탄성파를 이용한 플라이애쉬 기반 지오폴리머 모르타르의 동적물성치 조사

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 플라이애쉬(Fly Ash) 기반 지오폴리머 모르타르의 초기 및 후기 양생 기간 동안 탄성파를 이용하여 동적 물성치를 평가하였다. 초기 양생 기간에서는 벤더 엘리먼트 실험을 통해 전단파 속도를 측정하여 응결 특성을 비파괴적이고 연속적으로 모니터링하는 기법을 제시하였다. 이를 통해 관입도와 전단파 속도 간의 상관관계를 도출하여 기존 비카트 침 시험을 대체할 수 있는 가능성을 확인하였다. 후기 양생 기간에서는 P-파 속도, 비구속 압축파 속도, 동탄성계수를 측정하여 지오폴리머 모르타르의 강성을 평가하였고, 압축강도, 밀도 및 공극률과의 상관관계를 분석하였다. 연구 결과, 실내 양생(L/S 22%)과 오븐 양생(L/S 26%)에서 강도 및 강성이 급격히 저하되는 L/S 비율을 확인하였으며, 양생 조건이 다른 경우 시간에 따라 강성의 변화가 달라지는 역전 현상도 관찰되었다. 본 연구는 탄성파를 이용한 비파괴 시험이 플라이애쉬 기반 지오폴리머 모르타르의 경화 특성과 동적 물성치를 실시간으로 평가할 수 있는 효율적 기법임을 입증하였으며, 지오폴리머의 실무 적용성과 품질 관리에 기여할 수 있는 기초 자료를 제공하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study evaluated the dynamic properties of fly ash-based geopolymer mortar during both early and later curing stages using stress waves. In the early curing period, shear wave velocity was measured using the bender element test, presenting a non-destructive and continuous method for monitoring setting times characteristics. A correlation between penetration depth and shear wave velocity was derived, confirming the potential to replace the traditional Vicat needle test.
In the later curing period, P-wave velocity, unconfined compression wave velocity, and dynamic elastic modulus were measured to assess the stiffness of geopolymer mortar. These measurements were compared with compressive strength, density, and porosity to analyze their correlations. The results identified critical L/S ratios where strength and stiffness significantly decreased: L/S 22% for ambient curing and L/S 26% for oven curing. Additionally, a reversal in stiffness trends between oven-cured and ambient-cured samples was observed as curing progressed.
This study demonstrates that stress-wave-based non-destructive testing effectively evaluates the setting times characteristics and dynamic properties of fly ash-based geopolymer mortar in real time. The findings provide fundamental data that contribute to the practical application and quality control of geopolymers as an eco-friendly alternative to cement.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서 론 1
• 1.1. 연구 배경 및 목적 1
• 1.2. 논문의 내용 및 구성 5
• 제 2 장 이론적 배경 및 문헌조사 7
• 2.1. 탄성파의 파동전파 7
• 2.1.1. 탄성체에서의 전파 7
• 2.1.2. 압축파 속도의 종류 8
• 2.1.3. 전단파 속도 10
• 2.2. 동적 물성치 평가를 위한 문헌조사 11
• 2.2.1. 시험 방법론 조사· 11
• 2.2.2. 재료 물성 실험 조사 17
• 제 3 장 재료 및 시편 제작 21
• 3.1. 사용재료 22
• 3.1.1. 플라이애쉬 22
• 3.1.2. 모래 23
• 3.1.3. 알칼리 활성화제&유동화제 24
• 3.2. 시편 제작 25
• 3.2.1. 지오폴리머 배합 설계 26
• 3.2.2. 시편 제작 방법 30
• 제 4 장 실험 방법 32
• 4.1. 벤더 엘리먼트(초기 양생기간) 32
• 4.1.1. 시험 구성 35
• 4.1.2. 신호 획득 및 분석 방법 37
• 4.1.3. 전단파 속도 획득 검증 40
• 4.2. 충격햄머를 이용한 P-파 측정(경화 이후 양생기간) 42
• 4.2.1. 시험 구성 42
• 4.2.2. 압축파 속도 산정 방법 44
• 4.2.3. P-파 신호 검증 45
• 4.3. 양단 자유단 공진주 시험(경화 이후 양생기간) 48
• 4.3.1. 시험구성 48
• 4.3.2. 공진 측정 49
• 4.3.3. 비구속 압축파 검증 및 결정 51
• 4.4. 그 외 성능 시험 53
• 4.4.1. 강도시험(경화 이후 양생기간) 53
• 4.4.2. 응결시험(초기 양생기간) 54
• 4.4.3. 밀도 및 공극률 시험(경화 이후 양생기간) 55
• 제 5 장 실험 결과 및 분석 56
• 5.1. 초기 양생기간 역학적 특성 조사(0~8시간) 56
• 5.1.1. 벤더 엘리먼트 결과 56
• 5.1.2. 응결시험 결과 59
• 5.1.3. 관입도-전단파 속도의 상관관계 62
• 5.2. 후기 양생기간의 역학적 특성 조사 63
• 5.2.1. P-파 도달시간 측정 결과 63
• 5.2.2. 양단 자유단 공진주 시험 결과 70
• 5.2.3. 그 외 성능 시험 결과 86
• 5.2.4. 밀도 및 공극률과의 관계성 조사 91
• 5.2.5. 탄성계수와 강도의 상관성 분석 96
• 5.2.6. P-파와 비구속 압축파를 통한 포아송비 101
• 제 6 장 결론 103
• 참고문헌 106
• Abstract 115
• 감사의 글 116