PURPOSES : In this paper, the flow of cement paste layers that were contoured at different times were simulated by computational fluid dynamics in 2D axisymmetric conditions to evaluate the effect of yield stress on the flow of cement paste layers. METHODS: In the 2D domain, the cylindrical-shaped bottom layer was placed on even ground and allowed to flow by gravitational force for only 25 s. The exact same shape of cement paste, the top layer, was placed on top of the bottom layer, and both layers were allowed to flow for an additional 25 s. The shape and pressure of both layers were evaluated. RESULTS: The relationship between the yield stress and diameter of the layer was clearly observed from the numerical simulation results. It was also observed that the interface between the top and bottom layers was affected by the yield stress and fluidity of materials. The total pressure underneath the bottom layer can be a good indicator of whether the material is still flowing or not. CONCLUSIONS: The Navier-Stokes equation with Bingham model is an excellent model to simulate the flow of contoured layers, which can be used to explain the flow of materials in various areas such as wet-on-wet pavement construction, structural member precasting, and 3D printing construction.

본 논문은 샤르피 충격 실험을 사용하여 실리카 퓸 시멘트 페이스트의 내 충격성에 대한 연구를 수행하였다. 일반 페이스트 및 개량 된 페이스트의 시편은 물-결합제 비가 0.5로 제작되고, 실리카 퓸의 비율은 각각 바인더 사용량의 5% 및 10%로 선택되었다. 내 충격성은 3일, 7일 및 28일에 V 노치 시험편을 사용한 샤르피 충격 실험에 의해 얻어졌다. 28일의 실험결과는 실리카 흄을 포함한 시멘트 페이스트의 충격량이 58 %까지 증가하였다. 실험 결과로 부터 시멘트 페이스트의 에너지 흡수 능력을 향상시키기 위해 실리카 퓸을 사용하는 것이 효과적임을 알 수 있다.

PURPOSES : It is necessary to clarify the rheological properties of cement paste as a basic research in the development of mechanistic concrete mix design. The rheological properties of cement paste with different binder types, mix propositions, and with/without high range water reducers have been analyzed. METHODS: In this study, ordinary Portland cement, fly-ash, blast furnace slag, silica fume, and limestone powder were used as binders. The range of water-binder ratio was 0.3-0.5, and a total of 30 different mixes have been tested. The slump flow test, V-funnel test, and Dynamic Shear Rheometer (DSR) test were performed to analyze the rheological properties of cement paste. RESULTS : As a result of the slump flow test, it was found that the composition ratio of the binder contents greatly affected the paste flow when the high range water reducers were added. The results of V-funnel test showed that when the water-binder ratio was decreased without high range water reducers, the binder composition ratio had a large effect on the passing time of the V-funnel tester, but with high range water reducers the impact of the binder composition ratio was decreased. The slump flow and V-funnel have a certain relationship with the rheological factors (yield stress and plastic viscosity), but the correlation was not significant. Finally, we proposed the M-value considering the density and specific surface area of the binder. The correlation between rheological factors and M-value were better demonstrated than experimental values, but there is still a limit to predict the rheological factor in general mix design. CONCLUSIONS: In this study, the rheological properties of cement paste were analyzed. The binder type, composition ratio of binder, and with/without high range water reducers have combined to provide the complex effects on the rheological properties of cement paste. The correlation between the proposed M-value and rheological factor was found to be better than experimental results, but needs to be improved in the future.

PURPOSES :In this paper, the flow of construction material was simulated using computational fluid dynamics in a 2D axisymmetric condition to evaluate the effect of initial or varying material properties on the final shape of a specimen.METHODS :The CFD model was verified by using a well-known analytical solution for a given test condition followed by performing a sensitivity analysis to evaluate the effect of material properties on the final shape of material. Varying dynamic viscosity and yield stress were also considered.RESULTS :The CFD model in a 2D axisymmetric condition agreed with the analytical solution for most yield stress conditions. Minor disagreements observed at high yield stress conditions indicate improper application of the pure shear assumption for the given material behavior. It was also observed that the variation of yield stress and dynamic viscosity during curing had a meaningful effect on the final shape of the specimen.CONCLUSIONS :It is concluded that CFD modeling in a 2D axisymmetric condition is good enough to evaluate fluidal characteristics of material. The model is able to consider varying yield stress and viscosity during curing. The 3D CFD-DEM coupled model may be required to consider the interaction of aggregates in fluid.

