본 연구는 한국 기상대 데이터를 활용하여 콘크리트 포장의 깊이별 온도를 예측하는 ANN(Artificial Neural Network) 모델을 개발하는 것을 목표로 한다. 기존의 열평형 방정식 기반 모델은 특정 지역의 기상 데이터를 필요로 하기 때문에 일반적인 적용이 어렵다는 한계를 가지고 있다. 이에 본 연구에서는 ANN을 활용하여 기상대 데이터를 기반으로 범용적 인 온도 예측 모델을 개발하고자 한다. 이를 통해 다양한 지역 및 환경 조건에서도 적용 가능한 모델을 구축하는 것이 목적이다. 본 연구에서는 2017년 1월 1일부터 2018년 12월 31일까지의 1시간 단위 기상 및 온도 데이터를 활용하며, 0.05m, 0.15m, 0.25m, 0.35m, 0.45m 깊이별 온도 데이터를 학습 데이터로 사용한다. 입력 변수로는 기온, 풍속, 강수량, 습도, 일 조량, 일사량, 적설량, 적운량, 지면온도를 포함한다. 이러한 다양한 기상 데이터를 활용하여 신경망 모델을 학습하고, 기 존 방식보다 높은 정확도를 확보하는 것이 연구의 핵심 목표이다. 기존 ANN 구조인 O = WI + B에서 확장된 O = W(I + (WI + B)) + B 형태의 비선형 구조를 적용하여 기존 모델이 가지는 비선형 관계 반영의 한계를 극복하고자 한다. 또한, 선형 다중 은닉층 모델과 비선형 다중 은닉층 모델을 각각 개발하여 성능을 비교하고, 비선형 모델의 필요성과 일반화 능력을 평가할 예정이다. 최종적으로 두 모델의 성능을 평균 제곱 오차 및 평균 절대 오차 등과 같은 평가 지표들을 이용하여 비교 분석하고, 가장 적합한 모델을 도출하고자 한다.

이 연구는 동절기 노면 결빙 또는 블랙아이스 저감을 위하여 상변화물질을 혼입한 포장용 콘크리트의 온도변화 및 역학적 특성을 파악한 것이다. 이를 위하여 마이크로캡슐로 코팅된 상변화물질을 단위시멘트량의 30%까지 혼입한 포장용 콘크리트를 배합하 여 온도측정용 실험체 및 강도시험용 공시체를 제작하였다. 온도측정은 실험체의 표면과 내부에서 열화상카메라와 열전대를 이용하였 으며, 강도시험은 각 배합마다 3개씩 제작된 공시체를 이용하여 휨 및 압축강도 시험을 실시하였다. 실험결과에 따르면, 상변화물질을 혼입한 포장 콘크리트 노면의 온도는 보통 콘크리트와 비교하여 최대 2도 상승하였으며, 내부의 온도는 깊이와 혼입률에 따라 최대 3-4도 상승하였다. 그리고, 압축강도는 상변화물질 혼입률에 따라 감소하였으나, 모든 혼입률에서 국가건설기준에서 규정하는 설계기 준강도를 만족하였다. 휨강도 역시 보통 포장 콘크리트와 비교하여 감소하였으나, 압축강도와 다르게 상변화물질 혼입률에 따라 휨강 도는 증가하였으며, 30%에서는 설계기준강도를 만족하였다. 이상과 같은 연구결과에 따라 마이크로캡슐형 상변화물질은 노면과 내부 에서 온도상승 효과가 있으며, 기준 또는 지침에서 규정하는 기준강도를 만족하므로 동절기 콘크리트 포장에 적용이 가능할것으로 판단된다.

