이 연구에서는 고로슬래그 다량 치환 콘크리트의 원전 콘크리트 적용을 위하여 기존 원전 콘크리트와의 내구성능 비교 및 분석을 수행하였다. 연구결과에 따르면 고로슬래그를 50% 치환한 콘크리트의 압축강도는 초기강도는 기존 원전 콘크리트보다 낮지만, 우수한 장기강도를 나타내었다. 반면, 기존 원전 콘크리트의 초기강도는 높았지만, 장기강도 발현율이 낮게 나타났다. 내구성능의 평가결과, 고로슬래그를 50% 치환한 콘크리트의 내구성능은 모든 평가항목에서 플라이애시 20% 치환 콘크리트와 비교하여 동등이상의 성능을 나타내었다. 특히. 저강도에서의 고로슬래그 50% 치환한 콘크리트는 염해 저항성과 탄산화 저항성, 동결융해 저항성의 향상효과가 뚜렷하게 나타났다. 반면, 감마선 조사에 따른 콘크리트 압축강도와 화학성분의 변화는 미미하게 나타났다.
이 연구에서는 고로슬래그 다량 치환 콘크리트의 원전 콘크리트 적용을 위하여 기존 원전 콘크리트와의 내구성능 비교 및 분석을 수행하였다. 연구결과에 따르면 고로슬래그를 50% 치환한 콘크리트의 압축강도는 초기강도는 기존 원전 콘크리트보다 낮지만, 우수한 장기강도를 나타내었다. 반면, 기존 원전 콘크리트의 초기강도는 높았지만, 장기강도 발현율이 낮게 나타났다. 내구성능의 평가결과, 고로슬래그를 50% 치환한 콘크리트의 내구성능은 모든 평가항목에서 플라이애시 20% 치환 콘크리트와 비교하여 동등이상의 성능을 나타내었다. 특히. 저강도에서의 고로슬래그 50% 치환한 콘크리트는 염해 저항성과 탄산화 저항성, 동결융해 저항성의 향상효과가 뚜렷하게 나타났다. 반면, 감마선 조사에 따른 콘크리트 압축강도와 화학성분의 변화는 미미하게 나타났다.
This study evaluated the durability of nuclear power plant concrete. The main parameters were the water-to-binder ratio and admixture type. The results revealed that high-volume ground granulated blast-furnace slag(GGBS) concrete had lower initial strength, while the strength reached higher after 28...
This study evaluated the durability of nuclear power plant concrete. The main parameters were the water-to-binder ratio and admixture type. The results revealed that high-volume ground granulated blast-furnace slag(GGBS) concrete had lower initial strength, while the strength reached higher after 28 days. On the other hand, the initial strength of fly ash blended concrete was high, but the long-term strength of the robbery was low. The measured durability of GGBS blended concrete was found to be better than that of the existing concrete mix for use in the construction of nuclear power plants. Especially, the GGBS blended concrete was more durable than the fly ash blended concrete in terms of chloride attack, carbonation resistivity and freezing-thawing durability in low compressive strength. The effects of concrete compressive strength according to gamma rays were minor.
This study evaluated the durability of nuclear power plant concrete. The main parameters were the water-to-binder ratio and admixture type. The results revealed that high-volume ground granulated blast-furnace slag(GGBS) concrete had lower initial strength, while the strength reached higher after 28 days. On the other hand, the initial strength of fly ash blended concrete was high, but the long-term strength of the robbery was low. The measured durability of GGBS blended concrete was found to be better than that of the existing concrete mix for use in the construction of nuclear power plants. Especially, the GGBS blended concrete was more durable than the fly ash blended concrete in terms of chloride attack, carbonation resistivity and freezing-thawing durability in low compressive strength. The effects of concrete compressive strength according to gamma rays were minor.
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문제 정의
이 연구에서는 고로슬래그를 50% 치환한 콘크리트의 원전 콘크리트 적용성을 평가하기 위해 내구특성평가와 감마선 조사에 따른 압축강도 및 화학적 성분 분석을 하였으며, 기존 원전 콘크리트와의 성능검토를 수행하였다. 내구특성 분석항목은 콘크리트의 압축강도와 염화물 및 탄산화 저항성, 동결융해 저항성이며, 감마선 조사에 따른 압축강도 및 화학적 성분의 변화를 검토하여 다음과 같은 결과를 얻었다.
