• 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.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제11권6호
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• pp.143-151
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• 2007

본 연구에서는 염화물이 함유된 동결수에 의한 콘크리트의 내동해성을 검토하기 위하여 동결융해 및 표면스케일링 저항성을 평가하고자 하였으며, 이를 위한 배합으로서 물결합재비는 0.37, 0.42, 0.47의 3수준, 결합재 방식은 일반 OPC 콘크리트, 고로슬래그 미분말 50%의 2성분계 콘크리트 및 플라이애시 15%와 고로슬래그 미분말 35%의 3성분계 콘크리트로 설정하였다. 그 결과, 고로슬래그 미분말 50% 및 플라이애시 15%와 고로슬래그 미분말 35%의 혼합 시멘트계 콘크리트의 경우 일반 OPC 콘크리트에 비하여 동결융해 및 표면스케일링 저항성이 상대적으로 우수하게 나타났으며, 이를 통해 내구성 저하가 우려되는 해양 환경 하에서 비래염분 및 비말 등의 해수의 작용에 의한 콘크리트의 내구성 저하현상을 억제하기 위한 방안으로서 슬래그의 활용이 유효함을 확인할 수 있었다.

• Steel and Composite Structures
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• 제52권3호
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• pp.293-312
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• 2024

Researchers are actively investigating the potential for utilizing alternative materials in construction to tackle the environmental and economic challenges linked to traditional concrete-based materials. Nevertheless, conventional laboratory methods for testing the mechanical properties of concrete are both costly and time-consuming. The limitations of traditional models in predicting the tensile strength of concrete composited with geopolymer have created a demand for more advanced models. Fortunately, the increasing availability of data has facilitated the use of machine learning methods, which offer powerful and cost-effective models. This paper aims to explore the potential of several machine learning methods in predicting the tensile strength of geopolymer concrete under different curing conditions. The study utilizes a dataset of 221 tensile strength test results for geopolymer concrete with varying mix ratios and curing conditions. The effectiveness of the machine learning models is evaluated using additional unseen datasets. Based on the values of loss functions and evaluation metrics, the results indicate that most models have the potential to estimate the tensile strength of geopolymer concrete satisfactorily. However, the Takagi Sugeno fuzzy model (TSF) and gene expression programming (GEP) models demonstrate the highest robustness. Both the laboratory tests and machine learning outcomes indicate that geopolymer concrete composed of 50% fly ash and 40% ground granulated blast slag, mixed with 10 mol of NaOH, and cured in an oven at 190°F for 28 days has superior tensile strength.

• Computers and Concrete
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• 제34권2호
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• pp.213-230
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• 2024

The use of waste tires and industrial wastes such as fly ash (FA) and ground granulated blast furnace slag (GGBS) in concrete is an important issue in terms of sustainability. In this study, the effect of parameters affecting the physical, mechanical and microstructural properties of FA/GGBS-based geopolymer concretes with waste rubber fiber was investigated. For this purpose, the effects of rubber fiber percentage (0.6%, 0.9%, 1.2%), binder (75FA25GGBS, 50FA50GGBS, 25FA75GGBS) and curing temperature (75 ℃, 90 ℃ and 105 ℃) were investigated. The Taguchi-Grey Relational Analysis (TGRA) method was used to obtain optimum parameter levels of rubber fiber geopolymer concrete (RFGC). The slump, fresh and hardened density, compressive strength, flexural strength, static and dynamic modulus of elasticity, ultrasonic pulse velocity (UPV) tests and scanning electron microscopy (SEM) analysis were performed on the produced concretes. The analysis of variance (ANOVA) method was used to statistically determine the effects of the parameters on the experimental results. A confirmation test was performed to test the accuracy of the optimum values found by the TGRA method. With the increase of GGBS percentage, the compressive strength of RFGC increased up to 196%. The increase in rubber fiber percentage and curing temperature adversely affected the mechanical properties of RFGC. As a result of TGRA, the optimum value was found to be A1B3C1. ANOVA results showed that the most effective parameter on the experimental results was the binder with 99% contribution percentage. It is understood from the SEM images that the optimum concrete had a denser microstructure and less capillary cracks and voids. For this study, the use of the TGRA method in multiple optimization has proven to provide very useful and reliable results. In cases where many factors are effective on its strength and durability, such as geopolymer concrete, using the TGRA method allows for finding the optimum value of the parameters by saving both time and cost.

• 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.

