콘크리트는 타설 직후부터 온도 및 수분의 변화로 인한 체적 변화가 일어난다. 특히 초기 재령에서 발생하는 온도 수축과 건조 수축은 콘크리트에 균열을 유발할 수 있으며, 이는 콘크리트 내구성에 큰 영향을 끼친다. 중국에서는 저온에서 소성된 산화마그네슘(MgO) 분말을 시멘트 대체재로 사용한 콘크리트를 구조물에 적용할 경우, 수축에 대한 보상 효과를 얻을 수 있는 것으로 보고된 바 있다. 이 연구에서는 실험을 통하여 저온 소성한 MgO를 혼입한 시멘트 복합체의 다양한 특성을 규명하고자 하였다. 안정성 시험 결과 MgO 분말의 혼입에 따른 이상팽창이 유발되지 않음을 확인하였으며, MgO의 수화생성물 분석을 통해 MgO 분말이 장기 재령에서 수축을 보상하는 것을 확인하였다. 또한 적당한 MgO 분말의 혼입은 시멘트 복합체의 압축강도를 증진시키는 효과가 있었으며, MgO 분말의 혼입률이 높거나 양생 온도가 높을수록 MgO 분말의 팽창성에 따른 수축 보완 효과가 크게 나타났다.
국내에서는 콘크리트 포장용 굵은 골재를 대상으로 화학적인 시험방법과 모르타르 봉 시험방법을 이용한 결과 알칼리-실리카 반응 유해 가능성이 낮은 것으로 알려져 왔으나, 최근에 알칼리 - 실리카 반응에 의한 파손이 발생되었고, ASTM C 1260을 이용한 결과 일부 골재에서 유해한 팽창이 발생된다고 보고되었다. 따라서 본 논문에서는 모르타르 봉 시험방법인 KS F 2546과 ASTM C 1260을 이용하여 길이 팽창 유도기간의 환경조건이 알칼리 - 실리카 팽창 반응 특성에 미치는 영향을 평가하고자 하였다. KS F 2546의 경우 대상 골재 모두 반응성 없음으로 판정되었으나 ASTM C 1260에서는 일부 골재에서 잠재반응성 이상으로 판정되었다. 이는 외부로부터의 알칼리 이온의 공급, 온도 및 습도 차이에 의하여 발생한 것으로 판단된다. 또한 ASTM C 1260에서 NaOH의 농도변화 실험을 통하여 NaOH의 농도가 증가할수록 길이팽창이 현저하게 증가한다는 것을 확인하였으며, 온도 및 습도가 증가함에 따라 길이팽창이 증가한다는 것을 확인하였다.
새로이 형성되는 이차광물들이 콘크리트의 조기 성능 저하 (열화)에 미치는 영향은 현재까지 명확히 규명되지 않고 있다. 이들 광물들은 시멘트 페이스트와 골재간의 화학적 반응의 결과로 시멘트 페이스트 내에 형성된다. 조기 성능 저하 현상을 보이는 미국 아이오와주의 콘크리트 포장의 고속도로들로부터 채취된 시료들 내의 골재와 시멘트 페이스트에서의 화학적 광물학적 변화를 규명하기 위하여 암석학적 관찰과 SEM/EDAX 분석을 실시하였다. 이러한 분석에 의거 성능 저하에 연관된 이차광물의 형성과 팽창 메카니즘에 대하여 연구하였다. 브루사이트(Brucite, Mg(OH)2)는 골재의 탈백운석화(dedolomitization) 반응의 결과로 시멘트 페이트스 내에 생성되는 잠재적인 팽창성 광물이다. 시멘트 페이스트의 균열현상은 이들 광물과 공간적인 연관성을 보여주지는 않으나, 대부분이 극 미세입자의 크기로 조기 성능 저하 현상을 나타내는 콘크리트의 시멘트 페이스트 내에 광범위하게 산재되어 나타난다. 무수한 미세공간들에서의 이들 광물 성장에 의한 팽창성 응력은 콘크리트내부의 약한 부분에서 균열로 나타난다. 에트린자이트(3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O)는 많은 작은 공극들을 완전히 채우고 있으며, 큰 공극들의 가장자리에 테두리와 같은 형태로 나타난다. 미세한 에트린자이트가 많은 콘크리트 시료들의 시멘트 페이스트에 산재해서 나타나기도 한다. 조기 성능 저하의 원인이 되는 시멘트 페이스트의 심한 균열이 에트린자이트와 공간적으로 연관되어 나타나는데, 이러한 사실은 에트린자이트가 콘크리트의 성능 저하에 기여한다는 것을 지시한다. 황철석 (FeS2)이 일반적으로 골재 내에 산재하는데, 이 광물의 산화작용의 산물이 많은 콘크리트 시료들에서 관찰된다. 이런 황철석의 산화작용은 에트린자이트를 형성하기 위한 황산염을 공급하게된다.
