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포틀랜드시멘트와 클링커의 수화모델을 이용한 자기치유 성능평가
Evaluation of Self-Healing Performance Using Hydration Model of Portland Cement and Clinker 원문보기

Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute = 한국건설순환자원학회 논문집, v.8 no.1, 2020년, pp.81 - 87  

최상현 (울산대학교 건설환경공학부) ,  박병선 ((재)한국건설생활환경시험연구원 건설기술연구센터) ,  차수원 (울산대학교 건설환경공학부)

초록
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본 연구에서는 자기치유 콘크리트의 배합에 따른 수화과정을 해석하였다. 시뮬레이션을 위해 열역학적 모델 GEMS를 사용하였으며, 시멘트 수화모델로 Parrot & Killoh의 경험적 모델을 미소수화열시험의 결과와의 비교분석을 통해 타당성을 검증하였고, 본 연구에서 바인더로 치환하여 사용하는 클링커의 수화모델을 제시하여 사용하였다. 클링커를 0%, 10%, 20%, 30%로 치환한 배합에 따른 시뮬레이션 결과로 클링커를 사용한 배합이 균열시점에서 자기치유물질 생성량이 대폭 증가하는 것으로 확인되었다. 그러나 치환율이 증가함에 따라 CSHQ와 Portlandite의 생성량이 감소해 콘크리트의 기본적 특성인 강도와 내구성에 영향을 주는 것으로 판단되며, 본 논문에서 고려한 자기치유 콘크리트 배합중 클링커를 10%를 치환한 SHP-10배합이 가장 효율적인 재료인 것으로 판단된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Crack control is essential to increase the durability of concrete significantly. Healing of crack can be controlled by rehydration of unreacted clinkers at the crack surface. In this paper, by comparing the results of isothermal calorimetry test and regression analysis, the Parrot & Killoh's cement ...

주제어

표/그림 (15)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 9 ∼ 12에 나타내었다. GEMS 시뮬레이션 결과는 Fig. 13과같이 시간에 따른 수화생성물량의 변화를 분석하여 자기치유에 유리한 배합을 제안하고자 한다. 모든 배합에 대한 시뮬레이션 수행 결과, 수화 초기부터 Alite(C2S), Belite(C3S), Ferrite(C4AF),Aluminate(C3A)가 급격하게 반응한다.
  • 그러나 추가적인 실험연구에 의하면 고로슬래그를 바인더로 치환한 배합보다 클링커를 시멘트의 입자보다 굵게 분쇄하여 바인더로 치환한 자기치유 콘크리트의 자기치유 성능이 뛰어남에따라 본 연구에서는 클링커를 바인더로 치환한 콘크리트의 배합을사용하였으며. 본 논문에서는 미소수화열시험을 통하여 시멘트 수화모델의 타당성을 검증하였고 클링커의 수화모델을 정식화하여자기치유성능을 평가하였다. 시뮬레이션에 사용된 배합은 클링커의 치환율(0%,10%, 20%, 30%)에 따라 분류하였으며 클링커의 치환율은 콘크리트의 기본적인 역학적 특성 유지를 위해 30% 이하의 범위에서 고려하였다.
  • 시뮬레이션에 사용된 배합은 클링커의 치환율(0%,10%, 20%, 30%)에 따라 분류하였으며 클링커의 치환율은 콘크리트의 기본적인 역학적 특성 유지를 위해 30% 이하의 범위에서 고려하였다. 본 연구는 시멘트와 클링커의 수화모델을 GEMS와 결합하여 시뮬레이션을 수행하였으며 이를 통하여 균열이후 자기치유에 기여하는 수화생성물의 양을 분석하여 자기치유에 가장 효율적인 시멘트계 재료를 제안하고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
Ettringite란 무엇인가? 4. 자기치유에 가장 유리한 수화생성물인 Ettringite의 생성량은Clinker를 치환하지 않은 SHP-0배합에서 가장 낮았으며Clinker를 치환한 배합인 SHP-10, 20, 30배합에서의 생성량은 차이가 없었다. 준안정성물질인 Ettiringite가 안정화됨에따라 생성되는 Monosulfate의 생성량은 SHP-0배합이 가장많았으며, Clinker를 사용한 배합인 SHP-10, 20, 30배합에서는 안정화되는 시기가 근소한 차이를 보일 뿐 최종 생성량은 동등한 수준으로 확인되었다.
시멘트의 주요요소는 무엇인가? 또한 동일 시간에서 시멘트의 주요요소인 Alite, Belite, Ferrite,Aluminate의 수화도는 SHP-0, SHP-10, SHP-20, SHP-30순으로 Clinker의 치환율이 증가함에 따라 감소하는 것으로 나타났다.이는 일반적인 시멘트의 직경보다 더 굵게 분쇄되어 사용된Clinker의 영향으로 판단되며, 콘크리트의 기본적인 역학적 특성인 강도와 내구성에 기여하는 CSHQ와 Portlandite의 생성량은 수화초기에는 큰 차이를 보이지않으나 재령 1일부터 차이를 보이는데 Clinker의 치환율이 증가함에 따라 CSHQ와 Portlandite의 생성량은 감소하는 것으로 나타났다.
자기치유생성물 산정은 어떻게 구성되나? (Fig. 1) 첫째균열이 발생하는 시점에서 수화된 시멘트와 미수화 시멘트를 정량화하는 것이다. 이는 실험적으로 정량화할 수 있고 지화학 프로그램을 이용하여 시뮬레이션할 수도 있다. 두 번째 단계는 이송모델을 이용하여 균열면에 용해되어 자기치유생성물을 만드는 이온의농도를 구하는 것이다. 세 번째 단계는 이온 농도로부터 자기치유생성물 양을 직접 계산하는 것이다.
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참고문헌 (8)

  1. Damidot, D., Lothenbach, B., Herfort, D., Glasser, F.P. (2011). Thermodynamics and cement science, Cement and Concrete Research, 41(7), 679-695. 

  2. Elakneswaran, Y., Owaki, E., Miyahara, S., Ogino, M., Maruya, T., Nawa, T. (2016). Hydration study of slag-blended cement based on thermodynamic considerations, Construction and Building Materials, 124, 615-625. 

  3. Lothenbach, B., Matschei, T., Moschner, G., Glasser, F.P. (2008a). Thermodynamic modelling of the effect of temperature on the hydration and porosity of Portland cement, Cement and Concrete Research, 38(1), 1-18. 

  4. Lothenbach, B., Le Saout, G., Gallucci, E., Scrivener, K. (2008b). Influence of limestone on the hydration of Portland cements, Cement and Concrete Research, 38(6), 848-860. 

  5. Lothenbach, B. (2010). Thermodynamic equilibrium calculations in cementitious systems, Materials and Structures, 43(10), 1413-1433. 

  6. Park, B.S., Hong, S.M. (2019). Self-healing characteristics of cement composites using clinker aggregates, Proceedings of Korea Concrete Institute Fall Convention, Korea Concrete Institute, 31(2), 629-630 [in Korean]. 

  7. Paul Scherrer Institut(PSI), Switzerland, (2018), http://gems.web.psi.ch/ 

  8. Yang, Y.T., Cha, S.W. (2017). Thermodynamic modelling of blast furnace slag blended cement composites, Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute, 5(4), 488-495 [In Korean]. 

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