• Journal of the Korea Concrete Institute
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• v.18 no.1 s.91
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• pp.125-132
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• 2006

Recently, surface finishing and protection materials were developed to restore performance of the deteriorated concrete and inhibiting corrosion of the reinforcing-bar. For this purpose, surface protection agent as well as coatings are used. Coatings have the advantage of low Permeability of $CO_2,\;SO_2$ and water. However, for coatings such as epoxy, urethane and acryl, long-term adhesive strength is reduced and the formed membrane of those is blistered by various causes. Also when organic coatings are applied to the wet surface of concrete, those have a problem with adhesion. On the other hand, surface protection agent penetrates into pore structure in concrete through capillary and cm make a dense micro structure in concrete as a result of filling effect. Furthermore, the chemical reaction between silicate from surface protection agent and cement hydrates can also make a additional hydration product which is ideally compatible with concrete body. The aim of this study is to examine the effect of penetrative surface protection agent(SPA) by evaluating several concrete durability characteristics. The results show that the concrete penetrated surface protection agent exhibited higher durability characteristics for instance, carbonation velocity coefficient, resistance to chemical attack and chloride ion penetration than the plain concrete. These results due to formation of a discontinuous macro-pore system which inhibits deterioration factors of concrete by changed the pore structure(porosity and pore size distributions) of the concrete penetrated surface protection agent.

• Journal of the Korea Concrete Institute
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• v.29 no.4
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• pp.415-424
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• 2017

The purpose of this study is to investigate the effect of sulfate (${SO_4}^{2-}$) and magnesium ($Mg^{2+}$) ions on sulfate resistance of Alkali-activated materials using Fly ash and Ground granulated blast furnace slag (GGBFS). In this research, 30%, 50% and 100% of GGBFS was replaced by sodium silicate modules ($Ms(SiO_2/Na_2O)$, molar ratio, 1.0, 1.5 and 2.0). In order to investigate the effects of $Mg^{2+}$ and ${SO_4}^{2-}$, compression strength, weight change, lengh expansion of the samples were measured in 10% sodium sulfate ($Na_2SO_4$), 10%, 5% and 2.5% magnesium sulfate ($MgSO_4$), 10% magnesium nitrate ($Mg(NO_3)_2$), 10% [magnesium chloride ($MgCl_2$) + sodium sulfate ($Na_2SO_4$)] and 10% [magnesium nitrate $(Mg(NO_3)_2$ + sodium sulfate ($Na_2SO_4$)] solution, respectively and X-ray diffraction analysis was conducted after each experiment. As a result, when $Mg^{2+}$ and ${SO_4}^{2-}$ coexist, degradation of compressive strength and expansion of the sample were caused by sulfate erosion. It was found that the reaction of $Mg^{2+}$ with Calcium Silicate Hydrate (C-S-H) occurred and $Ca^{2+}$ was produced. Then the Gypsum ($CaSO_4{\cdot}2H_2O$) was formed due to reaction between $Ca^{2+}$ and ${SO_4}^{2-}$, and also Magnesium hydroxide ($Mg(OH)_2$, Brucite) was produced by the reaction between $Mg^{2+}$ and $OH^-$.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2016.11a
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• pp.146-146
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• 2016

