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핵심기술
원전콘크리트구조물의 사용재료성분과 배합구성, 환경조건을 이용, 미세구조 분석을 통한 콘크리트 구조물의 내구수명 예측
최종목표
원전 콘크리트구조물의 기본배합정보, 미세구조 분석 결과만을 이용하여 구조물의 현재 열화상태 분석, 구조건전성 평가기술을 개발. 미세구조 분석에 의한 원전구조물 건전성 평가 시스템 구축
개발내용 및 결과
콘크리트 내구성예측에 관련한 기존 모델식들을 비교분석 하여 가장 적합한 최신의 모델을 반영, 내구성예측을 진행하였으며, 기 건설된 원전콘크리트 구조물의 미세구조분석을 내구성예

핵심기술
원전콘크리트구조물의 사용재료성분과 배합구성, 환경조건을 이용, 미세구조 분석을 통한 콘크리트 구조물의 내구수명 예측
최종목표
원전 콘크리트구조물의 기본배합정보, 미세구조 분석 결과만을 이용하여 구조물의 현재 열화상태 분석, 구조건전성 평가기술을 개발. 미세구조 분석에 의한 원전구조물 건전성 평가 시스템 구축
개발내용 및 결과
콘크리트 내구성예측에 관련한 기존 모델식들을 비교분석 하여 가장 적합한 최신의 모델을 반영, 내구성예측을 진행하였으며, 기 건설된 원전콘크리트 구조물의 미세구조분석을 내구성예측에 반영하여 원전구조물 구조건전성 평가 통합시스템 구축
기술개발배경
원전구조물의 수명관리방안에 대한 중요성이 강조되고 있는 현실에도 불구하고 현재의 수명관리 수준은 육안으로 관찰 가능한 열화손상과 구조적인 결함 등에 대한 평가에 근거하고 있어, 보다 체계적이고 과학적인 방법인 콘크리트 미세구조 분석을 통한 워전 구조물의 내구성능 평가 기법의 개발이 필요
핵심개발기술의 의의
콘크리트 미세구조 분석에 의한 구조 건전성 평가기술은 국내외 콘크리트 분석에 대한 최신기술 도입과 더불어 기존 개발된 콘크리트 내구성능 예측 모델 보다 한층 업그레이드 된 기술이며 원전 기술 해외 진출 시 핵심 요소기술로 활용 가능함
적용분야
가동 중 원전 구조물의 수명관리 기법으로 활용
PSR 및 계속운전 타당성 평가 시 구조물 분야 기본 Tool 활용
정보규제기관 지적사항 해결에 활용
원전기술 해외 진출 시 핵심 요소기술로 활용

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 기술개발사업 최종보고서 초록 ... 3
• 기술개발사업 주요 연구성과 ... 7
• 목 차 ... 19
• 표 차 례 ... 23
• 그 림 차 례 ... 25
• 제 1 장 서 론 ... 32
• 제 1 절 개요 ... 32
• 제 2 절 연구의 목표 및 내용 ... 34
• 제 2 장 원전구조물 열화메카니즘 및 분석방법 ... 35
• 제 1 절 원전구조물의 열화요인에 대한 연구동향 ... 35
• 1. 염해 ... 35
• 2. 탄산화 ... 38
• 3. 황산염 ... 42
• 4. 동결융해 ... 46
• 5. 미생물 ... 48
• 가. 콘크리트 구조물에 영향을 미치는 미생물 ... 48
• 나. 미생물에 의한 콘크리트의 열화현상 ... 49
• 제 2 절 전자화학적 분석기법 ... 53
• 1. SEM ... 53
• 2. XRD ... 54
• 3. XRF ... 56
• 4. FT-IR ... 58
• 5. TG-DTA ... 59
• 제 3 장 콘크리트 열화 분석을 위한 예비실험 ... 61
• 제 1 절 순수 결정의 제조 및 SEM, XRD 분석 ... 61
• 1. 화학물질 순수결정 제조 ... 61
• 2. SEM을 이용한 순수결정 분석 ... 64
• 3. XRD을 이용한 순수결정 분석 ... 70
• 제 2 절 콘크리트 내의 결정 특성 분석 ... 76
• 1. 실험방법 ... 76
• 2. 순수 C2S 및 C3S의 고찰 ... 78
• 가. SEM 분석 ... 78
• 나. XRD 분석 ... 81
• 제 3 절 플라이애쉬 콘크리트의 미세구조 변화 ... 84
• 1. 연구개요 ... 84
• 2. 실험계획 및 방법 ... 84
• 가. 실험계획 ... 84
• 나. 사용재료 ... 84
• 다. 실험방법 ... 85
• 3. 분석결과 ... 87
• 가. XRD 분석결과 ... 87
• 나. SEM 분석결과 ... 88
• 4. 소결 ... 90
• 제 4 절 열화를 받은 콘크리트에 대한 미세구조 분석기법 적용 ... 91
• 1. 연구개요 ... 91
• 2. 실험계획 및 방법 ... 91
• 가. 실험계획 ... 91
• 나. 사용재료 ... 91
• 다. 실험방법 ... 92
• 3. 분석결과 ... 94
• 가. 염해에 따른 분석결과 ... 95
• 나. 탄산화에 따른 분석결과 ... 97
• 4. 소결 ... 101
• 제 4 장 열화촉진실험 ... 102
• 제 1 절 열화촉진실험 개요 ... 102
• 1. 열화인자별 원전 구조물에 대한 영향 ... 102
• 2. 열화 촉진실험 시편 제작 ... 103
• 가. 적용배합 ... 103
• 나. 제작항목 ... 104
• 다. 시편제작 ... 105
• 제 2 절 주요인자별 열화촉진실험 ... 108
• 1. 탄산화 시험 ... 108
• 가. 시험체 제작 ... 108
• 나. 실험 방법 ... 109
