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문제 정의
- 경량 콘크리트는 제조 방법에 따라 일반적으로 비중이 낮은 다공질의 경량 골재를 사용한 경량 골재 콘크리트, 콘크리트 내부에 무수한 기포를 골고루 형성시킨 경량 기포 콘크리트, 그리고 골재 사이에 공극을 형성시키기 위하여 잔골재의 사용을 배제한 무 잔골재 콘크리트의 3가지로 구분된다(한국콘크리트 학회, 2005). 본 논문에서는 3가지 중, 경량 골재를 사용한 경량 골재 콘크리트를 연구 대상으로 살펴보았다.
- 콘크리트 시편을 관찰할 때, 표면 부분을 제외한 내부의 구조는 육안으로 파악하기 어렵다. 본 연구에서는 micro CT를 사용하여 경량골재 콘크리트의 단면 이미지를 얻고, 이를 이용하여 콘크리트 내부에 존재하는 공극에 대하여 살펴보았다. 그림 1(a)는 실제 경량 골재 콘크리트 단면 이미지이다.
- 하지만 경량골재 콘크리트는 공극을 다수 포함하고 있는 경량골재의 재료 자체의 특수성에 의하여 일반 콘크리트에 비해 재료 분리 및 강도 저하 현상이 발생하는 경우가 생기기도 한다(김용직 등, 2005). 본 연구에서는 경량 콘크리트의 강도 저하의 원인이 되는 공극을 살펴보는 과정에서, 경량 골재 내부에 존재하는 공극도 이미지 처리를 통하여 살펴보았다.
- 경량 골재는 재료 특성상 다공성 내부구조를 지니고 있기 때문에 일반적인 골재보다 강도가 작다(한국콘크리트학회, 2005). 본 연구에서는 골재 내부의 공극의 분포와 형태를 micro CT 이미지와 확률 분포 함수를 사용하여 살펴보았다. 그림 8(a)부터 (c)는 서로 다른 경량 골재의 3차원 이미지이다.
- 콘크리트와 같은 다상 재료의 상 분포 특성을 파악 할 수있는 방법들 중, 재료 내부의 상 분포 상태를 비교적 적은 양의 자료로서 표현하는 방법으로, 낮은 차수(low-order)의 확률 분포 함수(probability distribution function)를 이용할수 있다. 본 연구에서는 낮은 차수 확률 분포 함수 가운데, two-point correlation function(Torquato, 2002; Gokhale 등, 2005)과 lineal-path function(Lu 등, 1992; Coker 등, 1995; Singh 등, 2008)을 사용하여 경량 콘크리트 내부에 존재하는 공극의 분포를 살펴보았다.
- 콘크리트 내부에 존재하는 공극은 직접 관찰하기 어렵기 때문에, 그 크기 및 분포 상태를 파악하는 것은 쉽지 않다. 본 연구에서는 육안으로 보이지 않는 콘크리트, 특히 공극이 다량 존재하는 경량 콘크리트 내부를 관찰하기 위해서 micro CT(X-ray microtomography)를 활용하여 경량 콘크리트 내부의 구조를 살펴보았다. Micro CT는 X-ray 단층 촬영 기법으로서, 3차원 대상의 단면을 생성하기 위해 X-ray를 사용하는 방법이다.
- 그림 1(a)에서 실제 공극은 검은 색으로 표현되는 부분이다. 콘크리트 및 경량 골재에 포함되어 있는 공극과 미세 공극 등은 육안으로 구별하기 어렵고, 정량적인 분석이 어렵기 때문에, 본 연구에서는 이미지 처리를 통해 콘크리트 이미지의 공극을 확인하였다. 그림 1(a)의 붉은색으로 표시된 부분을 이미지 처리 대상(그림 1(b))으로 하여, 흑백 이미지 처리를 통해, 그림 1(c)와 같이 표현할 수 있다.
가설 설정
- 그림 1(c)에서 밝게 표시된 부분은 공극을 의미한다. 256단계의 값(0-255, 0에 가까울수록 검은색으로 표현)으로 표현되는 8비트 이미지인 그림 1(b)로부터 그림 1(c)를 표현하는 과정에서, 일정한 한계점(threshold)을 정해서 한계점 이하의 값을 갖는 픽셀은 모두 공극으로 가정하였다. 그림 2는 한계점에 따른 공극 이미지의 차이를 나타내고 있다.
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