• 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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• 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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• 제21권2호
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• pp.114-121
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• 2017

본 연구는 플라이애시 및 고로슬래그 미분말을 알칼리 활성화 결합재로 활용하여 제조한 모르타르의 압축강도 특성을 파악하고 건조수축 예측 및 평가가 가능한 추정식을 제안하고자 한다. 이를 위하여 고로슬래그 미분말 치환량을 30, 50, 70 및 100%로 조정하고 규산나트륨 모듈 Ms비[$SiO_2/Na_2O$]은 1.0, 1.5 및 2.0으로 조정하여 압축강도 및 길이변화율을 측정하였다. 그 결과 알칼리 활성화 결합재 모르타르는 Ms비가 증가할수록 압축강도는 증가하고 길이변화율은 감소하였다. 그러나 고로슬래그 미분말의 경우에는 치환량을 증가할수록 압축강도는 증가하였으나 길이변화율도 증가하는 경향이 확인되었다. 따라서, 고로슬래그 미분말을 다량 치환할 경우에는 길이변화율을 고려하여 설계할 필요성이 있다고 판단되었다. 알칼리 활성활 결합재 모르타르의 건조수축을 평가하는 식을 유도하기 위하여 배합조건별 단순회귀분석을 수행한 결과 결정계수 0.7539~0.9786(평균 0.9359)수준의 유효한 추정식을 도출하였다. 또한, 고로슬래그 미분말, Ms비 및 재령을 독립변수로 선정하여 다중회귀분석을 수행한 결과 초기양생온도 $23^{\circ}C$ 및 $70^{\circ}C$에서 결정계수 0.8020 및 0.8018 수준의 타당한 추정식을 제안하였다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제24권6호
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• pp.715-726
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• 2012

콘크리트의 대표적 물성치인 강도 및 염화물 확산계수는 재령에 따라 변화하며, 염화물 침투 해석시 이러한 영향들이 고려되고 있다. 이 연구는 다양한 혼화재료 (고로슬래그 미분말, 플라이애쉬, 실리카 퓸)을 포함하는 고성능콘크리트의 촉진염화물 확산계수, 겉보기 염화물 확산계수, 강도 특성을 재령에 따라 실험적으로 도출하고 그 상관성을 분석하는데 목적이 있다. 이를 위해 30개의 배합을 가지는 고성능 콘크리트가 제작되었고, 재령 28일, 91일, 180일, 270일에 대한 촉진확산계수를 실험적으로 도출하였으며, 또한 동일배합에 대하여 침지 6개월 이후의 겉보기 확산계수가 도출되었다. 재령에 대한 강도 특성을 평가하기 위해, 재령 7일, 28일, 91일, 180일에 대한 강도시험이 수행되었다. 시간 의존적인 촉진확산계수의 변화가 겉보기 확산계수 및 강도와 비교되었으며, 각각의 상관관계가 재령에 대하여 분석되었다. 이 연구를 통하여 겉보기 확산계수와 촉진확산계수는 재령에 큰 영향을 받지 않으면서 선형적인 상관성이 도출되었다. 또한 강도와 촉진확산계수 그리고 강도와 겉보기 확산계수에서도 재령에 큰 영향을 받지 않는 선형적인 관계가 도출되었다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제16권3호
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• pp.319-326
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• 2004

본 연구는 콘크리트의 시공성 및 역학적 특성을 향상시키기 위하여 사용되는 혼화재료(플라이애쉬, 고로슬래그미분말, 실리카퓸 및 메타카올린)를 해양환경에 노출되는 콘크리트에 적용할 경우, 혼화재료가 콘크리트의 내염성능 향상에 미치는 영향을 검토하기 위하여 비교적 단기간에 평가할 수 있는 전기적 촉진시험방법을 사용하여 혼화재 종류 및 치환율, 물-결합재비, 재령에 따른 염화물 확산계수를 비교$\cdot$평가하였다. 혼화재 종류 및 치환율에 따른 염화물 확산계수 평가결과 물-결합재비 수준에 따라 성능의 차이는 있지만 각 혼화재별로 염화물 침투저항성이 우수한 치환율 수준이 있는 것을 알 수 있었다. 또한, 염화물확산계수는 물-결합재비 수준에 따른 영향과 더불어 적정의 치환율을 적용한 혼화재의 사용에 의해서도 현저하게 저감시킬 수 있는 것으로 나타났으며, 시간의 경과와 함께 염화물 확산계수도 감소되는 시간의존적인 특성은 혼화재 종류 및 치환율에 의해 영향을 받는 것으로 사료된다. 압축강도와 염화물 확산계수는 반비례의 관계를 보이고 있으며, 본 연구의 범위에서 보면 50MPa 이하영역에서는 염화물 확산계수는 압축강도 발현특성과 더불어 혼화재 사용 및 치환율에 따른 영향도 크게 나타나고 있어, 향후 염해 환경하에서 내구성을 고려한 구조물 설계시 보다 정확한 내구성능 평가를 위해서는 압축강도 발현특성 검토와 더불어 염화물 확산계수의 평가가 이루어져야 할 것으로 사료된다.