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.

초고성능 콘크리트(UHPC)는 높은 압축강도를 위해 일반콘크리트에 비해 높은 시멘트 및 바인더 함량을 가지고 있다. UHPC 의 시멘트량을 줄이기 위한 연구가 지속적으로 수행되었으며, 그중 플라이애시와 고로슬래그는 각각 20%, 50% 수준까지는 강도 저하 없이 적용 가능하다는 연구가 확인되었다. 본 연구에서는 UHPC 배합에서 시멘트를 플라이애시와 고로슬래그로 치환하여 강도변화 및 유동성 변화를 분석하였다. 압축강도는 플라이애시 치환 실험체가 가장 낮으며, 고로슬래그는 치환 전과 유사한 강도를 보였다. 휨강도 는 고로슬래그, 플라이애시 치환 실험체 모두 감소하였다. 그러나 유동성은 플라이애시, 고로슬래그 실험체 모두 향상되면서 고성능감 수제 저감이 가능한 것을 확인하였다.

PURPOSES : The purpose of this study is to confirm the thermal expansion characteristics of concrete mixed with 1% waste glass fine aggregates, which is the amount stipulated for recycled aggregates in the current quality standard. METHODS : The coefficient of thermal expansion was measured by applying AASHTOT 336-10 using a LVDT. The results measured were used as physical properties in a finite element analysis to confirm the change in tensile stress and the displacement of the right angle section of the upper slab of a concrete pavement due to admixture substitution. RESULTS : The thermal expansion coefficients of concrete based on the replacement rate of the admixture when the waste glass fine aggregates are replaced are within the range of the thermal expansion coefficients of concrete specified in the Federal Highway Administration report. As the replacement rate of the admixture increases, the thermal expansion coefficient of concrete decreases. As the thermal expansion coefficient decreases, the slab pavement curling displacement and the tensile stress of the center of the upper slab of concrete decrease. CONCLUSIONS : In the short term, the presence or absence of waste glass fine aggregates does not significantly affect the thermal expansion coefficient of concrete. However, in the long term, waste glass fine aggregates are reactive aggregates that causes ASR, which creates an expandable gel around the aggregates and results in concrete expansion. Therefore, the relationship between ASR and the thermal expansion coefficient must be analyzed in future studies.

PURPOSES : In this study, experimental findings regarding the frost resistance of concrete incorporated with mineral admixtures such as fly ash (FA) and ground granulated blast-furnace slag (SG) are presented. METHODS : To evaluate the performance of the abovementioned concretes under repeated freezing and thawing environments, based on the ASTM C 666 standard, the relative dynamic modulus of elasticity and mass ratio measurements are performed regularly. Furthermore, based on the ASTM C 672 standard, the concretes are exposed to 4% CaCl2 and NaCl salt solutions along with repeated 50 cycles of freezing and thawing. Subsequently, the scaling resistance is evaluated based on the scaled-off mass content and visual examination. RESULTS : SG is less effective in enhancing the scaling resistance of concrete compared with FA. However, the concrete incorporated with SG is more resistant to repeated freeze-thaw actions compared with OPC concrete. Meanwhile, compared with OPC concrete, the concrete incorporated with FA indicates a similar performance in terms of scaling resistance and better resistance against repeated freeze-thaw actions. CONCLUSIONS : The frost resistance of concrete depends significantly on the types of mineral admixtures used in concrete. This emphasizes the importance of selecting the appropriate binder to achieve durable concrete pavements in cold climate regions.

