같은 39.5MPa로 무혼입 모르타르 대비 약 3.5%의 압축강도 저하를 확인하였다. 발수성능도 유무기 복합 발수제 혼입 시험체가 기존의 발수제 혼입 시험체인 Powder보다 높은 발수성을 확인하였으며, 염화물 침투 저항성 평가결과, 유무기 복합 발수제 혼입 시험체가 무혼입 모르타르 대비 약 45% 통과 전하량이 감소되는 것을 확인하였다. 이상의 실험을 종합하면, Powder 발수제와 Liquid 발수제를 5:1의 비율로 혼입한 P5L1 유무기 복합 발수제가 압축강도 저하 방지 및 발수성능 확보를 위하여 가장 합리적이라고 판단된다.

• 한국콘텐츠학회논문지
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• 제14권12호
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• pp.999-1009
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• 2014

본 연구에서는 실제 지하구조물에 사용되었던 제원과 배합에 대하여, 자재생산단계, 운송단계, 시공단계, 탄소저장량, 보수단위 탄소배출량을 고려하여 RC 지하구조물의 탄소배출 및 흡수량을 내구수명에 따라 평가하였다. 혼화재료를 포함한 4가지 배합이 고려되었고, 마이크로 모델을 이용하여 이산화탄소 확산계수를 도출하였다. 탄산화 내구한계상태를 고려하여 탄소 배출 및 흡수량을 평가하였는데, 단위 시멘트량이 높은 배합에서 초기탄소배출량이 높게 평가되었으며, 탄산화 진행속도가 증가함에 따라 이산화탄소 저장량은 증가하였다. 또한 대기 중의 이산화탄소 농도인 실측치(600ppm)이외에 다양한 이산화탄소 농도를 고려하여 RC 지하구조물의 탄소배출 및 흡수량을 평가하였다. 이산화탄소 농도의 증가로 탄산화 진행속도가 증가함에 따라 보수횟수가 증가하여 탄소배출량이 높게 평가되었다. 사용수명동안 전체 탄소 발생량을 감소하기 위해서는 OPC사용을 통해 탄소 흡착량을 늘리는 것보다 플라이애쉬와 같은 혼화재료를 치환하여 초기 탄소배출량을 줄이는 것이 결정적이다. OPC 생산시 과다한 $CO_2$가 발생하고 사용중의 탄소 흡착은 피복콘크리트에 국한하여 큰 효과를 나타내지 못하기 때문이다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제14권11호
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• pp.5915-5922
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• 2013

본 연구에서는 셰일 골재의 콘크리트용 굵은골재로의 활용을 위한 성능개선 방안으로 발수제와 폴리머를 사용하여 셰일 골재를 코팅하였으며, 코팅방법에 따른 밀도, 흡수율, 마모율, 안정성 등 물리적 특성을 평가하였다. 또한, 성능개선 효과를 검토하기 위하여 셰일 골재의 치환율을 변화시켜 제조한 콘크리트의 굳지 않은 콘크리트의 특성과 재령별 압축강도, 휨강도 및 동결융해 저항성을 평가하였다. 실험결과, 골재의 절대건조밀도는 모든 골재에서 콘크리트용 굵은 골재의 밀도 사용기준인 $2.50g/cm^3$이상을 만족하는 것으로 나타났으며, 발수제 코팅에 의한 셰일 골재는 성능개선 전 셰일 골재와 비교하여 약 50%의 흡수율을 감소시키는 것으로 나타났다. 마모율은 폴리머 코팅에 의한 경우 성능개선 전과 비교하여 최대 13.0%의 마모율 감소를 나타내었으며, 안정성은 모든 골재에서 콘크리트용 굵은 골재 사용기준인 12% 이하를 만족하였다. 발수제에 의한 성능개선 셰일 골재의 슬럼프는 성능개선 전의 셰일 골재보다 약 20~30mm 높게 나타났으며, 공기량은 발수제를 코팅한 셰일 골재의 경우 코팅하지 않은 셰일 골재보다 약 1.0%의 공기량 증가를 나타내었다. 폴리머 코팅 셰일 골재의 재령 28일 압축강도는 Plain 골재를 사용하여 제조한 콘크리트와 비교하여 압축강도는 RS(F) 95.7%, BS(F) 90.0%로 나타났으며, 휨강도는 RS(F) 98.0%, BS(F) 92.0%의 수준으로 나타났다. 또한, 폴리머로 코팅된 셰일 골재를 사용한 콘크리트의 300 cycle 동결융해 후 상대동탄성계수는 RS(F)와 BS(F)에서 91%와 88%로 나타나 코팅에 의한 셰일골재의 성능개선은 동결융해 반복에 따른 내구성능 증진에도 효과가 있는 것으로 나타났다.

