콘크리트 구조물은 노후화에 따른 균열 발생으로 내구성이 저하되며, 유지보수 과정에서 경제적 비용이 발생한다. 이를 해결 하기 위해 박테리아를 이용한 자가치유 기술이 주목받고 있으나, 기존의 캡슐화 및 펠릿화 공정은 높은 제작 비용이 발생한다. 본 연구에서는 지속 가능한 폐기물 자원인 골재 분말(BAP) 내 Hydroxyaptite(HAp)를 박테리아의 보호 담체 및 반응 촉진제로 활용 하여 자가치유 효율을 최적화하고자 하였다. BAP의 혼입 조건에 따른 균열 치유 특성을 평가하였으며, SEM, EDS 및 XRD 분석을 통해 박테리아의 생체광물화에 의한   및 HAp 생성 여부와 미세구조적 치유 메커니즘을 규명하였다. 연구 결과, BAP는 박테리 아의 생존성을 확보함과 동시에 치유 성능을 유의미하게 향상시키는 것으로 나타났다. 본 연구는 BAP 용 자가치유 콘크리트의 최적 배합 도출을 통해 유지 보수 비용 절감 및 구조물 장수명화를 위한 기초 자료를 제공할 것으로 기대된다.

국내 GFRP 보강 콘크리트에 대한 설계기준이 제정되었으나, 국내 적용은 여전히 제한사항이 많은 상황이다. 특히, 국외 기준을 참고하면서 연구데이터가 부족하여 보수적으로 설계된 사항이 동일하게 적용되었지만, 국외보다 상대적으로 품질이 떨어지는 국내 GFRP 시장에서는 현장 적용이 쉽지 않은 실정이다. 이러한 이유로 국내외에서는 보수적인 설계기준을 개정하기 위해 다양한 연구가 진행되고 있다. 보 부재는 설계기준의 값이 얼마나 보수적인지 검증하는 연구가 주를 이루고 있으며, 기둥의 경우 GFRP 보강근 의 압축력에 대한 연구가 다수 진행되었다. 그 외에는 현재 설계기준에 활용하기 위해 다양한 콘크리트 부재에 대한 연구가 진행되어 설계식을 제안하고 있다. 본 연구에서는 국내외에 GFRP 보강근에 관한 최신 연구동향을 조사 및 분석하여 현재 보수적으로 적용된 설계 내용에 대한 개정방향과 향후 추가적인 연구를 통해 관련 설계기준 및 시방서를 현실에 맞게 제⋅개정하는데 기초자료로 활용하 고자 한다.

건설 자재와 건설 폐기물의 환경적 영향에 대한 사회적 관심이 높아지고 있다. 고강도 콘크리트의 필요성이 점차 커짐에 따라, 본 연구에서는 서로 연관된 환경 문제에 대한 두 가지 잠재적 해결책을 검토하였다. 첫째는 재활용 콘크리트 골재의 사용량 증가 가능성이고, 둘째는 고로 슬래그를 시멘트로 활용(재활용)할 가능성이다. 일반적으로 재활용 골재를 사용하면 고강도 콘크리트의 강도 가 저하되는 것으로 알려져 왔다. 따라서, 본 연구에서는 재활용 골재 콘크리트의 배합비와 함량 변화를 분석하여 고층 건축에 재활용 골재가 실용적인지, 그리고 어떤 방식으로 활용되는지를 규명하고자 하였다.