PURPOSES : In this study, an ASR-reducing (alkali-silica reaction) cement was developed to prevent the blow-up of concrete pavements. To develop ASR-reducing cement, various amounts of ground granulated blast furnace slag (GGBFS), and fly ash (FA) were substituted with Portland cement, and the ASR reduction effect was verified through various experiments. METHODS : The physical properties of ASR-reducing cement, varying with the substitution amounts of GGBFS and FA, were verified through compressive strength tests. In addition, the ASR reduction effect was examined using accelerated mortar bar tests. Furthermore, the reasons for the ASR reduction were investigated using microstructural analysis techniques, such as XRD and TG/DTG. RESULTS : There was a difference in the compressive strength results according to the amount of GGBFS and FA substitution. In addition, the samples with GGBFS and FA exhibited relatively lower compressive strengths at 3 days, than OPC samples, but the compressive strength at 28 days was higher than that of the OPC samples. The samples with GGBFS and FA had higher compressive strength at 28 days than OPC samples, because the substituted GGBFS and FA induced pozzolanic reaction. Through XRD and TG/DTG analyses, various degrees of pozzolanic reaction occurring in the samples were examined, and a more active pozzolanic reaction occurred in the samples with FA than in the samples with GGBFS. Therefore, it appeared that the ASR reduction effect occurred because of the induced pozzolanic reaction. CONCLUSIONS : GGBFS and FA substituting Portland cement indicated an ASR reduction effect, which was owing to the pozzolanic reaction. In addition, FA indicated a greater ASR reduction effect than GGBFS, which suggested that FA induced a more active pozzolanic reaction than GGBFS.

최근 들어 여러 산업 분야에 활발히 사용되고 있는 고분자 분리막은 화학구조의 제어나 제막공정에서의 물리적 특성 제어뿐만 아니라 다양한 소재와 혼합된 복합막 제조를 통해서 고유의 특성을 부여할 수 있는 장점을 가지고 있다. 본 연구에서는 분리막 제조 시에 누에(Bombyx mori)가 생산한 친환경 천연소재로 활용 가능성이 넓은 실크 고분자의 복합막 제조 시 다른 소재와의 혼화성 지표로 사용할 수 있는 용해도 파라미터를 분자동역학을 이용하여 계산하였다. 역시 친환경성 및 생체적합성을 갖고 있는 polyvinylalcohol (PVA)의 용해도 파라미터를 분자동역학을 이용하여 계산 후 서로 비교하였을 때 두 고분자 소재가 비슷한 용해도 파라미터 값을 갖는 것을 확인하였다. 결론적으로, 두 고분자가 서로 잘 혼합될 수 있음을 이론적으로 증명하였고, 실제 실험을 통해서도 이를 확인할 수 있었다.

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.

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.

단위 바인더량을 400과 420으로 결정하였으며, 잔골재율 58%, W/B를 38%로 결정하였다. 혼화재료의 경우 현장 투입을 위해 추가 첨가하는 개념으로 실리카퓸을 중량대비 3% 첨가, 라텍스를 5% 첨가 하였고, 속경성 혼화재료의 경우 10∼40% 까지 첨가하여 첨가량에 따른 강도를 확인 하고자 하였다. 표1은 실험에 사용된 배합표이다. 기본적으로 속경성 혼화재료의 혼입량이 증가할수록 강도는 점차 증가하는 것으로 나타났으나, 12시간 강도에서는 바인더량에 따라 강도 차이가 크지 않았다. 그러나 24시간 강도에서는 혼입률이 적은 변수(10∼20%)구간 보다 혼입률이 높은 변수(30∼40%)구간에서 강도 증진이 크게 나타났다. 그림1은 변수별 강도 시험 결과 이다.

콘크리트 혼화제의 무수축 그라우트에서 산란체와 흡수체의 영향은 빛산란에 의해 파장에 대 한 산란세기로 설명된다. New Austria Tunnel Method의 수지에 대한 산란의 분자특성들은 연구하기 위해 Monte Carlo Simulation하였다. 이는 산란매질에서 광학적 파라미터들(μs, μa, μt)에 의해 조사 되어 그들의 영향을 알 수 있었다. 산란매질에서 광자에 대한 빛 분포에 의한 결과는 광원에서 검출기 까지 거리가 가까우면 무수축혼화제의 산란이 증가하여 산란세기가 크게 나타나는데 혼화제가 첨가함에 따라 무수축 성질이 크게 나타났다. 이는 강구조물의 내구성을 위한 코팅과 부식에서 좋은 모델을 디자 인하는데 도움이 될 것이다.

