본 연구는 원자력 시설 해체 시 발생되는 저준위 및 극저준위 폐토양, 점토와 산업부산물인 고로슬 래그를 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 고로슬 래그의 특성 분석, (2) 폐토양, 점토 및 고로슬래그를 고화재 및 성분조정제로 이용한 원전 해체 폐기물 담지를 위 한 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 점 토는 수화반응 생성물이 관측되지 않았으며, 고로슬래그의 경우 고화체의 강도를 발현시킬 수 있는 수화반응 생성물질인 calcium silicate hydrate (CSH), 에트링가이트(ettringite)가 생성되는 것을 확인하였다. 폐토양, 점 토를 고화재로 이용한 비소성 시멘트의 재령 28일 후 고화체는 최적의 배합 비율에서 약 3 MPa의 강도를 나 타내 처분장 인수기준 압축강도인 3.44MPa를 만족하지 못하는 것을 확인하였다. 그러나, 고로슬래그를 고화 재로 이용한 비소성 시멘트는 모든 실험 조건에서 처분장 인수기준 압축강도를 만족하며, 최적의 배합 비율 에서는 약 27 MPa로 높게 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 결과를 통하여 비소성 시멘트 고화재로 고로 슬래그, 방사성 핵종에 대한 흡착제 역할로 폐토양 및 점토를 이용한다면 방사성 폐기물 처분을 위한 최적의 비소성 시멘트를 제조할 수 있을 것으로 판단된다.

To improve the initial strength and stability of lightweight-foamed concrete, which shows suitable sound absorption and insulation characteristics, the effect of CO2-reduced cement on the properties of the concrete was investigated. Various mixing ratios were applied by substituting a certain amount of slag and Calcium Sulfo Aluminate (CSA) in CO2-reduced Ordinary Portland Cement (OPC) and the physical properties of the samples were examined using the Korean Standard. The kiln temperatures of the CSA were 100–200°C ; these values are lower than those of OPC and can lead to energy saving. In addition, the low limestone content reduces greenhouse gas emissions by 20 %. Adding a small amount of CSA in OPC content activates Ca-Al-H2-based hydrates, and the initial compressive strength of the concrete is improved. As the CSA content increased, the thermal conductivity of the concrete decreased by up to 8% compared to plain concrete, thus indicating an improvement in its insulation. Therefore, the settlement stability was improved as the addition of CSA shortened the setting time.

본 연구는 nano-silica solution(NSS)을 배합수 중량치환방법을 사용한 OPC-slag cement의 특성에 관한 연구이다. 새로운 치환방법은 선행연구들보다 높은 NSS 치환율의 시멘트에 대한 거동을 연구하기 위한 기초 단계이다. NSS는 배합수 중량의 10%, 20%, 30%, 40%, 그리고 50% 치환하였다. 그 결과 역학적 및 미세구조적 특성이 향상되는 결과를 보였다. 이는 두 가지 원인으로 요약된다. 첫 번째는 NSS를 배합수 중량 치환하면 나노 실리카 입자의 균질한 분산작용이 향상된다. 이는 초기 수화작용을 촉진한다. 두 번째는 배합수 보다 밀도가 큰 NSS의 치 환은 w/b를 감소시킨다. 이는 치밀한 수화반응물질을 형성시킨다. 새로운 치환방법은 선행연구에서 밝혀진 분말형 나노 실리카 입자를 사용한 결과와 비교하여 역학적과 미세구조 특성의 저하가 나타나지 않았다. 따라서 본 연구에서 사용한 NSS를 배합수 중량 치환한 방법은 OPC-GGBFS cement의 배합에 적용 가능할 것으로 판단된다.

본 연구에서는 패류 껍질의 경계조건을 모사한 고연성 시멘트 복합재료의 휨 성능을 평가하였다. 패류 껍질층 경계면 구조를 모방 하여 프리캐스트 형식으로 제조된 패널 사이를 후 타설 HDCC로 충전한 실험체와 PE-mesh를 HDCC층의 경계면에 배치한 실험체 등 2가지 경계면 특성을 고려하여 제작한 4종류 실험체의 휨 성능을 평가하였다. 패류 껍질의 경계조건을 모사한 고연성 시멘트 복합재료의 휨 성능 평가 결과 일반적인 휨 시험체 대비 층상화 단면을 적용한 모든 실험체의 연성이 증가하였다. 특히 PE-mesh를 삽입하여 층상화한 방법이 가장 우수한 연성을 나타내는 것을 확인하였다. 이는 삽입된 PE-mesh가 층을 분리하는 경계면 역할을 하고, PE-mesh 체눈 내의 각주형 HDCC는 층과 층 사이의 부착을 견고히 하는 역할을 하였기 때문이라고 사료된다.

