Analysis of steel fiber orientation and distribution in high-performance concrete column using Micro-CT

박태훈 한양대학교 대학원 2020 국내석사

Evaluation of hydration characteristics and mechanical performance according to limestone powder ratio of limestone calcined clay cement (LC3) using domestic low-quality kaolin clay

문제근 한양대학교 대학원 2023 국내석사

This study evaluated the hydration characteristics and mechanical performance of LC3 according to the ratio of limestone powder to derive the suitability of domestic low-quaility kaolin as a raw material for LC3 by defining the optimal weight ratio of domestic low-quality kaolin and limestone powder. The samples were fabricated by substituting the limestone powder by 0, 5, 10, and 15 wt.% into quartz powder with similar particle size (named as LS0, LS5, LS10, and LS15 respectively). Quantitative X-ray diffraction analysis by Rietveld refinement, differential thermogravimetry (TG/DTG), and isothermal calorimetry were used to analyze hydration reaction and the resulting products. Compressive strength test, mercury intrusion porosimetry, and electrical resistance test were performed to measure the mechanical properties and porosity. As a result, as the amount of limestone powder increased in LC3, clinker hydration was promoted by Ca2+ ions and formation of carboaluminate phase was observed, resulting in high compressive strength and low porosity at an early stage. However, after 7th day of hydration, LS10 formed more hydrates and indicated higher compressive strength than LS15, where the highest amount of limestone powder was incorporated. LS15 was estimated to contain excess amount of limestone powder which reduced the pore solution and voids required for the precipitation and growth of pozzolanic reaction products at the later stage. 본 연구는 시장에서 수요조건에 적합하지 않아 사장되는 국산 저품질 고령토를 SCM으로 활용하기 위해 석회석 소성점토 시멘트(LC3)의 원료로써의 가능성과 국산 저품질 고령토와 석회석 미분말의 최적의 중량비를 도출하기 위해 석회석 미분말의 비율에 따른 LC3의 수화특성 및 기계적 성능을 평가하였다. 수화반응성과 그에 따른 수화물의 형성을 분석하기 위해 X-선 회절 분석(X-ray powder diffraction, XRD), 시차 열중량 분석(Thermogravimetry, TG/DTG), 등온 열량측정(Isothermal calorimetry)을 사용하였으며, 기계적 특성과 공극률, 이온특성을 평가하기 위해 압축강도, MIP와 전기저항성을 측정하였다. 분석결과, 수화 초기에 석회석 미분말의 함량이 증가할수록 Ca2+ 이온이 공급되어 클링커의 수화를 가속시키고 유도기간을 단축시키기 때문에 빠른 반응성을 나타내고 많은 수화물을 형성하여 높은 압축강도와 낮은 공극률을 나타내었다. 하지만 수화 7일차부터 석회석 미분말의 함량이 가장 높은 LS15보다 LS10이 더 많은 수화물을 형성하고 높은 압축강도를 발현하는 것을 확인했다. 이는 수화초기 과량의 카르보알루미네이트 수화물을 형성한 LS15는 카르보알루미네이트 수화물을 형성하는데 포졸란 반응에 필요한 수산화칼슘과 물을 소모하여 수화물이 침전되는데 필요한 필요한 공극용액을 감소시키고 형성된 카르보알루미네이트 수화물이 다른 수화물들의 성장에 필요한 공간을 제한했기 때문으로 추측된다.