최근 국민 소득향상과 더불어, 여가시간 증가에 따라 해양레저에 대한 관심이 크게 높아지고 있으며, 그에 따라 레저용 선박 수요도 증가하고 있다. 기존 국내 소형 선박의 경우 FRP(fiber-reinforced plastic)재료로 선박을 건조해 왔다. 그러나 해양환경 규제 강화로 FRP 선박의 건조가 감소하고 있으며, 친환경 선박에 대한 필요성이 대두되고 있다. 따라서 FRP재료를 대체하는 선박용 재료로 친환경적이고 가벼운 소재인 알루미늄 합금 재료가 선박건조 분야에서 각광을 받고 있다. 특히 5000계열 Al-Mg 합금은 가공성과 용접성이 우수하여 주로 구조용으로 많이 사용되고 있으나 경량화에 따른 빠른 선속이 유체충격을 증가시켜 선체에 캐비테이션 손상을 일으킬 수 있다. Al-Mg 합금의 경우에 부식성이 대단히 큰 해양환경에서 부식과 캐비테이션 침식이 복합적으로 일어나면 손상이 빠르게 증가되는 경향을 나타내어 선박의 수명을 현저히 단축시켜 경제적인 손실을 초래한다. 따라서 본 연구에서는 해수 내에서 Al-Mg 합금의 캐비테이션 저항성을 향상시키기 위해 알루미늄 합금 표면에 내식성 뿐만 아니라 경도 및 내마모성 등의 기계적 특성이 우수한 산화피막을 형성시키는 양극산화 기술을 적용하고, 다양한 봉공처리(sealing)방법에 따른 캐비테이션 특성을 평가하였다. 캐비테이션 실험은 압전(piezoelectric) 효과를 이용한 진동발생 장치를 사용하여 $30{\mu}m$ 진폭으로 일정하게 유지하였으며, 시편과 혼 팁 사이의 간격은 1mm로 하였다. 캐비테이션 실험 후에는 시편을 초음파 세척하여 진공 건조기에서 24시간 이상 건조한 후 정밀저울로 무게를 측정하였으며, 표면 손상 형상을 분석하기 위해 주사전자현미경(SEM)과 3D현미경을 이용하여 관찰하였다.

• Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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• v.19 no.2
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• pp.1-8
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• 2018

Levee breaches can result from flooding due to torrential rainfalls, which are linked with recent abnormal climates and the aging of river levees. Breaches have caused enormous property damage and human casualties in lowland areas. Overtopping was found to be the cause for approximately 40% of all cases of breach. In this study, the reasons and mechanisms behind levee breaches were analyzed using hydraulic model testing. The overtopping stability and time delay effect of breaches were assessed for levees made with a new environmentally friendly substance. Image analysis revealed that the total breach time of the levees made with the new substance was about 2.25 times greater than that of an earthen levee. The initial breach rate of a general earthen levee was about 1.43 times higher than that of levees covered with the new substance, and the body collapsed rapidly. The breach mechanisms of levees covered with the new substance were completely different, and it is possible to prevent rapid breaches by mitigation of the breach speed on the slope by resisting overtopping.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2016.11a
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• pp.121-121
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• 2016

치아는 인체중에서도 혹한 환경에서 부분으로 높은 하중과 타액과 같은 강 부식성 매체로 그 환경이 상상을 초월한다. 즉 반복적으로 가해지는 하중(응력)과 침식을 유발하는 타액과 음식물 등이다. 따라서 치아가 쉽게 파괴되거나 썩는 현상이 나타나게 된다. 이렇게 사용되다가 치아의 역할을 다하게 되면 인공치아를 사용하게 되는데 그 재료가 바로 타이타늄(Ti)이다. 생체매식재로 사용되는 Ti는 반응성이 높아 산소와 쉽게 결합하여 표면에 TiO, $TiO_2$, 및 $Ti_2O_3$와 같은 산화피막을 표면에 형성함으로써 뛰어난 부식저항성과 생체적합성을 가지며 생체에 독성이 없고 탄성계수가 골과 비슷하여 골과 임플란트 경계면에서 응력분산에 유리한 성질 등 물리적, 기계적 성질이 뛰어나 외과용 임플란트 재료로 가장 좋은 재료이다. 금속 임플란트의 생체적합도는 임플란트 재료 자체보다는 생체 내 산화막이 화학적으로 불안정할 때 부식이 발생하게 되고 그 결과 금속이온이 주위로 유리되어 조직반응을 일으키므로 금속의 표면을 덮고 있는 산화막에 의해 좌우된다. Ti는 생체불활성재료로서 매식재료로 사용할 경우 뼈와 잘 융합되는 골유착을 나타내나 골과 화학적결합은 하지 않고 골형성을 적극적으로 유도하지 못함으로 환자의 치유기간이 길어지게 된다. 이러한 이유로 골조직내 임플란트의 접합을 개선하기위한 연구가 이루어져 골과의 결합을 높이기 위해 골유착을 일으키는 Ti에 골성장을 유도하는 뼈성분인 하이드록시 아파타이트(HA)라는 물질을 플라즈마 코팅법을 사용하던가 아니면 Hanks' solution내에서 침적 후 HA도금을 하는 방법 등으로 처리하고 있다. 그러나 플라즈마 코팅법은 고온에서 처리를 행하고 Hanks' solution내에 침적할 경우 Ti표면에 밀착도가 저하되거나 합금의 상변화 등으로 인하여 표면처리 과정 중에서 내식성이 크게 감소될 수 있다. 이러한 여러 가지 코팅법을 통하여 골 유착을 증진시키기 위한 연구는 계속되고 있지만 임상적으로 사용 후 문제가 단시일에 발생되는 것도 아니고 수년이 지나야 나타나게 된다. 이러한 방법으로 코팅을 하게 되면 골과 잘 유착이 되어 자연차아와 같은 기능을 하게 된다. 따라서 이러한 문제를 최소화하는 방법이 나노구조를 표면에 형성시켜 골유착을 쉽게 함으로써 이를 개선할 수 있을 것으로 생각되어 본 강의에서는 임플란트의 문제와 사용되는 재료에 대하여 고찰하여 자연치아를 대체 할 수 있는지 알아보았다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.220-220
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• 2021

