콘크리트 도로포장의 손상은 차량의 이동에 의한 진동, 겨울철 제설제 사용, 동결융해 작용 등이 주요 손상원인으로 나타나고 있다. 이러한 손상을 해결하기 위하여 열화 원인에 능동적으로 대응하는 보수재료 및 방법이 적용되어야 하나, 일반적으로 단면복구, 부분보 수를 반복적으로 사용함으로써, 지속적인 열화 현상의 발생으로 도로포장의 기능을 상실하게 된다. 또한, 기존에 사용되고 있는 보수 재료 중 무기계 보수재료는 폴리머 모르타르, 에폭시수지 모르타르 등이 있다. 이러한 재료는 높은 압축강도를 가지고 있으나, 취성 및 부착력이 약한 단점을 나타내고 있다. 따라서 본 연구에서는 보통포틀랜드시멘트(Ordinary Portland Cement), 칼슘알루미네이트계 재 료인 칼슘설포알루미네이트(Calcium Sulfo Aluminate) 및 비정질 알루미네이트(Amorphous Calcium Aluminate)를 사용한 보수 모르타르의 압축강도 및 내동해성을 평가하였다. 보수 모르타르의 압축강도를 분석한 결과, 비정질 알루미네이트를 사용한 보수모르타르의 압축강 도가 보통포틀랜드시멘트 및 칼슘설포알루미네이트를 사용한 보수 모르타르보다 우수하게 나타나는 것을 확인하였다. 한편, 보수 모르 타르의 내동해성 평가는 ASTM C 666 A법에 준하여 실험을 진행하였다. 그 결과, 칼슘설포알루미네이트 및 비정질 알루미네이트를 적용한 보수 모르타르의 상대동탄성계수가 300사이클에서 약 90%이상으로 나타나 보통포틀랜드시멘트를 사용한 보수 모르타르보다 우수한 내동해성을 나타내었다. 따라서, 칼슘설포알루미네이트 및 비정질 알루미네이트를 적용한 보수 모르타르는 우수한 압축강도 및 내동해성을 나타냄으로써 도로포장의 보수재료로 사용이 가능할 것으로 판단된다.

이 연구에서는 해양폐기물인 해조류에서 추출된 알긴산을 혼입하여 모르타르의 압축강도 특성을 분석하였다. 알긴산은 해양폐기물 중 해조류의 성분 중 하나로 라텍스와 비슷한 성분을 띄고 있으며, 방수성 성질이 있어 포장용 콘크리트에 활용 시 콘크리트의 수명 을 연장하고 파손 방지에 도움이 된다. 따라서 이 연구에서는 기존에 널리 사용되고 있는 라텍스 콘크리트에 알긴산을 혼입한 라텍스 콘크리트 개발의 일환으로 알긴산 혼입 라텍스 모르타르의 역학적 특성에 대한 실험적 연구를 수행하였다. 실험결과, 알긴산 혼입량 증가에 따른 응결은 빨라지는 경향을 나타내었으며, 압축강도는 저하하는 경향을 나타내었다.

시멘트 모르타르 및 콘크리트 구조물은 물의 침투로 인한 열화현상으로 인해 외관 손상 및 내구성 저하를 유발할 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 본 연구는 위해 소수성 혼화재료를 혼입하여 방수 성능을 개선한 모르타르를 개발하고 역학적 성능을 분석하고자 하 였다. 소수성 혼화재료로써 스테아레이트산을 기반한 재료들을 혼입하였으며 역학적 성능 분석을 위해 압축강도, 휨강도, 물의 접촉각 시험, 모세관 흡수 시험을 진행하였다. 발수성 혼화재료를 혼입하였을 때 압축강도 및 휨강도는 OPC(Ordinary Portland Cement) 비교군 보다 상대적으로 낮게 측정되었으나 급속염소이온침투저항성과 모세관 흡수 저항성이 증가하여 우수한 방수 성능을 나타내었다. 이러 한 결과는 모르타르의 방수 성능을 개선하여 건물 외곽 또는 건설재료에서 방수코팅 등으로써 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

