콘크리트는 수화반응에 필요한 물 이외의 자유수가 증발하게 되면 건조수축이 발생하며 이로 인해 발생한 균열은 구조물의 강도 및 내구성 저하에 영향을 미친다. 이에 건조수축에 의한 균열을 억제하기 위한 대처 방안으로 강섬유를 혼입한 강섬유보강콘크리 트에 관한 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 아치형 강섬유 혼입량에 따른 건조수축 특성을 파악하고 구속건조수축 변형률을 콘크 리트에 발생하는 잔류 인장응력으로 치환하여 기존 연구 결과와 비교하였다. 자유건조수축 실험을 통해 아치형 강섬유 혼입량에 따른 건조수축 변형률의 저감효과는 미미한 수준임을 확인하였다. 구속건조수축 실험 결과, 아치형 강섬유 혼입량 증가에 따라 균열의 발생 지연 및 균열 폭 저감에 효과적인 것으로 나타났다. 또한 아치형 강섬유를 60kg/m3 혼입하였을 때 무보강 콘크리트에 발생하는 잔류 인장응력에 비해 52.4% 높은 인장강도를 가지며 구속건조수축에 대한 저항성능이 향상될 수 있음을 확인하였다.

콘크리트의 변온저항성을 향상시키기 위해 상변화온도 4.5도와 44도의 상변환재료(Phase change material; PCM)를 캡슐화하여 혼입하였다. 그 후에 콘크리트가 기본적인 구조성능을 발휘할 수 있는 지 확인하기 위해 시멘트 부피의 10%, 20%, 30%에 해당하는 PCM을 혼입한 콘크리트의 온도 및 재 령에 따른 압축강도를 측정 및 비교하였다. PCM을 혼입하지 않은 콘크리트의 경우 PCM이 혼입된 다른 배합에 비해 온도에 따른 강도의 편차가 크지 않게 나타났으며 온도에 따른 강도의 편차는 PCM의 혼입률이 증가함에 따라 함께 증가하는 경향을 나타냈다. 4.5도의 PCM이 혼입된 시편은 0도 에서 25도로 온도가 증가 할 때 가장 높은 강도 감소률을 나타냈으며 45도 PCM은 25도에서 50도로 온도가 증가할 때 가장 높은 강도 하락률을 나타냈다. 0도에서는 대부분의 경우에서 4.5도 PCM 혼입 시편이 44도 PCM 혼입 시편보다 약간 높은 강도를 나타냈지만 25도에서는 44도 PCM 혼입 시편이 더 높은 강도를 나타냈으며 50도에서는 두 종류의 PCM 간의 유의미한 강도차이를 확인하기 어려웠 다. 시멘트 부피대비 10%정도의 PCM 혼입은 콘크리트의 압축강도 하락에 큰 영향을 주지 않으며 오 히려 높아지는 경향을 나타냈으며 그 원인은 잔골재 사용감소에 의한 상대적 시멘트-골재 비의 상승 에 의한 것으로 추정된다. 하지만 10%를 초과하는 혼입률은 시멘트-골재비 상승에 의한 강도 상승 효과보다 콘크리트 내부에서 하중에 저항하는 성능을 거의 낼 수 없는 PCM의 영향이 더욱 커지므로 강도가 감소하는 것으로 판단된다. PCM이 혼입된 콘크리트는 PCM의 상변화 온도에 따라 서로 다른 강도경향을 나타내는 것으로 확인되는데 4.5도 PCM 혼입 콘크리트의 경우 0도와 25도사이에서 상변 화 하므로 해당 구간에서 가장 큰 강도저하를 발생시킨 반면 44도 PCM 혼입 콘크리트의 경우 25도 와 50도사이에서 상변화하므로 해당 구간에서 가장 큰 강도저하가 발생하는 것으로 판단된다.

