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.

Concrete masonry prisms are strengthened with steel fiber-reinforced mortar (SFRM) overlay and tested for compressive and diagonal tension strength. Masonry prisms are produced in poor condition considering standard workmanship for masonry buildings in Korea. Amorphous steel fibers are adopted for SFRM, and appropriate mixing ratios of SFRM are derived considering constructability and strength. Masonry prisms are strengthened with different fiber volume ratios, while numerous strengthened faces and additional reinforcing meshes are produced for compression and diagonal tension tests. Compression and diagonal tension strength are increased by up to 122% and 856%, respectively, and the enhancement effect for diagonal tension strength was superior compared to compression strength. Finally, the test results and strength prediction equations based on existing literature and regression analysis are compared.

현대에 사용되는 콘크리트는 혼화재료 적용을 통하여 워커빌리티와 구조적 성능을 향상시킬 수 있고 극한 환경에서 적용 가능한 기능성 콘크리트로 개발되었으나 외부 요인에 의한 부식, 인장력에 취약한 구조적 한계는 콘크리트의 활용 범위를 제한하였다. 이러한 콘크리트의 단점을 해결하는 방안으로 신소재로써 각광받고 있으며 고유의 기능을 부여할 수 있는 Smart material을 활용하고자 하며 Smart material 중 하나인 탄소나노튜브는 콘크리트의 보강재 중 하나인 철근보다 더 뛰어난 역학적 성능을 보이므로 콘크리트 내 적용을 통해 콘크리트의 향상된 구조성능을 기대할 수 있다. 또 다른 Smart material중 하나인 자기치유 혼화재는 콘크리트 균열면의 앙금 반응을 통해 균열을 메움으로써 콘크리트의 균열 부분 및 내부 배근재의 부식을 최소화하고자 한다. 탄소나노튜브는 시멘트 질량의 0.1, 0.3, 0.5%, 자기치유 콘크리트는 시멘트 질량의 6, 8, 10%만큼 혼입된 콘크리트 복합체의 역학적 거동을 검토하기 위해서 압축강도 시험과 휨시험을 수행하였으며 휨시험이 종료된 시편을 수중에 넣어 0,3,7,14,21,28,56,84일간 자기치유 성능을 검토하였다. 휨시험의 경우 OPC시편과 비교하여 동일 변위에 대해 높은 하중 변화를 보였으나 취성도가 증가하였다. 자기치유 실험의 경우 탄소나노튜브의 경우 일반 OPC 시편보다 약간 향상된 자기치유 성능을 보였으나 혼입량 증가에 따른 경향성을 보이지 못하였다. 자기치유 혼화재의 경우 OPC 또는 탄소나노튜브 혼입 콘크리트보다 초기 속도면에서 느린 회복률을 보였으나 최종 회복률에서 더 우수한 결과를 보였으며 이러한 현상은 혼입율의 증가에 따라 해당 경향이 더 뚜렷히 보였다.

유리섬유강화 모르타르 관을 구성하는 보강섬유는 직교이방성 부재로 간주되며 재료의 성질은 서로 직각을 이루는 두 개의 축을 기준으로 정의된다. 유리섬유 모르타르 관의 구조적 거동 해석을 수행하기 위해서 길이방향과 원주방향의 재료의 역학적 성질, 즉 탄성계수, 전단탄성계수, 포아송비 등이 필요하며 각각의 성질들은 실험을 통해 결정하였다. 이 실험으로부터 구한 각각의 역학적 성질을 적용하여 간소화된 유한요소해석방법을 제안하기 위해 적층판 이론으로부터 유리섬유강화 모르타르 관의 탄성계수를 계산하고, 계산된 탄성계수를 적용하여 유한요소 해석을 수행하였다. 또한, 유한요소해석과 편평시험을 통해 구한 하중-변위 관계를 비교하였으며 ASTM D2412에서 제시하고 하고 있는 관의 강성 값을 유한요소해석과 실험을 통해 예측하여 비교하였다.