본 연구에서는 방사선조사 유발 체적팽창(RIVE)이 원자력 발전소의 콘크리트 생체 차폐벽의 구조 건전성에 미치는 영향을 확인하 고자 하였다. 이를 위해 원자로 압력용기 감시 프로그램의 데이터를 사용하여 콘크리트 생체 차폐벽의 누적 중성자 조사 수준을 추정 하는 방법으로 원자로 압력용기(RPV) 내부 표면에서 차폐벽 외부까지의 누적 조사량의 감쇠를 계산하는 과정을 설명하고 콘크리트 의 방사선 조사 유발 체적팽창에 대한 모델을 제시하였다. 콘크리트 생체 차폐벽의 응력 상태는 온도의 영향을 받을 수 있기 때문에 방사선조사유발 체적팽창 효과와 더불어 운전 중 차폐벽의 온도 상승 효과도 고려하였다. 콘크리트 생체 차폐벽 구조에 대한 방사선 조사 유발 체적팽창과 온도의 영향을 평가한 결과, 차폐벽의 안쪽 표면 부근 영역의 압축 응력이 국부적으로 콘크리트의 압축 강도 한 계를 초과할 수 있으며, 외부 영역의 인장 응력은 균열을 유발할 가능성이 있음을 확인할 수 있었다. 또한 중성자 누적 조사량이 증가 하면 응력도 증가하는 경향을 보였다. 온도도 차폐벽의 응력 상태에 영향을 미치지만, 그 영향은 방사선조사 유발 체적팽창의 효과에 비해 그다지 크지 않았다. 향후 추가 연구를 통해 차폐구조물의 보다 현실적인 기하학적 구조, 중성자 조사량 분포, 그리고 차폐벽 내 부 보강 철근 요소 등을 포함하는 상세 모델을 바탕으로 콘크리트 생체 차폐벽에 설치되는 압력용기 지지 구조물 및 앵커 시스템에 대 한 영향 평가를 수행할 계획이다.

도로터널의 연장과 대형화로 인해 화재 발생 시 터널 구조물의 안전확보가 중요한 과제가 되고 있다. 터널에서 화재가 발생할 경우, 콘크리트 라이닝이 고온에 노출되면서 강도저하 및 폭렬에 의한 구조적 손상을 초래할 수 있으며, 이를 방지하기 위해 다양한 내화공 법이 연구되고 있다. 이 연구에서는 폭렬을 억제하기 위한 내화공법으로 고온 노출에 따른 섬유혼입콘크리트의 온도전이 특성에 대한 실험적 연구를 수행하였다. 온도전이 특성 실험은 200×200×200mm 크기의 큐브 형태의 시험체에 0.6, 0.8, 1.0kg/m3의 섬유를 혼입하여 시험체를 제작하였다. 섬유혼입콘크리트 내부온도를 측정하기 위하여 표면에서부터 20mm 간격으로 100mm까지 총 6개의 K타입 열전 대를 설치하였고, 전기 내화로를 사용하여 RWS 화재곡선을 모사하여 시험체를 가열하였다. 실험결과, 섬유를 혼입한 콘크리트는 섬유 를 혼입하지 않은 Control 변수에 비해 내부온도가 낮아지는 경향을 보였다. 이는 고온에서 내화섬유가 용융되면서 콘크리트 내부의 수증기압을 감소시켜 효과적으로 억제된 것으로 보인다. 특히 내화섬유 0.8kg/m3을 혼입한 경우 60mm 이상에서 효과적으로 콘크리트 내부 온도 상승을 억제한 것으로 나타났으며, 폭렬에 의한 구조적 손상을 방지하기 위한 적정 수준의 내화섬유 혼입량은 필요할 것으 로 판단된다. 그러나 많은 양의 섬유 혼입은 고온에 따른 섬유 용융으로 인해 내부에 다량의 공극이 형성되어 폭렬 억제에는 효과적 일 수 있으나, 다량으로 형성된 공극에 따른 온도 확산이 더 빠르게 진행되어 적절한 피복두께 확보가 필요할 것으로 판단된다. 따라 서 도로터널 내화 지침(국토교통부, 2021)의 콘크리트(380℃) 및 철근(250℃)의 한계온도 이내를 만족하기 위해서는 피복두께는 최소 100mm 이상을 확보해야 할 것으로 판단된다. 이는 터널 구조물의 내화성능을 개선하기 위한 기준을 제시하며, 향후 도로터널의 안전 성을 강화하기 위해 섬유혼입량과 철근 피복두께 간의 상관관계에 대한 추가적인 실험 및 해석적 검토가 필요할 것으로 판단된다.

PURPOSES : In this study, heating concrete is developed using heating artificial binder, which is more conductive and less expensive than ordinary Portland cement, and the heating effect is verified through laboratory tests and numerical analysis. METHODS : Based on the test results, the range of heat influence of the Heating concrete is calculated through numerical analysis. As a result of the laboratory test, the temperature rises to 58℃ after 10 minutes when heat generation started at the outdoor temperature of 12℃ and the initial temperature of the concrete specimen of 19.1℃. RESULTS : The heating effect is up to 50 cm in width and 90 cm in height centered on the heating concrete through numerical analysis to analyze the influence range of the Heating concrete based on the laboratory test results. However, when the distance from the heating concrete is greater than about 20 cm, the influence becomes very small, and the rate of temperature decrease drops significantly. CONCLUSIONS : From the test and numerical analysis, it can be used as an eco-friendly heating material suitable for concrete pavements.