반복적인 균열 발생 부위에 적용한 구체방수재를 혼입한 시멘트 모르타르 보수 효과

이은진 한양대학교 공학대학원 2022 국내석사

 Reinforced concrete is a strong and relatively inexpensive construction material, so it has been used all around the world. The reason is that its raw materials such as limestone and aggregate are abundant, so it is easy to be supplied compared to the other building materials, and the cost is low and thus its economic feasibility is excellent. In addition, as long as the rebar is not corroded, it could be semi-permanent, but a crack is the most representative cause, which makes its lifespan to be reduced. If microcracks occurred in the concrete structure in the early stage, its usability is severely influenced and its maintenance cost becomes high. Some nations in the world invest and make an effort for the structure maintenance as much as they cannot afford. In order to minimize the cost of repair and restoration of large-scale old civil infrastructure, various researchers are dealing with crack repair strategies.  In order to reduce cracks, it is ideal to prevent cracks by adjusting a mixture design from a mixing phase of ready-mixed concrete, but it costs a lot to use admixture and compound and to change adjusting the mixture design. Due to this burden, most construction sites are conducting post-construction maintenance that repairs cracks after pouring if cracks take place. The allowable crack size in Korea is up to 0.41mm, which could be a potential factor that is possible to reduce the durability of concrete because harmful substances penetrate into the concrete and they cause premature aging of a structure. Since this has long-term negative effects, such as corrosion of reinforcing bars in concrete, deterioration of durability and strength, and shortening lifespan of a structure, repairing cracks has to be conducted. In addition, since it is difficult to repair microcracks of 0.3 mm or less by the impregnation method, the surface treatment system is applied to repair them. When repairing cracks with cement mortar mixed with a waterproofing admixture material in the areas including microcracks, it could be possible to enable crack closure against those repetitive cracks due to self-healing performance of the waterproofing admixture material, so it has advantages to maintain a structure easily.  Existing research data on the waterproofing admixture material are mostly related to liquid-type materials, and other researches are scarce focusing on powder-type materials. This study is to examine the crack repair effects of cement mortar mixed with a waterproofing admixture material.  This study proposes the repair effect of cement mortar mixed with a  waterproofing admixture material, applied to repetitive cracks. This study utilized dry mortar cement of S company, which is commercially available in Korea, and two types of waterproofing admixture materials for mortar (A, B). This study set 0.20% of water/cement value (W/C) for the mortar mixed with the waterproofing admixture materials, and it included the waterproofing admixture materials as much as its manufacturer’s recommendation (A: 5%, B: 9%). This study prepared samples, and cured them for 28 days, and then it produced artificial cracks and conducted microscopic observation for a certain period of time. This study confirmed the crack width to be reduced through microscopic observation, and it checked their chemical composition. In fact, this study carried out crack repair at the S construction site in Sinnae-dong in Seoul and it confirmed the usability and applicability of the site. It selected cracks three months after the pouring and it conducted repair by using the surface treatment system with cement mortar mixed with the waterproofing admixture material. It observed whether the cracks were closed or not by supplying moisture continuously on some areas only in which cracks had occurred again after the repair of cracks. The A waterproofing admixture material showed partial crack closure after seven days. The B waterproofing admixture material showed partial crack closure in two areas out of three after 14 days while moisture supplied, but it cannot identify crack closure on the one area because of broken mortar.   Based on these experimental results, this study confirmed the effects on crack repair of cement mortar mixed with waterproofing admixture materials, but this method has a limit that the effects on crack closure are not sustainable if not moisture is supplied continuously. It is necessary to conduct further research with a consideration on this point. 철근콘크리트는 견고하고 비교적 저렴한 건축 자재로 전 세계적으로 널리 사용되고 있다. 그 이유는 콘크리트의 원료인 석회석, 골재 등 천연자원이 풍부하여 다른 건축 자재보다 공급이 용이하고 비용이 저렴하여 경제성이 우수하기 때문이다. 더불어 철근이 부식하지 않는 한 반영구적이나 구조물 수명 저감의 가장 대표적인 원인으로 균열을 꼽을 수 있다. 콘크리트 구조물의 미세균열이 조기에 형성될 경우 사용성에 심각한 영향을 미치고 유지 보수비용 또한 높다. 구조물 유지 관리에는 전 세계 몇 국가에서 감당할 수 없는 엄청난 반복적인 투자와 노력을 하고 있으며 균열로 인한 노후화에 직면한 대규모 토목 기반 시설의 수리 및 복구비용을 최소화를 위해 다방면으로 균열 보수 전략들이 연구되고 있다. 보통 균열 저감을 위하여 레디믹스트 콘크리트 배합 단계부터 배합 설계 조정해 균열을 예방하는 방법이 이상적이나 균열 예방을 위한 혼화재·혼화제 사용, 배합 변경으로 인한 고가의 비용이 들어간다. 이러한 부담으로 대부분의 현장에서는 타설 이후 균열 발생 시 보수하는 사후시공관리를 하고 있다. 우리나라의 허용균열은 최대 0.41mm로 콘크리트 내부로 유해 물질의 침투로 콘크리트 내구성을 저하시킬 수 있는 잠재적인 인자로 작용하여 구조물의 조기 노화를 유발하게 된다. 이로 인해 콘크리트의 철근 부식, 내구성 및 강도 저하, 구조물의 수명을 단축시키는 등 장기적으로 부정적인 영향을 미치므로 균열에 대한 보수는 반드시 시행되어야 한다. 또한, 0.3mm 이하의 미세균열은 주입 공법에 의한 보수가 어렵기 때문에 표면처리 공법을 적용하여 보수를 실시한다. 미세균열 발생 부위에 구체방수재를 혼입한 시멘트 모르타르로 균열 보수할 경우, 구체방수재의 자가치유 성능으로 반복적인 균열에 대하여 균열 폐쇄가 가능해지므로 구조물 유지 관리가 용이하다는 장점이 있다. 구체방수재에 대한 기존 연구 자료는 액체형 구체방수제에 대한 연구가 대부분이며 분말형 구체방수재에 대한 연구는 부족한 실정이다. 본 연구는 구체방수재를 혼입한 시멘트 모르타르의 균열 보수 효과를 검토하고자 한다. 본 연구는 반복적인 균열 발생 부위에 적용한 구체방수재를 혼입한 시멘트 모르타르 보수 효과를 제안하고자 한다. 현재 국내에서 시판중인 S사 건조 모르타르 시멘트와 2종류의 모르타르용 구체방수재(A, B)를 사용하였다. 구체방수재를 혼입한 모르타르를 물/시멘트값(W/C) 0.20%로 설정하고 구체방수재는 제조사에서 권장하는 사용량만큼(A: 5%, B: 9%) 첨가하였다. 표본 제작하였고 28일 양생 후 인위적인 균열을 제작하여 일정 기간 현미경 관찰을 실시하였다. 현미경 관찰을 통해 균열 폭 감소를 확인하고 이에 대한 화학성분을 확인하였다. 실제로 서울특별시 신내동 S 건설 현장에서 균열 보수 실시하여 현장의 사용성과 적용성을 확인하였다. 타설 완료 3개월 이상 지난 부위에 발생한 균열을 선정하여 구체방수재를 혼입한 시멘트 모르타르로 균열 표면처리 공법으로 보수를 실시했다. 보수된 균열 중 균열이 재발생된 부위에 한하여 지속적인 수분 공급을 실시하여 균열 폐쇄가 이루어지는지 유관 관찰 진행하였다. 구체방수재A는 7일이 지난 후부터 부분적인 균열 폐쇄가 이루어졌고 구체방수재B는 수분 공급 중 14일이 지난 후 3곳 중 2곳에서 부분적인 균열 폐쇄가 이루어졌으며 다른 1곳은 모르타르 깨짐으로 균열 폐쇄 확인이 어려웠다. 이러한 실험 결과로 보아 본 연구에서는 구체방수재를 혼입한 시멘트 모르타르 균열 보수에 대한 효과를 확인하였으나 수분 공급이 이루어지지 않을 경우 균열 폐쇄에 대한 효과가 지속적이지 못하다는 한계점을 지닌다. 아울러 이러한 점을 고려하여 추후 연구가 이루어져야 할 필요가 있다.

