• Nuclear Engineering and Technology
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• 제55권6호
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• pp.2147-2157
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• 2023

The aggregate-forming minerals in concrete undergo volume swelling and microstructure change under neutron irradiation, leading to degradation of physical and mechanical properties of the aggregates and concrete. A comprehensive investigation of volume change and elastic property variation of major aggregate-forming minerals is still lacking, so molecular dynamics simulations have been employed in this paper to improve the understanding of the degradation mechanisms. The results demonstrated that the densities of the selected aggregate-forming minerals of similar atomic structure and chemical composition vary in a similar trend with deposited energy due to the similar amorphization mechanism. The elastic tensors of all silicate minerals are almost isotropic after saturated irradiation, while those of irradiated carbonate minerals remain anisotropic. Moreover, the elastic modulus ratio versus density ratio of irradiated minerals is roughly following the density-modulus scaling relationship. These findings could further provide basis for predicting the volume and elastic properties of irradiated concrete aggregates in nuclear facilities.

• 자원환경지질
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• 제54권5호
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• pp.561-572
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• 2021

국내의 많은 지역에서 골재 채취가 이루어지고 있으며 이로 인해 대형 절토사면이나 다량의 절취된 암석이 발생되고 있다. 이러한 골재 채취를 위한 개발부지가 황화광물이 수반된 지층일 경우 산성암석배수(Acid Rock Drainage : ARD)가 발생하여 개발부지 내와 주변지역에 환경오염의 문제를 발생시킬 수 있다. 산림골재 시료를 대상으로한 연구결과 시료 대부분이 잠재적인 비산발생 시료로 분류되고 그중에 광주시, 고양시, 속초시의 일부 시료에서 잠재적인 산발생 시료로 분류되어지는 결과를 얻었다. 이는 향후 다량의 골재가 사용될 경우 골재의 품질에 영향을 줄 수 있음을 예상할 수 있다. 따라서 이러한 산림골재들은 사용 시 관리가 필요할 것으로 판단된다. 산 발생 능력 시험을 통한 ARD 발생 예측으로, 향후 발생 될 수 있는 경제적 손실을 줄일 수 있을 것으로 기대되며, 주변 환경오염 문제를 보다 완화 시킬 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국광물학회지
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• 제31권2호
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• pp.103-111
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• 2018

황사(아시아 먼지)의 광물학적 특성에 대한 장기 관측의 일환으로, 2018년 4월 6일과 15일 황사 현상시에 채집한 두개의 황사시료에 X선회절(XRD)과 주사전자현미경(SEM) 분석을 실시하였다. XRD 분석결과, 두 시료는 시기의 차이에도 불구하고 광물학적 특성은 유사하다. 층상규산염 점토광물의 총함량이 62 wt% 정도이었으며, 이 중에서 일라이트-스멕타이트류 점토광물의 함량이 55% 정도로 가장 높았고, 녹니석과 캐올리나이트가 각각 3% 및 4% 정도씩 함유되어 있었다. 그 외 비층상 규산염광물로서 석영 18%, 사장석 9%, K-장석 3%, 방해석 3%, 석고 2-4%가 함유되어 있었다. 개별입자의 SEM 화학분석으로 구한 황사의 광물조성도 XRD 정량분석결과와 부합한다. 황사의 주요 광물인 일라이트-스멕타이트류 점토광물은 $1{\mu}m$ 이하 초미세입자들로서 응집체 입자를 형성하거나, 석영, 사장석, K-장석, 녹니석, 방해석 등의 큰 입자들을 피복한다. 방해석은 종종 나노크기의 섬유상 집합체로, 그리고 석고는 납작한 자형결정으로 점토와 함께 황사입자를 형성한다. 2018년 4월 황사시료의 광물학적 특성은 2012년 시료와 비교하면 점토함량이 높지만, 다른 예년의 시료들과 유사하다.

