본 연구는 스트론튬 이온(Sr²⁺) 처리가 수화 시멘트 복합체의 공극분포 특성에 미치는 영향을 실험적으로 평가하였다. 물- 시멘트비(w/c) 0.3, 0.4, 0.5로 제조된 시멘트 페이스트 시편을 21일간 탈 이온수에서 수중 양생한 후, 각각 두 개의 그룹 으로 나누었다. 첫 번째 그룹은 탈 이온수에서 추가로 7일간 양생하였고, 두 번째 그룹은 30% 질산스트론튬(Sr(NO3)2) 수 용액에서 동일기간 동안 추가 양생하였다. 양생기간 및 조건에 따른 각 시편에 대하여 수은압입법(MIP: Mercury Intrusion Porosimetry)을 사용하여 공극률 및 공극 크기 분포를 분석하였다. 실험 결과, 물-시멘트비가 낮을수록 공극률이 감소하는 것을 확인하였다. 21일과 28일간 탈 이온수에서 양생한 시편 간에는 공극률 차이가 유의미하지 않았으나, 21일 수중양생 후 스트론튬 이온에 7일간 처리된 시편은 공극률이 유의미하게 감소한 것으로 분석되었다. 특히, 물-시멘트비 0.3인 경우 에는 공극률이 33% 이상 감소하는 결과를 보였다. 또한, 공극 크기 분포 특성 분석 결과, 모든 물-시멘트비 조건에서 21 일 양생된 시편에 비해 7일간 추가 양생된 시편은 큰 공극의 양이 줄어들면서 작은 공극의 양이 증가하는 경향을 확인 하였다. 특히, 스트론튬 이온에 처리된 시편의 경우 50nm 이하의 매우 작은 공극의 양이 크게 증가하였다. 이로써 스트 론튬 이온 처리에 의해 수화 시멘트 복합체의 미세조직이 치밀해짐을 확인하였으며, SEM 분석을 통해 이러한 결과를 시 각적으로 확인하였다. 본 연구는 스트론튬 이온을 활용한 시멘트 콘크리트 표면처리 기법이 노후 시멘트 콘크리트 구조 물에 대하여 수분 침투 저항성을 향상시키는 유지관리 기술로서 잠재력을 지니고 있음을 보여준다.

최근 지구온난화로 인해 발생하는 폭우 및 강설과 같은 비정상적인 기상 패턴으로 인해 도로 표면 결빙(블랙 아이스)으로 인 한 사고와 인명 피해가 증가하고 있으며, 이는 주요 문제로 대두되고 있습니다. 이러한 문제를 완화하기 위해 본 연구에서는 열저장 능력을 갖춘 상변화 물질(PCM)을 시멘트 복합재료에 포함시켰습니다. PCM은 상변화 과정에서 열에너지를 흡수, 저장 및 방출할 수 있어 온도 변동으로 인한 결빙을 최소화할 수 있습니다. PCM은 먼저 미세 캡슐화된 후 시멘트 복합재료에 강화되어 기계적 및 열적 성능 검증 연구가 수행되었습니다. 또한, 열전달 효율과 기계적 특성을 향상시키기 위해 다중벽 탄소나노튜브(CNT)와 실리카 퓸이 추 가되었습니다. 미세 캡슐화된 PCM의 열 성능은 열 거동을 측정하기 위한 재료 실험을 통해 검증되었습니다. 이후, 제조된 시멘트 복 합재의 기계적 및 열적 성능 테스트가 그 효과를 평가하기 위해 수행되었습니다. 이러한 테스트 동안 일정 온도와 습도 챔버를 사용한 열 주기 테스트가 열 성능을 검증하기 위해 수행되었습니다. 기계적 성능 실험에서는 CNT와 실리카 퓸의 포함이 미세 캡슐화된 PCM 의 포함으로 인한 강도 저하를 완화하는 것을 확인하였습니다. 더욱이, 열 주기 테스트를 통해 고효율 열저장 시멘트 복합재가 결빙 조건에서도 영하의 온도를 유지할 수 있음을 보여주었으며, 이는 효율적인 열저장 성능을 입증하였습니다.

The thermal shock resistance of cement composites with hollow glass microspheres (HGM) is investigated. Cement composites containing various concentrations of HGM are prepared and their properties studied. The density, thermal conductivity, and coefficient of thermal expansion of the composites decrease with increasing HGM concentration. A thermal shock test is performed by cycling between -60 and 50oC. After the thermal shock test, the compressive strength of the cement composite without HGM decreases by 28.4%, whereas the compressive strength of the cement composite with 30 wt% HGM decreases by 5.7%. This confirms that the thermal shock resistance of cement is improved by the incorporation of HGM. This effect is attributed to the reduction of the thermal conductivity and coefficient of thermal expansion of the cement composite because of the incorporation of HGM, thereby reducing the occurrence of defects due to external temperature changes.