• 한국지반공학회지:지반
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• 제14권6호
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• pp.113-125
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• 1998

1997년의 국내 플라이애쉬 발생량은 약 300만톤에 이르고 그 중 약 50만톤이 콘크리트 혼화재료로, 약 30만톤이 시멘트 원료 및 콘크리트 2차제품의 원료로 재활용되었지만 외국에서 재활용율이 높은 지반개량재로는 거의 실적이 없다. 따라서, 본 연구의 목적은 화력발전소의 부산물인 플라이애쉬로 부터 초미분말을 분급하여 부가가치가 큰 초미립자 주입재로 적용할 수 있는지 가능성을 확인하고자 한다. 본 연구를 위해서 블레인 비표면적 6,000$cm^2$/g, 8,000$cm^2$/g의 2수준과, 플라이애쉬 첨가량 30%, 50%, 70%의 3수준 등 총 6가지 조합의 시제품을 만들었으며, 각각에 대해서 시멘트 특성, 주입재 특성을 평가하였다. 시멘트의 물리적 특성, 주입재의 작업시간확보, 주입재 고결체의 내구성 측면에서 분석한 결과, 플라이애쉬계 초미분말 주입재의 플라이애쉬 첨가량의 한계는 50%이하로 하는 것이 요망된다. 또한, 플라이애쉬에 함유되어 있는 미연카본에 의해서 현탁액의 표면에 탄소피막이 형성되고 계면활성제의 소요량이 증가하므로 가급적 미연탄소 함유량이 적은 정제된 플라이애쉬를 사용하는 것이 필요하다. 본 연구를 통해서 화력발전소의 폐기물인 플라이애쉬를 고부가가치 제품인 초미립자주입재로 적용이 가능함을 확인하였으며, 국내의 기술여건에서도 폐기플라이애쉬로 부터 고분말 플라이애쉬를 분급하는 것이 기술적으로 가능하기 때문에 본 연구성과는 현장적용성이 매우 높은 것으로 평가되었다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제19권2호
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• pp.283-299
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• 2017

터널의 누수는 콘크리트 라이닝과 같은 구조물의 장기 내구성을 저하시키는 원인이 된다. 내구성 저하 원인은 염화물, 황산염, 물, 가스 등 지하수에 포함되어 있는 여러 가지 물질이 될 수 있다. 본 연구에서는 터널의 지보재로서 또는 방수재로서 사용되는 뿜어붙임멤브레인의 방수성능과 염수에 대한 저항성을 파악하기 위한 기초 시험을 수행하였다. 그 결과, 일부 시험체에서 물의 침투가 발생할 수 있는 것을 파악하였고 그 원인이 액상폴리머와 분말재료의 혼합에 의해 생기는 내부공극과 수압에 의해 내부공극이 연결되어 발생하는 것임을 알 수 있었다. 그리고 증류수와 염수에 침지된 시험체에 대한 인장강도시험을 통해서 인장강도가 기건상태에 비해 절반 이하로 감소될 수 있음을 확인하였다. 또한 신장률은 염수보다 증류수에서 신장률이 더 커지는 결과가 나타났다. 그러나 이 결과는 추가적인 조사가 필요할 것으로 판단된다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제26권1호
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• pp.67-72
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• 2022

콘크리트는 강알칼리성으로 인해 철근의 부식을 방지하는 장점이 있으나, 해중에 침지되면 해수의 평균 pH 8~9 보다 높은 pH 12~13의 강알칼리 성분을 용출하여 주변의 미생물 및 해양생물의 생태환경 및 성장에 악영향을 미치게 된다. 따라서 본 연구에서는 3D 프린터로 제작되는 인공어초용 저알칼리 모르타르 배합을 도출하기 위하여 저알칼리 모르타르의 역학적 특성 및 내구성능을 평가하였다. 강도 특성 평가결과 결합재로 실리카퓸, 플라이애시, 알파형반수석고 모두 혼입한 α-35배합에서 Plain 을 제외하고 가장 우수한 특성을 나타내었으며, 인공어초 품질기준인 27MPa를 확보할 수 있는 것으로 나타났다. pH는 알파형반수석고 혼입시 수산화칼슘 생성 억제와 황산칼슘 생성으로 인해 pH저감 효과가 우수한 것으로 나타났다. 염소이온침투저항성 실험결과, 실리카퓸 및 플라이애시 혼입시 일부 내염성이 개선되었으며, 알파형반수석고 와 혼합사용한 α-35 배합에서 3844C의 가장 우수한 염소이온침투저항성을 확인하였다. 길이변화율 측정결과, 알파형반수석고 35%대체시 OPC배합조건보다 33.5% 개선된 수축저항성을 나타내었다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제25권2호
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• pp.1-7
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• 2021

강 박스거더 교량의 연속지점부 바닥판은 상부플랜지와 합성되는 구조이며 장경간 교량에서는 지점부 바닥판에 인장균열이 발생할 수 있는 구조로서 내구성 저하 등의 문제가 발생하고 있다. 이는 장경간 적용시 고정하중 및 활하중의 영향으로 슬래브의 교축방향 인장응력이 설계인장강도를 초과하기 때문이다. 이에 지점부 슬래브에 교축방향 철근을 추가하여 인장균열을 제어하고 추가의 압축응력 도입이 필요하다. 이러한 문제점 해결을 위해 연속지점부 상부슬래브의 인장응력 구간에 PS강선 긴장으로 압축응력을 도입하는 강 박스거더교의 구조계를 제안하였고, 이에 따른 구조적 성능을 유한요소해석과 실물시험체의 강선긴장 실험을 통해서 비교 검증하였다. PS강선 긴장을 통해 부모멘트부에 발생하는 슬래브의 인장응력 및 균열을 제어할 수 있는 압축응력을 도입하면 기존 강 박스거더교에 비해 구조안전성 개선 및 내구성능을 강화할 수 있다.