• Advances in nano research
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• 제15권5호
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• pp.467-484
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• 2023

Despite the significant features of fiber-reinforced cementitious composites (FRCCs), including better mechanical, fractural, and durability performance, their high content of cement has restricted their use in the construction industry. Although ground granulated blast furnace slag (GGBFS) is considered the main supplementary cementitious material, its slow pozzolanic reaction stands against its application. The addition of nano-sized mineral modifiers, including nano-silica (NS), is an alternative to address the drawbacks of using GGBFS. The main object of this empirical and numerical research is to examine the effect of NS on the strain-hardening behavior of cementitious composites; ten mixes were designed, and five levels of NS were considered. This study proposes a new method, using a four-point bending test to assess the use of nano-silica (NS) on the flexural behavior, first cracking strength, fracture energy, and micromechanical parameters including interfacial friction bond strength and maximum bridging stress. Digital image correlation (DIC) was used for monitoring the initiation and propagation of the cracks. In addition, to attain a deep comprehension of fiber/matrix interaction, scanning electron microscope (SEM) analysis was used. It was discovered that using nano-silica (NS) in cementitious materials results in an enhancement in the matrix toughness, which prevents multiple cracking and, therefore, strain-hardening. In addition, adding NS enhanced the interfacial transition zone between matrix and fiber, leading to a higher interfacial friction bond strength, which helps multiple cracking in the composite due to the hydrophobic nature of polypropylene (PP) fibers. The findings of this research provide insight into finding the optimum percent of NS in which both ductility and high tensile strength of the composites would be satisfied. As a concluding remark, a new criterion is proposed, showing that the optimum value of nano-silica is 2%. The findings and proposed method of this study can facilitate the design and utilization of green cementitious composites in structures.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제23권2호
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• pp.37-43
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• 2019

이 연구는 고성능 섬유보강 복합체(HPFRCC)의 전자파 차폐성능을 향상시키기 위한 목적으로 전기전도도, 전자파 차폐능, 역학적 강도를 조사하였다. 강섬유, 제강슬래그 미분말, 카본블랙이 전도성재료소 HPFRCC 배합에 첨가되었다. 또한, MWCNT를 수 분산 시켜 제조된 2% wt. CNT 용액을 사용하였다. 실험 결과, HPFRCC의 전기전도도는 1% 카본블랙이 첨가된 시편을 제외하고는 매우 낮은 특성을 보였다. 시멘트 매트릭스의 미세구조는 시간에 따라 변하였고, 그로 인해 HPFRCC의 전기전도성 네트워크에 부정적인 영향을 끼쳤다. 0.083 S/cm의 전도도를 갖는 HC1 시편의 경우, 수분에 의한 효과를 배제하기 위하여 72시간 60도에서 건조 양생한 후에 측정한 전기전도도가 0.0003 S/cm로 상당히 감소하였다. 전자파 차폐 성능에 가장 중요한 인자는 강섬유인 것으로 나타났으며, 반면 카본블랙과 제강슬래그 미분말의 효과는 미미하였다. 전기전도도와 전자파 차폐능의 상관관계는 이 연구에서는 뚜렸한 경향성을 나타내지는 않았다.

• 한국도로학회논문집
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• 제9권2호
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• pp.141-151
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• 2007

현재의 도로포장 건설기준 및 시방은 자재 및 시공방법 중심으로 되어 있으며 이러한 시방을 따라 시공된 도로포장은 단기적으로 성능을 판단할 수 있는 근거가 미비하며 또한 장기적인 도로포장의 성능을 고려하지 않기 때문에 고성능 고내구성이 요구되는 도로포장의 건설을 확신해 주지 못하고 있는 실정이다. 따라서 도로포장 건설분야에 성능중심의 건설기술 기준을 개발하여 적용하기 위한 과정으로 공용성을 기반으로 하는 지불규정을 개발하는 연구가 진행중에 있으며 본 논문은 콘크리트 포장의 설계 및 시공에 있어서 가장 중요시되는 인자인 콘크리트 슬래브의 두께에 손실이 생겼을 경우에 적용할 지불규정 개발을 위해 기초적으로 수행한 연구 내용에 대하여 기술하였다. 먼저 외국의 슬래브 두께에 대한 지불규정 적용에 대하여 분석을 하여 문제점을 파악하였으며, 공용성에 기반을 둔 두께 손실에 대한 지불규정 개념을 개발하기 위하여 AASHTO피로파손 공식 및 슬래브 두께와 응력과의 상관관계와 응력레벨과 콘크리트 포장 수명과의 상관관계를 이용하는 방법을 제시하였다. 그리고 기존 콘크리트 포장의 두께를 측정하여 위치에 따른 시공 시 슬래브 두께의 편차를 파악하였으며 코어를 이용하여 두께를 측정할 때 두께 측정방법 및 사람에 따른 측정편차에 대한 분석을 수행하여 지불규정에서 두께손실 범위를 결정할 수 있는 방법을 제시하였다.