다양한 분자량의 폴리스티렌을 벤젠/n-헵탄, 1,4-다이옥산/이소프로판올, 1,4-다이옥산/n-헵탄과 같은 3종류의 혼합용매 계에 녹인 뒤 온도 상승에 따른 사슬의 팽창거동을 Flory $\Theta$온도 이상에서 점성도법으로 측정하였다. 온도 상승에 따라 두 종류의 영역, 즉 고분자 사슬이 팽창하는 영역과 수축하는 영역으로 구별되며, 분자량이 클수록 최대팽창온도가 높게 나타났다. 하나의 혼합용매 계 내에서는 $\tau/\tau_c$ 파라미터로 서로 다른 분자량의 사슬 팽창에 대하여 만능성이 나타나지만 서로 다른 혼합용매 계 사이에서는 각각의 기울기를 보임으로써 만능성이 관찰되지 않았다. 그러나 새로운 실험적 $b^{2/3}\tau/\tau_c$ 파라미터를 도입할 경우 모든 혼합용매 계의 사슬 팽창의 데이터들은 하나의 직선 위에 놓임으로써 만능성은 다시 회복되었다. 여기서 $\tau$는 $(T-\Theta)/\Theta$로 $\tau_c$는 $(\Theta-T_c)/T_c$로 각각 정의되며, $T_c$는 임계용액온도를 의미하며, b는 Schultz-Flory 식에서 $1/T_c$의 $1/M_w^{1/2}$에 대한 유효 기울기이다.
본 논문에서는 SC가 시멘트 복합재료의 균열 자기치유 성능 및 역학적 회복성능에 미치는 영향을 평가하기 위하여 캡슐화된 팽창성 무기재료 기반 고상 치유재를 제조하였다. SC는 시멘트 복합재료에 혼합하여 기초특성, 투수시험, 하중 재부하 시험을 평가하였다. SC는 시멘트 복합재료의 플로우를 다소 향상되었으며, 압축강도는 약 10 % 감소하였다. 또한 휨강도의 경우 약 30 % 감소하였다. SC를 시멘트 복합재료에 5 % 혼합할 경우, Plain의 균열 자기치유율이 약 𝜟10 % 수준을 향상시키는 효과가 있는 것으로 나타났으며, 하중 재부하 실험 결과, Plain의 역학적 회복율을 약 𝜟20 % 수준을 향상시키는 것으로 나타났다. 균열 자기치유율과 하중 재부하 시험에 의한 역학적 회복율의 상관관계를 분석한 결과, SC로 인하여 Plain의 치유면적을 증대시킬 수 있는 것으로 판단된다.
본 연구에서는 풀림방지 볼트를 설계하는 방법을 제시하고 화약 작동 후 볼트 몸체의 특성 변화에 대한 자료를 제공한다. 이와 같은 연구 결과를 증명하기 위하여 M10, M20의 모델을 제작하였고, 폭발 볼트 몸체의 특성 변화에 대한 자료는 시험적으로 획득하였다. 이를 통하여 본 연구는 볼트 몸체의 팽창은 재연성이 있으며 팽창율은 설계인자의 조합에 의해 제어될 수 있다는 것과 풀림방지 특성은 수치화 될 수 있다는 것을 입증했다. 본 연구는 또한 풀림방지 성능을 갖는 볼트를 제작하는데 필요한 자료들을 제공하고 있다.