포장콘크리트는 중차량에 대한 저항성이 크고 유지관리 비용이 적게 드는 공법으로서 다른 구조물과 달리 온도변화, 강우 및 강설, 축하중 반복 등 가혹한 조건에 노출되어 있다. 따라서 기후환경에 대한 내 구성이 매우 중요하며 특히 강설 시 원활한 교통소통을 위하여 살포되는 제설재에 대한 내구성을 확보하 는 것은 장수명 콘크리트 포장의 중요한 요소라 할 수 있다. 일반적으로 재료적인 관점에서 콘크리트의 내구성을 향상시키는 방법 중 하나는 광물질 혼화재를 사용하는 것이며 포장구조물에 적용할 때는 재료적 특성에 대해 시공 및 유지관리 측면에서 충분한 고려가 선행되어야 한다. 본 연구에서는 고로슬래그 미분 말, 플라이애시, 실리카흄, 메타카올린 등 다양한 광물질 혼화재를 사용하여 장수명 포장 콘크리트를 얻 기 위한 표준배합 및 내구성 평가를 진행하였다. 검토대상 배합은 고속도로공사 전문시방서 기준에 따라 설계기준 휨강도 4.5, 배합강도 5.2MPa를 얻기 위하여 검토된 각 혼화재료 종류별 표준배합을 선정하였 다. 그림 1 및 2는 각 배합별 동결융해 저항성 및 스케일링 저항성 시험결과를 정리한 것이다.

PURPOSES: The scaling of a concrete surface caused by the combined effects of frost and de-icing salts is one of the main reasons for the need to repair transportation infrastructures in cold-climate regions. This study describes the results of attempts to determine the scaling resistance of concrete incorporating mineral admixtures such as fly ash, GGBFS, and silica fume, and subjected to the actions of frost and salt. METHODS : Conventionally, to evaluate the fundamental properties of concrete, flexural and compressive strength measurements are regularly performed. Based on the ASTM C 672 standard, concrete is subjected to 2%, 4%, and 8% CaCl2 salt solutions along with repeated sets of 50 freeze/thaw cycles,and the scaling resistance was evaluated based on the mass of the scale and a visual examination. RESULTS : It was observed that silica fume is very effective in enhancing the scaling resistance of concrete. Meanwhile, concrete incorporating GGBFS exhibited poor resistance to scaling, especially in the first ten freeze/thaw cycles. However, fly ash concrete generally exhibited the maximum amount of damage as a result of the frost-salt attack, regardless of the concentrations of the solutions. CONCLUSIONS: It can be concluded that the scaling resistance of concrete is highly dependent on the type of the mineral admixture used in the concrete. Therefore, to provide a durable concrete pavement for use in cold-climate regions, the selection of a suitable binder is essential.

A coagulation-flocculation (CF) process using aluminum sulfate as a coagulant was employed to treat highly suspended solids in tunnel wastewater. Response surface methodology (RSM) based on a Box-Behnken design was applied to evaluate the effects of three factors (coagulant dosage, pH and temperature) on total suspended solids (TSS) removal efficiency as well as to identify optimal values of those factors to maximize removal of TSS. Optimal conditions of coagulant dosage and pH for maximum TSS removal changed depending on the temperature (4 ~ 24°C). As temperature increased, the amount of coagulant dosage and pH level decreased for maximum TSS removal efficiency during the CF process. Proper adjustment of optimal pH and coagulant dosage to accommodate temperature fluctuations can improve TSS removal performance of the CF process.