이 연구에서는 기존 원전 콘크리트와 고로슬래그 다량치환 콘크리트에 대하여 방사선 조사에 따른 강도변화와 화학적 성분변화 분석을 목적으로 감마선 조사시험을 수행하였다. 감마선 조사 시험은 한국원자력연구원에서 수행하였으며, ϕ100×200mm 시험체를 제작하여 재령 91일에 고준위 감마선을 조사하여 시험체 온도 상승과 압축강도의 변화를 평가하였다.
이 연구의 목적은 고로슬래그 다량 치환 콘크리트의 원전 콘크리트 적용성 검토를 위한 것으로 기존 원전 콘크리트와 고로슬래그 다량 치환 콘크리트에 대한 내구특성과 감마선 조사 시험을 수행하였다. 고로슬래그를 제외한 모든 콘크리트 재료는 실제로 원전 콘크리트에 적용되는 재료를 수급하여 실험하였다.
제안 방법
40% 배합은 5,000psi(35MPa)와 6,000psi (41MPa)이다. 6,000psi 배합은 압축강도의 향상을 위하여 5,000psi 배합보다 결합재량을 높게 설계하였다.
3N NaOH의 용액을 음극용액은 10% NaCl의 용액을 사용하였다. ϕ100ⅹ50mm 시험체를 전위차에 따른 염소이온 침투 저항성 실험을 수행하였다.
감마선 조사 시험은 한국원자력연구원에서 수행하였으며, ϕ100×200mm 시험체를 제작하여 재령 91일에 고준위 감마선을 조사하여 시험체 온도 상승과 압축강도의 변화를 평가하였다.
이 연구에서는 고로슬래그를 50% 치환한 콘크리트의 원전 콘크리트 적용성을 평가하기 위해 내구특성평가와 감마선 조사에 따른 압축강도 및 화학적 성분 분석을 하였으며, 기존 원전 콘크리트와의 성능검토를 수행하였다. 내구특성 분석항목은 콘크리트의 압축강도와 염화물 및 탄산화 저항성, 동결융해 저항성이며, 감마선 조사에 따른 압축강도 및 화학적 성분의 변화를 검토하여 다음과 같은 결과를 얻었다.
콘크리트의 감마선 조사에 의한 열 발생은 콘크리트 역학적 성능(강도 등)의 저하에 영향을 끼친다. 따라서 감마선 조사에 따른 시험체의 온도 이력과 온도상승으로 인한 콘크리트 압축강도에 대한 영향도를 분석하였다. Fig.
목표 슬럼프와 공기량은 CP-C2에서 제시하고 있는 4±1 in(76~127mm)와 3.5~6.5%로 설정하고 실험을 수행하였다.
동결융해 저항성은 ASTM C 666에 준하여 시편을 제작하여 동결융해 촉진시험을 수행하였다. 배합별로 2개의 시험체에 대하여 상대동탄성계수와 중량감소율을 측정하였다. 탄산화 저항성은 KSF 2584에 준하여 ϕ100ⅹ200mm 시험체를 제작하고 재령 28일까지의 표준양생 후 탄산화 촉진실험을 수행하였다.
신규 배합은 고로슬래그를 50%치환한 배합(BS50)이다. 시험 항목은 재령에 따른 압축강도와 염해 저항성, 동결융해 저항성, 탄산화 저항성이며, 방사선적 내구특성은 감마선 조사에 따른 시험체 온도상승과 및 감마선 조사 전∙ 후의 압축강도 및 화학적 성분 변화를 평가하였다.
압축강도 발현율은 재령 28일의 압축강도를 기준으로 각 재령에 대하여 평가하였다. FA20은 설계 압축강도와 관계없이 초기 재령에서 높은 발현율이 나타냈지만, 28일 이후의 압축강도의 증가율은 다소 낮게 나타났다.
원전용 콘크리트의 내구특성 평가는 FA20 배합과 BS50 배합에 대하여 콘크리트 설계 강도에 따라 평가하였으며, 배합설계는 Table 1과 같다. 물-결합재비는 50% 배합의 콘크리트 설계강도는 4,000psi(28MPa)이며.