무근콘크리트의 균열 저감방안에 대한 사례 연구 및 실용성 분석

황종현 한양대학교 공학대학원 2021 국내석사

지하주차장 바닥 무근콘크리트의 균열발생 원인은 콘크리트의 재료적 특성 이외에 무근콘크리트의 표면의 온도와 내면의 온도차로 인하여 컬링 변형 발생 후 차량 이동에 따른 충격하중으로 균열이 발생하게 된다. 또한 배합 및 양생관리 여부에 따라 무근콘크리트 표면 박리, 건조수축균열 등이 발생하기도 한다. 무근콘크리트 마감면의 균열은 단기간 보수가 어려워 시공자와 사용자간의 잦은 하자분쟁 요인이 되기도 한다. 때문에 대다수의 건설사들은 무근콘크리트의 균열 및 하자를 최소화하기 위해 많은 연구를 거듭하고 있다. 본 연구 2 ~ 3장 에서는 균열발생 원인에 대한 이론적 고찰과 더불어 무근콘크리트 균열을 저감시키기 위한 다양한 연구사례를 살펴보고 시공적, 경제적인 관점에서 현업에 적용할 수 있는 사례들을 비교 분석하였다. 제 4장 에서는 기존 연구사례 분석을 통해 균열 저감 성능이 기대되는 콘크리트 배합계획을 결정하고 배합별 실험 결과를 비교 분석하였다. 본 연구에서는 현업에서 주로 사용되고 있는 섬유보강재 2종(나일론, 황마)과 고강도콘크리트 제조에 사용되는 폴리카르본산계 고성능AE감수제를 적용하였다. 제 5장 결론에서는 실험결과 분석을 통한 연구의 결과를 요약, 정리하고 경제적·효율적 측면에서 실험 전/후의 결과를 비교 분석하였다.  The reason why non-reinforced concrete in underground parking lots was cracked is caused by impact load of moving vehicles after curling effects, which is caused by temperature gap between its surface and its floor as well as material properties of the concrete. In addition, depending on the mixing and curing management, defects such as surface peeling of non-reinforced concrete and drying shrinkage cracks would occur.  It is difficult to repair cracks in the finished surface of non-reinforced concrete in a short period of time, so it could lead to frequent defect disputes between builders and residents. Therefore, most construction companies are conducting a lot of research to minimize cracks and defects in non-reinforced concrete.   In chapter 2 and chapter 3, this study operated theoretical considerations on the causes of cracks, also it researched various research cases to reduce cracks in non-reinforced concrete, and it compared and analyzed many practical cases that could be applied to the actual fields from a constructional and economic perspective. In Chapter 4, this study determined the concrete mixing plan, expecting crack reduction performance through the analysis of preceding research cases, and it compared and analyzed the experimental results of each mixing plan. This study applied two types of fiber reinforced materials (nylon, jute), mainly used in the field, and also it applied a polycarboxylic acid-based high-range AE water reducer, used in the manufacture of high-strength concrete.   In the conclusion of Chapter 5, this study summarized and arranged the results through the analysis of the experiments, and it compared and analyzed results before and after the experiment in terms of economic and efficiency.