2020년 장마는 6월 중순부터 8월 중순까지 전국적으로 평균 687 mm의 강수가 내려, 1973년 이후 역대 2위 강수량을 기록하였으며, 연이은 태풍으로 큰 인명 및 재산 피해가 발생하였다. 특히, 섬진강 및 한탄천 등에서 계획홍수위를 초과하는 홍수로 인해 상당수의 제방이 월류로 인해 붕괴된 것으로 나타났다. 따라서, 향후 기후변화에 따른 연평균 강수량이 증가할 것으로 전망되는 가운데 집중호우로 인한 제방 붕괴 피해를 최소화하기 위한 고도화된 기술 개발을 통한 선제적 재발 방지대책이 필요한 시점이다. 한국건설기술연구원은 바이오폴리머라는 새로운 친환경 신소재를 이용하여 제방의 안정성 평가 기술 개발 연구를 수행하고 있다. 이에 안동하천연구센터에서는 실규모에 준하는 제방모형(높이 3 m, 사면경사 1:2, 길이 10 m 이상)을 제작하고, 제방 표면에 바이오폴리머 신소재를 처리하여 전방 월류 흐름 유도에 따른 실규모 제방붕괴실험을 수행하였다. 또한, 신소재 보강 및 무보강 조건에 따른 영상분석 기반 붕괴지연효과를 정량적으로 분석하여 신소재의 성능을 평가하였다. 하지만, 기존에 수행된 실험은 댐 붕괴 흐름과 같이 홍수파가 발생하여 제내지로 퍼져 나가는 형태로 진행되어, 보강공법의 검증에 있어 실제 하천에서 발생하는 횡월류 흐름을 재현하지 못한다는 한계를 가지고 있다. 본 연구에서는 횡월류 흐름(0.6 m³/s 이상)을 발생시켜 수리실험에 따른 축척효과(scale effect)를 최소화하고, 현장에 대한 충분한 자연성을 재현하는 것을 목표로 하여 실험을 수행하였다. 실험 조건은 1) 신소재가 처리된 식생 제방, 2) 신소재가 처리되지 않은 식생 제방으로 각각의 조건에 따른 횡월류 흐름 및 제방 붕괴를 유도하여 영상분석 기법(이미지 픽셀분석 및 3D 포인트 클라우드 모델링)을 통한 침식 저항에 관한 분석결과를 제시하였다.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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• v.39 no.4
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• pp.405-413
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• 2015

In the US, the number of cases of subterranean water contamination from tritium leaking through a damaged buried nuclear power plant pipe continues to increase, and the degradation of the buried metal piping is emerging as a major issue. A pipe blocked from corrosion and/or degradation can lead to loss of cooling capacity in safety-related piping resulting in critical issues related to the safety and integrity of nuclear power plant operation. The ASME Boiler and Pressure Vessel Codes Committee (BPVC) has recently approved Code Case N-755 that describes the requirements for the use of polyethylene (PE) pipe for the construction of Section III, Division 1 Class 3 buried piping systems for service water applications in nuclear power plants. This paper contains tensile and slow crack growth (SCG) test results for high-density polyethylene (HDPE) pipe welds under the environmental conditions of a nuclear power plant. Based on these tests, the fracture surface of the PENT specimen was analyzed, and the fracture mechanisms of each fracture area were determined. Finally, by using 3D finite element analysis, limit loads of HDPE related to premature failure were verified.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.54 no.3
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• pp.181-190
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• 2021