본 연구는 아민화 셀룰로오스 나노섬유(CNF)를 시멘트 복합체에 적용하여 기계적 및 미세구조적 성능 향상을 도모하고자 하였다. CNF는 (3-aminopropyl) triethoxysilane (APTES)를 활용해 화학적으로 개질하였으며, 이는 시멘트 수화 생성물과의 계면 결합력 및 분산성을 향상시키기 위한 목적이다. 표면 개질의 성공 여부는 주사전자현미경(SEM)과 X-선 회절 분석(XRD)을 통해 확인 하였다. 다양한 함량의 개질 및 비개질 CNF를 혼입한 모르타르를 제작하여 압축강도 및 휨강도를 평가하였다. 그 결과, 아민화 CNF는 0.2% 혼입 시 압축강도 향상 효과가 가장 두드러졌으며, 휨강도는 0.3%에서 가장 우수한 성능을 나타내었다. 미세구조 분석을 통해, 아민화 CNF가 시멘트 수화물과의 상호작용을 통해 내부 조직을 치밀하게 형성하고 공극률을 저감시키는 것으로 확인되었다. 본 연구는 화학적으로 개질된 CNF가 지속가능하고 고성능인 시멘트 복합재료 개발에 있어 유효한 기능성 첨가제로 활용될 수 있음을 시사한다.

초고성능 콘크리트(UHPC)는 높은 압축강도를 위해 일반콘크리트에 비해 높은 시멘트 및 바인더 함량을 가지고 있다. UHPC 의 시멘트량을 줄이기 위한 연구가 지속적으로 수행되었으며, 그중 플라이애시와 고로슬래그는 각각 20%, 50% 수준까지는 강도 저하 없이 적용 가능하다는 연구가 확인되었다. 본 연구에서는 UHPC 배합에서 시멘트를 플라이애시와 고로슬래그로 치환하여 강도변화 및 유동성 변화를 분석하였다. 압축강도는 플라이애시 치환 실험체가 가장 낮으며, 고로슬래그는 치환 전과 유사한 강도를 보였다. 휨강도 는 고로슬래그, 플라이애시 치환 실험체 모두 감소하였다. 그러나 유동성은 플라이애시, 고로슬래그 실험체 모두 향상되면서 고성능감 수제 저감이 가능한 것을 확인하였다.

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.

현장에 적용하는 콘크리트 강도가 증가함에 따라 초고성능 콘크리트의 적용 분야가 넓어지고 있다. 초고성능 콘크리 트에는 강섬유를 일반적으로 사용하고 있지만, 이를 대체하기 위해 다양한 섬유를 연구에 적용하고 있다. 대표적으로 슈퍼섬유 라고 알려진 아라미드 섬유가 있다. 본 연구에서는 초고성능 콘크리트의 특성이 구조물 보수보강 및 내진보강에 적용하기에 적 합하다고 판단하여, 슈퍼섬유 중 하나인 파라아리미드 섬유와 조합한 복합섬유를 혼입한 초고성능 콘크리트를 보-기둥 접합부에 내진보강재로 활용하여 특성을 분석하였다. 초고성능 콘크리트의 내진보강 효과를 확인하였으며 내진상세를 적용한 실험체와 유사한 거동을 확인하였다. 초고성능 콘크리트의 높은 강도로 인해 기존 콘크리트가 파괴되는 양상이 나타나 초고성능 콘크리 트의 보수보강 효과를 모두 발휘하지 못하고 있어 추가 연구를 통해 최적의 보강단면을 설정한다면 내진보강재료로 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

건축 및 토목 구조물의 대표 재료인 콘크리트의 핵심지표인 구조 성능을 개선하기 위해 많은 연구가 진행되고 있다. 아울러 구조물의 크기가 커질수록 강도가 높은 고기능 콘크리트의 필요성이 높아지고 있으며, 특히 내구성과 내후성이 우수한 콘크리트 재료의 개발이 필요한 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 강섬유와 함께 파라-아라미드 원사를 이용하여 피복 및 꼬임, 원사 데니어 및 섬유 길이에 대한 차별화된 원사가공을 적용한 복합재료인 슈퍼섬유를 콘크리트에 혼입하여 구조적인 성능을 평가하고자 하였다. 본 연구를 통해 최적화된 슈퍼 섬유로 보강된 슈퍼 콘크리트는 도로, 교량, 상수도 및 하수도 등 기존 SOC 의 수리 및 보강에 적용될 유망한 성장 기술 분야가 될 것으로 예상된다.