• 다. 실험결과 ... 109
• 2. 동결융해 ... 111
• 가. 시험체 제작 ... 111
• 나. 페이스트 및 모르터 동결·융해용 시편제작 ... 111
• 다. 콘크리트 동결·융해용 시편제작 ... 111
• 라. 실험방법 ... 112
• 마. 실험결과 ... 114
• 3. 황산염 침식 ... 115
• 가. 시험체 제작 ... 115
• 나. 실험방법 ... 116
• 다. 실험결과 ... 117
• 4. 염해 ... 118
• 가. 시험체 제작 ... 118
• 제 5 장 콘크리트의 미세구조 변화 분석 ... 120
• 제 1 절 열화된 콘크리트의 미세구조 변화 분석 ... 120
• 1. 열화 요인에 따른 공극구조, 공극량 변화 ... 120
• 가. 분석방법 ... 120
• 나. 동결융해 시험 ... 120
• 다. 탄산화 ... 123
• 라. 황산염 침식 ... 126
• 2. 적외선분광분석법(FT-IR)을 이용한 열화요인별 분석 ... 127
• 가. 탄산화 ... 127
• 3. 시차열중량분석법(DT-TGA)을 이용한 열화요인별 분석 ... 130
• 가. 탄산화 ... 130
• 나. 황산염 침식 ... 134
• 4. X-선 회절분석법(XRD)을 이용한 열화요인별 분석 ... 136
• 가. 탄산화 ... 136
• 제 2 절 열화 요인에 따른 이미지 분석 ... 138
• 1. SEM 분석 ... 138
• 가. 탄산화 ... 138
• 나. 황산염 침식 ... 139
• 2. Thin Section 분석 ... 140
• 가. 분석방법 및 특징 ... 140
• 3. BSE 분석 ... 141
• 가. 분석방법 및 특징 ... 141
• 나. Image capture ... 143
• 다. Quantification of hydration products ... 143
• 라. Distribution of hydration products ... 144
• 제 3 절 분석결과를 통한 모델식 구축 ... 151
• 1. 압축강도 ... 151
• 2. 염화물확산실험 ... 152
• 가. 염화물확산촉진실험 (Rapid Chloride Permeability Test : RCPT) ... 152
• 나. 강도와 확산계수의 관계 ... 154
• 다. 침지시험 ... 155
• 3. 촉진탄산화실험 ... 156
• 4. 황산염 침식 ... 157
• 5. 동결융해 ... 158
• 제 6 장 콘크리트 미세구조 및 체적변화를 고려한 통합 해석프로그램 개발 ... 159
• 제 1 절 통합해석 프로그램의 필요성 및 관련 연구동향 ... 159
• 1. 서론 ... 159
• 2. 콘크리트 미세구조 분석 관련 연구동향 고찰 ... 159
• 제 2 절 시멘트 수화반응 고찰 ... 161
• 1. 시멘트의 화학조성 ... 161
• 가. 수경성 포틀랜드시멘트의 화학조성 ... 161
• 나. 광물학적 조성 ... 162
• 다. 주요조성광물의 성질 ... 163
• 라. 부성분 ... 165
• 마. Bogue법에 의한 화합물 조성 ... 168
• 2. 시멘트 수화반응 및 콘크리트 ... 168
• 가. 시멘트의 응결 ... 168
• 나. 시멘트의 수화반응 ... 169
• 다. 시멘트페이스트의 조직구조 생성 ... 171
• 라. 수화반응에 영향을 미치는 인자 ... 171
• 제 3 절 미세공극구조 발현 모델 비교 ... 175
• 1. EMHYD3D 모델 ... 175
• 2. Navi 모델 ... 177
• 3. DuCOM 모델 ... 179
• 4. HYMOSTRUC 모델 ... 180
• 5. 모델 검토 결과 ... 182
• 제 4 절 콘크리트 수화반응 및 내구성 예측 프로그램 개발 ... 184
• 1. 수화반응 및 미세조직구조 발현 예측 모델 ... 185
• 가. 수화반응 모델 ... 185
• 나. 미세공극구조 발현 예측 모델 ... 191
• 다. 강도 및 탄성계수 예측 모델 ... 197
• 2. 염해 예측 모델 ... 198
• 가. 이론적 배경 검토 ... 198
• 나. 염해 모델 구축 ... 200
• 3. 탄산화 예측 모델 ... 202
• 가. 이론적 배경 검토 ... 202
• 나. 탄산화 모델 구축 ... 203
• 4. 황산염해 예측 모델 ... 205
• 5. 동결융해 예측 모델 ... 206
• 제 5 절 프로그램 개발 ... 207
• 1. 개발 프로그램 개요 ... 207
• 2. 실험결과 및 개발 프로그램 예측결과 비교 ... 210
• 가. MIP ... 211
• 나. BET ... 212
• 3. 내구성능 예측 예 (신고리) ... 218
• 제 6 절 소결 ... 222
• 제 7 장 연구결과의 적용 예 및 결론 ... 223
• 제 1 절 월성 원전 1호기 제 2제어건물의 Core 분석결과 ... 223
• 1. 공극량, 공극구조 분석결과 ... 223
• 가. 공극구조 분석결과 ... 223
• 나. 공극량 분석결과 ... 224
• 2. 시차열중량분석(DT-TGA) 결과 ... 226
• 3. X-선 회절분석법 (XRD) 결과 ... 227
• 4. Core 분석결과를 통한 구조건전성 평가 ... 229
• 참고문헌 ... 231