폭발하중에 의한 방호시설물의 구조안전성에 관한 연구

박형준 한양대학교 공학대학원 2022 국내석사

군사시설물은 구조적으로 방호구조물을 의미하며, 보통 근접폭발에 저항하거나 그 영향력을 감소하기 위해 설계된다. 현재는 무기가 매우 고도화되고 있으며, 현존하는 무기 중에서 가장 강력한 것은 수소폭탄을 포함한 핵무기이다. 파괴력과 속도라는 두 가지 측면에서 재래식 어떤 무기보다 강력하기 때문이다. 폭발압력에 대한 방호구조물이 평가요소 중 하나가 폭발하중에 대한 구조물의 신뢰성 있는 방호력 평가이다. 폭발하중을 받는 구조물에 대한 가장 확실한 방호성능 검증 방법은 실증실험이지만 신뢰성 있는 실험결과를 확보기 위해서는 충분한 실험 횟수와 많은 비용이 소비된다. 방호성능은 군사시설물의 종류 및 목적에 따라 상기 기준에 명시되어 있으며 이 요구조건에 맞도록 시설물의 각 구조부재가 설계된다. 방호구조물 설계자는 무기효과를 분석 후 구조부재를 설계 한 후 구조물 전체의 안전을 방폭실험을 통해 평가하여야 하나 현실적으로 많은 제약이 따른다. 군사시설물은 목적에 따른 방호성능을 확보해야 한다. 그러나 무기체계가 급속히 고도화되고 있으며, 방호설계 부분은 실증 등의 검증이 필요하므로 무기체계와 부합하여 방호능력을 평가하기에는 시간이 필요한 것이 현실이다. 본 연구에는 현재의 방호시설물에 대한 이격거리 기준이 급속히 발달하고 있는 무기체계에 적절한지 검토한다. 이때 방호시설물의 이격거리 기준에 대해서 폭발에 의한 영향범위 산정은 Scaling 법칙을 사용하고, 과압에 의한 건물의 영향은 Probit 모델을 적용하여 폭발물의 양변화에 따른 방호시설물의 영향을 분석하였다  Military facilities structurally mean protective structures, and it is usually designed to resist close-up explosions or to reduce their impact.  Now days, weapons have become very advanced, and among them, it is the most powerful weapons that are nuclear weapons, including hydrogen bombs. It is because those weapons are more powerful than any other conventional weapons in terms of destructive power and speed.   One of the evaluation factors of the protective structures against explosion pressure is the reliable evaluation of protective power against blast loading. The most reliable method to verify the protective performance of the protective structures under blast loading is an empirical test, but it costs a number of tests and much money to have reliable test results.   Levels of the protection performance are specified on the above standards depending on types and purposes of military facilities, and each structural member of the military facilities is designed to meet the standards. It is necessary that after analyzing the impact of each weapon a designer of the protective structures makes a plan of the structural member and then the designed structure must be evaluated through explosion-proof tests, but in fact there are many limitations for this process. The military facilities have to secure protective performance depending on their purposes. However, it is true that it takes time to evaluate their protective performance along with the weapon system because contemporary weapons become rapidly advanced and it is needed to verify the performance of protective structure designs through empirical tests.   This study researched whether a current separation distance standard for protective structures is appropriate for a rapidly developing weapon system. In a case of separation distance standard, this study utilized the scaling rule to calculate a range of explosion impact, and it applied the Probit model to verify impact caused by overpressure from explosion, and then it analyzed the impact on the protective structures depending on the amount changes of explosives.

콘크리트 3D 프린팅 방식으로 시공한 비정형 건축물의 시공타당성 연구 및 경제성 분석

박병호 한양대학교 공학대학원 2021 국내석사

비정형 건축물을 제작하기 위해서는 목재 CNC방식을 통한 곡선형 거푸집 사용으로 인해 많은 건축폐기물 발생하고 있으며 많은 인건비가 발생한다. 이로 인해서 함께 심각한 자연회손이 발생하고 있다. 3D프린팅방식을 통한 비정형 콘크리트 건축을 위한 효율성 및 경제성 제고 방안을 위한 연구로써 비정형 건축물의 철근을 제외한 콘크리트 벽체공사를 포함하는 시공단계로 연구 범위를 한정한다. 거푸집 방식과 콘크리트 3D프린팅 방식을 비교하고 사례연구 분석과 폴리머 3D 프린터 모형제작실험을 통하여 동일한 벽체면적을 제한하고 정형 모델부터 비정형 모델까지 5가지 타입을 출력하므로서 형태별 출력시간을 산출하여 비정형 건축의 시공 효율성과 생산성을 파악하였다. 이와 함께 정형 건축물부터 비정형 건축물 까지 5가지 모델의 거푸집 장식과 콘크리트3D 프린트 방식을 비교하여 예상 건축비용을 산출하였다. 거푸집 방식의 정형 건축물의 경우 표준품셈 방식과 원가계산방식을 모두 적용하였고 실적데이터가 부족한 비정형 건축물 4가지 TYPE의 경우 표준품셈방식으로 공사비를 산출하였다. 콘크리트 3D 프린트 방식의 건축의 경우 국내 건축에 적용된 사례가 부족하여 실적사례를 기반으로 한 건축비용 산출은 불가능 하여 가상의 시나리오를 적용하여 5가지 모델의 공사비를 표준품셈에 의한 방식을 적용 하였고 표준 품셈이 적용되지 않는 새로운 공법은 기존 유사한 공정중에서 비교하여 적용 하였다. 콘크리트 3D 프린트의 장비 금액을 확인 하기 위하여 콘크리트 3D 프린팅 장비를 생산하는 유럽의 3社에 의뢰하여 장비금액 데이트를 받아 평균 값을 적용시켜 공사비를 산출 하였다. 5가지 형태의 벽체별로 거푸집 방식과 콘크리트3D 프린팅 방식의 건축비와 시공기간을 산출하였으며 이를 비교 하여 콘크리트 3D 프린팅 방식의 효율성과 시공타당성을 재료적, 인력 및 공사 시간을 비교 하였으며 이와 함께 콘크리트 3D 프린트 방식으로 건축시 정형 건축물과 비정형 건축물의 생상성 지수를 분석하였다. 앞선 연구결과를 토대로 콘크리트 3D프린트이 향후 가능성을 확인하는 동시에 현제 콘크리트 3D 프린트 방식의 문제점과 한계를 파악하고 해결과제를 제시하였다.  In order to construct freeform architecture, a lot of construction waste has been produced due to utilizing curved formworks through CNC machining of wood, and a lot of labor costs have been spent. In addition, it brought severe damage to nature. This study is for improving efficiency and economic feasibility of freeform concrete construction by using 3D printing methods. It restricted the research scope into construction stage including concrete wall which excludes reinforcement of a freefrom structure. As comparing the formwork method and the concrete 3D printing method, analyzing case studies, and conducting 3D printer modeling experiments, this study produced five types of buildings from a standard model to a freeform model by limiting the same sized wall area, and then it calculated printing time of each type so that it could verify construction efficiency and productivity of the freeform architecture.   In addition, this study estimated probable cost for construction by comparing the formwork method and the concrete 3D printing method of the five models from the standard modeling architecture to freeform modeling architecture.   In the case of a standard structure from the formwork method, this study applied both a standard estimate process and a cost calculation process. In the case of the four types of freeform architecture, which has few historical data, this study applied a standard estimate process.  In the case of the concrete 3D printing method, it was impossible to calculate construction cost based on historical data because of few domestic cases, so this study adopted the standard estimate process to calculate construction cost of the five models, by applying a hypothetical scenario. In the case of a new construction method that the standard estimate process could not be applied, this study compared and adopted a previous similar case. In order to identify the cost of 3D printing equipment, it asked three european companies, which produce the 3D printing equipment, their price data, and it calculated construction cost by applying the average cost of them. This study calculated construction cost and period of the formwork method and the concrete 3D printing method of each wall type from the five types. By comparing those, it analyzed efficiency and construction feasibility of the concrete 3D printing method depending on material, labor, and construction period. At the same time in the case of construction with the concrete 3D printing method, this study analyzed productivity index of the standard architecture and freeform architecture. Based on previous research results, this study verified the future possibility of concrete 3D printing and simultaneously it identified problems and limitations of the 3D printing method and suggested its solutions. 