이 논문의 목적은 다른 종류의 폴리에틸렌 섬유로 보강한 높은 연성을 갖는 고강도 시멘트계 복합체의 재료강도와 인장변형거동을 실험적으로 연구하는 것이다. 이를 위하여 압축강도 80 MPa 수준의 재료 및 배합을 결정하였고, 보강 섬유로서 2 종류의 폴리에틸렌 섬유를 사용하였다. 그리고 밀도, 압축강도, 1축 인장변형에 대한 일련의 실험을 수행하였다. 실험결과 시멘트계 복합체의 인장거동과 균열 패턴은 보강 섬유의 특성에 크게 영향을 받는 것으로 나타났다. 또한 적절한 폴리에틸렌 섬유를 사용함으로써 재료의 압축강도가 77.7 MPa 이고, 인장변 형성능이 7.9% 변형률인 시멘트계 복합체의 제조가 가능하다는 것을 확인하였다.

이산화탄소 농도가 높은 도심지의 경우 탄산화로 인한 철근부식이 발생하기 쉬우며 이는 콘크리트 구조물의 내구수명을 감소시킨다. 콘크리트 구조물의 경우 다양한 구속조건을 가지며 항상 외부의 재하하중을 받고 있다. 도입된 응력수준은 이산화탄소와 같은 유해인자의 확산을 변화시키며 탄산화 깊이의 변동성을 야기한다. 본 연구에서는 응력재하수준에 따른 탄산화 변동성을 정량화하였으며, 이를 이용하여 탄산화 예측식을 도출하였다. 내구성 설계인자인 피복두께, 이산화탄소 확산계수, 탄산화 반응 수화물, 그리고 외부 이산화탄소 농도를 확률 변수로 정의하였으며, MCS을 통하여 영향인자의 변동성에 따른 내구수명을 도출하였다. 또한 응력수준에 따라 변화하는 내구수명을 도출하였으며, 이를 결정론적인 방법의 결과와 비교하였다. 피복두께 및 내부 수화물 생성이 내구수명 변동성에 가장 큰 영향을 미쳤으며, 응력수준 을 고려한 내구수명평가는 유지관리 우선순위 설정에 합리적으로 적용할 수 있다.

콘크리트의 수화물 및 이와 관련된 특성치들은 재령에 따라 변화하며 이는 염화물 확산성과 큰 관련이 있다. 본 연구에서는 세 가지 수준의 물-결합재 비와 플라이 애시 및 고로슬래그 미분말을 30% 혼입한 콘크리트 대하여 2년간 장기 양생을 수행하였다. 5번의 측정 시점(28일, 56일, 180일, 365일, 730일)에 대하여 촉진실험을 통하여 촉진 염화물 확산계수를 평가하였으며, DUCOM을 통하여 도출된 공극률, 염화물 구속능, 투수계수의 변화와 비교하였다. 염화물 확산성과 투수성의 변화 패턴이 가장 유사하였는데, 이는 투수성이 공극률의 제곱에 비례하기 때문이다. 또한, 각 재령 기간 동안 변화하는 비율을 분석하였는데, 초기 재령(재령 28일~56일)에서 공극률, 투수성 및 염화물 확산성의 변화가 지배적이었고, 낮은 물-결합재 비를 가진 OPC 콘크리트에서는 180일까지 확산성의 변화가 지속적으로 크게 평가되었다.

본 연구에서는 코어직경에 따른 시멘트 모르타르의 부착강도 변동 특성을 분석하기 위하여, 코어직경 50mm 부착강도 13개 데이터와 코어직경 75mm 부착강도 17개 데이터를 활용하여 분석하였다. 부착강도의 평균값을 비교하면 코어직경 75mm의 값이 코어직경 50mm의 값에 비해 10.5% 정도 크게 나타났으며, 코어직경에 따른 부착강도의 변동계수(Coefficient of Variation) 값을 비교·분석한 결과 코어직경 75mm의 변동계수가 모든 시험 회차에서 상대적으로 작게 나타났다. 그러므로, 코어 직경에 따른 부착강도의 변동성을 최소화 하기 위해서는 코어직경 75mm를 사용하는 것이 바람직할 것으로 판단된다.

본 연구에서는 고온 가열된 시멘트 페이스트에 나타나는 균열을 CO2 가스 노출을 통한 회복 거동에 대해 관찰하였다. 시 험체는 W/C 40 %의 시멘트 페이스트로 설정하였다. 전기가열로를 목표온도까지 도달시킨 후 가열로 상부에 부착하여 일면 가열을 실시한 후 가열된 면에 나타난 균열을 고배율 카메라로 촬영하였다. 촬영결과 CO2 가스 노출을 통한 회복 재령으로 인하여 시멘트 페이스트의 균열이 더 이상 진행되지 않은 것을 관찰하였다.

