콘크리트는 우수하고 뛰어난 내구성에 의해 구조물 건설에 가장 많이 사용되는 재료 중 하나이다. 오늘날 급격한 경제의 발전 및 도시화 등에 의해 오늘날 구조물은 대형화 및 고층화되고 있다. 이에 따라 고강도, 고경량, 고내구 콘크리트 개발에 대한 다양한 연구가 진행되고 있다. 특히 나노소재가 첨 가된 콘크리트는 나노소재에 의해 미세공극이 충진되어 강도 및 내구성이 우수한 것으로 알려져있다. 그러나 기존 나노소재가 적용된 콘크리트는 단위중량이 높아 이를 구조물에 적용시 자중을 증가시키 는 단점이 있다. 이에 본 연구에서는 입자 직경이 10-100 μm이지만 입자 내부의 공극이 있어 단위 중량이 0.6t/m3인 Micro hollow sphere가 잔골재로 사용된 고경량, 고강도 콘크리트의 염화물 침투 특성을 평가하였다. 본 연구에서 사용된 실험변수로써 Micro hollow sphere의 잔골재 치환량(0%, 42%, 100%)가 고려되었으며, 이 시편의 단위중량은 각각 2.37 t/m3, 1.89 t/m3, 1.62 t/m3이다. Micro hollow sphere가 사용된 콘크리트의 염화물 침투 특성은 NT-Build 492 시험을 통해 평가되었다. 실 험결과 Micro hollow sphere 치환율이 0%, 42%, 100%인 실험체의 단위중량은 염화이온 확산계수는 각각 4.45 x10-13 m2/s, 2.57 x10-13 m2/s, 1.4x10-13 m2/s로 Micro hollow sphere 치환량이 증 가함에 따라 염화이온 침투 저항성이 증가하는 것으로 확인되었다. 따라서, Micro hollow sphere를 이용한다면 단위중량이 작으며 내구성이 큰 고경량, 고내구 콘크리트 배합이 가능할 것으로 판단된다.

Chloride is one of the most common threats to reinforced concrete (RC) durability. Alkaline environment of concrete makes a passive layer on the surface of reinforcement bars that prevents the bar from corrosion. However, when the chloride concentration amount at the reinforcement bar reaches a certain level, deterioration of the passive protection layer occurs, causing corrosion and ultimately reducing the structure’s safety and durability. Therefore, understanding the chloride diffusion and its prediction are important to evaluate the safety and durability of RC structure. In this study, the chloride diffusion coefficient is predicted by machine learning techniques. Various machine learning techniques such as multiple linear regression, decision tree, random forest, support vector machine, artificial neural networks, extreme gradient boosting annd k-nearest neighbor were used and accuracy of there models were compared. In order to evaluate the accuracy, root mean square error (RMSE), mean square error (MSE), mean absolute error (MAE) and coefficient of determination (R2) were used as prediction performance indices. The k-fold cross-validation procedure was used to estimate the performance of machine learning models when making predictions on data not used during training. Grid search was applied to hyperparameter optimization. It has been shown from numerical simulation that ensemble learning methods such as random forest and extreme gradient boosting successfully predicted the chloride diffusion coefficient and artificial neural networks also provided accurate result.

In the flux used in the batch galvanizing process, the effect of the component ratio of NH₄Cl to ZnCl₂ on the microstructure, coating adhesion, and corrosion resistance of Zn-Mg-Al ternary alloy-coated steel is evaluated. Many defects such as cracks and bare spots are formed inside the Zn-Mg-Al coating layer during treatment with the flux composition generally used for Zn coating. Deterioration of the coating property is due to the formation of AlClx mixture generated by the reaction of Al element and chloride in the flux. The coatability of the Zn-Mg-Al alloy coating is improved by increasing the content of ZnCl2 in the flux to reduce the amount of chlorine reacting with Al while maintaining the flux effect and the coating adhesion is improved as the component ratio of NH4Cl to ZnCl2 decreases. Zn-Mg-Al alloy-coated steel products treated with the optimized flux composition of NH₄Cl•3ZnCl₂ show superior corrosion resistance compared to Zn-coated steel products, even with a coating weight of 60 %.

Hydrogen evolution on a steel surface and subsequent hydrogen diffusion into the steel matrix are evaluated using an electrochemical permeation test with no applied cathodic current on the hydrogen charging side. In particular, cyclic operation in the permeation test is also conducted to clarify the corrosion-induced hydrogen evolution behavior. In contrast to the conventional perception that the cathodic reduction reaction on the steel in neutral aqueous environments is an oxygen reduction reaction, this study demonstrates that atomic hydrogen may be generated on the steel surface by the corrosion reaction, even in a neutral environment. Although a much lower permeation current density and significant slower diffusion kinetics of hydrogen are observed compared to the results measured in acidic environments, they contribute to the increase in the embrittlement index. This study suggests that the research on hydrogen embrittlement in ultra-strong steels should be approached from the viewpoint of corrosion reactions on the steel surface and subsequent hydrogen evolution/diffusion behavior.