• 자원환경지질
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• 제36권5호
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• pp.365-374
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• 2003

다양한 유해성 화학물질들이 콘크리트의 설치환경에 따라 외부로부터 유입될 수 있다. 해수에 의한 콘크리트의 성능저하 현상은 해수의 다양한 화학성분에 의한 복잡한 작용이 연관되어 있다. 따라서, 본 연구에서는 주요 해수 성분의 영향으로 인한 콘크리트 성능저하에 관련된 이차광물의 형성에 따른 광물학적, 미세 구조적 변화 특성에 대하여 연구하였다. 부산경남의 해안지역의 기존 콘크리트 구조물들에서 성능저하특징을 관찰하고 콘크리트 시료를 채취하였다. 채취된 시료에 대한 암석학적분석과 XRD 및 SEM/EDAX 분석을 실시하여 골재와 시멘트페이스트의 화학적, 광물학적, 미세구조적 변화를 해석하였다. NaCl, CaCl, $MgCl_2$ 및 $Na_2SO_4$용액을 사용한 실내 콘크리트 변질 실험을 실시하였다. 변질실험 결과를 기존 콘크리트 시료에 대한 분석 결과를 비교함으로서 해수의 주성분들이 콘크리트의 성능저하에의 영향과 메커니즘을 분석하였다. 해수의 알칼리성분들은 알칼리-골재 반응을 가속화하며, 콘크리트의 심한 팽창과 균열을 발생하는 알칼리-칼슘-실리카겔을 형성하는 것으로 나타났다. 탄산화작용은 다량의 비교결성의 방해석을 형성하여 시멘트페이스트를 약화시키고 있다. 또한, 탄산화작용은 그 진행 정도에 따라 일부 이차광물들의 성분과 안정도에 현저한 영향을 미치는 것으로 나타났다. 탄산화가 현저히 진행된 콘크리트에는 다량의 석고가 형성되었으나, 탄산화가 약하게 진행된 것에는 사우마사이트가 에트린자이트와 고용체를 형성하여 미세 균열을 발생하고 있다. 실험적으로, 에트린자이트는 염소의 유입으로 인하여 trichloroaluminate로 전이되거나 분해되는 것으로 나타났다. 해수의 Mg 이온은 비교결성의 브루사이트와 MSH (magnesium silicate hydrate)를 형성하여 시멘트 페이스트의 성능저하의 원인이 되는 것으로 나타났다.

• 한국광물학회지
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• 제16권1호
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• pp.75-90
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• 2003

일부 기존 콘크리트 내에서 발견되는 에트린자이트(ettringite)와 사우마사이트(thaumasite)에 대하여 산출상태 및 화학성분을 조사하고, $Na_2SO_4$ 용액을 이용한 인공적인 변질 실험을 수행하여, 이들 광물의 특정 환경 조건하에서의 안정도와 콘크리트의 성능저하에 미치는 영향을 연구하였다. 에트린자이트와 사우마사이트의 형태 관찰과 성분분석을 위하여 전자현미경(SEM)을 통한 EDAX분석을 실시하였다. 에트린자이트는 시멘트 페이스트의 공간을 충진하거나, 시멘트 페이스트를 치환한 형태로 나타나며, 미세 균열이 에트린자이트로부터 시멘트 페이스트 내부로 전파되고 있음이 잘 관찰되었다. 에트린자이트는 특정 환경 조건하에서 사우마사이트와 트리클로로알루민산염(trichloroaluminate)으로 쉽게 전이되거나 분해되었다. 사우마사이트는 탈백운석화작용을 수반하는 탄산염 골재를 사용한 콘크리트와 탄산화가 진행된 해안지역의 콘크리트에서 에트린자이트와 수반되어 나타난다. 사우마사이트의 형성 조건은 에트린자이트와 유사한 조건에서 형성되는 것으로 생각되나, 에트린자이트가 먼저 형성된 후 치환작용에 의하여 에트린자이트/사우마사이트 고용체를 형성하는 것으로 생각된다. 콘크리트내의 에트린자이트는 염화물이 공급될 경우 염소가 에트린자이트의 황산염을 부분 또는 완전한 치환하여 에트린자이트와 유사한 결정구조를 가지는 트리클로로알루민산염으로 전이되며, 또한, 트리클로로알루민산염은 황산염이 다시 공급될 경우, 치환반응에 의하여 다시 에트린자이트로 전이되었다. 두 광물의 치환반응의 반응 경로는 용액내의 염소이온과 황산이온의 농도에 따르는 것으로 생각된다. 이상과 같이, 에트린자이트는 콘크리트 내에서 다양한 내외부적인 화학작용 따라 특징적인 산출 양상을 보이며, 주변 환경 조건에 따라 다른 광물로 전이되는 나타내었다. 이러한 연구결과, 에트린자이트의 생성에 따른 콘크리트의 성능저하는 그 광물학적 특성과 분포양상에 관련성을 가지는 것으로 나타났다.