3D 콘크리트 프린팅 기술은 거푸집 없이 콘크리트를 출력하고 제작하여 콘크리트 표면의 대부분이 외기에 노출되고, 이로 인해 콘크리트 내부 수분이 빠르게 증발하고 수축이 크게 발생한다. 또한, 결합 재 대비 낮은 골재 함량과 낮은 물/결합재 비(W/B)를 가지는 사용 배합의 특성상 수축으로 인한 균 열이 발생하기 쉽다. 이러한 3D 콘크리트 프린팅의 수축에 대한 문제는 섬유 혼입을 통해 해결할 수 있고, 부가적으로 적층성 향상의 이점을 얻을 수 있다. 본 연구에서는 이러한 섬유 보강 3D 프린팅 모르타르의 역학적 특성을 살펴보고자 섬유 혼입률을 변수로 실험하였다. 보강 섬유로는 PP섬유를 사 용하였고, 섬유 혼입률 0, 0.2, 0.5, 0.8%를 변수로 실험하였다. 갠트리 방식의 3D 프린터에 30 × 30 mm 사각형 개구부를 가진 노즐을 설치해 1300× 800mm 크기의 직사각형 형태로 모르타르를 출력 하였다. 호퍼 회전속도 6 rpm, 노즐 이동 속도 1500 mm/min을 적용하여 출력하였고, 1층 높이를 30mm로 출력하여 5층 적층하였다. 적층 완료 후 압축강도, 휨인장강도, 층간 부착강도를 측정하기 위 한 시험체를 각각 추출하였고, 28일 수중 양생 후 각 강도실험을 통해 역학적특성을 평가하였다.

최근 생활방식의 변화로 인하여 실내 생활이 점점 증가함에 따라 다양한 인테리어 자재의 수요가 증가하고 있으며, 이에 따라 인테리어 스톤 제품 생산 과정에서 발생하는 산업 폐기물인 슬러지의 발 생도 더불어 증가하고 있다. 발생하는 슬러지는 전량 소각 및 매립되어 처리되고 있으며 환경파괴 및 매립지 부족 등의 문제로 슬러지 처리에 어려움을 겪고 있는 실정이다. 이와 더불어 최근 건설 현장의 골재 수급은 매우 어려운 상황이며 이는 직접적으로 레미콘의 품질 및 가격에 영향을 미치게 된다. 이 러한 문제점의 해결을 위하여, 본 연구에서는 모르타르 내부의 잔골재를 인테리어 스톤 슬러지로 치환 하여 슬러지의 친환경적 재활용성을 검토하고자 하였다. 선행 연구를 바탕으로 시멘트, 슬러지, 잔골 재, 고유동화제 등을 활용하여 배합비를 설정하였으며, 이에 대한 시험체를 제작 하였다. 잔골재 무게 대비 슬러지는 각각 5, 10, 15, 20%를 치환하였으며, 각 배합에 대한 유동성과 재령별 압축강도를 측 정하였다. 관입저항 실험을 통해 각 시편의 초결과 종결 시간을 확인하였으며 수은압입법을 통해 시편 별 내부의 공극을 측정하였다.

최근 나노 버블 수의 건설 산업에 적용한 효과에 대하여 검증하고자 나노 버블 수를 혼입한 모르타르의 물리적 특성에 관한 연구를 진행하였으며 산소 및 이산화탄소 기체를 이용하여 나노 버블 수를 사용하였다. 모르타르의 물리적 성능을 비교하기 위하여 응결 시험과 압축강도 시험을 진행하였으며 응결 시간 내 열중량 분석을 통하여 응결 시험의 원인을 분석하고자 하였다. 본 연구 결과로써 산소 나노 버블 수를 사용하였을 경우 모르타르의 미세 응결촉진을 가져왔으며 이산화탄소 나노 버블 수를 사용한 경우 응결시간의 지연이 유의미하게 나타났다. 또한 실험한 기체의 종류에 관계 없이 강도가 증가 하였으며 응결 지연 여부와 관계없이 조기강도가 증가함을 확인하였다. 추가적인 공극구조 및 수화물 구조 분석에 관한 연구가 필요하지만 나노 버블 수가 건설 산업에 긍정적인 영향을 미칠 것으로 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.