PURPOSES : This study provides fundamental information on the temperature variations in tunnel structures during severe fire events. A fire event in a tunnel can drastically increase the internal temperature, which can significantly affect its structural safety. METHODS : Numerical simulations that consider various fire conditions are more efficient than experimental tests. The fire dynamic simulator (FDS) software, based on computational fluid dynamics (CFD) and developed by the National Institute of Standards and Technology, was used for the simulations. The variables included single and multiple accidents involving heavy goods vehicles carrying 27,000 liters of diesel fuel. Additionally, the concrete material characteristics of heat conductivity and specific heat were included in the analysis. The temperatures of concrete were investigated at various locations, surfaces, and inside the concrete at different depths. The obtained temperatures were verified to determine whether they reached the limits provided by the Fire Resistance Design for Road Tunnel (MOLIT 2021). RESULTS : For a fire caused by 27,000 liters of diesel, the fire intensity, expressed as the heat release rate, was approximately 160 MW. The increase in the carrying capacity of the fire source did not significantly affect the fire intensity; however, it affected the duration of the fire. The maximum temperature of concrete surface in the tunnel was approximately 1400 ℃ at some distance away in a longitudinal direction from the location of fire (not directly above). The temperature inside the concrete was successfully analyzed using FDS. The temperature inside the concrete decreased as the conductivity decreased and the specific heat increased. According to the Fire Resistance Design for Road Tunnel (MOLIT 2021), the internal temperatures should be within 380 ℃ and 250 ℃ for concrete and reinforcing steel, respectively. The temperatures were found to be approximately 380 ℃ and 100 ℃ in mist cases at depths of 5 cm and 10 cm, respectively, inside the concrete. CONCLUSIONS : The fire simulation studies indicated that the location of the maximum temperature was not directly above the fire, possibly because of fire-frame movements. During the final stage of the fire, the location of the highest temperature was immediately above the fire. During the fire in a tunnel with 27,000 liters of diesel, the maximum fire intensity was approximately 160 MW. The capacity of the fire source did not significantly affect the fire intensity, but affected the duration. Provided the concrete cover about 6 cm and 10 cm, both concrete and reinforcing steel can meet the required temperature limits of the Fire Resistance Design for Road Tunnel (MOLIT 2021). However, the results from this study are based on a few assumptions. Therefore, further studies should be conducted to include more specific numerical simulations and experimental tests that consider other variables, including tunnel shapes, fire sources, and locations.

The structural integrity of concrete silos is important from the perspective of long-term operation of radioactive waste repository. Recently, the application of acoustic emission (AE) is considered as a promising technology for the systematic real-time health monitoring of concrete-like brittle material. In this study, the characteristics of AE wave propagation through concrete silo of Gyeongju radioactive waste repository were evaluated under the effects of groundwater and temperature for the quantitative damage assessment. The attenuation coefficients and absolute energies of AE waves were measured for the temperature cases of 15, 45, 75°C under dry and saturated concrete specimens, which were manufactured based on the concrete mix same as that of Gyeongju concrete silo. The geometric spreading and material loss were taken into account with regard to the wave attenuation coefficient. The attenuation coefficient shows a decreasing pattern with temperature rise for both dry and saturated specimens. The AE waves in saturated condition attenuate faster than those in dry condition. It is found that the effect of water content has a greater impact on the wave attenuation than the temperature. The results from this study will be used as valuable information for estimating the quantitative damage at the location micro-cracks are generated rather than the AE sensor location.

The acoustic emission (AE) is proposed as a feasible method for the real-time monitoring of the structural damage evolution in concrete materials that are typically used in the storage of nuclear wastes. However, the characteristics of AE signals emitted from concrete structures subjected to various environmental conditions are poorly identified. Therefore, this study examines the AE characteristics of the concrete structures during uniaxial compression, where the storage temperature and immersion conditions of the concrete specimens varied from 15℃ to 75℃ and from completely dry to water-immersion, respectively. Compared with the dry specimens, the water-immersed specimens exhibited significantly reduced uniaxial compressive strengths by approximately 26%, total AE energy by approximately 90%, and max RA value by approximately 70%. As the treatment temperature increased, the strength and AE parameters, such as AE count, AE energy, and RA value, of the dry specimens increased; however, the temperature effect was only minimal for the immersed specimens. This study suggests that the AE technique can capture the mechanical damage evolution of concrete materials, but their AE characteristics can vary with respect to the storage conditions.