In this study, a large-scale levee breach experiment from lateral overflow was conducted to verify the effect of the new reinforcement method applied to the levee's surface. The new method could prevent levee failure and minimize damage caused by overflow in rivers. The levee was designed at the height of 2.5 m, a length of 12 m, and a slope of 1:2. A new material mixed with biopolymer powder, water, weathered granite, and loess in an appropriate ratio was sprayed on the levee body's surface at a thickness of about 5 cm, and vegetation recruitment was also monitored. At the Andong River Experiment Center, a flow (4 ㎥/s) was introduced from the upstream of the A3 channel to induce the lateral overflow. The change of lateral overflow was measured using an acoustic doppler current profiler in the upstream and downstream. Additionally, cameras and drones were used to analyze the process of the levee breach. Also, a new method using 3D point cloud for calculating the surface loss rate of the levee over time was suggested to evaluate the performance of the levee reinforcement method. It was compared to existing method based on image analysis and the result was reasonable. The proposed 3D point cloud methodology could be a solution for evaluating the performance of levee reinforcement methods.

• Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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• v.21 no.1
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• pp.109-116
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• 2017

This paper describes the investigation into the durability alkali-activated materials(AAM) mortar and paste samples manufactured using fly-ash(FA) and ground granulated blast furnace slag(GGBFS) exposed to a sulfate environment with different GGBFS replace ratios(30, 50 and 100%), sodium silicate modules($Ms[SiO_2/Na_2O]$ 1.0, 1.5 and 2.0). The tests involved immersions into 10% sodium sulfate solution($Na_2SO_4$), 10% magnesium sulfate solution($MgSO_4$), 10% magnesium nitrate solution($Mg(NO_3)_2$) and 5% magnesium nitrate($Mg(NO_3)_2$+5% sodium sulfate solution+$Na_2SO_4$). The evolution of compressive strength, weight, length expansion and microstructural observation such as x-ray diffraction were studied. As a results, in case of immersed in $Na_2SO_4$, $Mg(NO_3)_2$ and $Mg(NO_3)_2+Na_2SO_4$ shows increase in long-term strength. However, for samples immersed in $MgSO_4$, the general observation was that the compressive strength decreased after immersion. The most drastic reduction of compressive strength and expansion of weight and length occurred when GGBFS or Ms ratios were higher. Also, the XRD analysis of samples immersed in magnesium sulfate indicated that expansion of AAM caused by gypsum($CaSO_4{\cdot}2H_2O$) and brucite(MgOH). The results showed that, an additional condition $Mg^{2+}$ in which ${SO_4}^{2-}$ is the presence of a certain concentration, sulfate erosion has to be accelerated.

• Journal of the Korean institute of surface engineering
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• v.51 no.2
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• pp.87-94
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• 2018

Various sealing techniques were applied to the anodized 5083 aluminum alloy for marine environment to reduce corrosion and cavitation erosion damage. Electrochemical experiments and cavitation erosion tests were conducted to evaluate the corrosion resistance and cavitation resistance of the anodic oxide film treated with sealing in natural seawater solution. Then, damaged surface morphology was analyzed by scanning electron microscope(SEM) and 3D microscope. As the results of the electrochemical experiments, it was observed that the surface damage of all the experimental conditions in the anodic polarization experiment was locally grown by the combination of crack and corrosion damage. In the Tafel analysis, the corrosion resistance of all sealing treatment conditions was improved compared to the anodizing. On the other hand, cavitation erosion tests showed that the anodizing and all the sealing treatment conditions generated local pit damage by cavitation erosion attack and grew to crater damage in the observation of damaged surface by SEM. Also, the weight loss and the surface damage depth measured with the experiment time presented that most of the sealing treatment conditions showed better cavitation erosion resistance than the anodizing, and they had an incubation period at the beginning of the experiment.