콘크리트 교면포장에서 가장 주요한 파손의 형태가 균열이며, 그 원인은 대부분 수축에 있다. 만약 교면 포장에서 균열이 발생하면 불투수성기능을 확보하지 못하게 되며, 이로 인해 균열부로 수분 또는 염화물이 침투하고 장기적으로 교량 바닥판의 열화를 가져오게 된다. 이에 반해 교면포장용 콘크리트에 자기치유 (self-healing) 성능이 확보된다면 균열부위를 수화물로 되메움하여 교면포장의 기능을 회복시킬 수 있다. 최근 국내외 문헌에서 팽창재(expansion agent)를 첨가할 경우 콘크리트의 자기치유성능이 향상되는 것 으로 일부 보고가 되고 있다. 이에 본 연구에서는 팽창재를 첨가한 교면포장용 콘크리트의 자기치유 특성 을 분석하였으며, 이를 통해 교면포장의 공용성능을 향상시킬 수 있는지에 대한 검토를 수행하였다. 본 연 구에서는 6,000브레인 이상의 고분말도 플라이애시와 슬래그를 치환한 삼성분계 결합재에 팽창재를 0%, 4%, 8%, 12%를 첨가하여 콘크리트 배합을 실시하였으며, 자기치유실험은 간접인장모드로 재령 3일과 재 령 7일에 균열을 유도한 후 수침양생을 시키고 균열발생 시점부터 시간경과에 따른 자기치유특성을 분석 하였다. 균열폭을 측정을 위해 사용된 화상촬영기는 QICAM 디지털카메라(1.4 million, 1392×1040)에 현 미경렌즈(optical 0.5-5x)를 부착한 것이며, 시편이 자동으로 움직이면서 측정할 수 있는 stage를 장착하 였다. 촬영된 이미지는 ʻimage-pro 6.0ʼ분석프로그램을 사용하여, 균열폭을 정밀하게 측정하였다. 본 연구의 자기치유실험결과, 균열이 발생한 시료를 습윤한 상태로 유지한 경우 모든 배합에서 자기치 유현상이 나타났으며, 특히 균열폭이 150㎛ 이하인 콘크리트는 대부분 14일 또는 28일에 대부분 완전히 치유가 되는 것으로 나타났다. 또한 균열이 초기에 발생하고 습윤한 상태를 유지할 경우 팽창재를 첨가한 콘크리트가 균열부의 자기치유 시기를 앞당길 수 있는 것으로 나타났다. 특히 재령 3일에 균열을 유도한 경우 팽창재를 8% 이상 첨가한 콘크리트에서 폭이 약 150㎛ 이하의 균열들 중 상당수가 균열발생 이후 7일에 완전 치유되었다. 팽창재를 첨가하면 초기에 다량의 에트린자이트가 형성되는데 이것이 콘크리트 를 팽창시키는 효과로 작용하며, 이 효과가 자기치유성능을 증가시켰기 때문이다. 그러나 재령 7일 이후 에 발생된 균열의 경우 팽창재의 자기치유효과가 크지 않은 것으로 분석되었다.

CSA, a cement mineral compound that is mainly composed of 3CaO·3Al2O3·CaSO4, generates ettringite as a hydration product after a reaction with glass (lime), gypsum and water to speed up the hardening process and enhance the strength and degree of expansion. When used as a cement admixture, there is increased production of ettringite, which can improve the initial strength in the first three days and ameliorate the reduction in the initial strength caused by the use of fly ash in particular. In this study, a hydrate analysis was performed using XRD and SEM after substitution with fly ash (30%) and CSA (8%) with the goal of observing the effect of CSA on the initial strength of a cement mixture containing fly ash. The results of the analysis showed that an addition of CSA promoted the production of ettringite and improved the initial strength, resulting in the generation of hydrates, which can effectively enhance the long-term strength of these materials.

Expanded graphites were used as anode materials of high power Li-ion secondary battery. The expanded graphite was prepared by mixing the graphite with HClO4 as a intercalation agents and KMnO4 as a oxidizing agents. The physical and electrochemical properties of prepared expanded graphites through the variation of process variables such as contents of intercalation agent and oxidizing agent, and heat treatment temperature were analyzed for determination of optimal conditions as the anode of high power Li-ion secondary battery. After examing the electrochemical properties of expanded graphites at the different preparing conditions, the optimal conditions of expanded graphite were selected as 8 wt.% of oxidizing agent, 400 g of intercalation agent for 20 g of natural graphite, and heat treatment at 1000℃. The sample showed the improved charge/discharge characteristics such as 432 mAh/g of initial reversible capacity, 88% of discharge rate capability at 10 C-rate, and 24 mAh/g of charge capacity at 10 C-rate. However, the expanded graphite had the problems of potential plateaus like natural graphite and lower initial efficiency than the natural graphite.