현대에 있어 지구온난화 현상으로 인해 여름철에는 폭염, 겨울에는 한파가 빈번해지는 이상기후가 지속적으로 발생 하고 있다. 여름철과 겨울철의 기온 양극화가 심해지고 있으며 이로 인한 급격한 변화로 다양한 분야에서 문제가 발생하고 있 다. 이에 전 세계에서는 사고예방 및 근본적인 문제를 해결하기 위하여 새로운 기술을 도입하고, 이에 맞는 정책을 추진하고 있 다. 따라서 본 연구에서는 이러한 사회적인 문제를 극복할 수 있는 방안으로 구조물 및 건축물등 다양한 분야에서 가장 많이 사용되는 골재인 잔골재에 대하여 다공성 골재로 치환함과 동시에 열에너지 저장이 가능한 상변화 물질을 함침하고, 골재 내 PCM의 성능 극대화를 위한 SOL-GEL 코팅에 대해 연구하였으며 이를 활용하여 모르타르를 제작하였다. 성능을 확인하기 위하 여 SEM, DSC, FT-IR 및 강도실험을 진행하였으며 최종적으로 제조된 SOL-GEL코팅된 PCM 함침 활성탄의 경우 냉각시 상변화 온도 2.4℃와 26.8J/g의 열에너지를 확인하였으며 가열시 상변화 온도 7.1℃와 32.95J/g의 열에너지를 확인하였다. 본 연구에서 제작된 잔골재를 활용한 모르타르의 경우 7일차 압축강도 37.68MPa, 28일차 압축강도 50.34MPa, 28일차 휨강도 4.5MPa를 확인 하였다.

The mechanical properties and microstructures of hexagonal boron nitride (h-BN)-reinforced cement composites are experimentally studied for three and seven curing days. Various sizes (5, 10, and 18 μm) and concentrations (0.1%, 0.25%, 0.5%, and 1.0%) of h-BN are dispersed by the tip ultrasonication method in water and incorporated into the cement composite. The compressive strength of the h-BN reinforced cements increases by 40.9%, when 0.5 wt% of 18 μm-sized h-BN is added. However, the compressive strength decreases when the 1.0 wt% cement composite is added, owing to the aggregation of the h-BNs in the cement composite. The microstructural characterization of the h-BN-reinforced cement composite indicates that the h-BNs act as bridges connecting the cracks, resulting in improved mechanical properties for the reinforced cement composite.

For applications in cement-based materials, studies on carbon-based nanomaterials have been almost exclusively on carbon nanotubes, carbon nanofibers, and graphite oxide. Graphene sheets (GPs), as a kind of carbon-based nanomaterials, show unusual mechanical, electrical, optical, and other properties. In this paper, the main focus is to enhance the effect of GPs by improving dispersion through ultrasonication and use of surfactant. Then, dispersion and stability are quantitatively measured by comparing absorbance spectra through spectrophotometry and qualitatively observed through digital imaging and SEM imaging. Therefore, the dispersing protocol is optimized and the most effective and stable dispersion is achieved. At last, the piezoresistivities under compressive load of GPs/cement composites pastes at different additions of GPs are studied by comparing with plain cement paste.

The Cellulose Nanocrystal (CNC) of dispersion condition is important factor when reinforce concrete or cement composite as CNC, because it is closely related to the strength reinforcement. Before the CNC is utilized to reinforcement of concrete or cement composite, it is essential to evaluate the dispersion properties. Therefore, the objective of the present study is to evaluate the dispersion of CNC. In this experiment, the specimen was prepared to the type of CNC suspension in accordance with weight ratio of CNC and the dispersion time of sonication. The first property, the dispersion properties of CNC, was evaluated by measuring turbidity and absorbance. The second property, the dispersion stability, was measured through the sediment time.

We demonstrated the sensitivity of optically active single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) with a diameter below 1 nm that were homogeneously dispersed in cement composites under a mechanical load. Deoxyribonucleic acid (DNA) was selected as the dispersing agent to achieve a homogeneous dispersion of SWCNTs in an aqueous solution, and the dispersion state of the SWCNTs were characterized using various optical tools. It was found that the addition of a large amount of DNA prohibited the structural evolution of calcium hydroxide and calcium silicate hydrate. Based on the in-situ Raman and X-ray diffraction studies, it was evident that hydrophilic functional groups within the DNA strongly retarded the hydration reaction. The optimum amount of DNA with respect to the cement was found to be 0.05 wt%. The strong Raman signals coming from the SWCNTs entrapped in the cement composites enabled us to understand their dispersion state within the cement as well as their interfacial interaction. The G and G’ bands of the SWCNTs sensitively varied under mechanical compression. Our results indicate that an extremely small amount of SWCNTs can be used as an optical strain sensor if they are homogeneously dispersed within cement composites.