우리나라는 겨울철 도로포장 등에 제설을 목적으로 한 제설제의 사용량이 점차적으로 증가하고 있는 추 세이다. 예를 들어 서울시의 경우, 현재 연간 약 4만톤 이상의 제설제가 도로포장에 살포되고 있으며, 이 는 5년 전과 비교하여 약 2.5배 이상 제설제의 사용량이 증가한 것으로 보고되고 있다. 뿐만 아니라, 제설 제 살포에 따른 콘크리트 포장의 표면박리(scaling) 등과 같은 내구성 저하 현상이 빈번하게 발생함에 따 라 콘크리트 포장의 성능에 대한 제설제 종류 및 농도의 영향에 대한 관심도 점차 증가되고 있는 실정이 다. 특히, 우리나라는 도로포장의 제설을 위하여 염화칼슘수용액 및 고체 염화나트륨을 이용한 습염살포방 식이 널리 사용되고 있다. 주지하다시피, 염화물계 제설제의 사용은 철근부식에 의한 콘크리트의 손상을 초래할 수 있으며, 겨울철 동결융해 반복작용에 의한 콘크리트의 표면박리작용의 주요 원인이 된다. 국내외적으로 콘크리트 포장의 내구성을 증진시키기 위한 연구가 많이 수행되어 오고 있으며, 그 중 포 장재료의 다변화를 통한 콘크리트 포장의 내구성 확보에 대한 연구도 많이 보고되고 있다. 본 연구에서는 콘크리트 포장의 스케일링 저항성을 평가하기 위하여, 광물질혼화재를 적용한 콘크리트 공시체를 제작한 후, ASTM C 672에 준하여 실험을 수행하였다. 실험결과에 의하면, 광물질혼화재의 종류에 따른 콘크리트 의 표면박리 저항성은 상이하게 나타남으로써, 포장재료별 콘크리트 포장의 내구성 저하 원인에 대한 미세 구조적 및 결정학적 고찰을 통한 분석이 필요할 것으로 판단된다.

본 연구에서는 중금속 오염토양 및 광미의 고형화 처리를 위한 보통 포틀랜드 시멘트의 혼화재로서 제강슬래그의 처리효과를 검토하였다. 대상시료는 충청남도 청양군 남양면 구룡리의 구봉광산 주변 하천퇴적토와 강원도 영월군 상동읍 내덕리의 상동광산에 위치한 광미를 채취하여 사용하였다. 경화제는 시멘트 95%에 제강슬래그 분말 5%를 혼합하여 제조하였으며, 하천퇴적토 및 광미오염토양에 5%, 10% 및 15%(w/w)의 경화제를 첨가하였다. 이때 이 결과들은 시멘트만을 사용한 것과 Ca 함량이 제강슬래그 보다 상대적으로 높은 굴폐각 분말을 사용하여 배합한 결과와 함께 비교하였다. 공시체는 지름 5cm, 높이 10 cm의 몰드를 이용하여 혼합토를 채워 넣은 후, 습윤양생기에서 1일간 양생시킨 다음 탈형 후, 수조에 수중양생을 실시하였다. 7일, 14일 및 28일 경과된 시료를 대상으로 강도시험 및 중금속 용출시험을 실시하여 처리효과를 비교·검토하였다. 광미시료의 경우, 시멘트, 제강슬래그 그리고 굴폐각 순으로 강도 개선의 효과가 큰 것으로 나타나 제강슬래그의 효과를 확인할 수 없었고, 하천퇴적토의 경우는 혼합비 15%에서 제강슬래그를 혼합한 경우에서 우수한 효과를 나타내 혼화재로서 적용을 기대할 수 있을 것으로 판단되었다. 폐기물용출시험 및 0.1 N 염산추출법 결과 경화제의 혼합비가 증가할수록 중금속 및 비소의 농도가 감소하는 경향이 나타났고 특히 비소에 있어서는 제강슬래그의 효과가 가장 좋게 나타났다. 산도가 가장 높은 1N 염산추출법의 결과에서는 광미의 경우 대조구 보다 제강슬래그로 처리한 시료에서 중금속 및 비소의 농도가 아주 낮게 나타났다. 그러나 하천퇴적토는 대조구와 큰 차이가 없이 중금속 및 비소가 용출되었다. 이는 하천퇴적토가 95%이상의 모래로 토양의 입경이 크기 때문에 상대적으로 중금속의 고정화율이 상대적으로 낮은 것으로 판단되었다.