저탄소 콘크리트의 건설 현장 적용에 따른 CO2 저감효과 및 경제성에 관한 연구

최원범 한양대학교 공학대학원 2022 국내석사

전 세계적으로 지구 온난화 및 이상기후의 원인이 되는 CO2를 저감하기 위하여 탄소배출량 저감 정책이 주요 이슈로 부각되고 있다. 이와 같은 탄소 배출량 저감의 노력은 건설산업에서도 발생하기에 많은 영향을 받는다. 일반적으로 건설 현장에서 사용되는 시멘트는 생산량의 약 90%가 CO2로 배출이 된다. 그러므로 산업부산물인 혼화재를 혼합하여 시멘트의 사용량을 줄임으로써 탄소를 저감할 수 있다. 따라서 혼화재 종류에 따른 저탄소 시멘트의 종류에 대하여 알아보고, 그에 따른 성질을 비교하여 가장 적합한 친환경 저탄소 시멘트를 석회석 미분말을 15% 혼합한 콘크리트로 선정하였고, 실제로 건설 현장에 적용 시 원가절감률과 CO2 저감률을 판단하였다. 본 연구에서는 저탄소 시멘트의 종류는 현재 국내, 외에서 가장 많이 연구 중인 석회석 미분말 시멘트, 석회석 소성 점토 시멘트, 고로슬래그 미분말 시멘트 그리고 보통 포틀랜드 시멘트를 사용하지 않고 고로슬래그 미분말과 플라이애시만으로 구성된 제로(Zero) 시멘트인 지오폴리머 총 네 가지의 시멘트를 선정하였으며, 각각의 콘크리트의 비교 물성은 슬럼프 값, 압축강도 값, 탄산화(중성화) 저항성 및 내염성(염소이온 확산계수) 수집하여 비교 분석하여 가장 사용이 적합한 콘크리트을 선정하여 물가정보지 및 실제 거래가격을 취합하여 배합에 따른 원가를 산출하였다. 저탄소 시멘트의 CO2의 배출량은 제품 기능 단위당 생산에 필요한 원료의 채취, 생산, 수송, 유통, 사용, 폐기까지의 제품의 시스템으로 투입되는 양과 산출되는 양을 목록화한 전 과정 목록분석을 통하여 산출하였으며, 이에 따라 본 연구에서는 일반건축물, 지식산업센터, 아파트 신축공사 현장에서 사용되는 콘크리트의 물량과 가격에 대한 정보를 수집하여, 현장에 적용 시 원가의 절감과 CO2의 저감량에 대하여 확인하였다. 그 결과 10.92%의 원가 절감률을 나타내었으며, CO2 저감률은 약 23.97%로 나타났다. 현재 LSP 15%을 초과하여 혼입이 될 경우 압축강도의 발현이 어려운 것으로 나타난다. 따라서 LSP의 혼입률을 증가시키면서 설계 압축강도가 발현될 수 있도록 혼화재 및 혼화제를 첨가하여 설계 강도 발현을 할 수 있는 연구가 필요하다고 판단된다.  Globally, policies for reducing carbon emission have become a major issue in order to decrease CO2 which is the cause of global warming and abnormal climate.  Construction industry could also affect those efforts for reducing carbon emission. In general, about 90% out of cement used at construction sites is emitted as CO2. So, it is possible to reduce carbon by blending admixtures which are recycled by-products. Therefore, this study researched types of eco-friendly cement according to each of the admixtures and it compared properties based on it. This study selected the most suitable eco-friendly low carbon cement, which is concrete mixed with 15% limestone fine powder, and it calculated cost reduction rate and CO2 reduction rate when it was actually applied.   As a result, it found that the cost reduction rate is 10.92% and the CO2 reduction rate is about 23.97%. Currently, if LSP exceeds 15% when it is mixed, it would be difficult to develop compressive strength. Therefore, this study suggests that it is necessary to research a way to develop design strength by adding admixtures and compounds in order to realize designed compressive strength while increasing content rate of LSP. 