콘크리트의 압축강도는 KS F 2405 콘크리트의 압축강도 시험 방법을 준용하여 ϕ100×200mm의 시험체를 제작하고 재령 3, 7, 28, 56, 91일에 시험을 수행하였다.
탄산화 저항성은 KSF 2584에 준하여 ϕ100ⅹ200mm 시험체를 제작하고 재령 28일까지의 표준양생 후 탄산화 촉진실험을 수행하였다. 탄산화 깊이는 시험 개시 후 1, 4, 8, 13, 26주가 되었을 때 측정하였다.
배합별로 2개의 시험체에 대하여 상대동탄성계수와 중량감소율을 측정하였다. 탄산화 저항성은 KSF 2584에 준하여 ϕ100ⅹ200mm 시험체를 제작하고 재령 28일까지의 표준양생 후 탄산화 촉진실험을 수행하였다. 탄산화 깊이는 시험 개시 후 1, 4, 8, 13, 26주가 되었을 때 측정하였다.
대상 데이터
배합에 사용된 시멘트와 플라이애시, 골재는 국내 원전에서 사용되는 동일재료를 사용하였다. 고로슬래그의 경우 국내 원전 콘크리트에 적용 전이기 때문에 국내 철강에서 제조된 제품을 사용하였다. 시멘트는 원전 납품용 1종 포틀랜드 시멘트를 사용하였으며, 밀도와 분말도는 3.
배합에 사용된 시멘트와 플라이애시, 골재는 국내 원전에서 사용되는 동일재료를 사용하였다. 고로슬래그의 경우 국내 원전 콘크리트에 적용 전이기 때문에 국내 철강에서 제조된 제품을 사용하였다.
감마선 조사 시험은 한국원자력연구원에서 수행하였으며, ϕ100×200mm 시험체를 제작하여 재령 91일에 고준위 감마선을 조사하여 시험체 온도 상승과 압축강도의 변화를 평가하였다. 사용된 핵종은 Co-60이며, 선량은 시험이 가능한 최대치인 4.52x106 Gy로 2주간 조사하였다.
고로슬래그의 경우 국내 원전 콘크리트에 적용 전이기 때문에 국내 철강에서 제조된 제품을 사용하였다. 시멘트는 원전 납품용 1종 포틀랜드 시멘트를 사용하였으며, 밀도와 분말도는 3.15g/cm3 과 3,256cm2 /g이다. 시멘트와 플라이애시, 고로슬래그의 물리적 특성과 화학적 특성은 Table 2와 같다.
염해저항성은 염해촉진시험인 NT Build 492 시험법에 따랐으며, 양극용액은 0.3N NaOH의 용액을 음극용액은 10% NaCl의 용액을 사용하였다. ϕ100ⅹ50mm 시험체를 전위차에 따른 염소이온 침투 저항성 실험을 수행하였다.
시멘트와 플라이애시, 고로슬래그의 물리적 특성과 화학적 특성은 Table 2와 같다. 잔골재는 밀도 2.77g/cm3 의 울진산 강모래를 사용하였으며, 굵은 골재는 최대 치수 25mm, 밀도 2.68g/cm3 인 울진산 부순 자갈을 사용하였다(Table 3).
이론/모형
동결융해 저항성은 ASTM C 666에 준하여 시편을 제작하여 동결융해 촉진시험을 수행하였다. 배합별로 2개의 시험체에 대하여 상대동탄성계수와 중량감소율을 측정하였다.
성능/효과
1. 고로슬래그를 50% 치환한 콘크리트의 압축강도는 초기재령에는 플라이애시를 20% 치환한 콘크리트보다 낮게 나타났다. 반면, 재령 28일 이후에는 고로슬래그를 50% 치환한 콘크리트의 장기강도는 플라이애시를 20% 치환한 콘크리트보다 1.
2. 염화물 확산계수는 고로슬래그를 50% 치환한 콘크리트가 기존 원전 콘크리트보다 약 10% 낮게 나타나 염해 저항성이 향상 되었다.
3에 나타내었다. 28MPa급과 35MPa급에서는 FA20의 염화물 확산계수가 BS50과 비교하여 각각 약 1.5배와 1.3배 높게 나타났다. 41MPa 급에서는 FA20의 염화물 확산계수가 BS50보다 약 10% 높게 나타났다.
