미세구조 특성의 불확실성은 재료 특성에 많은 영향을 준다. 시멘트 기반 재료의 공극 분포 특성은 재료의 역학적 특성에 큰 영향을 미치며, 재료에 랜덤하게 분포되어 있는 많은 공극은 재료의 물성 예측을 어렵게 한다. 공극의 특성 분석과 재료 응답 간의 상관관계 규명에 대한 기존 연구는 통계적 관계 분석에 국한되어 있으며, 그 상관관계가 아직 명확히 규명되어 있지 않다. 본 연구에서는 합성곱 신경망(CNN, convolutional neural network)을 활용한 이미지 기반 데이터 접근법을 통해 시멘트 기반 재료의 역학적 응답을 예측하 고, 공극분포와 재료 응답의 상관관계를 분석하였다. 머신러닝을 위한 데이터는 고해상도 마이크로-CT 이미지와 시멘트 기반 재료의 물성(인장강도)로 구성하였다. 재료의 메시 구조 특성을 분석하였으며, 재료의 응답은 상장균열모델(phase-field fracture model)에 기 반을 둔 2D 직접 인장(direct tension) 유한요소해석 시뮬레이션을 활용하여 평가하였다. 입력 이미지 영역의 기여도를 분석하여 시편 에서 재료 응답 예측에 가장 큰 영향을 미치는 영역을 CNN을 통하여 식별하였다. CNN 과정 중 활성 영역과 공극분포를 비교 분석하 여 공극분포특성과 재료 응답의 상관관계를 분석하여 제시하였다.

PURPOSES : In this paper, the flow of cement paste layers that were contoured at different times were simulated by computational fluid dynamics in 2D axisymmetric conditions to evaluate the effect of yield stress on the flow of cement paste layers. METHODS: In the 2D domain, the cylindrical-shaped bottom layer was placed on even ground and allowed to flow by gravitational force for only 25 s. The exact same shape of cement paste, the top layer, was placed on top of the bottom layer, and both layers were allowed to flow for an additional 25 s. The shape and pressure of both layers were evaluated. RESULTS: The relationship between the yield stress and diameter of the layer was clearly observed from the numerical simulation results. It was also observed that the interface between the top and bottom layers was affected by the yield stress and fluidity of materials. The total pressure underneath the bottom layer can be a good indicator of whether the material is still flowing or not. CONCLUSIONS: The Navier-Stokes equation with Bingham model is an excellent model to simulate the flow of contoured layers, which can be used to explain the flow of materials in various areas such as wet-on-wet pavement construction, structural member precasting, and 3D printing construction.

PURPOSES : It is necessary to clarify the rheological properties of cement paste as a basic research in the development of mechanistic concrete mix design. The rheological properties of cement paste with different binder types, mix propositions, and with/without high range water reducers have been analyzed. METHODS: In this study, ordinary Portland cement, fly-ash, blast furnace slag, silica fume, and limestone powder were used as binders. The range of water-binder ratio was 0.3-0.5, and a total of 30 different mixes have been tested. The slump flow test, V-funnel test, and Dynamic Shear Rheometer (DSR) test were performed to analyze the rheological properties of cement paste. RESULTS : As a result of the slump flow test, it was found that the composition ratio of the binder contents greatly affected the paste flow when the high range water reducers were added. The results of V-funnel test showed that when the water-binder ratio was decreased without high range water reducers, the binder composition ratio had a large effect on the passing time of the V-funnel tester, but with high range water reducers the impact of the binder composition ratio was decreased. The slump flow and V-funnel have a certain relationship with the rheological factors (yield stress and plastic viscosity), but the correlation was not significant. Finally, we proposed the M-value considering the density and specific surface area of the binder. The correlation between rheological factors and M-value were better demonstrated than experimental values, but there is still a limit to predict the rheological factor in general mix design. CONCLUSIONS: In this study, the rheological properties of cement paste were analyzed. The binder type, composition ratio of binder, and with/without high range water reducers have combined to provide the complex effects on the rheological properties of cement paste. The correlation between the proposed M-value and rheological factor was found to be better than experimental results, but needs to be improved in the future.

PURPOSES :In this paper, the flow of construction material was simulated using computational fluid dynamics in a 2D axisymmetric condition to evaluate the effect of initial or varying material properties on the final shape of a specimen.METHODS :The CFD model was verified by using a well-known analytical solution for a given test condition followed by performing a sensitivity analysis to evaluate the effect of material properties on the final shape of material. Varying dynamic viscosity and yield stress were also considered.RESULTS :The CFD model in a 2D axisymmetric condition agreed with the analytical solution for most yield stress conditions. Minor disagreements observed at high yield stress conditions indicate improper application of the pure shear assumption for the given material behavior. It was also observed that the variation of yield stress and dynamic viscosity during curing had a meaningful effect on the final shape of the specimen.CONCLUSIONS :It is concluded that CFD modeling in a 2D axisymmetric condition is good enough to evaluate fluidal characteristics of material. The model is able to consider varying yield stress and viscosity during curing. The 3D CFD-DEM coupled model may be required to consider the interaction of aggregates in fluid.