콘크리트의 건조수축과 자기수축은 시멘트 재료적인 특성과 사용하는 혼수량에 따라 발생의 정도가 변화할 수 있다. 건조수축은 콘크리트의 작업성을 높이기 위하여 적정한 물이 투입되지만 이러한 물이 전량 수화과정에 필요한 것이 아니고 부분적으로 사용되고 나머지는 공극수로 남는다. 자기수축은 시멘트의 수화에 의해 초결 이후 거시적으로 생긴 체적 감소현상으로 일반적으로 건조수축에 비하여 1/10정도로 작기 때문에 균열에서 큰 영향을 미치지는 않는다. 자기수축은 건조수축과 달리 W/C가 낮고, 단위 시멘트량이 높은 콘크리트에서 많이 발생한다. 이러한 콘크리트 성능 저하 원인인 균열을 방지하기 위하여 여러가지 방법을 적용하고 있다. 수축량을 예건하여 초기 사전 팽창성을 부여함으로써 건조수축 보상을 실시하는 방법과 단위 수량을 감소하여 건조 수축량을 최소화하는 방법이 대표적이라 할 수 있고, 최근에는 균열 발생 후 특정한 환경 조건을 부여할 경우 균열을 스스로 치유하는 자기치유콘크리트의 연구도 이루어지고 있다. 본 연구에서는 타설 후 건조과정에서 발생하는 건조수축에 의한 균열발생을 최소화하기 위하여 기존 CaO를 과소(Dead Burn)화 한 팽창제를 사용하여 콘크리트의 건조 수축을 비교하고자 하였다. 과소 CaO 함유율을 결합재량의 최소 4%에서 최대 8% 까지 혼입하여 시험을 실시한 결과 흐름치로 측정한 유동성은 모두 200mm 전후로 발현되어 동등한 수준을 나타냈으며, 설계기준 강도 27 MPa에 맞는 압축강도 발현을 하였다. 건조수축성능을 평가한 결과 Plain 시험체가 최대 –600×10-6의 건조수축을 발현하였으며 과소 CaO 첨가량이 증가할수록 건조수축은 낮아져 8%를 첨가할 경우 –200×10-6으로 나타나 건조수축 제어에 효과 작용하는 것을 알 수 있었다.

HPFRCC는 물-결합재비 (W/B)가 20%로 상당히 낮고 굵은 골재를 사용하지 않으며, 고분말 혼화재료를 혼입하기 때문에 자기수축이상당히 크게 발생하여 구조물 적용 시 균열저감대책이 필요하다. 따라서 이 연구에서는 HPFRCC의 수축을 효율적으로 저감시키기 위한 방법으로 수축저감제와 팽창재의 사용을 검토하기 위하여 이들의 단독 또는 병행 혼입률에 따른 역학적 특성과 구속 수축특성을 평가하였다. 구속수축 실험 중에서 링-테스트 (Ring-test)를 통하여 HPFRCC에 사용되는 시멘트에 대하여 중량비로 수축저감제 1%와 팽창재를 7.5%를 병행 사용하였을 경우 압축강도와 인장강도가 크게 저하되지 않으면서도 수축을 가장 효율적으로 저감시킬 수 있는 최적 배합임을도출하였고 수정된 건조수축 균열실험을 통하여 이를 검증하였다.