• 한국건설순환자원학회논문집
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• 제5권4호
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• pp.403-413
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• 2017

본 논문에서는 탄소저감을 위한 산업부산물 사용 증대 및 시공성능 향상을 위하여 시멘트 사용량을 80% 이상 감소시킨 탄소저감형 4성분계 고유동 콘크리트(QC-HFC)를 제조하여 품질특성 및 수화특성 평가를 수행하였다. QC-HFC의 품질은 목표 성능을 만족하는 결과를 얻을 수 있었으며, 유동 및 역학특성의 경우 기존에 적용되는 콘크리트와 유사한 수준인 것으로 나타났다. QC-HFC의 건조수축은 기존 배합과 비교하여 약 2배 이상, 수화열의 경우 약 36% 감소하는 것으로 결과가 나타났으며, 그 결과 수화열 저감 효과에 따른 온도응력 감소, 상대적으로 작은 내외부 온도차로 인한 변형 감소로 균열 발생량을 저감시킬 수 있을 것으로 판단된다. 또한 매스 구조물의 시뮬레이션을 실시한 결과 온도균열지수 1.1 이상으로 균열발생 확률이 약 35% 감소하는 결과가 나타남에 따라 온도에 의한 균열을 저감시킬 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제17권2호
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• pp.536-544
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• 2016

최근 초고층 구조물이 증가함에 따라 구조내력 확보를 위해 80~100 MPa 수준의 초고강도 콘크리트 사용이 증가하고 있는데, 이들 구성 재료 중 사용량이 가장 많은 골재는 종류나 특성에 따라 초고강도 콘크리트의 성능 및 경제성에 미치는 영향이 크므로 이에 대한 고찰이 요구된다. 이에 본 연구에서는 100 MPa 급 초고강도 콘크리트의 공학적 특성에 미치는 잔골재 영향을 고찰하고자, 석회암잔골재(LFA), 전기로 산화 슬래그 잔골재(EFA), 세척사(SFA) 및 화강암 부순 잔골재(GFA)의 4종과 이들을 상호 혼합한 4종의 혼합골재를 선정하여 초고강도 콘크리트의 공학적 특성을 고찰하고자 한다. W/B 20%에서 보통포틀랜드시멘트:플라이애시:실리카흄의 비율을 7:2:1로 조합한 콘크리트를 제조하였다. 연구결과에 따르면 LFA 사용 배합이 양호한 잔골재의 입형 및 입도 등 입자특성에 기인하여 동일 고성능 감수제 사용량에서 가장 높은 슬럼프 플로 및 높은 충전성을 확보하며, 혼합골재 사용 배합에 비해 전반적인 유동성이 우수함을 확인할 수 있었다. 또한, 압축강도 및 자기 수축 저감 성능은 EFA 및 LFA 사용 배합이 여타 골재 종류 및 혼합조합에 비해 골재 자체의 양호한 탄성계수 및 강도 그리고 EFA의 free-CaO에 기인하여 보다 양호한 성능을 갖고 있음을 확인하였다.