콘크리트는 우수하고 뛰어난 내구성에 의해 구조물 건설에 가장 많이 사용되는 재료 중 하나이다. 오늘날 급격한 경제의 발전 및 도시화 등에 의해 오늘날 구조물은 대형화 및 고층화되고 있다. 이에 따라 고강도, 고경량, 고내구 콘크리트 개발에 대한 다양한 연구가 진행되고 있다. 특히 나노소재가 첨 가된 콘크리트는 나노소재에 의해 미세공극이 충진되어 강도 및 내구성이 우수한 것으로 알려져있다. 그러나 기존 나노소재가 적용된 콘크리트는 단위중량이 높아 이를 구조물에 적용시 자중을 증가시키 는 단점이 있다. 이에 본 연구에서는 입자 직경이 10-100 μm이지만 입자 내부의 공극이 있어 단위 중량이 0.6t/m3인 Micro hollow sphere가 잔골재로 사용된 고경량, 고강도 콘크리트의 염화물 침투 특성을 평가하였다. 본 연구에서 사용된 실험변수로써 Micro hollow sphere의 잔골재 치환량(0%, 42%, 100%)가 고려되었으며, 이 시편의 단위중량은 각각 2.37 t/m3, 1.89 t/m3, 1.62 t/m3이다. Micro hollow sphere가 사용된 콘크리트의 염화물 침투 특성은 NT-Build 492 시험을 통해 평가되었다. 실 험결과 Micro hollow sphere 치환율이 0%, 42%, 100%인 실험체의 단위중량은 염화이온 확산계수는 각각 4.45 x10-13 m2/s, 2.57 x10-13 m2/s, 1.4x10-13 m2/s로 Micro hollow sphere 치환량이 증 가함에 따라 염화이온 침투 저항성이 증가하는 것으로 확인되었다. 따라서, Micro hollow sphere를 이용한다면 단위중량이 작으며 내구성이 큰 고경량, 고내구 콘크리트 배합이 가능할 것으로 판단된다.

본 연구에서는 바이오차 콘크리트의 개발과 역학적 특성에 대한 연구를 통해, 환경친화적이고 지속 가능한 건설 자재로의 활용 가능성을 탐구하였다. 바이오차는 바이오매스와 숯의 합성어로, 탄소격리 효과가 있어 시멘트 대체재로 사용할 수 있는지 실험을 통해 분석하였다. 바이오차를 시멘트 질량비 5%를 치환 최대치로 설정하였다. 실험 변수로 바이오차의 시멘트 대체율을 0%에서 5%까지 1%씩 올 려 대체하여 방식으로 설정하였다. KS F 2403에 따라 시편을 제작하였고, 슬럼프, 압축강도, 쪼갬인장 강도, 휨강도를 실험을 통해 바이오차 콘크리트의 역학적 특성을 분석·비교하였다. 실험 결과, 바이오 차의 대체율이 증가할수록 슬럼프가 감소하는 경향이 나타났다. 압축강도는 바이오차가 시멘트를 대체 함으로써 강도가 감소하였지만, 대체율 1%(23.37MPa)를 제외한 실험체에서 설계기준 압축강도 24MPa 이상을 만족하였다. 휨강도는 대체율 5%가 가장 높았으며 0% 대비 약 12% 증가하였다.

초고성능 콘크리트의 시멘트량 저감을 위해 시멘트와 치환하여 사용가능한 시멘트계 재료를 사용한 연구를 사전 조사하여 플라이애시와 고로슬래그를 선정하였다. 시멘트와 실리카흄 조합으로 120 MPa 이상의 압축강도를 보인 배합을 사용해 바인더조합의 변화에 따른 압축강도, 휨강도를 평가하였다. 플 라이애시와 고로슬래그를 사용한 배합은 유동성이 향상되었으며, 플라이애시는 압축강도가 실리카흄만 사용한 경우보다 다소 감소하였으나, 고로슬래그를 사용한 실험체는 실리카흄만 사용한 실험체와 유사 한 결과를 나타내었다.

초고성능 콘크리트의 충전밀도 향상을 위해 잔골재보다 미세한 실리카플라워를 사용하여 물리적 특 성변화를 분석하였다. 평균입경 300㎛의 규사를 100㎛인 실리카플라워로 일부 치환하여 압축강도, 휨 강도 변화와 유동성 변화를 측정하였다. 실리카플라워 사용으로 인해 압축강도와 휨강도가 향상되었으 나 유동성 저하로 인해 동일한 유동성을 확보하기 위해 추가적인 고성능감수제의 투입이 필요하였다. 유동성 저하는 바인더 차이에는 큰 영향을 받지 않았으며, 추가적인 고성능감수제 투입은 유사하게 나 타났다.

본 연구는 외부환경조건이 콘크리트 보도블록의 백화특성에 미치는 영향을 검토하였다. 콘크리트 보 도블록의 외부환경조건으로 양지 및 음지에서의 옥외폭로, 온도 20℃, 습도 55%의 항온항습 및 -5℃ ∼5℃의 저온환경 조건에서 시간경과에 따른 콘크리트 보도블록의 백화특성을 검토하여 외기환경조건 이 백화발생에 미치는 영향을 분석하였다.