강섬유는 콘크리트 부재의 인장영역에 효과적으로 작용하여 균열저항성을 높여주고 역학적 성능을 개선하는 것으로 알려져 있다. 본 연구는 팽창재를 사용한 강섬유 모르타르에 화학적 프리스트레싱을 인가하여 균열저항성 및 역학적 성능을 평가하는 연구이다. 이를 위해 시멘트 바인더의 10%를 치환한 CSA 팽장채가 사용되었으며 체적비 1%의 강섬유를 고려한 시멘트 모르타르 배합이 준비되었다. 기본적인 역학적인 성능평가 외에 노치를 가진 보를 제조하여 초기균열하중 및 파괴에너지를 평가하였다. 실험결과 강섬유와 CSA 팽창재를 혼입한 모르타르에서는 보통 강섬유 모르타르에 비하여 평균 1.75배의 균열저항성 하중이 증가하였으며, 파괴에너지 역시 1.41~1.53배 증가하였다. 최적의 강섬유 체적비와 팽창재의 혼입이 고려된다면 강섬유의 내부 화학적 프리스트레싱을 가진 복합재는 다양한 부재에 사용될 수 있으며, 외부하중에 효과적인 균열저감 기법으로 사용할 수 있다.

팽창재는 콘크리트의 건조/자기수축으로 인한 균열에 매우 효과적인 혼화재료이며 콘크리트 내부 철근에 화학적 프리스트레스를 인가할수 있다. 본 논문에서는 CSA 팽창재에 의해 화학적 프리스트레스가 도입된 모르타르의 인장경화성능을 평가하였다. 철근으로 내부구속이이루어진 철근 모르타르 시편에 대하여 일축인장시험을 수행하였으며, 균열거동 특성과 인장경화 특성을 분석하였다. CSA 모르타르에서는 압축강도 및 탄성계수는 약간 감소하였으나, 화학적 압축응력이 철근에 도입되었으며, 일반 모르타르 부재에 비해 167.5% 초기균열하중이증가하였다. 높은 인장경화특성을 평가하였으며, 기존의 인장연화모델과 실험값을 비교하여 기존 제안식의 보완점을 제시하였다.

콘크리트의 취성파괴를 방지하기 위해 강섬유 보강재는 효과적인 복합재료이다. 그러나 시멘트 사용량이 많아지면 건조수축이 증가하고이로 인해, 강섬유 보강재의 연성증가 효과가 제한될 수 있다. 팽창재를 사용한 콘크리트 내부의 강섬유 보강재는 화학적 프리스트레싱 효과가 발생하여 강섬유 보강효과를 증가시킬 수 있다. 본 연구에서는 CSA 팽창재와 강섬유 보강재를 혼입하여 콘크리트의 역학적인 특성을분석하였다. 체적비 1~2%의 강섬유 보강재와 시멘트 중량의 10%의 CSA 팽창재를 혼입하였으며, 다양한 역학적 특성과 휨거동을 분석하였다. 강섬유 보강재를 혼입한 CSA 콘크리트는 인장강도와 초기균열강도의 증가를 나타냈으며, 균열후의 파괴에너지 증가와 같은 연성거동을 뚜렷하게 나타내었다. 적절한 팽창재 사용과 최적의 강섬유 보강재의 혼입률이 도출된다면 이들의 상호작용은 콘크리트의 취성을 더욱 효과적으로 제어할 수 있다.

This paper investigates The purpose of this research was to investigate the effects of expansive admixture on the tension stiffening performance and cracking process of SHCC with polyethylene(PE) fiber. Testing was carried out on four axially loaded tension tie specimens. Each specimen had a square cross-section dimension 100 × 100mm of and length of 1200mm. As a result, using an expansion admixture can improve a prestress and reduce an initial shrinkage crack.

This paper presents the results of a study performed to evaluate uniaxial tensile performance and obtain a better understanding of the behavior of SHCC using an expansive admixture. To evaluate a performance of SHCC using an expansive admixture was tested a compressive strength, flexural strength, and uniaxial tensile strength.

변형경화형 시멘트 복합체(SHCC)는 직접인장 상황에서 FRCCs에 비해 우수한 변형경화 특성을 갖는 재료이다. 하지만 SHCC는 일반적인 콘크리트에 비해서 시멘트비율이 높은 부배합 이며, 이에 따라서 자기수축이 큰 특성을 갖는 재료이다. 따라서 시멘트 복합체 내에 팽창재를 대체함으로써 수축저감을 통한 성능향상을 기대하였다. 이 연구에서는 각 강도별 SHCC의 배합에 팽창재를 대체함에 따른 역학적특성을 평가하고자 하였다. 시험결과 설계기준 압축강도 70MPa 배합이 압축, 인장, 휨, 시험에서 우수한 역학적 특성을 나타내었으며, 균열 특성에서는 팽창재를 대체한 SHCC가 균열분산 및 연성에서 우수한 특성을 나타내었다.