• 자원리싸이클링
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• 제31권5호
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• pp.42-51
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• 2022

현재 우리나라에서 보유한 골재자원은 개발수요증가 및 건설투자확대 등으로 고갈이 예상되고 있으며, 정부에서는 향후 골재자원의 원활한 공급을 위해 다양한 해결책을 모색하고 있다. 순환골재는 폐콘크리트에서 추출한 골재로 일반골재에 비해 품질이 낮으나, 전처리, 혼화재 적용 등을 통해 일반콘크리트와 유사한 품질을 유도할 수 있는 것으로 알려져 있다. 순환골재 활용성을 극대화할 수 있는 방안은 보도블럭, 호안블럭 등 콘크리트 2차 제품에 적용하는 것으로 예상되므로 본 연구에서는 일반골재콘크리트 호안블럭과 유사한 품질을 나타낼 수 있는 순환골재콘크리트 호안블럭의 생산가능성을 분석하였다. 이를 위해 순환골재 및 준조강시멘트의 적용량과 증기양생이력을 콘크리트 시험변수로 설정하였으며, 호안블럭 시험에서는 최적의 순환골재콘크리트와 GFRP 보강근 적용에 따른 하중저항성능을 평가하였다. 실험결과, 준조강시멘트와 순환골재를 혼입한 콘크리트는 양생온도 및 지속시간의 변화에도 탈형강도를 만족하였다. 재령 28일 강도에서는 증기양생이력에 따라 압축강도의 증감이 확인되었으며, 특히 시멘트량을 감소시킨 변수도 증기양생이력의 조절을 통해 일반콘크리트와 동등한 성능이 발현되었다. 순환골재콘크리트 호안블럭의 재하시험결과, 보강비에 따라 다르나 일반 호안블럭과 유사한 성능을 나타내었다. 따라서 순환골재콘크리트의 낮은 품질특성은 배합 및 양생방법의 조절과 적정 보강재 적용을 통해 보완이 가능할 것으로 판단된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제29권2A호
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• pp.171-179
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• 2009

콘크리트의 공극률은 유해인자의 주된 이동통로가 될 뿐 아니라, 수분을 보유할 수 있는 역할을 하게 되므로, 열화물질 이동 저항성을 평가할 수 있는 주된 지표가 되고 있다. 내구성에 대한 연구가 중요해짐에 따라, 공극구조를 기본으로 하는 열화모델이 최근 들어 개발되고 있으며, 공극구조와 내구특성간의 관계는 매우 중요하게 평가되고 있다. 본 연구는 5가지의 다른 물-시멘트비(40%, 45%, 50%, 55%, 60%)를 가진 시멘트 모르타르를 제조하여, 공극률을 포함한 다양한 내구성 실험을 수행하였다. 내구특성 실험은 기본적인 압축강도 실험을 포함하여, 투기성 실험, 염화물 확산계수 실험, 흡수율 및 수분 확산계수 실험 등이 수행되었다. 평가된 내구성 실험결과는 물-시멘트비와 공극률에 따라 분석되었다. 공극률이 1.45 배 높아질수록, 강도는 0.6배 수준으로 감소하였으며, 투기성, 염화물 확산계수, 흡수율, 수분확산계수는 각각 2.3배, 2.1배, 5.5배, 그리고 3.7배 수준으로 증가하였다. 이러한 내구특성 변화율은 높은 상관성을 보이며, 공극률에 따라 선형적으로 변화함을 알 수 있었다. 한편, 실험결과와 문헌분석을 통하여, 목표내구성능을 설정하였으며, 이에 따라서 고내구성 콘크리트를 위한 공극를을 제안하였다.

• 한국방재학회 논문집
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• 제7권3호
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• pp.19-31
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• 2007