28MPa급에서는 BS50의 탄산화 저항성이 FA20과 비교하여 약 37% 향상되었다. 반면, 35MPa이상에서는 FA20과 BS50의 탄산화 깊이가 1mm 이하로 그 차이가 미미하였다.
3. 탄산화 깊이는 설계강도 28MPa급의 플라이애시를 20% 치환한 콘크리트가 고로슬래그를 50% 치환한 콘크리트보다 약 1.6배 높게 측정되었다. 반면, 설계강도 35MPa급 이상의 콘크리트의 탄산화 깊이의 차이는 미미하였다.
4. 동결융해에 따른 시험체의 중량 감소율은 플라이애시를 20% 치환한 콘크리트가 5.8%로, 고로슬래그를 50% 치환한 콘크리트는 1.5%로 나타났다.
5. 동결융해 상대동탄성계수는 고로슬래그를 50% 치환한 콘크리트가 더 높았으며, 모든 시험체가 85% 이상으로 측정되어 동결융해 저항성이 우수하였다.
6. 고로슬래그를 50% 치환한 콘크리트의 감마선 조사에 의한 압축강도 변화는 기존 원전콘크리트와 유사한 경향을 나타냈으며, 감마선을 조사한 이후 SiO2 구성 비율의 증감과 압축강도의 증감은 유사한 경향을 나타냈다.
7. 고로슬래그를 50% 치환한 콘크리트의 내구특성과 감마선 조사에 따른 압축강도 및 화학성분 검토 결과, 기존 원전 콘크리트와 유사한 성능을 나타내었다. 하지만 원전 콘크리트로 적용을 위해서는 시공성과 장기적인 내구성능, 중성자 및 감마선의 영향성, 차폐성능 등의 정량적인 평가와 추가적인 검토가 필요할 것으로 판단된다.
상대동탄성계수는 압축강도가 증가함에 따라 증가하였으며. FA20과 BS50의 평균 동결융해 내구성지수는 86.3%와 89.2%로 나타났다. 결과적으로 모든 시험체의 내구성지수는 85% 이상으로 동결융해 저항성이 우수하였으며, 중량 손실률에 대해서는 고로슬래그 배합이 유리하였다.
감마선 조사 전∙ 후의 압축강도 변화량은 모든 시험체에서 미미하게 나타났으며, 감마선 조사 후의 압축강도는 모두 설계강도 이상을 확보하였다. 또한 FA20과 BS50의 감마선 조사 전∙ 후의 압축강도 변화는 유사한 경향을 나타냈다.
모든 배합의 슬럼프와 공기량은 목표 성능을 만족하였으며, FA20과 BS50에 따른 유동성은 유사하게 나타났다. 감수제 사용량은 설계강도와 단위수량 대비 단위 분체량의 증가에 따라 사용량이 증가하였다. FA20의 AE제 사용량은 고로슬래그 배합에 비해 약 2배 증가하는 경향을 나타내었다.
2004). 결과적으로 BS50의 염화물 확산계수는 기존 원전 콘크리트인 FA20보다 1.1-1.5배 낮게 측정되어 기존 원전 콘크리트와 동등이상의 염 해저항성이 확보되었다.
2%로 나타났다. 결과적으로 모든 시험체의 내구성지수는 85% 이상으로 동결융해 저항성이 우수하였으며, 중량 손실률에 대해서는 고로슬래그 배합이 유리하였다.
또한 저강도의 콘크리트의 염화물 확산계수는 배합설계의 영향을 현저하게 받았지만, 강도가 증가함에 따라 염화물 확산계수에 대한 혼화재 종류 및 치환율의 영향은 감소하였다. 이는 압축강도가 증가함에 따라 W/B의 감소와 결합재량의 증가로 인하여 콘크리트 내부 조직이 치밀해져 물리적인 저항능력이 향상되기 때문이다.
2에 나타내었다. 모든 배합은 변수와 관계없이 설계압축강도를 만족하였으며, 재령 7일까지 BS50의 압축강도는 F20보다 약 20% 정도 낮게 나타났다. 하지만 재령 7일 이후부터의 장기 압축강도는 BS50이 FA20보다 1.