To inject CO2 in geological formations, deep wells that penetrate the formations need to be constructed. The seal integrity of deep wells for CO2 leakage are enhanced by annulus cements. By injecting CO2, brine in formations can be carbonated and the potential degradation of annulus cement in the carbonated brine has been brought up. In this paper, Type G oil well cement (OWC) pastes are hydrated for 28 days. Conditions of geosequestration in a sandstone formation at a depth of roughly 1 km, was simulated by bubbling CO2 into a heated vessel containing brine. The hydrated OWC cylindrical specimens were exposed to this environment. Slices of the cement specimen were taken periodically, during and after exposure to quantify degradation progression. The elastic modulus of the specimens was examined prior to and after exposure. After 28 days of exposure, the degraded depth of specimen was measured as 4.137 mm. The elastic modulus of the specimens was measured as 2.2 GPa and 3.2 GPa prior to and after exposure respectively. Considering a composite action in the partially degraded specimen, the elastic modulus of degraded part can be extracted. The results indicated that the difference of elastic modulus in the partially degraded annulus cements could occur a composite action of deep wells subject to axial load and shear cracks would be generated due to the composite action.

PURPOSES : This study aims to review the possibility of developing a road snow-melting system that can prevent slip accidents by maintaining a constant temperature of the winter roads and enhance performance of structures, including improvement of compressive strength by mixing carbon nanotube (hereafter referred to as CNT) with cement paste, the basic material. METHODS : To achieve the above purpose, an experiment was conducted by mixing power-type CNT and wrap-type CNT up to cement paste formulation by weight of 0.0wt%~4.1wt% in accordance with "KS L ISO 679(of cement strength test method)", and compressive strength was measured at 28 days of curing. In addition, the volume resistivity of the specimen was measured to test thermal and electrical characteristics, and the rate of temperature changes in specimen surface by power consumption was measured by passing electricity through the cross-sections of the specimen. Meanwhile, the criteria for checking the performance as a road snow-melting system was determined as volume resistivity of 100Ω·cm or less. RESULTS : A comparative analysis between specimen with 0wt% CNT content in plain status and specimen containing various types of CNTs was carried out. From its results, it was found that compressive strength increased approximately 19%, showing the highest rate when 0.2wt% of wrap-type CNT was contained, but volume resistivity of 100Ω·cm or less appeared only in specimens containing more than 0.2wt% CNT. In addition, it was observed that the surface temperature increased by 4.62℃ per minute on average in specimens containing 3.2wt% CNT. CONCLUSIONS : In this study, CNT was examined as an underlying material for a road snow-melting system, and the possibility of developing the road now-melting system was reviewed by conducting various experiments using CNT-Cement composites. From the experimental results, the specimens were found to have a superior performance when compared to the existing road snow-melting systems that place the heat transfer medium such as copper on the road. However, satisfactory strength performance were not obtained from the specimen containing CNT(2.0% or more) that functions as a heating element, which leads to the need for reviewing methods to increase the strength by using plasticizer or admixture.

이 논문의 목적은 다른 종류의 폴리에틸렌 섬유로 보강한 높은 연성을 갖는 고강도 시멘트계 복합체의 재료강도와 인장변형거동을 실험적으로 연구하는 것이다. 이를 위하여 압축강도 80 MPa 수준의 재료 및 배합을 결정하였고, 보강 섬유로서 2 종류의 폴리에틸렌 섬유를 사용하였다. 그리고 밀도, 압축강도, 1축 인장변형에 대한 일련의 실험을 수행하였다. 실험결과 시멘트계 복합체의 인장거동과 균열 패턴은 보강 섬유의 특성에 크게 영향을 받는 것으로 나타났다. 또한 적절한 폴리에틸렌 섬유를 사용함으로써 재료의 압축강도가 77.7 MPa 이고, 인장변 형성능이 7.9% 변형률인 시멘트계 복합체의 제조가 가능하다는 것을 확인하였다.