본 논문에서는 유한요소해석 프로그램 Abaqus를 이용하여 고온과 편심 축하중을 받는 세장한 철근 콘크리트 기둥의 유한요소해석 절차를 제시하고 해석 결과를 비교･분석하였다. 기둥에 축하중과 화재가 가해지는 상황을 해석에 반영하기 위해 Abaqus에서 제공하 는 순차 결합 열-응력 해석을 사용하였다. 우선 콘크리트 단면에 대한 열전달 해석을 수행하여 검증한 뒤, 이를 3차원 요소로 확장하고 구조해석과 결합하여 해석을 수행하였다. 해석 과정에서 수렴성 및 정확성에 영향을 미치는 인장 증강 효과와 초기 불완전성을 고려 하여 모델링하였다. 해석 결과는 74개 실험 데이터와 비교하였으며, 내화시간을 기준으로 평균 6%의 오차를 나타냄에 따라 유한요소 해석을 통해 철근콘크리트 기둥의 내화성능을 예측할 수 있게 되었다.

To solve the common problems of concrete preparation in low-temperature environments, calcium formate (C2H2O4Ca), anhydrous sodium sulfate (Na2SO4), triethanolamine (C6H15O3N), calcium bromide (CaBr2), and triisopropanolamine (C9H21NO3) are selected as early strength agents and mixed with C40 concrete in different dosages under low-temperature environments of 5 oC and 10 oC to develop a high-efficiency low-temperature compound early strength agent based on the effect of single-doped early strength agents. The effects of the compound early strength agent on the early strength of the concrete, the cement paste setting time, and cement fluidity at 5 oC and 10 oC are investigated, and the corresponding reaction mechanism is discussed from the perspective of micro-products. The best compound early strength agent ratio is found to be 2% of calcium formate + 0.08 % of TEA (C6H15O3N). The compound early strength agent effectively promotes the formation of hydration products, such as Ca(OH)2 and C-S-H gel. In comparison with the control group, the strength of the concrete cured for 18 h, 1 d, 3 d, and 7 d under simulated natural conditions at 5 oC increases by 700%, 540%, 11.4 % and 10 %, respectively, whereas at 10 oC, the corresponding values are 991%, 400%, 19.6 % and 11 %, respectively. The strength of the concrete at each age is close to the normal temperature standard of the curing strength. The addition of the compound early strength agent causes a reduction in cement fluidity and initial and final setting times, and also yields a good effect on the porosity of the early concrete.

PURPOSES : Pavement growth (PG) of concrete pavement has been recognized as a major concern to highway and airport engineers as well as to road users for many years. PG is caused by the pressure generation in the concrete pavement as a result of a rise of the concrete temperature and moisture. PG could result in concrete pavement blowup and damage the adjacent or the nearby structures such as bridge structures. The amount of the PG is affected by the complicated interactions of numerous factors such as climatic condition, amounts of incompressible particles (IP) infiltration into the joints, pavement structure, and materials. Trigger temperature for pavement growth (TTPG) is defined as the concrete temperature when all transverse cracks or joints within the expansion joints completely close and generating a pressure in the pavement section. It is one of the most critical parameters to evaluate the potential of PG occurring in the pavement. Unfortunately, there are no available methods or guidelines for estimating TTPG. Therefore, this study aims to provide a methodology to predict TTPG of a concrete pavement section. METHODS : In this study, a method to evaluate the TTPG and its influencing factors using the field measured data of concrete pavement expansions is proposed. The data of the concrete pavement expansions obtained from the long-term monitoring of three concrete pavement sections, which are I-70, I-70N, and Md.458, in Maryland of United Stated, were used. The AASHTO equation to estimate the joint movement in concrete pavement was used and modified for the back-calculation of the TTPG value. A series of the analytical and numerical solutions presented in the literatures were utilized to predict the friction coefficient between the concrete slab-base and to estimate the maximum concrete temperature of these three pavement sections. RESULTS : The estimated maximum concrete temperature of these three pavement sections yearly exhibited relatively constant values, which range from 40 to 45 °C. The results of the back-calculation revealed that the TTPG of the I-70 and Md.58 sections decreased with time. However, the TTPG of the I-70N section tended to be relatively constant from the first year of the pavement age. CONCLUSIONS : The estimation of the TTPG for the three concrete pavement sections showed that the values of the TTPG gradually decreased although the yearly maximum concrete pavement temperature did not change significantly.

