Analysis of the Mechanical and Atomic Structural Recovery Characteristics of Portland Cement Paste Exposed to Heating and Rehydration Using Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy
- 연구책임자 : □ 연구개요 ■ 국내 화재의 약 63%는 (2017년) 건물화재가 차지하고 있으며 건물 대부분이 철근 콘크리트 구조(RC)로 이루어져 있음. 화재가 소화활동으로 진압되면 RC 구조체는 적절한 진단 및 보수를 거친 후 재이용 되는 것이 일반적이므로, 콘크리트에 가해지는 고온이나 소방활동 과정에 발생하는 수분 공급이 콘크리트의 물리 화학적 성질 및 성능에 미치는 영향은 RC 구조물의 재이용 시 건물 안전성 평가기준이 되는 매우 중요한 정보임. ■ 콘크리트의 성능은 물과 시멘트의 반응으로 생성되는 시멘트 경화체가 큰 역할을 차지하며, 가열에 의해 시멘트 경화체 중 칼슘 실리케이트 수화물(C-S-H)의 탈수 및 분해에 의해, 콘크리트의 역학적 성능이 크게 변화하는 것으로 알려져 있으나, 그 영향에 대한 메커니즘은 아직 명확히 밝혀진 바가 없음. 또한, 가열 후 수분공급에 의한 재수화 과정이 시멘트 경화체의 구조 및 역학특성에 미치는 영향에 대해서도 불분명함 . ■ 본 연구과제에서는, 다양한 화학 조성(Ca/Si)을 가지는 순수 합성 C-S-H와 시멘트 경화체를 제작하여, 재료과학 분야 첨단 분석방법 중 하나인 고체 29Si NMR 과 세계 최대 규모의 최첨단 가속기 X-선 산란(일본 SPring8)을 활용하여 “다양한 고온가열 및 재수화에 의한 시멘트 경화체의 구조 및 성능 회복 메커니즘”을 규명하고자 함. □ 연구 목표대비 연구결과 ■ 연구 목표 1. 수화물 구조해석 ● PDF와 NMR을 통하여 시멘트 수화물 중 가장 중요한 역할을 하는 C-S-H 분석하였음. ● C-S-H의 원자 간 거리 분석을 통하여 시멘트 경화체 내 C-S-H 변화에 대한 연구 진행. ● In-situ X-ray scattering 실험을 통하여 얻은 PDF와 XRD 결과를 토대로 나노 단위에서의 C-S-H 역학적 성능을 평가하는 방법을 제시함. ● Ca/Si 비율이 달라짐에 따라 역학적 성능에 차이를 보임을 증명함. ■ 연구 목표 2. 회복 성상 해석 ● 다양한 고온 환경 (200 ~ 1000℃) 및 재수화 조건 (시간, 상대습도)을 활용하여 시멘트 경화체 및 콘크리트 구조물의 회복 성능에 대하여 평가를 진행하였음. ● 29Si NMR, XRD, Microtest, Optical microscope, 밀도 측정기 등을 활용하여 여러 측면에서 회복성상을 관찰 하였음. ● 재수화 진행 시 C-S-H의 MCL과 시멘트 경화체의 압축강도의 선형적 관계를 파악하였음. ● 일부 나노물질의 혼입 시 (CNT, 나노 실리카) 회복 성상에 긍정적인 영향을 줄 수 있음을 관찰하였음. ■ 연구 목표 3. 화재피해 저감 및 회복 촉진 물질 도출 및 실용화 ● CNT를 시멘트 페이스트에 혼입 시 화재 발생 전과 후 모두 강도 증진이 발생하였음을 확인. ● 나노 실리카 혼입 시 재수화 과정을 진행 한 후 일반 포틀랜드 시멘트에 비하여 강도가 크게 증진된 것을 확인하였음. ● 분산성, 배향성 검토를 통한 최적의 나노 물질 혼입 방안 및 배합비 제시를 위한 기초연구 진행. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) ■ 본 연구에서 얻은 C-S-H의 역학성능 열화 및 회복 등의 매크로 스케일의 현상과 29Si NMR, 고 에너지 X-선 산란에서 도출한 분자 레벨의 해석 결과간의 상관성을 명백하게 밝혀냄으로서, 화재와 같은 고온피해를 입은 콘크리트 역학특성변화 매커니즘을 세계 최초로 순수 C-S-H의 특성에서부터 규명하는 것이 가능하다고 사료됨. 이는 시멘트계 재료인 콘크리트까지 확장 적용 가능한 기초 이론 자료로서 활용이 가능하며, 발표된 연구 내용은 추후 세계적으로 널리 인용될 것으로 사료됨. (출처 : 연구결과 요약문 2p)
- 주관연구기관 : 한양대학교
- 발행년도 : 20220300
- Keyword : http://click.ndsl.kr/servlet/OpenAPIFullTextView?keyValue=05787966&dbt=TRKO&cn=TRKO202200012911