PURPOSES : In this paper, the analytical solutions suggested to simulate the behavior of rheological fluids were rigorously re-derived and investigated for fixed conditions to evaluate the applicability for the solutions on a mini-cone slump test of cement paste. The selected solutions with proper boundary conditions can be used as reference solutions to evaluate the performance of numerical simulation approaches, such as the discrete element method. METHODS: The slump, height, and spread radius for the given boundary and yield stress conditions that are determined by five different analytical solutions are compared. RESULTS: The analytical solution based on fluid mechanics for pure shear flow shows similar results to that for intermediate flow at low yield stresses. The fluid mechanics-based analytical solution resulted in a very similar trend to the geometry-based analytical solution. However, it showed a higher slump at high yield stress and lower slump at low yield stress ranges than the geometry-based analytical model. The analytical solution based on the mini-cone geometry was not significantly affected by the yield criteria, such as von Mises and Tresca. CONCLUSIONS: Even though differences among the analytical solutions in terms of slump and spread radius existed, the difference can be considered insignificant when the solutions were used as reference to evaluate the appropriateness of numerical approaches, such as the discrete element method.

최근 콘크리트 구조물의 성능 향상과 시공성 개선, 고품질화를 위해 자기충전 콘크리트 (Self-Compacting Concrete, SCC) 또는 고유동 콘크리트에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 콘크리트는 시멘트와 물, 골재, 혼화재료 등 액체와 고체가 다행한 분포로 이루어진 혼합물로써 미립자에서 굵 은 골재까지 넓은 입도분포를 갖는 하나의 복합체이다. 특히 시멘트 페이스트는 다양한 입도의 골재를 결 합해주는 역할을 수행하며, 굳기 전 콘크리트의 시공성 및 흐름, 다짐에 큰 영향을 미친다. SCC와 고유동 콘크리트의 경우 항복응력(Yield Stress)는 최소화 하여 흐름성이 매우 우수해야 하며, 소성점도(Plastic Viscosity)를 적정하게 유지하여 재료분리를 방지해야 한다. 특히 혼화재 특성에 따라 유동성 및 점성의 변화가 크므로 혼합분체에 대한 레올로지 특성을 분석하여 최적 배합을 도출해낼 필요가 있다. 본 연구에서는 콘크리트 중 시멘트 페이스트의 레올로지 성능에 대한 평가를 위해, 시멘트의 일부를 플라이애시와 실리카흄으로 치환하였다. 플라이애시는 F등급으로 치환율은 10%, 20%로 하였으며, 실리카 퓸은 5%, 10%로 치환하여 수행하였다. 시멘트 페이스트의 레올로지 특성을 평가하기 위해 기본적으로 플로우시험과 V-Funnel 시험을 수행하여 시멘트 페이스트의 기본적인 유동성을 평가하였으며, 레올로지 평가 시험으로 회전점도계(Brooksfiled Viscometer)와 DSR(Dynamic Shear Rheometer)를 활용하여 Shear rate에 따른 Shear Stress, Torque, Viscosity등을 측정하였다. 회전점고계는 원통형 스핀들의 회전속도를 변화시켜 이때 발생하는 토크값을 측정하는 장비로 일반적으로 아스팔트의 점도를 측정하는데 주로 사용된다. DSR실험은 아스팔트 바인더의 복합전단계수와 위상각을 측정하기 위해 많이 사용하는 장비이나 최근 시멘트 페이스트의 레올로지 측정에도 사용된다. 표. 1은 본 연구에서 사용된 시멘트 페이스트의 배합비이며, 플라이애시와 실리카흄을 일정량 치환하 여 시험을 진행하였다. 각각에 배합에 대하여 플로우시험, V-Funnel시험을 수행하였으며, 회전점도계, DSR시험을 수행하여, 각각의 시멘트 페이스트에 대한 소성점도와, 항복응력등을 구해 분체 특성이 레올로지에 미치는 영향을 분석하고 최적배합비에 대한 고찰을 수행하였다.

콘크리트에서 강도는 콘크리트의 물리적 특성을 평가할 수 있는 중요한 인자중 하나이며 압축강도의 경우 실험의 편리함과 범용성으로 인해 널리 사용되고 있다. 콘크리트는 재료와 양생조건 등에 따라 압축강도가 달라지며, 특히 동일 재료라 하더라고 양생조건에 따라 강도는 변한다. 그러므로 현장에서 시공한 콘크리트의 강도를 알기위해서는 현장과 동일한 양생조건에 놓여야만 정확하게 강도를 측정할 수 있다. 그러나 현실적으로 밤낮으로 변화하는 현장의 양생조건을 실내에서 묘사하기란 쉽지가 않다. 또한 실제 콘크리트 포장의 강도를 측정하기 위해 포장체에 코어를 뚫기 때문에 손상이 가해지는 걸 피할수는 없다. 이러한 한계를 극복하기 위해 이미 비파괴 기법에 대한 다양한 연구가 진행되어 왔으며 그중 탄성파를 이용해 이미 콘크리트의 압축강도와 탄성파 속도와의 상관관계가 높음이 입증되었다. 본 연구에서는 양생조건에 따른 압축강도와 전단파 속도의 상관성을 분석하기 위해 동일 시멘트 페이스트를 3가지 서로 다른 양생온도에서 재령별 압축강도와 탄성파 속도의 변화를 측정했으며, 이 두 변수간의 상관관계를 파악하였다. 그 결과 양생온도는 재령별 압축강도증진과 탄성파 속도증가에 각각 영향을 미치는 것으로 나타났으나, 압축강도와 전단파 속도와의 상관관계에는 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다.

