콘크리트는 세계에서 가장 많이 사용되는 건설재료이며, 그 주요 구성요소인 보통 포틀랜드 시멘트(OPC)는 전 세계 CO2 배출량의 약 8%를 차지한다. 또한 콘크리트 수요 증가로 인해 막대한 양의 모래와 굵은 골재 생산이 요구되면서 환경 생태계 파괴 문제가 증가 하고 있다. 이에 따라 기능성 건설재료 개발과 대체 골재 활용에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 특히 해양 패각은 풍부한 탄산 칼슘 함량으로 주목받고 있다. 한편, 다수의 내부 기공을 가지는 기포콘크리트는 우수한 단열 성능, 낮은 밀도, 내동해성을 특징으로 하는 친환경･에너지 효율적 재료로 떠오르고 있다. 게다가, 기포콘크리트는 기공 특성으로 인한 소음 저감 성능이 우수하여 차음･흡 음 건설재료로의 적용 가능성을 지닌다. 본 연구에서는 이러한 장점을 결합하여, 해양 패각을 혼입한 기포콘크리트를 대상으로 천연 잔골재 고갈 문제와 해양 환경오염 문제를 동시에 해결하고자 하였다. 연구 수행을 위해 post-foaming 공법을 적용하고, 공기연행제 (AE제)를 발포제로 사용하여 공극을 형성하였으며, 꼬막 및 굴 패각을 모래 잔골재 대체재로 활용하였다. 다양한 패각 대체율과 AE 제 함량 조건에서 제작된 시편에 대해 미세구조 특성을 분석하고, 기계적 성능과의 상관관계를 분석하였단. 또한 수치해석 기법을 통 해 패각 혼입 기포콘크리트의 흡음 성능을 평가하였다. 본 연구는 해양 패각을 혼입한 기포콘크리트에서 기계적 성능을 저하시키지 않으면서 흡음 및 단열과 같은 기능적 성능 향상이 가능함을 확인하였다.

경량 골재 콘크리트는 높은 다공성을 지닌 골재를 사용하여 제작되며, 이는 재료의 역학적 성질 및 내구성에 중대한 영향을 미친 다. 최근 콘크리트 분야에서는 내부 공극 구조를 비파괴적으로 분석할 수 있는 기술로서 micro-computed tomography(micro-CT)의 활 용이 활발히 이루어지고 있으며, 특히 경량 골재 콘크리트의 공극 구조를 정밀하게 포착하는 데 효과적인 것으로 나타났다. 그러나 경 량골재는 이질적인 밀도 분포와 내부 다공성으로 인해 영상 내 분할 과정에서 어려움을 유발하며, 이로 인해 골재가 공극으로 잘못 인 식되거나 경계가 명확히 구분되지 않는 문제가 발생할 수 있다. 이러한 한계를 극복하기 위해 본 연구에서는 경량 골재 콘크리트의 micro-CT 영상에서 골재를 정밀하게 식별할 수 있도록 고안된 향상된 분할 알고리즘을 제안하였다. 제안된 알고리즘의 성능은 기존 의 세분화 방법과의 비교 분석을 통해 평가되었으며, 더불어 제안 방식과 기존 방식 각각으로 생성된 3차원 micro-CT 데이터를 활용 하여 열전도도 시뮬레이션을 수행하였다. 그 결과, 제안된 알고리즘은 공극 및 골재 경계의 정확한 식별에 있어 기존 기법보다 향상된 정확도를 보였으며, 이는 LWAC의 미세구조 분석 및 거동 예측 모델링의 정밀도를 높이는 데 기여할 수 있는 가능성을 보여준다.

대표적인 다상 재료인 콘크리트는 구성 성분의 공간적 분포에 의해 재료 특성이 큰 영향을 받는다. 특히 공극(void)은 콘크리트의 특성에 큰 영향을 주는 요인으로서, 콘크리트 내부에 분포하는 공극의 공간적 분포를 파악하는 것은 재료의 특 성을 이해하는데 매우 중요하다. 본 연구에서는 콘크리트 내부에 존재하는 경량 골재의 공극 분포 분석을 위해서, CT(computed tomography)로부터 얻은 단면 이미지를 활용하여 생성된 3차원 경량 골재 이미지를 활용하여 공극 분포를 시각화(visualization)하였다. 방향에 따른 3차원 경량 골재 내부의 공극 분포 상태를 정성적으로 묘사하기 위해서 확률 분 포 함수인 두점 상관함수(two-point correlation function)를 사용하여 공극의 공간적 분포 경향을 구(sphere)에 표현하였다. 또한 방향에 대한 골재의 강성도(stiffness)를 계산하여 각 방향에 따른 골재의 역학적 물성치 분포 변화를 확인하였다. 각 방향으로의 확률 분포 함수로 표현된 공극 분포와 강성도 분석함으로서 CT 이미지를 통한 공극 분포 특성 분석 및 경량 골재의 역학적 특성을 효과적으로 예측할 수 있음을 확인하였다.