본 연구에서는 세 종류의 알루미나 시멘트 모르타르의 염소이온 프로파일을 통해 깊이별 염소이온농도를 측정한 후 Fick’s 2nd 법칙을 이용하여 유효확산계수 및 표면 염소이온 농도를 산정하였다. 그 결과, 알루미나 시멘트 내 산화알루미늄 함량이 높을수록 표면 염소이온 농도 및 유효확산계수는 증가하는 경향을 나타냈다. 이는 높은 산화알루미늄으로 인한 염소 이온 고정화 능력의 증가로 공극수 내 염소이온 농도가 감소하여 이온 침투가 촉진된 것으로 사료된다. 따라서, 해양, 도로 구조물 등 염소이온 노출 환경에서 높은 산화알루미늄 함량의 알루미나 시멘트 사용은 배제되어야 할 것으로 판단된다.

콘크리트의 취성적인 단점을 보완하기 위해 시멘트 매트릭스 내에 체적의 2%내외 합성섬유를 첨가한 고인성 시멘트 복합 재료는 뛰어난 연성을 가지는 재료이다. 한편, 조개껍질과 같은 갑각류의 껍질은 시멘트계 재료와 유사하게 탄산칼슘을 주성분으로 이루어져 있으며 수많은 층으로 이루어진 구조로 인해 높은 인장강도를 지니고 있다. 본 연구에서는 조개껍질의 구성형상을 생체모방하여 PE mesh를 고인성 시멘트 복합재료 내부에 삽입하여 시멘트 매트릭스를 층상화하여 휨실험을 실시하였다.

원자력발전소 해체과정에서 발생하는 폐기물 중 가장 큰 비중을 차지하는 것은 콘크리트 재료이다. 일반적적으로 콘크리트의 방사화는 시멘트 페이스트에 집중되기 때문에 방사화된 시멘트 페이스트만 고화처리를 하고 굵은 골재를 재활용할 수 있다면 원자력발전소 해체 과정에서 발생하는 폐기물의 양을 현저하게 감소시킬 수 있다. 본 연구에서는 저준위 방사화 콘크리트의 처리방안 개발을 위한 기초연구를 목적으로 수행되었으며, 이를 위하여 20년 이상 경과한 폐콘크리트에서 분리한 미분말을 고화처리하는 방법에 대하여 검토하고자 하였다.

본 연구는 최근 친환경 대체 시멘트로 주목받고 있는 칼슘설포알루미네이트(calcium sulfoaluminate, CSA) 시멘트의 수화 반응을 탐구한다. 배합수 및 석고의 첨가량에 따른 페이스트 배합실험을 하였으며, X-선 회절(X-ray diffraction, XRD)실험을 통해 각 변수 및 재령 일에 따른 광물 상(mineralogical phase)을 정량분석하였다. 클링커 광물의 정량분석 결과를 입력 값으로 깁스 에너지(Gibbs energy) 최소화 계산을 통한 CSA 시멘트의 수화반응 모형을 도출하였다. 배합수의 증가는 CSA 시멘트의 수화반응을 촉진 및 향상하는 것으로 조사되었으며, 석고 첨가량 증가에 따라 CSA 시멘트의 완전 수화를 위한 최소 요구 배합 수량이 증가하는 것으로 조사되었다.

품질의 변동성이 많은 순환유동층 플라이 애시를 현장에서 혼화재로 사용하는 것 보다 수경성 시멘트의 초기강도 발현을 위한 자극제로 활용할 수 있는 가능성을 판단하고자 하였으며, 이를 위하여 다양한 조건의 시멘트 조합을 사용하여 강도특성을 실험적으로 분석하였다. 실험을 통하여 순환유동층 보일러 플라이애시의 free CaO와 반응성 CaO가 수경성 시멘트 품질에 미치는 영향을 분석하였으며, 석고를 대체할 수 있는 결합재로 활용이 가능함을 확인하였다.

탄산화가 고전도성 시멘트 복합재료의 전기전도도에 미치는 영향에 대해 실험적으로 확인 하였다. 탄소나노튜브(carbon nanotube, CNT)가 혼입된 페이스트형 및 모르타르형 시멘트 복합재료를 설계하였으며, 제조된 시편을 촉진탄산화 환경에 노출 시켰다. 반년간의 노출 후 확인한 결과 시멘트 복합재료의 전기전도도가 급격하게 감소한 것을 확인 할 수 있었다. 이 특성은, 전도성 시멘트 복합재료를 콘크리트용 센서로 사용했을 때, 탄산화에 의해 복합재료의 전기전도도가 변화할 수 있음을 고려해야 한다는 증거임과 동시에, 이 복합재료가 탄산화 센서로 사용될 수도 있다는 것을 의미한다. 본 논문은 본 연구 진의 기존논문 Lee et al.(2019)를 요약한 것이다.