박막형 태양전지 분야는 저가이고 가볍다는 특징을 가지고 있으며, 휘어지는 기판재를 적용하여 플렉서블 태양전지를 제조할 수도 있다는 장점을 가지고 있다. 본 연구에서 플렉서블 태양전지에 적합한 금속기판재를 제조하는 연구를 수행하였다. 일반적으로 기판재와 cell을 구성하는 반도체 층의 열팽창 거동 차이에 의한 열변형이 태양전지의 공정안정성에 영향을 주는 것으로 알려져 있었으며, cell을 구성하는 반도체 층과 열팽창 거동이 유사한 금속기판재의 적용이 필요하다. 이러한 특성을 쉽게 제어할 수 있는 금속기판재를 얇게 제조하기에 적절한 방법은 전주법이다. 전주법을 적용하여 조성 및 두께가 다른Ni 계 합금의 열팽창 거동을 TMA 장비를 사용하여 측정하였으며, 태양전지 제조에 사용되는 고온공정시 안정성 확보를 위하여 열처리후에 금속기판재의 열팽창 거동을 측정하였다. 그리고 전산해석tool 을 활용하여 가상의 CIS 플렉서블 태양전지 제조공정을 설정하고 고온공정온도에서 상온으로 냉각시 발생되는 층간 열변형 연구를 수행하였다. 그리고 플렉서블 태양전지용 기판재로 Ni 계 합금표면에 절연체인 $SiO_2$ 증착 연구를 수행하여 Fe-52Ni 합금에서 안정적인 절연층을 얻을 수 있었다.
1,3-CHD의 비평면 고리반전 진동운동에 미치는 환산질량 효과를 고찰하기 위하여 원자간의 결합 벡터 모델을 이용한 컴퓨터 프로그램을 작성하였고, 이로부터 큰 진폭으로 운동하는 고리반전 진동운동에 대한 운동에너지 팽창함수를 계산하였다. 1,3-CHD의 운동에너지 팽창함수의 계산에 필요한 구조 파라미터들은 순이론적 HF/6-31G** 방법에 의하여 결정하였으며, 이 화합물의 비평면 고리반전 진동운동에 대한 위치에너지 함수는 운동에너지 팽창함수와 이전에 보고된 저주파 라만 데이터를 이용하여 결정하였다. 그 결과 1,3-CHD의 비평면 진동좌표에 대한 운동에너지 팽창함수를 고려하여 진동 Hamiltonian을 계산하였을 때 1,3-CHD의 고리반전 진동운동에 대한 보다 신빙성 있는 비평면 위치에너지 함수를 결정할 수 있었다.
본 연구에서는 용암석상의 무기물인 퍼라이트의 팽창에 관한 비등온 상태 전산 모사를 수행하여 실험 결과와 비교하여 모델의 유효성을 검증하고자 하였다. 기존의 연구를 기반으로 에너지 수지식을 적용하였고 이에 따른 물성값의 온도에 따른 변화를 적용하였다. 비등온 팽창에서 버블 부피의 변화, 수분 증발에 의한 변화 그리고 열 플럭스의 버블내로의 유입에 따라 버블의 온도 변화를 고려하였으며 이에 따른 용융 퍼라이트의 온도 분포 형성 또한 고려되었다. 이의 결과로 1100 K 이하에서 5% 이내의 정확성을 가지는 예측 모델 및 동특성 해석 코드를 개발하였고 1100~1400 K 범위에서도 7% 이내의 오차를 가지고 팽창도를 예측할 수 있었다.
일반적으로 다단 축류 터빈은 높은 팽창비에서 유동 가속으로 인하여 특정 단에서 초킹 현상이 발생하게 된다. 입구 유량 경계조건을 사용하는 일반적인 평균반경해석법을 사용하는 경우 유량 변화없이 팽창비만 증가하게 되는 초킹 현상을 예측하는데 한계가 있다. 본 연구에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해 초킹 영역에서의 성능을 예측하는 알고리즘을 제안하였다. 초킹 지점 이후에는 초킹이 발생하는 노즐 혹은 로터 출구 유동이 팽창하는 특성을 반영하여 고정된 유량 조건에서 팽창비가 변할 수 있도록 알고리즘을 구성하였다. 계산된 결과를 다단 축류 터빈 전산해석 결과 및 실험결과와 비교하여 신뢰성을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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