The compressive strength and electrical resistance of pitch-based carbon fiber (CF) in cementitious materials are explored to determine the feasibility of its use as a functional material in construction. The most widely used CFs are manufactured from polyacrylonitrile (PAN-based CF). Alternatively, short CFs are obtained in an economical way using pitch as a precursor in a melt-blown process (pitch-based CF), which is cheaper and more eco-friendly method because this pitch-based CF is basically recycled from petroleum residue. In the construction field, PAN-based CFs in the form of fabric are used for rehabilitation purposes to reinforce concrete slabs and piers because of their high mechanical properties. However, studies have revealed that construction materials with pitch-based CF are not popular. This study explores the compressive strength and electrical resistances of a cement paste prism using pitch-based CF.

본 논문에서는 저차원 확률 함수를 사용하여 연속적인 선형 공극비 기울기를 갖는 기능경사재료 형태의 가상 시편을 제작 하였다. 실제 물 시멘트 비가 다른 두 종류 시멘트 풀 시편의 X-선 CT 단면 이미지를 통해 3차원 공극 분포 모델을 제작하 여 이를 기반으로 가상 시편을 제작하였다. 가상 시편이 두 실제 시편 사이에 위치하도록 공극 분포 특성을 저차원 확률 함 수와 공극비 기울기로 구성하였다. 공극 분포의 기울기는 연속적인 형태의 수직 방향의 선형 공극비 기울기로 구현하며, 이 를 위해 확률적 최적화의 목적 함수로 저차원 확률 함수와 공극비 기울기에 관한 함수를 사용하였다. 가상 시편 내 공극 분 포 특성 확인을 위해 본 연구에서는 투기율 분석을 유한요소해석을 통해 수행하였다. 공극 분포 특성과 투기율 해석 결과를 비교하여 가상 시편이 갖는 공극 분포 특성이 투기율에 미치는 영향을 확인하고, 투기율의 실제 실험 결과와 해석 결과의 비 교를 통해 해석 결과의 타당성을 입증하였다.

PURPOSES : In this paper, the analytical solutions suggested to simulate the behavior of rheological fluids were rigorously re-derived and investigated for fixed conditions to evaluate the applicability for the solutions on a mini-cone slump test of cement paste. The selected solutions with proper boundary conditions can be used as reference solutions to evaluate the performance of numerical simulation approaches, such as the discrete element method. METHODS: The slump, height, and spread radius for the given boundary and yield stress conditions that are determined by five different analytical solutions are compared. RESULTS: The analytical solution based on fluid mechanics for pure shear flow shows similar results to that for intermediate flow at low yield stresses. The fluid mechanics-based analytical solution resulted in a very similar trend to the geometry-based analytical solution. However, it showed a higher slump at high yield stress and lower slump at low yield stress ranges than the geometry-based analytical model. The analytical solution based on the mini-cone geometry was not significantly affected by the yield criteria, such as von Mises and Tresca. CONCLUSIONS: Even though differences among the analytical solutions in terms of slump and spread radius existed, the difference can be considered insignificant when the solutions were used as reference to evaluate the appropriateness of numerical approaches, such as the discrete element method.

콘크리트에서 강도는 콘크리트의 물리적 특성을 평가할 수 있는 중요한 인자중 하나이며 압축강도의 경우 실험의 편리함과 범용성으로 인해 널리 사용되고 있다. 콘크리트는 재료와 양생조건 등에 따라 압축강도가 달라지며, 특히 동일 재료라 하더라고 양생조건에 따라 강도는 변한다. 그러므로 현장에서 시공한 콘크리트의 강도를 알기위해서는 현장과 동일한 양생조건에 놓여야만 정확하게 강도를 측정할 수 있다. 그러나 현실적으로 밤낮으로 변화하는 현장의 양생조건을 실내에서 묘사하기란 쉽지가 않다. 또한 실제 콘크리트 포장의 강도를 측정하기 위해 포장체에 코어를 뚫기 때문에 손상이 가해지는 걸 피할수는 없다. 이러한 한계를 극복하기 위해 이미 비파괴 기법에 대한 다양한 연구가 진행되어 왔으며 그중 탄성파를 이용해 이미 콘크리트의 압축강도와 탄성파 속도와의 상관관계가 높음이 입증되었다. 본 연구에서는 양생조건에 따른 압축강도와 전단파 속도의 상관성을 분석하기 위해 동일 시멘트 페이스트를 3가지 서로 다른 양생온도에서 재령별 압축강도와 탄성파 속도의 변화를 측정했으며, 이 두 변수간의 상관관계를 파악하였다. 그 결과 양생온도는 재령별 압축강도증진과 탄성파 속도증가에 각각 영향을 미치는 것으로 나타났으나, 압축강도와 전단파 속도와의 상관관계에는 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다.