Hot-press forming(HPF) steel can be applied successfully to auto parts because of its superior mechanical properties. However, its resistances to aqueous corrosion and the subsequent hydrogen embrittlement(HE) decrease significantly when the steel is exposed to corrosive environments. Considering that the resistances are greatly dependent on the properties of coating materials formed on the steel surface, the characteristics of the corrosion and hydrogen diffusion behaviors regarding the types of coating material should be clearly understood. Electrochemical polarization and impedance measurements reveal a higher corrosion potential and polarization resistance and a lower corrosion current of the Al-coating compared with Zn-coating. Furthermore, it was expected that the diffusion kinetics of the hydrogen atoms would be much slower in the Al-coating, and this would be due mainly to the much lower diffusion coefficient of hydrogen in the Al-coating with a face-centered cubic structure. The superior surface inhibiting effect of the Al-coating, however, is degraded by the formation of local cracks in the coated layer under severe stress conditions, and therefore further study will be necessary to gain a clearer understanding of the effect of cracks formed on the coated layer on the subsequent corrosion and hydrogen diffusion behaviors.

본 연구에서는 남해안에 건설된 사용기간이 5~34년의 해상 콘크리트 교량의 염화물이온농도에 대한 실측데이터로부터 표면 염화물이온농도를 추정하고, 기존에 제시된 시방서와 타 연구결과에서 제시한 값들의 타당성을 평가하였다. 그리고 해상 콘크리트 교량의 염해방지도장의 유무, 염화물이온농도, 탄산화 깊이 및 콘크리트 압축강도의 상관관계를 도출하여 상호 작용을 평가하였다. 연구결과에 의하면, 표면염화물이온농도는 간만대에서 KCI 2009, 물보라지역과 해상대기중에서 Cheong et al.(2005)의 제안한 값이 타당한 것으로 판단된다. 또한, 해상 콘크리트 교량의 염해방지도장은 염화물이온의 침투, 탄산화 깊이 및 압축강도 저하 대한 방지효과가 있음을 알 수 있었다. 콘크리트의 압축 강도는 탄산화 깊이와 염화물이온농도의 증가에 따라 감소하였다.

The ultrafine titanium carbonitride particles () below 100nm in mean size were successfully synthesized by Mg-thermal reduction process. The nanostructured sub-stoichiometric titanium carbide () particles were produced by the magnesium reduction at 1123K of gaseous and the heat treatments in vacuum were performed for five hours to remove residual magnesium and magnesium chloride mixed with . And final phase was obtained by nitrification under normal gas at 1373K for 2 hrs. The purity of produced particles was above 99.3% and the oxygen contents below 0.2 wt%. We investigated in particular the effects of the temperatures in vacuum treatment on the particle refinement of final product.

염화철(Ferrous Choloride) 증기의 고온 수소환원 반응을 통한 미립질 철분말의 생성속도에 대한 이론적인 해석돠 실험을 수행하였다. 철분말의 생성기구는 염화철이 증발하여 생성된 증기와 운반가스인 알곤을 혼합하여 반응부로 유입시키고 수소에 의한 고온환원반을을 통하여 철분말과 함께 부산물인 염화수소(HCI) 가스를 얻게 된다. 생성된 반응부 후미에 설치한 유기용매 포집기를 이용하여 회수하였으며, 염화수소는 가성소다 수용액에 흡수시키고 이를 적정함으로써 초기 반응물인 염화철의 전환율을 계산하였다. 반응속도식의 반응물에 대하여 1차반응(1st-order reaction)이고 염화철 증가와 운반체인 알곤가스가 평형상태일 때의 속도상수는 k=7,879exp(-53,840/RT)dm3/mole.sec으로 표시되며, 이때의 활성화에너지는 53.84kJ/mole이었다. 철분말의 TEM 사진에 의하면 입도범위는 0.1~1.0μm이며, 반응온도 및 가스유량에는 크게 영향을 받지 않는것으로 나타났다.

콘크리트는 인장력에 취약한 재료적 특징을 갖기 때문에 콘크리트 구조물의 사용기간 중에 발생하는 균열은 내구성능 평가 시 필히 고려되어야 한다. 본 연구에서는 두 수준의 강도를 고려한 플라이애시 콘크리트를 배합하여 옥외 폭로 시험을 실시하였다. 노출 환경은 비말 조건으로 설정하였으며, 균열 폭이 콘크리트의 염화물 확산 거동에 미치는 영향을 평가하고자 각 배합의 시편에 0.1 mm 간격으로 최대 1.0 mm 까지의 균열 폭을 야기하였다. 그 후 3가지 수준의 노출기간(180일, 365일, 730일)을 고려하여 겉보기 염화물 확산계수 및 표면 염화물량을 산출하였다. 균열 폭의 증가에 따라 두 배합 모두 확산계수가 증가하였으며, 노출기간이 증가함에 따라 확산계수는 감소하였다. 또한 노출 기간이 증가함에 따라 균열 폭이 확산계수에 미치는 영향이 감소하였는데, 이는 염소 이온 기반 수화물이 콘크리트의 확산성을 저감시키기 때문으로 사료된다. 표면 염화물량 거동은 겉보기 염화물 확산계수 거동 대비 균열 폭의 증가에 따른 뚜렷한 변화 거동이 발생하지 않았으며, 고강도 배합에서 보통 강도 배합 대비 78.9 % ~ 90.7 %의 표면 염화물량을 나타내어 강도와의 상관관계를 갖는 것으로 판단된다.