Table 4는 시험체에 따른 유동성 실험결과와 감수제 및 공기연행제의 첨가율을 나타내었다. 모든 배합의 슬럼프와 공기량은 목표 성능을 만족하였으며, FA20과 BS50에 따른 유동성은 유사하게 나타났다. 감수제 사용량은 설계강도와 단위수량 대비 단위 분체량의 증가에 따라 사용량이 증가하였다.
시험체 온도는 실험실 온도보다 12.5~22.4℃ 높게 나타났으며, 24.9~38.2℃의 범위로 나타났다. 따라서 4.
중량감소율이 가장 높은 시험체는 FA20-28으로, 270cycle이후의 중량감소율에 대한 증가율은 감소하였으며, 300cycle에서의 감소율은 5.8%이었다. 한편, BS50의 300cycle 중량감소율은 평균 1.
원전 콘크리트의 탄산화 침투깊이 측정결과는 Table 5에 나타내었다. 탄산화 깊이는 압축강도가 증가함에 따라 현저히 줄어드는 경향이 나타났다. 특히 목표 압축강도가 28MPa에서 35MPa로 증가함에 따라 탄산화 깊이는 약 70% 저감되었다.
탄산화 깊이는 압축강도가 증가함에 따라 현저히 줄어드는 경향이 나타났다. 특히 목표 압축강도가 28MPa에서 35MPa로 증가함에 따라 탄산화 깊이는 약 70% 저감되었다. 일반적으로 압축강도가 증가함에 따라 W/B가 감소하여 콘크리트의 공극률이 감소하게 된다.
감마선 조사 전∙ 후의 화학적 구성성분의 변화는 FA20과 BS50이 유사한 경향을 나타내었다. 화학적 성분분석결과, 가장 많은 구성성분은 SiO2와 CaO성분이었으며, 전체 성분의 약 70%를 차지하고 있었다. 특히, SiO2는 가장 많은 부분을 구성하고 있으며, 감마선을 조사한 이후 SiO2 구성 비율의 증감과 압축강도의 증감은 유사한 경향을 나타냈다.
후속연구
일반적으로 SiO2와 CaO 성분은 C-S-H 상을 이루는 주요 화합물이며, 성분의 변화는 콘크리트 특성에 영향을 준다. 하지만 감마선의 영향을 정량적으로 평가하기 위해서는 TG-DTA를 통한 내부 수화구조 분해 평가 및 미세 구조분석을 통한 수화구조 파괴와 공극구조 분석 등의 다각적인 평가와 분석이 필요할 것으로 판단된다.
고로슬래그를 50% 치환한 콘크리트의 내구특성과 감마선 조사에 따른 압축강도 및 화학성분 검토 결과, 기존 원전 콘크리트와 유사한 성능을 나타내었다. 하지만 원전 콘크리트로 적용을 위해서는 시공성과 장기적인 내구성능, 중성자 및 감마선의 영향성, 차폐성능 등의 정량적인 평가와 추가적인 검토가 필요할 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
원자력발전소의 특징은 무엇인가?
원자력발전소는 다른 발전시설과 비교하여 원료의 높은 효율성과 안정적인 원료수급을 장점으로 전 세계적으로 약 430여기가 가동되고 있다. 최근 온실가스 저감에 대한 국제적인 의식의 확산으로 온실가스 배출 문제에선 친환경 에너지원으로 재조명받고 있다(KAIA 2013).
국내 원전구조물의 문제는 무엇인가?
국내 원전구조물은 냉각수의 취∙ 배수를 위해 해안가 지역에 위치하기 때문에 가동년수가 증가함에 따라 염해와 황산염을 비롯한 다양한 열화인자로 인한 손상이 발생하고 있다. 또한 원전 구조물 중 격납건물은 일반적으로 두께 1.
원전구조물에서 온도 균열의 제어가 필수적인 이유는 무엇인가?
국내 원전구조물은 냉각수의 취∙ 배수를 위해 해안가 지역에 위치하기 때문에 가동년수가 증가함에 따라 염해와 황산염을 비롯한 다양한 열화인자로 인한 손상이 발생하고 있다. 또한 원전 구조물 중 격납건물은 일반적으로 두께 1.2m의 철근 콘크리트 구조물로 구성되어 내∙ 외부 온도차에 의한 온도균열의 제어가 필수적이다(Mun et al. 2015).
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