초록 ▼

연구개요
본 연구의 개요는 소각 X-선 산란실험(Small angle X-ray scattering, SAXS)과 X-선 흡수 광역 미세구조실험(Extended X-ray absorption fine structure, EXAFS)을 시멘트계 재료에 적용하여 그동안 간과되고 있었던 시멘트 경화체의 국부적인 나노구조 및 메조스케일에서의 구조를 명확하게 밝히고, 이를 밀도 범함수 이론을 이용하여 규명하는 것임.

연구 목표대비 연구결과
연구의 최종 목표는 현재까지 명확히 규명되지 않은 나노 수준에서의 시멘트 수화반

연구개요
본 연구의 개요는 소각 X-선 산란실험(Small angle X-ray scattering, SAXS)과 X-선 흡수 광역 미세구조실험(Extended X-ray absorption fine structure, EXAFS)을 시멘트계 재료에 적용하여 그동안 간과되고 있었던 시멘트 경화체의 국부적인 나노구조 및 메조스케일에서의 구조를 명확하게 밝히고, 이를 밀도 범함수 이론을 이용하여 규명하는 것임.

연구 목표대비 연구결과
연구의 최종 목표는 현재까지 명확히 규명되지 않은 나노 수준에서의 시멘트 수화반응, 수화생성물의 구조, 낮은 물/시멘트 콘크리트의 기본 구조, 여러 친환경 및 자기치유 혼화재(제)를 포함하는 콘크리트의 화학반응을 원론적으로 분석하는 것과 이것을 가능하도록 하는 고등분석법 및 모델링 기법을 정립하는 것임.
이러한 목표는 3년간 충실히 수행되었으며, 정량적인 목표도 초과하여 달성하였으며, 그 연구 요약은 아래와 같음.
∙ 1차년도 : 소각 X-선 산란(small angle X-ray scattering, SAXS) 측정이 가능한 장비를 실험실에 구축하였으며, 나노 수준에서의 시멘트 수화반응 및 수화물의 결정 성장이론에 관한 연구를 수행하였음.
∙ 2차년도 : 친환경, 자기치유 및 고강도/고성능 콘크리트에 포함된 다양한 수화물을 극 초기 재령부터 시간대 별 분석을 실시한다. 입자가속기의 연 X-선(soft X-ray) 흡 수분광법(absorption spectroscopy)을 이용한 EXAFS 실험을 통해, 나노-수준에서 시멘트 수화물의 분자 구조를 더욱 정밀하게 분석하였음.
∙ 3차년도 : SAXS을 기본으로 하는 시멘트계 재료의 나노 구조 해석법을 정립하였으며, 제안된 해석법을 바탕으로 다중규모(multi-scale) 모델을 개발하고, 이를 양자역학 기반의 밀도 범함수 이론(density functional theory, DFT)을 바탕으로 한 분자수준의 전산모사(simulation) 및 프랙탈(fractal) 해석을 활용하여 결정구조의 변화를 나노수준에서 분석하였음.
연구결과로는 건설재료 분야에서 가장 신기성(novelty)을 갖는 도전적인 주제를 다루는 본 연구로 3년간 총 7편의 SCI(E)논문을 JCR ranking 상위 저널에 게재하였음.

연구발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성)
건설재료분야의 원론적 연구를 선도하는 유럽지역을 중심으로 활동하는 Rilem에 한국대표로 Technical Committee 위원으로 활동하며, 본 과제의 연구 성과를 홍보 및 해외저명학술대회에서 발표하여 국내 건설 재료연구의 국제적 위상을 높이려 노력하였음.
향후 기대효과로는 콘크리트의 가장 중요한 구성요소인 시멘트재료의 성능을 고급해석방법을 적용하여 예측할 수 있는 방법론이 개발됨에 따라서, 다양한 산업부산물을 포함한 친환경 콘크리트 개발 및 적용에 응용될 수 있음. 즉, 산업부산물을 포함하게 되면 기존의 시멘트와의 화학적인 반응성이 역학적인 성능과 내구성에 가장 큰 영향을 미칠 수 있으며, 이러한 반응성을 소각 X-선 산란 방법 및 X-선 분광법을 이용하여 사전에 정량화 하여 시멘트계 재료에 긍정적인 영향을 미치는 산업부산물을 미리 선별하여 최대한으로 사용하는 것이 가능하며, 이러한 절차를 통하여 현재 시멘트 제조과정에서 발생하는 다량의 이산화탄소 배출을 줄여 정부에서 목표로하는 탄소중립에 가까워 질 수 있음. 또한, 갈수록 노후화되는 콘크리트 기반 건축물과 사회기반 시설을 보수 및 보강함에 따라서 보다 고성능 콘크리트 재료를 사용함에 따라서 기대수명 및 내구성을 획기적으로 증진시킬 수 있을 것으로 기대됨.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 4
• 1) 소각 X-선 산란 실험 및 해석법 정립 ... 4
• 2) 소각 X-선 산란실험법 시멘트 경화체 적용 ... 6
• 3) X-선 흡수 광역 미세구조 실험법 정립 ... 8
• 4) X-선 흡수 광역 미세구조 실험법 적용 ... 9
• 5) 밀도 범함수 이론 전산모사 ... 10
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 10
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 10
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 11
• 3) 목표 달성 수준 ... 11
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 12
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 12
• 6. 참고문헌 ... 13
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 14
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 17
• 끝페이지 ... 32