이 연구는 상변화 물질(PCM)을 함침시킨 경량 골재(LWA)를 활용한 고강도 콘크리트의 개발에 중점을 두고 있다. 상변화 온도가 5.5°C인 Tetradecane을 PCM으로 사용하였으며, LWA(Expended shale, ES)가 PCM 운반체 역할을 수행하였다. ES의 공극 은 진공 함침 기법을 통해 PCM으로 충전하였고, PCM-ES 복합체의 누출을 방지하기 위해 이중 코팅 처리가 추가로 이루어졌다. PCM-ES에 대한 시차주사열량계 시험 결과, 발열 및 흡열 엔탈피가 각각 96 J/g와 97 J/g로 나타났다. 콘크리트 혼합물은 밀도 최적 화를 위해 마이크로 실리카(MS), 실리카 분말(S), 실리카 모래를 사용하여 설계되었으며, PCM-ES는 실리카 모래의 25% 및 50%를 체 적 기준으로 대체하였다. 기계적 강도 테스트 결과, PCM-ES 콘크리트는 25% 및 50% 대체 시 각각 56.39 MPa와 45.94 MPa의 압 축 강도를 기록하였다. 열 성능 테스트는 다양한 주변 온도 조건에서 PCM-ES 콘크리트의 거동을 확인하기 위해 수행되었다. PCM-ES 콘크리트는 15°C에서 −5°C까지의 세 가지 열 사이클 시험을 진행하였으며, 이 과정에서 내부 온도가 지속적으로 모니터링 되었다. 결과적으로 주변 온도가 −5°C로 떨어지더라도 콘크리트 내부 온도는 0°C 이상을 유지하는 것으로 나타났다.

This study focuses on the development of high-strength concrete incorporating phase change material (PCM)-impregnated lightweight aggregate (LWA). Tetradecane, with a phase transition temperature of 5.5°C, was utilized as the PCM, while expanded shale (ES) LWA functioned as the PCM carrier. The ES pores were impregnated with PCM using vacuum impregnation, followed by a dual-layer coating to mitigate leakage from the PCM-ES composite. Differential thermal scans of PCM-ES showed exothermic and endothermic enthalpies of 96 J/g and 97 J/g, respectively. Concrete mixtures were designed using microsilica (MS), silica powder (S), and silica sand to optimize packing density, with PCM-ES replacing silica sand at 25% and 50% by volume. Mechanical strength tests revealed that PCM-ES concretes with 25% and 50% replacements achieved compressive strengths of 56.39 MPa and 45.94 MPa, respectively. Thermal performance tests were conducted to examine the behavior of PCM-ES concrete under varying ambient conditions. The PCM-ES concrete was subjected to three thermal cycles between 15°C and −5°C, with internal temperature monitored throughout. Results demonstrated that even when the ambient temperature dropped to −5°C, the internal temperature of the concrete remained above 0°C.

Abstract
1. INTRODUCTION
2. EXPERIMENTAL PROGRAM
    2.1 Materials
    2.2 Development of PCM-ES
    2.3 Mix design and casting of PCM-ES concrete
    2.4 Testing methods
3. RESULTS AND DISCUSSIONS
    3.1 DSC and TGA results
    3.2 FT-IR spectroscopy results
    3.3 Mechanical strength testing results
    3.4 Thermal cycling test results
4. CONCLUSIONS
ACKNOWLEDGMENT
REFERENCES
국문초록

• 김성한(인천대학교 건설환경공학과 박사후 연구원) | Jin Xinghan (Ph.D., Department of Civil and Environmental Engineering, Incheon National University, Incheon, Korea)
• 무하마드 지샨 하이더(인천대학교 건설환경공학과 박사과정) | Muhammad Zeeshan Haider (Ph.D. Student, Department of Civil and Environmental Engineering, Incheon National University, Incheon, Korea)
• 김선교(인천대학교 건설환경공학과 석사과정) | Kim Sun Kyo (MS. Student, Department of Civil and Environmental Engineering, Incheon National University, Incheon, Korea)
• 허종완(인천대학교 건설환경공학과 교수) | Hu Jong Wan (Professor, Department of Civil and Environmental Engineering, Incheon National University, Incheon, Korea) Corresponding author