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.

길이가 긴 터널 내부에서 TNT와 같은 화약의 폭발을 해석할 때, 재연소 현상을 고려하는 것이 매우 중요하다. 재연소 현상을 해석 에 반영하기 위해서는 재연소 에너지와 지속 시간을 적절히 적용해야 한다. 본 연구에서는 터널과 유사한 구조인 충격파관 실험을 통 해 해석 조건을 검증한 뒤, 이를 바탕으로 터널 입구로부터 내부 폭발 위치 변화에 따른 재연소 지속 시간의 경향을 분석하였다. 또한, 이 결과를 폭발 해석에 적용하여 터널 내부 폭압과 충격량의 변화를 분석하였다. 해석은 입구 면적이 0.785m2인 정사각형 단면의 터 널을 모델링하여 수행되었다. 분석 결과, 터널 내부 폭발 위치가 입구에서 깊어질수록 재연소 지속 시간은 일정하게 증가하며 특정 지 점에서 수렴하는 경향을 보였다. 또한, 재연소 지속 시간 증가를 반영한 폭발 해석 결과, 터널 내부 최대 폭압은 폭발 위치가 내부로 이 동함에 따라 증가하다가 특정 폭발 위치 이후로는 더 이상 증가하지 않았다.

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.

본 연구는 시멘트 산업의 대체연료(폐합성수지 등) 사용량 증대에 따라 이를 활용한 탄소배출 저감 및 시멘트/콘크리트 제조 적용 기술 및 방안에 대해 검토하고자 했으며, 향후 시멘트 산업의 탄소중립 실현을 위한 기초 자료로써 활용하고자 한다. 시멘트 제조 에 있어 폐합성수지 사용은 경제적 장점과 높은 발열량으로 인해 연료로서의 가치가 높은 것으로 나타났으며, 열경화성 수지는 부가가 치가 높은 저탄소 시멘트 복합체의 비반응성 골재로 작용할 수 있는 것으로 확인되었으며, 감마선 조사는 다양한 폐플라스틱의 성능 평가에 적용되는 것으로 확인되었다.

내부 폭발 조건에서 화약이 폭발하게 되면, 연소되지 못한 화약이 공기와 반응하여 추가적인 에너지를 발생시키는 현상을 재연소 현상이라고 한다. 재연소 현상은 최대 폭압과 충격량을 높이는 역할을 하기 때문에 전산수치해석을 이용한 폭압 전파 특성을 예측을 수행할 때 반드시 고려해야 한다. 본 논문에서는 재연소 조건을 고려한 내부폭발 전산수치해석 방법을 검증하기 위해 3종류의 서로 다른 형태의 내부폭발 실험과 비교하였다. 그 결과, 재연소 조건을 적용하지 않았을 때는 최대 폭압과 충격량 차이가 최대 45.13%, 68.54% 발생하였으나, 재연소 조건을 고려하여 해석을 수행하였을 경우 최대 폭압과 충격량의 차이가 각각 18.08%, 15.17%로 크게 줄어들었다.

본 연구는 SCGPA(Spent Coffee Grounds Pellet Ash)를 활용하여 다양한 혼합비율로 시멘트 복합체를 제작함으로써 SCGPA 의 신규 건설 재료로서의 적용 가능성을 확인하는 것을 목적으로 한다. 강도 시험 결과, 28일 압축강도 36.31 MPa 및 휨강도 12 MPa 를 나타낸 혼합비가 최적 혼합비로 도출되었으며, SCGPA의 시멘트 치환율이 증가함에 따라 복합체의 전반적인 강도 특성이 감소하는 경향성을 발견하였다. SEM 및 XRD 분석 결과, SCGPA는 최대 10%의 적절한 치환율을 적용할 경우 큰 강도의 저하를 일으키지 않고 시멘트 대체재로 기능할 수 있음이 확인되었다. 본 연구 결과를 바탕으로, 고품질의 굵은 골재를 함께 사용하여 콘크리트를 생산할 경 우, 30 MPa 이상의 압축강도를 가진 구조용 콘크리트도 제조할 수 있을 것으로 기대된다.