강섬유 보강 콘크리트(Steel Fiber Reinforced Concrete, SFRC)는 콘크리트의 취성적인 거동을 연성 거동으로 보완해주는 재료로서 사용되고 있다. SFRC는 과거 비 구조체에서 섬유 보강 콘크리트는 균 열을 제어하기 위한 목적으로만 사용되었지만 현재 구조적인 재료로서의 연구가 진행되고 있다. 콘크 리트의 압축강도는 강도계산에 사용되지만 재료의 인성(Toughness)을 평가하기 위해서는 응력-변형률 곡선이 필요하다. 본 연구에서는 섬유의 혼입량을 체적비 0.5%로 두어 나선철근의 유무 및 철근의 피 치를 변수로 두어 압축실험을 통해 인성비(Toughness Ratio)를 측정하였으며, 선행연구에 제안된 예측 식을 통해 실험 값과 해석 값을 비교하였다. 사용한 강섬유는 직경 0.75mm, 길이 60mm 및 인장강도 1,100MPa인 후크형 모양의 섬유를 사용하였으며, SFRC의 압축 실험은 200tonf 용량의 UTM을 사용 하여 응력-변형률 곡선을 확인하기 위해 0.5mm/min의 속도로 변위제어 하였다. Plain 시편의 압축강 도는 19.6MPa로 나타났으며, 52mm간격의 나선철근을 넣은 경우 33.3MPa, 섬유 0.5% 혼입한 경우 29MPa로 각각 70.1% 및 48.0% 높은 압축강도가 나타났다. 52mm 간격의 나선철근을 넣은 시편의 인성비는 0.34로 측정되었으며, 0.5%의 섬유가 혼입된 52mm 및 36mm간격으로 보강된 시편의 경우 각 0.32 및 0.49로 -6.5% 및 44.3%의 증감이 나타났다. 따라서 섬유의 보강으로 인한 SFRC의 인성 거동을 확인하였다. 예측식의 경우 52mm 나선철근으로 보강한 시편의 경우 압축강도 -0.06 및 변형 률 -7.37%의 오차율이 나타났으며, 36mm의 경우 각 11.51% 및 -36.5%의 오차율이 나타났다. 따라 서 예측식을 통해 나선철근으로 보강된 SFRC 강도예측을 확인하였다.

콘크리트 포장의 조기 파손을 초래하는 콘크리트 혼합물의 품질 저하는 최근 종종 발생되고 있다. 이로 인한 유지보수 비용 또한 증 가하는 추세이다. 본 연구는 이러한 문제를 해결하고자 콘크리트 배합 시 효과적으로 유변학적 특성을 측정하여 콘크리트 품질을 예 측할 수 있는 시제품 개발을 연구 중이다. 현재 상용화되어 사용되고 있는 ICAR Plus Rheometer 장비의 이론을 변경 적용하여, 본 시제품 Twin Shaft Rheometer mixer를 개발하였다. 동시에 레오미터 장비를 활용해 유변학적 특성을 확인하고 측정하였다. 콘크리트 의 변형과 움직임을 분석하기 위해 수직, 수평 거동의 비교분석을 진행하였고, 흐름 저항성과 토크 점성을 이용하여 유변학적 특성을 기존 장비와 비교 분석하였다. 그 결과 절댓값의 차이는 존재하나 선형적 유사성을 가지는 것을 알 수 있었다. 높은 정확성을 위해 추 가연구는 진행하고 있다. 추가로 슬럼프 측정 센서 또한 개발 진행 중이며, 이 장비는 마이크로파를 통해 매질의 변화를 측정하여 슬 럼프를 유추하는 센서로 더욱 정밀한 결과값을 위해 추가연구 진행하고 있다.