PURPOSES : Experimental findings pertaining to the mechanical properties and microstructures of calcium sulfo-aluminate (CSA) cement and amorphous calcium aluminate (ACA) cement based-repair mortars incorporated with anhydrite gypsum (AG) are described herein. METHODS : To prepare the mortars, the CSA or ACA as binders were adopted and the ratio of water–binder was fixed at 0.57. For comparison, mortar made of Type I ordinary Portland cement (OPC) was prepared. The fluidity, setting time, compressive and bond strengths and absorption of the mortars were measured at predetermined periods. In addition, the microstructures of paste samples using OPC, CSA or ACA were visually examined through SEM observation. RESULTS : The ACA-based mortars showed the increases in the fluidity, and the acceleration of the setting time. Furthermore, the ACAbased binder effectively enhanced the compressive and bond strengths of the mortars owing to amount of formation of C2AH8 hydrates. Meanwhile, the mortar with ACA showed an excellence absorption. CONCLUSIONS : Comparing with those of CSA-based mortars, the mechanical properties of ACA based-mortars were more remarkable. However, further studies regarding the durability of repair mortars using aluminate-based binders must be conducted to obtain the optimal mixture.

PURPOSES : This study describes the experimental findings on the mechanical properties of calcium aluminate cement (CAC)-based repair mortars with or without natural cellulose fiber (NCF). Additionally, the effect of adding NCF to the reduction of fugitive dust in the CAC powder was examined. METHODS : To produce mortar, four different levels of NCF (0.0.5, 1.0, and 2.0% by binder weight) were adopted, and the water-binder ratio was fixed at 0.485. The flow, strength characteristics, absorption, and surface electrical resistivity of the mortars were measured at predetermined periods. Additionally, SEM observations were performed to examine the microstructural changes and hydrates formed on the 28 day-mortar samples. RESULTS : The addition of NCF led to a decrease in fugitive dust. Regarding the mechanical properties of the mortars, that with 0.5% NCF exhibited a better performance in terms of strength development and surface electric resistivity compared to those of other mortars. However, the addition of NCF was less effective in the enhancement of the absorption of mortars. Further, we discovered that the microstructures of the mortars with additional NCF were comparatively dense compared to those without NCF. CONCLUSIONS : The appropriate addition of NCF can enhance the performance of CAC-based repair materials. However, further studies on the durability of CAC with the addition of NCF are needed to determine the optimal mixture.

PURPOSES : Experimental findings pertaining to the mechanical properties of calcium aluminate cement (CAC)-based repair mortars incorporated with anhydrite gypsum (AG) are described herein. METHODS : To prepare the mortars, three different levels of AG were adopted and the ratio of water–cementitious materials was fixed at 0.50. For comparison, mortar composed of ordinary Portland cement was prepared. The fluidity, setting time, compressive and bond strengths, absorption and surface electric resistivity of the mortars were measured at predetermined periods. RESULTS : The incorporation of AG increases the fluidity but decreases the setting time of the CAC-based repair material system. However, the AG in the CAC mixes does not effectively enhance the compressive strength of the mortars owing to the decreased formation of CA hydrates, such as CAH10 and C2AH8. Meanwhile, the mortar with 10% AG shows excellence absorption. CONCLUSIONS : The mechanical properties of CAC based-mortars rely significantly on the amount of AG incorporated. However, further studies regarding the microstructure and durability of CAC-AG repair mortars must be conducted to obtain the optimal mixture.

