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저자정보
R. E. Marrero Rosa (Northwestern University) T. Bhibho (Northwestern University) A. A. Donmez (United State Gypsum) G. Cusatis (Northwestern University) Z. P. Bažant (Northwestern University) 지광습 (고려대학교) 최경규 (숭실대학교)
저널정보
한국콘크리트학회 콘크리트학회지 콘크리트학회지 제37권 제2호
발행연도
2025.3
수록면
84 - 95 (12page)

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1887년 Le Chatelier와 1947년 Powers는 시멘트가 수화될 때 생성되는 나노 단위의 C-S-H 입자들의 부피가 수화 반응물인 포틀랜드 시멘트와 물의 결합된 부피보다 작다는 사실을 증명했다. 이 때문에 오랫동안 시멘트 수화는 수축 현상으로 여겨져 왔다. 그러나 이번 실험 결과, 재료의 화학반응이 직접 이루어지는 나노 스케일을 넘어서는 영역에서는 오히려 팽창이 일어난다는 사실이 확인되었다. 시멘트 풀의 다공성 구조에서는 성장하는 C-S-H 입자들이 서로를 밀어내며, 이로 인해 결정 성장 압력과 비슷한 팽창이 발생한다. 이러한 현상은 물-시멘트비(w/c)가 0.4 이하인 고강도 콘크리트(HPC)에서 특히 두드러진다. HPC는 수화 과정에서 발생하는 화학적 자기 건조(self-desiccation)로 인해 상대습도가 40 %까지 감소하지만, 물-시멘트비가 약 0.5인 일반 콘크리트의 상대습도는 약 1% 정도만 감소하는 것과는 대조적이다. ASTM C1608 표준 시험에서는 두께가 10 mm인 시편을 물에 침지시켜 수축을 측정하는데, 수분이 시편에 완전히 침투하는 데 수십 년이 소요되므로 이 화학적 자기 건조를 상쇄하지 못하므로 큰 수축이 발현된다. 이번 실험에서는 레이저 토포그래피 현미경(laser microscopy-topography) 기술을 활용해 물에 다시 침지된 두께 0.5 mm의 HPC 박편(薄片, shard) 시편의 길이 변화를 측정했다. 그 결과, 확산 반감기가 약 1시간에 불과해 공극이 지속적으로 다시 포화되었고, 화학적 자기 건조가 효과적으로 방지되는 것이 확인되었다. 반면, 이 박편 시편을 파라핀 오일로 밀봉하면 수분이 보충되지 않아 화학적 자기 건조로 인해 수축이 일어났다. 본 연구 결과는 2015년 이후의 연구결과들과 일치하며, 기존의 수화 팽창 모델이 다양한 시편 크기와 밀봉 조건에서 관찰된 시험 결과를 제대로 설명하지 못한다는 점을 보여 준다. 이 결과는 특히 물-시멘트비가 매우 낮은 최근콘크리트에서는 ASTM 표준 시험이 “화학적 수축”을 정확하게 평가하지 못하고 오해를 초래하므로 개정이 필요하다는 점을 시사한다.
#다공성 재료 #화학적 팽창 #자기 건조 #결정 성장 #레이저 공초점 현미경

목차

들어가기 전
의의 및 시사점
서론
콘크리트의 수축 시험
수분 확산, 크기, 시간과 스케일링
허용 가능한 최대 시편 두께
시험체 제작, 측정 절차 및 분석
얇은 박편 시험체를 위한 절단 작업 준비
Olympus 3D 레이저 공초점 현미경 토포그래피 분석
데이터 수집
데이터 분석
결과 및 고찰
수화 팽창을 설명하는 다공성 역학적 배경
최근 연관 연구 동향
결론
참고문헌
ABSTRACT

참고문헌 (0)

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