인공지능(Artificial Intelligence, AI)은 1950년대 초기개념과 이론을 앨런 튜링이 튜링 테스트를 제안하여 기계가 인간과 같은 수준의 지능을 가질 수 있는지 대한 질문을 던지면서 시작되었다. 1980년대부터 특정 분야의 전문 지식을 모방하여 지원하는 AI 시스템인 전 문가 시스템이 부상하기 시작하면서 Machine Learning이 중요성을 얻기 시작하였다. 특히, Decision Tree, Clustering 그리고 Neural Network Algorithm 등이 연구되기 시작하였다. Clustering 기법은 다양한 분야에서 통계분석에 사용되는 자료를 정제하기 위한 비지도 학습 중 하나로, 군집화 알고리즘을 사용하여 자료의 값(Pointer)들을 특정 그룹으로 분류하는 방법이다. 이러한 Clustering을 활용하여 기존 데이터에서 숨겨진 데이터들의 특성을 파악할 수 있으며, 일정 패턴이나 특징을 가진 데이터들끼리의 군집화를 할 수 있게 된다. 이러한 클러스터링은 다양한 산업 분야에서 적용 및 활용하고 있다. 산업화 이후 미국, 벨기에 등 많은 나라에서 효율적인 도로 관 리를 위해 자국의 특성에 맞는 Pavement Management System (PMS)를 운영하고 있지만 현재 많은 분야에서 적용하고 있는 AI를 활용한 사례가 매우 드물다. 한국에서도 수십년 동안 국토교통부와 한국도로공사에서 PMS를 이용하여 도로를 관리해 왔으며, 최근에 는 몇 개 지자체에서 PMS를 도입하였다. 하지만 한국에서는 오랜 PMS 운영 경험에도 불구하고 AI를 활용하지 않고 전통적 방법인 회귀모형을 활용하여 개발한 공용성 예측모형을 사용하고 있기 때문에 그 성능이 떨어지고 있다. 따라서 본 연구에서는 Machine Learning Clustering 기법 을 PMS 자료에 적용이 가능한지 확인하였다. 공용성 예측모형의 종속변수인 Performance Factors와 독립 변수인 Influencing Factors 간의 상관성을 확인할 수 없는 경우 클러스터링을 적용하여 종속변수와 독립변수 간의 상관성을 분명히 나타내고 회귀분석이 가능하도록 하였다. Delaunay Triangulation을 적용하여 인천광역시 기상관측소의 삼각망을 형성하였다. 삼각망 의 각 꼭짓점과 도로 각 지점 간의 거리에 대하여 Inverse Distance Weighted 방법을 적용하여 도로 각 구간의 PMS 자료와 영향인 자를 매칭하였다. 클러스터링 기법을 원자료에 적용한 결과 공용성인자와 영향인자 간의 상관성이 분명해졌다. 또한, 클러스터링 이전 과 이후 자료의 확률밀도함수의 분포를 비교하여 클러스터링 이후의 자료가 이전의 대해서 대표성을 갖고 있는지 확인하였다.

급격한 과학기술의 발전으로 미세먼지 배출량이 증가함에 따라 대기오염은 심각한 환경·사회 문제로 꾸준히 대두되고 있고, 이에 따 라 미세먼지 증가로 인한 질병 및 이상기후 증가로 인한 도로이동원에서의 교통사고 발생률 등의 문제점이 증가할 수 있다. 이를 해 결하기 위해 미세먼지 저감을 목적으로 건설분야에서 널리 사용되고 있는 광촉매 물질인 TiO2를 콘크리트의 광촉매 반응을 증가시키 고 광원의 효율적 이용을 위한 방안으로 투수콘크리트에 적용한 TiO2를 혼입한 투수콘크리트 포장 기술개발 기초 연구를 진행하였다. 실험결과, TiO2\혼입에 따른 투수콘크리트의 압축강도의 변화는 영향을 미치지 않는 미미한 수준으로 나타났다. TiO2를 혼입한 투수 콘크리트를 도로이동원에 적용하기 위해서는 동결융해 저항성 등 내구특성 및 미세먼지 저감 성능 등의 추가적인 실험이 필요할 것으 로 판단된다.

블로우업이 발생하는 구간에 ASR이 발생하고 있지만, 한국도로공사는 재료팽창인 ASR을 고려하지 않고, 콘크리트 팽창량을 계산하 여 팽창줄눈 설치간격을 제시하고 있다. 또한, 블로우업은 일종의 좌굴현상이므로 슬래브 두께에 따라 팽창줄눈 간격을 제시할 필요가 있다. 따라서 본연구는 재료팽창과 슬래브 두께를 고려하여 팽창줄눈 간격을 제시하고자 한다. 팽창량 계산시, 재료변형률과 지역별 온도와 건조수축을 고려하였으며, 이를 동등한 팽창을 유발하는 온도상승량으로 변환하는 식을 도출하였다. 기준온도를 정하기 위해 실제 현장데이터를 팽창량 식에 대입하여 온도상승량으로 변환하였으며, 이를 블로우업을 모사한 콘크리트 포장 모형의 유한요소해석 결과를 이용하여 결과값을 비교하였다. 안전설계를 위해 더 작은 온도 값인 블로우업 구조해석 결과 값 중 안전온도를 블로우업이 일 나는 기준으로 선정하였으며, 안전 온도를 넘지 않은 지역별 슬래브 두께에 따른 최대 팽창줄눈 간격을 제시했다. 한국도로공사가 제 시하고 있는 기준과 비교한 결과, 일부 지역은 한국도로공사에서 제시하고 있는 기준에 만족하지 않았다. ASR 변형률을 고려하여 슬 래브 두께에 따라 지역별로 팽창줄눈 간격을 제시하는 것이 블로우업 파손을 저감하고, 포장의 안정성을 향상시키는데 도움이 될 것 이라고 판단된다.