UV 코팅을 활용한 화강석의 라돈 방출 저감에 대한 실험적 연구

김경호 한양대학교 공학대학원 2023 국내석사

최근 실내 생활의 비중이 하루에 거의 80-90% 이상 차지하게 되면서 실내공기질의 중요성이 대두되고 있으며 실내공기질의 오염으로 작게는 불쾌감으로 피부나 점막 등의 자극, 두통, 피로, 구역질, 건물증후군(Sick Building Syndrome : SBS), 복합화학물질과민증(Multiple Chemical Sensitivity : MCS), 새집증후군(Sick House Syndrome : SHS) 등뿐만 아니라 폐암에 이르기까지 인체에 치명적인 영향을 끼친다. 건축재료 중 화강석에서 방출되는 라돈은 기체이기 때문에 일반 페인트를 칠하거나 다른 코팅으로 기체 차단을 통하여 방출 저감이 가능하나, 일반 페인트의 경우 유리막을 비롯한 다른 코팅 또한 마찬가지로 건조까지 시공 기간도 오래 걸리며 내구성이 낮고 최소 1년 이상 유지되지 않아 재시공이 요구되어 사용자 입장에서 불편함이 동반된다. 기존 라돈 방출 저감을 위해 선행 연구에서 자주 사용되는 활성탄이나 표면에 분사되어 공극에 흡수되는 액체형 차단제는 화강석에 부착성이 낮고 잦은 사용으로 인해 탈락되기가 쉽다. 이에 화강석과 완벽한 접착이 가능하고 내오염성, 내약품성, 내구성을 가져 사용자가 불편하지 않을 프라이머와 상도 UV 경화 도료를 선택했다. 본 연구는 라돈 방출 저감의 효율성을 극대화하기 위해 국내외 선행 연구를 바탕으로 화강석에 올리고머의 흡착반응을 통한 UV 코팅의 기체 차단 효과를 활용하여 라돈 방출 저감을 확인하기 위하여 실험을 진행하였고, 라돈 간이 측정 장비 중 라돈아이 제품으로 UV 도료 코팅 전·후 각각 측정한 결과 약 61.9%에서 73.9%까지 방출을 저감할 수 있었다. 프라이머만 도포한 실험군의 경우 어느 정도 라돈 방출 저감을 확인할 수 있었지만, 작은 충격에도 표면이 쉽게 파손되었고 상도 UV 코팅만 실시한 경우 부착성이 저하되어 코팅 면이 지속해서 박리되었다. 추가적으로 한국화학융합시험연구원을 통하여 진행한 실험 또한 동일한 화강석 시편에 대한 7일 차 평균 라돈 방출량을 UV 도료 코팅 전·후 각각 측정한 결과 약 98.3% 방출을 저감할 수 있었다. UV 코팅 시공으로 화강석의 공극을 밀실하게 채우고 자외선에 경화되어 기체를 차단하였고, 이 기체 차단 효과를 통하여 라돈 방출 저감 효과가 우수한 것으로 나타났다. 라돈 방출 이외 내오염성, 내약품성, 경도 실험 또한 이상이 없었으며, 이는 화강석 내 공극을 밀실하게 채움과 동시에 경화된 UV 도료의 올리고머 성분 중 우레탄 아크릴레이트 올리고머의 물리·화학적인 성질로 위와 같은 결과가 도출되었다고 사료된다. 연구의 한계로는 수평한 위치의 화강석에 UV 코팅을 시공한 경우에 한하여 라돈 방출 저감을 입증할 수 있었지만, 내부 벽체 등 수직한 위치에 시공된 경우 프라이머 및 UV 도료 도포 시 도료가 흘러내려 균일한 두께의 시공이 힘들다. 또한, 석재 외 타 건축자재 사용에 있어 적용 가능한지에 대한 방안 또한 연구가 필요하리라 사료된다. 이후 다른 연구를 통하여 실내공기질 관리 기준 항목에서 적절한 라돈 방출 저감 및 관리가 실시되길 바란다. Recently, the importance of indoor air quality has emerged as the proportion of indoor life has become almost more than 80-90% during the day, and the pollution of indoor air quality has a lethal effect on the human body from a discomfort, irritation of skin and mucous membranes, headache, fatigue, nausea, Sick Building Syndrome (SBS), Sick House Syndrome (SHS), Multiple Chemical Sensitivity (MCS) to a lung cancer. Since radon emitted from granite is a gas, it is possible to reduce emission by applying general paint or blocking the gas with other coatings. But, in the case of general paint, other coatings such as glass membrane also require a long construction period to dry and are not durable, therefore, it does not last more than one year at least. Because of this reason, it requires reconstruction, which is inconvenient for residents. Activated carbon, which is often used in advance research to reduce radon emission, or liquid blockers that are sprayed on the surface and absorbed into the voids, has low adhesion to granite and it falls off easily due to frequent use. Therefore, for this study, it selects a primer and topcoat UV-curing paint that can attach to the stone perfectly with a strain resistance, chemical resistance, and durability for user’s convenience. In order to maximize the efficiency of radon emission reduction, this study conducts experiments to confirm the radon emission reduction by utilizing the gas blocking effect of UV coating through the adsorption reaction of oligomers on granite based on domestic and foreign advance research. As a result, this study draws conclusion that it has a reduction effect of radon emission up to about 98.3% by the adsorption reaction of oligomers with stone as a representative building material for radon emission. Based on this study, it expects to reduce the radon emission of various building materials including granite using UV coating in the future.