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.

The pursuit of sustainable and durable cementitious composites has led to a growing interest in alternative materials that can improve mechanical performance while reducing CO2 emissions. Nanomaterials, in particular, offer promising avenues due to their unique properties, including high surface area to volume ratio and increased reactivity. This study investigates the efficacy of Cellulose Nanofibers (CNF) in enhancing the durability of mortar exposed to sulfate attacks and alkali-silica reactions (ASR). Both MgSO4 and Na2SO4 solutions were employed to simulate sulfate attacks, while the role of CNF in mitigating ASR was also evaluated. Results indicate that CNF incorporation positively impacts the resistance of mortar against sulfate attacks and ASR, paving the way for eco-friendly and durable cement-based structures with extended service life.

The significance of this study lies in addressing critical issues prevalent in the worldwide construction sector, particularly concerning the durability and sustainability of cement-based materials. Plain cement composites commonly suffer from deficiencies in tensile strength and strain capacity, resulting in the formation of nano-cracks under relatively low tensile loads. These nano- cracks pose a significant challenge to the longevity and resilience of cement matrices, contributing to structural degradation and reduced service life of infrastructure. To mitigate these challenges, the integration of cellulose nanofibers (CNF) as reinforcements in cement composites presents a promising solution. CNF, renowned for their exceptional material properties including high stiffness, tensile strength, and corrosion resistance, offer the potential to significantly enhance the mechanical performance and durability of cement-based materials. Through systematic experimentation, this study investigates the effects of CNF reinforcement on the mechanical properties of cement composites. By leveraging ultrasonically dispersion techniques, CNF extracted from bamboo, broad leaf, and kenaf are uniformly dispersed within the cement matrix at varying concentrations. Compressive and flexural tests are subsequently conducted to evaluate the impact of CNF on the strength characteristics of the cement composites. By elucidating the efficacy of CNF reinforcement through rigorous experimentation, this study aims to provide valuable insights into the development of construction materials with improved durability and sustainability. Ultimately, this research contributes to addressing critical challenges in the construction industry, offering potential solutions to enhance the performance and longevity of cement-based infrastructure.

Research is currently being conducted in the field of carbon reduction–related construction technologies, focusing on using industrial waste as a replacement for cement or as aggregates. However, the existing research is limited as carbon reduction is only achieved by reducing the amount of cement used. With the imperative of carbon neutrality, the development of carbon reduction technology is also necessary in the construction field. To address this, we plan to develop carbon reduction technology by introducing biochar—a carbon-sequestration material—into construction practices. Therefore, this study aims to comprehend the effect of the carbonization degree of biochar on the hydration reaction of cement, emphasizing the development of carbon-sequestration construction technology. Therefore, physical and chemical properties, such as surface and crystal structures, were analyzed to determine the effect of varying carbonization degrees on cement composites, contributing valuable insights into the broader field of sustainable construction.

본 연구에서는 PVA(Poly Vinyl Alcohol)섬유와 GO(Graphene Oxide)를 혼입한 섬유보강 콘크리트(FRC)의 역학적 특성 을 평가하고자 하였다. GO와 PVA 섬유를 동시에 혼입한 FRC 각각의 재료를 단일로 사용하였을 때보다 기대효과가 다소 미흡 하였지만, 각 재료의 하이브리드화로 인장강도가 개선되면서 PVA 섬유 혼입률 0.1∼0.3%과 GO 혼입률 0.025%에서 우수한 효 과를 얻을 수 있었다. 특히 PVA 섬유는 0.3%로 혼합하였을 때 부작용을 최소화하면서 최대의 효과를 보였지만, 적절한 GO 배 합비를 조절할 필요가 있으며 FRC내 GO와 PVA 섬유의 최적배합을 구하기 위한 추가적인 연구가 필요할 것으로 사료된다.

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.