세계적으로 환경에 대한 관심이 커지면서, 탄소 저감 및 탄소 중립을 위한 다양한 연구들이 진행되고 있다. 특히 최 근에는 탄소 포집 및 저장 기술인 CCS(Carbon Capture and Storage)에 주목이 높아졌다. 그뿐만 아니라, 대기 중의 탄소를 효과 적으로 저장하는 특성을 가진 바이오차는 탄소 중립에 기여할 수 있는 방안으로 다양한 연구가 진행되고 있다. 건설 산업에서 는 시멘트 대체재를 활용한 탄소 감소 관련 연구가 진행 중이며, 본 연구에서는 바이오차를 콘크리트 및 모르타르의 시멘트 대 체재로 활용하여 시멘트 사용량을 줄이고, 동시에 콘크리트 및 모르타르 내의 탄소를 포집하고 저장하여 탄소 배출량을 감소시 키고자 한다. 이를 위해 바이오차의 시멘트 치환율을 0%, 10%, 20%로 설정하고, 각각의 경우에 대해 콘크리트 및 모르타르의 슬럼프, pH 농도, 그리고 압축강도를 비교하였다.실험 결과에 따르면, 바이오차의 시멘트 치환율이 증가함에 따라 슬럼프와 압 축강도가 감소하는 경향을 보였으며, pH는 유사한 양상을 나타냈다.

This paper investigates the effects of aspect ratio and volume fraction of hooked-end normal-strength steel fibers on the compressive and flexural properties of high-strength concrete with specified compressive strength of 60 MPa. Three types of hooked-end steel fibers with aspect ratios of 64, 67 and 80 were considered and three volume fractions of 0.25%, 0.50% and 0.75% for each steel fiber were respectively added into each high-strength concrete mixture. The test results indicated that the addition of normal-strength steel fibers is effective to improve compressive and flexural properties of high-strength concrete but fiber aspect ratio had little effect on the modulus of elasticity and compressive strength. As steel fiber content and aspect ratio increased, flexural beahvior of notched high-strength concrete beams was effectively improved.

본 연구는 실내실험 및 수치해석을 적용하여 GFRP 보강근의 콘크리트 휨 및 인발 부착성능을 분석하였다. 부착길이 변화에 대하여 철근 또는 GFRP로 보강된 콘크리트 보의 하중-변위 곡선을 도출하였다. 또한, 두 타입의 근에 대하여 인발 실험 을 수행하였다. 다음으로 3차원 유한요소 해석을 통하여 실험 결과를 검증하였다. 본 연구로부터 도출은 결과는 GFRP 보강근이 철근을 대체하는 휨 및 인발 부착 성능을 보유하고 있음을 보여 준다.

PURPOSES : The purpose of this study is to confirm the thermal expansion characteristics of concrete mixed with 1% waste glass fine aggregates, which is the amount stipulated for recycled aggregates in the current quality standard. METHODS : The coefficient of thermal expansion was measured by applying AASHTOT 336-10 using a LVDT. The results measured were used as physical properties in a finite element analysis to confirm the change in tensile stress and the displacement of the right angle section of the upper slab of a concrete pavement due to admixture substitution. RESULTS : The thermal expansion coefficients of concrete based on the replacement rate of the admixture when the waste glass fine aggregates are replaced are within the range of the thermal expansion coefficients of concrete specified in the Federal Highway Administration report. As the replacement rate of the admixture increases, the thermal expansion coefficient of concrete decreases. As the thermal expansion coefficient decreases, the slab pavement curling displacement and the tensile stress of the center of the upper slab of concrete decrease. CONCLUSIONS : In the short term, the presence or absence of waste glass fine aggregates does not significantly affect the thermal expansion coefficient of concrete. However, in the long term, waste glass fine aggregates are reactive aggregates that causes ASR, which creates an expandable gel around the aggregates and results in concrete expansion. Therefore, the relationship between ASR and the thermal expansion coefficient must be analyzed in future studies.