본 연구에서는 고온 가열된 시멘트 페이스트에 나타나는 균열을 CO2 가스 노출을 통한 회복 거동에 대해 관찰하였다. 시 험체는 W/C 40 %의 시멘트 페이스트로 설정하였다. 전기가열로를 목표온도까지 도달시킨 후 가열로 상부에 부착하여 일면 가열을 실시한 후 가열된 면에 나타난 균열을 고배율 카메라로 촬영하였다. 촬영결과 CO2 가스 노출을 통한 회복 재령으로 인하여 시멘트 페이스트의 균열이 더 이상 진행되지 않은 것을 관찰하였다.

This research provide a general model for viscosity curve. The rheological behavior of cement-based materials has been described by a flow curve. The flow curve helps intuitive understanding to explaining the flow of concrete. However, in this study, the rheological behavior of cement paste was analyzed using different approach called the viscosity curve. In this study, Sisko model for viscosity curve is used to indicate the rheological behavior of cement paste. Also relaxation process is analyzed by exponential model.

In this study, to analyze the change of mass of concrete structure subjected to fire damage, cement paste was exposed at high temperature to maintenance time and analyzed mass change characteristics by TGA analysis. As a result of analysis, the mass reduction rate of cement paste decreased with increasing heating time after heating at high temperature.

Thermogravimetric analysis (TGA) is a thermal analysis technique that the mass of sample is measured by time and temperature changes. In this study, TGA was applied for estimating the proportion of Nylon-6,6 nanofibers in the cement paste as well as the decomposition temperature of Nylon-6,6 nanofibers. An electrospinning process was conducted for producing nanofibers and adding directly into the cement powder. The TGA results show that there was approximately 0.5 % of nanofibers in the composite pastes. Besides, the decomposition temperature of Nylon-6,6 nanofibers was clarified in the range of 300℃ to 410℃.

In this research is underway to determine the exact damage level of concrete structures damaged by fire. Cement paste hardened at 700℃ was characterized by TGA. As the depth increased, the mass reduction rate increased and the mass reduction rate decreased as the retention time increased.

국내 시멘트 산업은 시멘트 제조 시 발생되는 CO2를 감축하기 위해 CO2발생의 주요 요인인 클링커 대신 시멘트 대체재료 사용을 확대하기 위한 다양한 기술 개발을 위해 노력하고 있다. 이에, 최근 플라이애시를 다량 치환한 하이볼륨 플라이애시 시멘트(HVFC)에 대한 연 구 가 활발히 진행되고 있다. 하지만, 플라이애시의 다양한 장점에도 불구하고 낮은 조기강도 발현 특성이 플라이애시를 다량으로 활용한 바인 더의 현장적용에 있어서 가장 큰 문제로 지적되고 있다. 본 연구는 이러한 한계를 극복하고자 플라이애시 혼입률에 따른 HVFC 페이스트의 수 화 및 압축강도 특성을 파악하기 위해, 플라이애시 혼입률 0~80%의 배합을 이용하여 실험을 수행하였다. 실험결과 낮은 물-바인더 비에 의한 HVFC 페이스트 배합은 초기 재령에서의 낮은 압축강도의 한계점을 극복할 수 있을 것으로 판단된다. 또한 중량비의 50% 이상이 플라이애시 로 치환된 페이스트의 응결시간이 증가하는 경향을 보아, 플라이애시 중량비 50%는 충진 효과의 임계점으로 판단된다.

최근 온실가스 감축을 위해 시멘트 클링커를 대체하여 고로슬래그 미분말을 다량 치환한 하이볼륨 슬래그 시멘트에 대한 연구 활 발히 진행되고 있다. 하지만, 수화열 및 내구성 등 다양한 장점에도 불구하고 초기 재령에서의 낮은 강도 발현 등의 문제점으로 인해 실제 현장 의 적용에 한계점을 가지고 있다. 본 연구는 이러한 점을 극복하고자 GGBFS 혼입률에 따른 페이스트의 압축강도, 수화열 등의 특성을 분석하 였다. GGBS 분말도에 따른 4종류와 치환율 35%, 50%, 65%, 80% 4수준으로 하여 총 16개의 배합에 대해 실험을 수행하였다. 실험결과 낮은 물-바인더 비에 의한 고성능 하이볼륨 슬래그 시멘트 페이스트 배합은 초기 재령에서의 낮은 압축강도의 한계점을 극복할 수 있을 것으로 판단된 다. 또한 GGBS의 분말도는 고성능 하이볼륨 슬래그 시멘트 페이스트의 초기 재령에서의 압축강도 증진에는 효과가 있지만, 28일 이후의 장기 강도에는 큰 영향이 없는 것으로 나타났다.

The study investigated the fluidity and compressive strength properties of cement paste containing Ferro-Nickel slag powder by different curing conditions to estimate the applicability of Ferro-Nickel slag powder for cement replacement materials.