High-performance strain-hardening geopolymer composites with optimized fiber aspect ratio for improving its tensile performance

이승균 한양대학교 대학원 2023 국내석사

This study developed high-strength strain-hardening geopolymer composites (SHGC) containing 2% (by volume) polyethylene (PE) fibers. A high-strength geopolymer matrix with a compressive strength of over 100 MPa was achieved using liquid crystal display glass powder and ground granulated blast furnace slag. To determine the optimum aspect ratio of PE fibers, five different types of PE fibers with aspect ratios ranging from 300 – 900 were considered. The average bond strength of PE fibers in the high-strength geopolymer matrix was 1.55 MPa, similar to that of high-strength cement matrices. The PE fibers with higher aspect ratios were more effective for improving the tensile performance of high-strength SHGC than those with lower aspect ratios, and a robust strain-hardening characteristic with saturated micro-crack patterns was obtained when the fiber aspect ratio exceeded 600. The energy-based pseudo strain-hardening index (\sfrac{J_b^\prime}{J_{tip}}) was found to be 25.3 at a fiber aspect ratio of 600, and it increased to 104.3 with the increase in the fiber aspect ratio up to 900. The best tensile performance tensile strength of 5.73 MPa, strain capacity of 7.58%, and strain energy density of 309.6 kJ/m3 was achieved in the high-strength SHGC reinforced with PE fibers having an aspect ratio of 900.