최근 국내에서 토목 및 건축구조물의 노후화 및 성능저하에 따른 사회적인 우려가 발생하고 있다. 일반적으로 노후 구조물의 보수보강 방법으로는 외부 부착공법이 가장 많이 사용되고 있으며 시공 용이성을 위하여 GFRP나 CFRP Sheet나 Plate를 활용한 부착 보강방법이 활발히 적용되고 있다. 그러나 이들 방법은 온도에 취약하며 탄소섬유의 경우 경제성이 낮다는 우려가 발생한다. 본 연구에서는 친환경적이고 내열성이 상대적으로 우수한 현무암 섬유(BFRP)를 활용하여 온도변화 및 콘크리트 표면 내 균열발생에 따른 BFRP-콘크리트의 인장 부착성능 및 파괴 패턴을 실험적으로 평가하였다. 그 결과 구조물의 온도가 상승함에 따라 BFRP-콘크리트 계면의 부착성능은 약 30%정도 감소하는 것으로 나타났으며 내열성 수지를 사용한 보강재의 경우 일반 함침용 에폭시 수지보다 부착성능이 다소 우수한 것으로 평가되었다. 콘크리트 표면 내 균열 발생된 경우 균열의 폭이 증가함에 따라 부착 성능은 약 20%씩 감소하는 것으로 나타났다. 하지만 균열보수제로 보강 후 계면에서의 부착성능의 경우, 보강 전 대비 약 30% 정도의 개선효과를 나타내었다.

PURPOSES : The performance of pavements is decreased by reduced bearing capacity, deterioration, and distress due to complex loading conditions such as traffic and environmental loads. Therefore, the proper maintenance of pavements must be performed, and accurate evaluation of pavement conditions is essential. In order to improve the accuracy of the heavy weight deflectometer (HWD), which is a nondestructive evaluation method, the correlation between HWD test results and temperature factors were analyzed in this study. METHODS : The HWD test was conducted five times for one day on airport concrete pavement, and the ambient temperature, surface temperature, and slab internal temperature were collected. Since the slab internal temperature was nonlinear, it was replaced by the equivalent linear temperature difference (ELTD). The correlation between the HWD test results and each temperature factor was analyzed by the coefficient of correlation and coefficient of determination. RESULTSAND: The deflection of the slab center, mid edge, and corner, and impulse stiffness modulus (ISM) showed significantly high correlation with each temperature factor, especially the ELTD. However, the load transfer Efficiency (LTE) had very low correlation with the temperature factors. CONCLUSIONS : It is necessary to analyze the effect of aggregate interlocking on LTE according to the overall temperature changes in slabs by conducting seasonal HWD tests. It is also necessary to confirm the effect of seasonal temperature changes on deflection and ISM.

A literature review on the effects of high temperature and radiation on radiation shielding concrete in Spent Fuel Dry Storage is presented in this study with a focus on concrete degradation. The general threshold is 95℃ for preventing long-term degradation from high temperature, and it is suggested that the temperature gradient should be less than 60℃ to avoid crack generation in concrete structures. The amount of damage depends on the characteristics of the concrete mixture, and increases with the temperature and exposure time. The tensile strength of concrete is more susceptible than the compressive strength to degradation due to high temperature. Nuclear heating from radiation can be neglected under an incident energy flux density of 1010 MeV·cm-2·s-1. Neutron radiation of >1019 n·cm-2 or an integrated dose of gamma radiation exceeding 1010 rads can cause a reduction in the compressive and tensile strengths and the elastic moduli. When concrete is highly irradiated, changes in the mechanical properties are primarily caused by variation in water content resulting from high temperature, volume expansion, and crack generation. It is necessary to fully utilize previous research for effective technology development and licensing of a Korean dry storage system. This study can serve as important baseline data for developing domestic technology with regard to concrete casks of an SF (Spent Fuel) dry storage system.