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.

This research provide a general model for viscosity curve. The rheological behavior of cement-based materials has been described by a flow curve. The flow curve helps intuitive understanding to explaining the flow of concrete. However, in this study, the rheological behavior of cement paste was analyzed using different approach called the viscosity curve. In this study, Sisko model for viscosity curve is used to indicate the rheological behavior of cement paste. Also relaxation process is analyzed by exponential model.

In this study, to analyze the change of mass of concrete structure subjected to fire damage, cement paste was exposed at high temperature to maintenance time and analyzed mass change characteristics by TGA analysis. As a result of analysis, the mass reduction rate of cement paste decreased with increasing heating time after heating at high temperature.

Thermogravimetric analysis (TGA) is a thermal analysis technique that the mass of sample is measured by time and temperature changes. In this study, TGA was applied for estimating the proportion of Nylon-6,6 nanofibers in the cement paste as well as the decomposition temperature of Nylon-6,6 nanofibers. An electrospinning process was conducted for producing nanofibers and adding directly into the cement powder. The TGA results show that there was approximately 0.5 % of nanofibers in the composite pastes. Besides, the decomposition temperature of Nylon-6,6 nanofibers was clarified in the range of 300℃ to 410℃.

This study is a basic research for the development of composite materials for 3D printing and evaluated the rheological properties according to the blending design of the constituent materials. As a result, as the W/B ratio becomes smaller, the plastic viscosity value and the yield value tend to increase. Next, the plasticity and flow characteristics were differently derived depending on the binders used, and all the binders were considered to have more influence on the yield value than the plastic viscosity value.

In this research is underway to determine the exact damage level of concrete structures damaged by fire. Cement paste hardened at 700℃ was characterized by TGA. As the depth increased, the mass reduction rate increased and the mass reduction rate decreased as the retention time increased.

본 연구에서는 탄소 포집 물질인 γ-C2S를 함유하고 있는 Stainless Steel Slag AOD를 포함한 시멘트 페이스트의 역학적 및 미세구조 변화를 연구하였다. γ-C2S는 비수경성이며 그러므로 물과 반응하지 않는다. 그러나 γ-C2S는 물에 의한 탄산화 양생조건에서 반응성을 가지고 있다. 그 반응은 페이스트 안의 공극을 치밀하게 형성하기 때문에 STS-A를 사용한 시멘트 페이스트의 공극구조는 탄산화 (CO2 농도는 약 5%)후에 수은압입시험에 의해 측정될 수 있다. 또한 Fractal 특성은 시멘트 페이스트의 미세구조변화는 탄산화 영향에 대하여 연구하였다. 그 결과로부터 STS-A를 포함하는 탄산화 시멘트 페이스트는 강도가 증가하였고 공극구조는 더 치밀해졌다.

국내 시멘트 산업은 시멘트 제조 시 발생되는 CO2를 감축하기 위해 CO2발생의 주요 요인인 클링커 대신 시멘트 대체재료 사용을 확대하기 위한 다양한 기술 개발을 위해 노력하고 있다. 이에, 최근 플라이애시를 다량 치환한 하이볼륨 플라이애시 시멘트(HVFC)에 대한 연 구 가 활발히 진행되고 있다. 하지만, 플라이애시의 다양한 장점에도 불구하고 낮은 조기강도 발현 특성이 플라이애시를 다량으로 활용한 바인 더의 현장적용에 있어서 가장 큰 문제로 지적되고 있다. 본 연구는 이러한 한계를 극복하고자 플라이애시 혼입률에 따른 HVFC 페이스트의 수 화 및 압축강도 특성을 파악하기 위해, 플라이애시 혼입률 0~80%의 배합을 이용하여 실험을 수행하였다. 실험결과 낮은 물-바인더 비에 의한 HVFC 페이스트 배합은 초기 재령에서의 낮은 압축강도의 한계점을 극복할 수 있을 것으로 판단된다. 또한 중량비의 50% 이상이 플라이애시 로 치환된 페이스트의 응결시간이 증가하는 경향을 보아, 플라이애시 중량비 50%는 충진 효과의 임계점으로 판단된다.