플라이 애쉬와 고로슬래그를 함유하고 물-결합재비가 낮은 고성능 콘크리트의 자기건조에 의한 습도감소와 수축과의 연관성을 파악하기 위하여 내부 습도와 변형률을 측정하였다. 그 결과 일반 콘크리트 내부 습도 감소는 약 10% 수축변형률은 약 $320{\times}10^{-6}$까지 진행하였으며 플라이 애쉬 10%, 20% 혼입한 콘크리트의 경우 각각 10%, 7%의 습도 감소와 $274{\times}10^{-6}$, $231{\times}10^{-6}$의 변형률을 나타내었다. 고로슬래그 40%, 50%를 혼입한 콘크리트는 11%, $371{\times}10^{-6}$, O30G50은 11%, $350{\times}10^{-6}$의 습도감소와 수축 변형률을 나타내었으며 플라이 애쉬 혼입 콘크리트는 일반 콘크리트에 비해 습도 감소량과 변형률이 감소하며 고로슬래그 혼입 콘크리트는 증가하는 경향을 보였다. 자기수축의 경우 내부 습도와 변형률의 관계만을 고려할 때 플라이 애쉬, 고로슬래그 혼입 유무에 상관없이 모두 습도와 변형률은 강한 선형성을 보였다. 콘크리트 내부 습도 변화와 수축변형률의 관계를 보다 구체화하기 위하여 콘크리트 내부 공극을 단일 네트워크로 가정하고 확장 메니스커스 생성 가정 하에 공극수에서 발생하는 모세관 압력과 수화조직체에서 발생하는 표면에너지 변화를 습도의 함수로 모델링하여 수축의 구동력으로 작용시킨 결과 실험값과 비교적 일치하는 값을 나타내었다. 이를 근거로 물-결합재비가 낮은 고성능 콘크리트에서 자기건조에 의한 습도감소는 20nm이하의 소형공극에서 발생함을 파악할 수 있었으며 따라서 자기수축에 대한 제어 방안은 이러한 소형공극에서의 공극수 표면장력과 포화도에 초점을 맞추어야 함을 확인할 수 있었다.

• 한국건설순환자원학회논문집
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• 제11권2호
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• pp.97-104
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• 2023

본 연구에서는 순환잔골재 사용량 증대를 목적으로 순환잔골재만 혼입한 고강도 모르타르를 제조하고 이의 물성을 분석하여, 순환잔골재의 구조용 골재로서의 활용가능성을 파악하고자 하였다. 시멘트, 실리카퓸 및 고로슬래그 미분말을 함유한 물결합 재비 0.2 시멘트 모르타르에, 나노실리카를 추가로 혼입하고 이의 치환율을 변화시켜, 나노실리카 혼입량 변화가 순환잔골재 모르타르의 물성 변화에 미치는 영향을 분석하였다. 시험체 제작 시 결합재 내부에서의 나노실리카 분산도 향상을 위해, 초음파 처리한 수분산된 나노실리카 수용액을 활용하였고, 나노실리카의 혼입률은 1 %까지 변화시켜 모르타르 플로우, 공극률 및 압축강도의 변화를 평가하였다. 실험 결과에 따르면, 나노실리카의 혼입률이 증가할수록 모르타르 플로우는 감소하였으며, 나노실리카 혼입률 0.75 %까지는 혼입율을 높일수록 공극률은 감소하고 압축강도는 증가하였으나, 치환율 1 %에서는 공극률의 상승 및 압축강도의 저하가 관찰되어, 나노실리카 혼입률 0.75 %가 성능 최적화를 위해 가장 적절한 혼입 비율인 것을 확인할 수 있었다.

• 한국도로학회논문집
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• 제13권1호
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• pp.239-249
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• 2011

섬유보강 콘크리트를 이용하여 도로 포장의 기층을 형성하고 그 위에 아스팔트 또는 콘크리트로 표층을 구성함으로써 기능적인 측면과 구조적인 측면 모두에서 우수한 공용성을 발휘할 수 있는 복합포장 공법을 개발하기 위한 기초 연구로써 본 연구에서는 섬유보강 콘크리트 기층이 환경하중을 받을 때의 거동을 수치 해석을 통해 중점적으로 분석하였다. 이를 위해 2차원 유한요소해석 모델을 개발하였으며 이러한 모델을 사용하여 기층 슬래브 두께, 열팽창계수, 탄성계수, 인장 및 압축강도 등의 변수에 대하여 민감도 분석을 수행하였다. 기층의 거동으로는 균열간격과 균열틈 등 균열 특성을 선정하였다. 수치 해석 결과 고려한 변수가 균열간격 및 균열틈에 미치는 일반적인 영향을 파악할 수 있었으며, 기층 거동에 민감한 영향을 미치는 인자를 선정할 수 있었다. 이러한 결과는 표층 재료와 적절히 조합될 수 있는 섬유보강 콘크리트 기층의 재료 특성을 결정하는 기반이 될 것이다.