전기전도도가 높은 시멘트 복합재료에 염소가 침투했을 경우 그 자체의 전기전도도가 어떻게 바꾸었는지를 실험적으로 확인 하였다. 시멘트 복합재료의 전기전도도 확보를 위해 탄소나노튜브(carbon nanotube, CNT) 및 탄소섬유(Carbon fiber)를 사용하였다. 염소의 침투가 시멘트 복합재료에 미치는 영향을 알아보기 위해 1) 염화나트륨을 배합 시 적당량 혼입하는 방법과 2) 염화나트륨 수용액에 전도성 시멘트 복합재료를 함침시키는 두가지 방법을 활용하였다. 실험 결과 염소 침투에 의해 전기전도도가 일부 증가하는 경우와 함께 반대로 감소하는 경우도 동시에 발견되었다. 본 논문은 본 연구진의 기존 논문 Lee et al.(2019)을 요약한 것이다.

본 연구에서는 페로니켈슬래그 시멘트를 활용한 FNS 혼합시멘트의 저발열 대류계수에 관한 실험 및 고찰 결과를 소개하 고자 한다. 일반적으로 혼합시멘트의 수화열 해석시에 열전도율, 비열등에 의한 열확산율의 개념은 현행 콘크리트 시방서에 서 열확산율 혹은 열전달률의 식으로 표기되어져 있고, 이와 연관된 외기 대류의 계수는 콘크리트 구조체를 둘러싼 외기환 경의 거푸집, 버블시트, 공기중 조건등에 대한 단순 실험상수가 연구논문 사례등을 기초로 하여 제시되는 수준이다. 본 연구 에서는 열확산율과 대류계수로의 연관성을 심층 고찰하면서 실험을 기반으로한 해석적 검증 연구를 수행하였다.

콘크리트 내에서 염소이온을 고정 및 침투 억제할 수 있는 CA계 클링커의 상호간의 영향을 파악하기 위하여 CA(CaAl2O4)와 CA2(CaAl4O7)을 혼입하여 실험체를 제작하였다. 실험수준은 W/C 50%로 28일간 수중양생 진행되었고 클링커는 시멘트 중량대비 10%로 설정되었다. 평가결과 CA의 혼입율이 증가 할수록 초결이 빨랐지만 장기강도 발현이 감소했고, 시멘트 매트릭스 내부 공긍률이 증가했다. XRD분석결과 CA계 클링커를 혼입한 실험체에서 하이드로 칼루마이트 생성이 증가 한 것으로 보아 염소이온고정능력이 향상될 것 이라고 판단된다

화재시 콘크리트 구조물의 노출 온도를 판단하여 화재 피해 범위를 신속하게 판단할 수 있는 무기질 변온색소를 포함한 시멘트의 개발을 목적으로 한다. 400℃의 온도에 노출된 콘크리트는 물리·화학적 변화에 의해 내구성과 내하력이 감소한다. 따라서 400℃ 온도에 노출 유무를 확인하기 위해 400℃의 온도에서 보라색에서 흰색으로 변하는 망간바이롤렛 변온색소를 사용하여 무기질 시멘트를 제조하였다. 제조된 시멘트는 400℃에서 색상의 변화와 함께 30분과 60분 이상의 노출시간도 판단할 수 있는 특징을 나타내었다.

최근 건설분야에서도 스마트(Smart)라는 개념을 도입한 재료 및 구조방식의 개발에 관한 관심이 고조되고 있다. 특히 기존 콘크리트와 같은 시멘트 복합체에 다양한 전도물질을 혼입하여 외력의 작용시 유발되는 변형을 시멘트 복합체의 저항변화로 평가하는 자기 감지형 건설재료 개발 연구가 활발히 진행되고 있다. 통상적으로 시멘트 복합체는 인장변형에 대한 저항능력이 낮기 때문에 주로 압축변형과 전기적인 저항특성의 상관성을 평가하는 연구 즉, 압축변형 감지능력을 갖는 시멘트 복합체 개발에 관한 연구가 대부분이었다. 본 연구에서는 직접인장하에서 0.5% 인장변형시까지 자기 감지능력을 갖는 변형 경화형 시멘트 복합체(SHCC)를 개발하고 또한 철근의 보강이 SHCC의 자기 감지능력에 끼치는 영향을 평가한다.