3D 프린팅은 다수의 레이어(layer)를 적층하여 물체를 제작하는 기법으로, 복잡한 형상을 가지는 물체를 비교적 쉽게 제작할 수 있 다. 이를 건설 산업에 접목한 3D 콘크리트 프린팅(3D concrete printing)은 콘크리트 타설 시 거푸집을 사용하지 않으며, 비교적 적은 작업량과 인력이 요구되므로 경제적인 시공이 가능하나, 출력된 3D 프린팅 콘크리트는 일반 콘크리트 대비 다소 낮은 강도가 예상된 다. 따라서, 본 연구에서는 3D 프린팅 콘크리트 시편의 물성을 분석하였다. 3D 프린팅 콘크리트 시편 출력을 위해 Ultimaker Cura 소 프트웨어로 형상 및 출력 경로를 설계하고, 이를 바탕으로 3D 프린터를 제어하는 G-code를 생성하였다. 연구에서 사용된 3D 프린터 의 출력 성능과 콘크리트의 적층성, 유동성 등을 고려하여 최적의 배합비를 선정하였고, 시편 출력에 활용하였다. 시편 출력 시 동일 한 치수를 가지는 몰드 시편을 함께 제작하여 비교･분석에 사용하였다. 각 시편의 물성은 휨강도 시험과 압축강도 시험을 통해 각각 의 강도를 측정하였고, 비교･분석하여 3D 프린팅 콘크리트 시편의 물성을 확인하였다.

PURPOSES : Recently, the generation of industrial by-products has been increased owing to the increase in electrical power consumption. This experimental study investigated a special mortar development using outstanding benefits of porous structures in heavy oil fly ash (HOFA) and bottom ash (BA) to reduce heat transfer and weight of tunnel repair mortar. METHODS : Based on the concept of materials usable for this objective being porous and light, the physical and chemical properties of heavy oil fly ash and bottom ash were analyzed to determine the application possibility for tunnel repair mortar. In addition to satisfying this primary requirement, the research aimed at determining the relationships between the characteristics of porous structures and effectiveness of reducing weight and thermal conductivity. This study was undertaken on the use of bottom ash as fine aggregate and heavy oil ash as filler in mortar mix proportion. Four different levels of bottom ash (25%, 50%, 75%, 100%, and 5%), and 10%, 15%, and 20% of heavy oil fly ash were investigated to determine the proper replacement amount within the designed specification. According to the analytic results on the effectiveness of both by-products and chemical additives, the repair mortar with optimum mixture proportion was investigated using various tests including thermal conductivity and porosity. RESULTS : The use of porous by-products increased the demand for mixing water in obtaining the required flowability, but the compressive strength did not decrease significantly in proportion by adding an amount of bottom ash. Based on the results, bottom ash can be replaced with aggregate as much as 50%, but adding an amount of heavy oil ash is suggested as below 10% in formulation. CONCLUSIONS : The optimized repair mortar, which was produced by conclusive formulation, was evaluated as a high-performance material to repair tunnels with the effectiveness of porous and remarkable physical properties.

초고성능 콘크리트(UHPC)는 낮은 물-결합재비(W/B), 고성능 감수제(SP), 혼화재 및 강섬유(Steel Fiber)의 혼입으로 일반 콘크리트보다 유동성, 강도 등에서 월등히 우수한 성능을 지닌 건설 재료이다. 본 연구에서는 진동밀로 분쇄하여 시멘트의 분말도를 6000cm2/g급 까지 높여 최적의 초고성능 모르타르를 제작하였다. 또한, UHPC의 특성상 시멘트, 혼화재뿐만 아니라 화학 혼화제 혼입량에 따라 물성에 많은 차이를 나타내기 때문에 최적의 화학 혼화제를 도출하기 위하여 고성능 혼화제에 따른 물성 평가 실험도 수행하였다. 분쇄된 시멘트를 활용한 초고성능 모르타르의 유동성, 강도 등 물성 테스트를 진행하였으며, 경제성을 고려하여 강섬유와 기타 혼화재를 혼입하지 않고 목표 물성을 달성하고자 하였다. 실험결과, 모든배합에서 플로우 값은 목표치 180±10mm를 확보하였으며, W/B 20%, SP 0.8%에서 최대 압축강도 90MPa, 휨강도 16.8MPa까지 나타났다.