AHP 및 사례분석을 통한 시설물 입찰제도의 안전진단 Pre-Qualification 개선방안 연구

김지용 한양대학교 공학대학원 2024 국내석사

 Along with great economic growth called miracle on the Han river since the 1960s, many buildings proliferated but monitoring their safe management and facility maintenance has been neglected so that there have been frequent building collapses.   On January 5 in 1995, the Special Act on Safety and Maintenance of Facilities was revised, and the legislation mandates compulsory safety inspections and diagnostics for first and second-class facilities. Specialized safety assessment agencies implemented diagnosis and inspection.   In 2023, 2,073 safety assessment companies were registered. For conducting precision safety diagnosis and detailed inspection exceeding 100 million won, the order implementation proceeds through PQ(Pre-Qualification).   However, despite the importance of safety assessment PQ, the evaluation criteria on the assessment PQ and the bidding system are just described into very comprehensive content, and they are not specific. In addition, even though a lot of effort to resolve the problems including the existing PQ and bidding system has been going, there is a lack of practical improvements.    Therefore, in order to deduce improvements of safety assessment market and research and development of technology, this study is to derive improvements by analyzing problems of abroad safety assessment through reviewing preliminary research on the PQ and bidding system and case studies on pros and cons of foreign safety assessment market, based on various objective data from Ministry of Land, Infrastructure, and Transport, Public Procurement Service, and bidding sites Info.  To achieve the objective, this study surveys the problems of safety assessment PQ and bidding system with 47 practitioners working in the field of safety assessment PQ and bidding system, and it secures data for the problems and improvements. By utilizing AHP (Analytic Hierarchy Process) technique, which is hierarchical analysis, this study divides them into major categories LEVEL1, Subcategories LEVEL2, and minor categories LEVEL3. In the major category, a functional issue is ranked first with 39.988%, an institutional issue is ranked second with 28.336%, and an environmental issue is ranked third. Among the 30 subfactors, the first rank is monopoly of dominant companies, which is the most significant problem. The second rank is the recognition range of new employment. The third rank is the impossible bidding system when they cannot meet standards of local companies. The fourth rank is the relieved scoring system of new technologies. The fifth is the restriction on the number of bids. This study identifies that the most significant problem of the safety assessment PQ and bidding system is the monopoly of predominant companies.   This study suggests improvements by roughly dividing them into LEVEL1, Environmental, Institutional, and Functional improvements. It presents measures focusing on significant improvements with first and second ranked items within each category.   In case of the environmental problems in LEVEL1, in order to prevent the monopoly of dominant companies, this study suggests disallowance of joint supply and demand between specific companies that have contracts over 300 billion won or more, and in order to resolve problems of links with ordering organizations, this study proposes that, if there is a affiliated person like a former director of the ordering organization, the interested party cannot be allowed to participate in PQ. In case of the institutional problems in LEVEL1, in order to resolve problems on qualification standards, this study suggests that qualification criteria under the Special Act should be standardized and a separating department for safety management within the public agencies that order safety management of facilities should be designated.   In case of the functional problems in LEVEL1, this study presents that PQ scoring should be strengthened and relieved, job redundancy should be calculated only for outsourcing projects as business responsibility technical professionals and responsible technical professionals, and new technologies and patents should be arranged into a bonus scoring item.   This study has the limitation that it only surveys professionals engaged in the safety assessment so that it does not cover every problem and solution on the field. Therefore, it suggests that follow-up research has to deal with ordering problems from professionals engaged in public institutions for facility safety management maintenance by surveying related parties. Based on it, the future study should secure credible data on problems from professionals engaged in the safety management assessment and the other professionals engaged in the facility safety management maintenance in public institutions, by conducting correlation analysis on the problems between the two interested parties. Then, based on the data, it is necessary to implement in-depth research on establishing national guidelines due to increased demands for active and voluntary maintenance management, developing policies and technologies to correspond with environmental changes in advance, and optimizing the maintenance management. However, this study has significance in that it establishes data on practical problems of PQ and bidding processes related with professionals engaged in the safety assessment and provides a development direction of the safety assessment market through improvements.  1960년대 이후 한강의 기적이라 불린 고도의 경제 성장에 발맞추어 우후죽순 생겨난 건축물의 안전관리 및 시설물 관리가 소홀히 되고 있어 노후화된 건축물의 붕괴가 빈번하게 일어나고 있다. 1995년 1월 5일 안전점검 및 유지관리에 관한 업무를 체계화하는 “시설물의 안전 및 유지관리에 관한 특별법”이 개정되어 1,2종 시설물에 대한 안전점검 및 진단을 의무적으로 시행하고 있으며, 전문적인 안전진단수행기관을 통하여 진단 및 점검을 수행한다. 2023년 기준 전국에 안전진단전문기관은 2,073개 업체가 등록되어 있으며 1억원 이상의 정밀안전진단 및 정밀점검을 수행하기 위해서는 PQ(입찰참가자격사전심사)를 통하여 발주 시행되고 있다. 하지만, 안전진단 PQ의 중요성에도 불구하고 안전진단 PQ 및 입찰제도에 대한 평가기준은 매우 포괄적인 사항에 대해 기술되어 있으며, 구체적으로 정리되어 있지 않다. 또한 기존 PQ 및 입찰 제도에 대한 문제점을 위한 노력은 지속적으로 하고 있으나 현실적인 개선사항이 매우 부족한 상황이다. 이에 따라 본 연구는 안전진단 시장의 향상과 기술개발을 유도하기 위해 국토교통부, 조달청, 입찰사이트 Info 등의 다양한 객관적 자료를 근거로 하여 PQ 및 입찰제도에 대한 사전연구 검토, 국외 안전진단 시장의 장단점을 사례 조사를 통한 현 국외 안전진단의 문제점에 대한 분석을 하여 개선방안을 도출하고자한다. 이를 위하여 안전진단 PQ 및 입찰의 실무자 47명을 대상으로 안전진단 PQ 및 입찰제도의 대한 문제점 및 개선방안 설문조사를 통해 문제점 및 개선방안에 대한 데이터 확보를 하였고, 계층적 분석 과정 방법인 AHP 기법을 활용하여 대분류 LEVEL1, 중분류 LEVEL2, 하분류 LEVEL3로 나누어 진행하였으며, 대분류에서는 39.988%로 기능적인 문제점이 1순위, 32.676%로 제도적인 문제점이 2순위, 28.336%로 환경적인 문제점이 3순위로 나왔으며, 총 30개의 하위요소 중 상위업체독점이 1위로 가장 큰문제점이라는 결과가 나왔고, 다음으론 신규고용율의 인정범위가 2위, 지역업체 불충족 시 입찰참여 불가 3위, 신기술배점의 완화가 4위, 낙찰건수 제한이 5위로 안전진단 PQ 및 입찰제도의 문제점은 평균적으로 상위업체 독점이 가장 큰 문제점인 것으로 판단되었다. 개선방안으로는 크게 LEVEL 1. 환경적, 제도적, 기능적으로 나누어 정리하였고, 가장 중요시 여기는 항목 내 1,2순위를 중점으로 개선방안을 제시하였다. LEVEL 1 환경적인 문제점은 상위업체 독점을 막기 위해 300억 이상 수주한 업체끼리 공동수급 불가, 발주처와의 유착관계로 인해 나타나는 문제점을 해결하기 위해서는 해당 발주처 출신 임직원이 회사에 소속되어 있을 시 그 인원이 PQ에 참여하지 못하게 하는 개선방안을 제시하였으며, LEVEL 1 제도적인 문제점에서는 자격기준에 대한 문제점을 개선하기 위해서 시특법 자격기준 획일화, 시설물의 안전관리를 발주하는 공공기관의 안전관련 부서를 별도로 지정해야한다는 개선방안이 나왔다. 또한 LEVEL 1 기능적인 문제점은 PQ 배점의 강화 및 완화, 사업책임기술자 및 책임기술자로 수행하고 있는 용역건에 대해서만 업무중복도로 산정, 신기술 및 특허는 가점 항목에 배치해야한다는 개선방안이 나왔다. 연구의 한계로는 안전진단을 수행하고 있는 종사자들을 대상으로만 설문을 돌려 안전진단 문제점 및 개선방안의 문제점을 모두 분석하였다고는 할 수 없는 한계점이 있었다. 따라서 향 후 연구는 안전진단 종사자뿐만 아닌 시설물 안전관리의 유지관리 기관 즉 발주자인 공공기관 시설물 안전관리 종사자들의 현재 시행되고 있는 발주의 어려움 또한 설문을 통한 데이터를 확보하여 안전진단을 수행하고 있는 종사자들과 공공기관 시설물 안전관리 종사자들의 문제점을 상관관계 분석을 통해 신뢰성 있는 데이터가 구축되어 이를 통한 적극적이며 자발적인 유지관리의 필요성 증대로 국가적 가이드라인 구축, 환경변화에 선제 대응할 수 있는 정책 및 기술개발의 필요성, 유지관리의 최적화에 대한 심층적인 연구가 필요하다고 생각한다. 그러나 본 연구는 안전진단 종사자들의 PQ 및 입찰 문제에 대한 현실적인 문제점을 데이터를 구축하고 개선방안을 통한 안전진단 시장의 발전 방향성을 제시하였다는데 시사점을 가질 수 있다.