콘크리트의 수화물 및 이와 관련된 특성치들은 재령에 따라 변화하며 이는 염화물 확산성과 큰 관련이 있다. 본 연구에서는 세 가지 수준의 물-결합재 비와 플라이 애시 및 고로슬래그 미분말을 30% 혼입한 콘크리트 대하여 2년간 장기 양생을 수행하였다. 5번의 측정 시점(28일, 56일, 180일, 365일, 730일)에 대하여 촉진실험을 통하여 촉진 염화물 확산계수를 평가하였으며, DUCOM을 통하여 도출된 공극률, 염화물 구속능, 투수계수의 변화와 비교하였다. 염화물 확산성과 투수성의 변화 패턴이 가장 유사하였는데, 이는 투수성이 공극률의 제곱에 비례하기 때문이다. 또한, 각 재령 기간 동안 변화하는 비율을 분석하였는데, 초기 재령(재령 28일~56일)에서 공극률, 투수성 및 염화물 확산성의 변화가 지배적이었고, 낮은 물-결합재 비를 가진 OPC 콘크리트에서는 180일까지 확산성의 변화가 지속적으로 크게 평가되었다.

양생조건에 따른 고로슬래그를 혼입한 콘크리트의 염화물 이온 확산계수의 변화를 관찰하기 위하여 GGBFS 혼입율 0%, 30%, 60%로 구분하고 W/B를 40%,50%,60%로, 양생조건을 기중양생과 수중양생으로 시험체를 제작하여 콘크리트 염화물 이온 확산계수 평가를 실시하였다. 평가결과 GGBFS의 치환율이 증가할수록 콘크리트 염화물이온 확산계수는 감소하였지만, 양생조건에 따른 확산계수 편차가 증가하는 것을 확인하였다. 특히 W/B가 증가할수록 그 차이는 증가하였으며. W/B 60% 조건에서 수중양생 대비 기중양생 시험체의 염화물 이온 확산계수는 2배 가까이 증가하는 것을 확인하였다.

염해에 노출된 콘크리트 구조물의 내구수명을 정량적으로 평가하기 위해서는 사용 배합을 통하여 확산계수를 평가하고 이를 이용한 염화물 침투 해석이 필요하다. 본 연구에서는 비말대에 노출된 콘크리트 구조물에 대하여 촉진 확산계수를 NT BUILD 492 및 ASTM 1202를 통하여 평가하였으며, 기존의 연구를 이용하여 겉보기 확산계수를 도출하였다. 사용배합의 특성과 가장 보수적인 조건인 임계 염화물량과 표면 염화물량을 고려하였으며, Life 365 ver.2 프로그램을 이용하여 외벽 및 기둥구조의 내구수명을 평가하였다. 10년 및 15년의 Built-up period의 변화에 대해서는 내구수명은 큰 차이를 보이지 않았으며. 슬래그를 사용한 두 개의 배합에서는 높은 시간의존성 지수와 낮은 초기 염화물 확산계수로 인해 75년 이상의 높은 내구수명이 확보되었다.

해안 지역에 시공된 철근 콘크리트 구조물은 해수 중의 염소 이온에 의해 내부 철근이 부식하게 된다. 특히 해안지역에서는 해수에 침지되는 경우뿐만 아니라 조수간만 및 비래염분의 영향을 받기 때문에 이에 대한 고려가 필수적이다. 본 연구에서는 3가지 수준의 노출 환경(침지대, 간만대, 비말대)과 노출기간 180일, 365일, 730일을 고려하여 해양환경노출실험을 실시하였다. 대상 배합은 3가지 수준의 물-결합재 비 및 2가지 수준의 플라이애시 치환률(0 %, 30 %)을 고려하여 설정하였다. 모든 노출조건에서 플라이 애시 치환 배합이 OPC 배합 대비 낮은 겉보기 염화물 확산계수를 나타내었으며, 이는 플라이애시의 포졸란 반응이 원인으로 사료된다. 플라이애시 배합은 노출 기간 180일에서는 플라이애시 치환 배합이 OPC 배합 대비 최대 63 5 %의 감소율을, 노출 기간 730일 에서는 최대 55.8 %의 감소율을 나타내었다. 노출 조건에 따른 확산계수 거동을 평가한 결과, 플라이애시 치환 배합에서는 간만대, 침지대, 비말대 순으로 확산계수가 평가되었다. 간만대에서는 건습이 반복되어 염화물 이온의 침투가 빠르게 일어나는 것으로 보인다.

In this study, chloride penetration resistance and electrical resistivity properties of concrete using industrial waste were evaluated. From the results, the chloride diffusion coefficient increases and electrical resistivity decreases when electric furnace slag is mixed. It is needed that the comparison of results with long-term because the electric furnace slag has a ferrous component.