콘크리트의 취성적인 단점을 보완하기 위해 시멘트 매트릭스 내에 체적의 2%내외 합성섬유를 첨가한 고인성 시멘트 복합 재료는 뛰어난 연성을 가지는 재료이다. 한편, 조개껍질과 같은 갑각류의 껍질은 시멘트계 재료와 유사하게 탄산칼슘을 주성분으로 이루어져 있으며 수많은 층으로 이루어진 구조로 인해 높은 인장강도를 지니고 있다. 본 연구에서는 조개껍질의 구성형상을 생체모방하여 PE mesh를 고인성 시멘트 복합재료 내부에 삽입하여 시멘트 매트릭스를 층상화하여 휨실험을 실시하였다.

탄산화가 고전도성 시멘트 복합재료의 전기전도도에 미치는 영향에 대해 실험적으로 확인 하였다. 탄소나노튜브(carbon nanotube, CNT)가 혼입된 페이스트형 및 모르타르형 시멘트 복합재료를 설계하였으며, 제조된 시편을 촉진탄산화 환경에 노출 시켰다. 반년간의 노출 후 확인한 결과 시멘트 복합재료의 전기전도도가 급격하게 감소한 것을 확인 할 수 있었다. 이 특성은, 전도성 시멘트 복합재료를 콘크리트용 센서로 사용했을 때, 탄산화에 의해 복합재료의 전기전도도가 변화할 수 있음을 고려해야 한다는 증거임과 동시에, 이 복합재료가 탄산화 센서로 사용될 수도 있다는 것을 의미한다. 본 논문은 본 연구 진의 기존논문 Lee et al.(2019)를 요약한 것이다.

전기전도도가 높은 시멘트 복합재료에 염소가 침투했을 경우 그 자체의 전기전도도가 어떻게 바꾸었는지를 실험적으로 확인 하였다. 시멘트 복합재료의 전기전도도 확보를 위해 탄소나노튜브(carbon nanotube, CNT) 및 탄소섬유(Carbon fiber)를 사용하였다. 염소의 침투가 시멘트 복합재료에 미치는 영향을 알아보기 위해 1) 염화나트륨을 배합 시 적당량 혼입하는 방법과 2) 염화나트륨 수용액에 전도성 시멘트 복합재료를 함침시키는 두가지 방법을 활용하였다. 실험 결과 염소 침투에 의해 전기전도도가 일부 증가하는 경우와 함께 반대로 감소하는 경우도 동시에 발견되었다. 본 논문은 본 연구진의 기존 논문 Lee et al.(2019)을 요약한 것이다.

최근 건설분야에서도 스마트(Smart)라는 개념을 도입한 재료 및 구조방식의 개발에 관한 관심이 고조되고 있다. 특히 기존 콘크리트와 같은 시멘트 복합체에 다양한 전도물질을 혼입하여 외력의 작용시 유발되는 변형을 시멘트 복합체의 저항변화로 평가하는 자기 감지형 건설재료 개발 연구가 활발히 진행되고 있다. 통상적으로 시멘트 복합체는 인장변형에 대한 저항능력이 낮기 때문에 주로 압축변형과 전기적인 저항특성의 상관성을 평가하는 연구 즉, 압축변형 감지능력을 갖는 시멘트 복합체 개발에 관한 연구가 대부분이었다. 본 연구에서는 직접인장하에서 0.5% 인장변형시까지 자기 감지능력을 갖는 변형 경화형 시멘트 복합체(SHCC)를 개발하고 또한 철근의 보강이 SHCC의 자기 감지능력에 끼치는 영향을 평가한다.

섬유보강 시멘트계 복합재료 (이하 FRCC)는 균열 폭의 제어 등의 역학적인 효과뿐 아니라 철근방식에도 효과가 있는 것이 기존의 문헌으로부터 확인되고 있다. 본 연구에서는 아연섬유를 포함한 각종 금속섬유를 이용하여 철근의 방식효과를 부식 촉진 실험에 의해 검토했다. 더욱이 방식효과에 큰 영향을 미치는 염분침투, 희생양극 효과, 전기회로 형성에 주목하여, 각각의 요인에 있어서 검토를 실시했다. 그 결과, 금속섬유를 혼입한 FRCC의 방식효과를 확인할 수 있었으며, 특히 희생 양극효과가 높은 아연섬유의 경우, 염분침투 억제 효과가 뛰어나 내부식 성능이 향상되는 것을 확인할 수 있었다.

In this study, it evaluate the Local damage properties of amorphous metallic fiber reinforced cement composite by different fiber length. 30mm and 15mm length of amorphous metallic fiber was reinforced and fiber volume fraction was set to 1.0, 1.5 vol.%. Flexural test and high speed projectile impact test was performed. As as result, 30mm length of specimen showed more good flexural and impact resistance performance compared to 15mm length of specimen.