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Microstructural characterization for phase change and damage of cement-based materials using ultrasonic waves = 초음파를 이용한 콘크리트의 미세구조 정량화
서명 / 저자 Microstructural characterization for phase change and damage of cement-based materials using ultrasonic waves = 초음파를 이용한 콘크리트의 미세구조 정량화 / Hong-Jae Yim
저자명 Yim, Hong-Jae ; 임홍재
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2013].
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초록정보

Investigation of microstructure is essential procedure for evaluation of cement-based materials because its evolution and inhomogeneities can significantly affect to the mechanical properties and strength of the concrete structure. This dissertation attempts to evaluate the microstructure in cement-based materials using proposed nondestructive ultrasonic methods. The focus of this dissertation is the characterization of microstructure according to the diverse phase of concrete, such as early-age, normal, and damaged condition. The first study devoted to characterize a microstructural evolution of early-age cement paste using a diffuse ultrasound. Experimental measurement of diffuse ultrasound on P-wave was performed using laser Doppler vibrometer. Change of incoherent component was analyzed to investigate the hydration process of cement paste, where combined time was suggested as useful indicator for setting. The second study was carried out characterization of pore dispersion in hardened cement paste based on the measurement of through-transmitted wave attenuation. Wave attenuation is disturbed by the inclusion of air voids. Thus quantified parameters for characterizations were obtained from comparison between measurement of wave attenuation and theoretical model based on scattering theory, and represent air voids contents, such as volume fraction and size distribution of entrained voids. Application example was discussed with respect to the measurement of permeable pore space, and an optical micrographic analysis was also conducted. The third study focused on the characterization of microcracks due to thermal damage of concrete. Thermally damaged concrete was visualized in a multiscale, and it was characterized as contact-type defects using impact-modulation technique based on a nonlinear ultrasonic method. The measured nonlinearity parameters were evaluated by comparison with measurement of permeable pores. The experimental study was also performed to evaluate the residual mechanical properties, such as compressive strength, elastic modulus, and peak strain, of thermally damaged concrete based on the correlations between the nonlinearity parameters and the mechanical properties. As a result, developed regression equations were proposed to predict the residual mechanical properties from the measurement of nonlinearity parameter, which indicates the degree of thermal damage.

본 논문에서는 비파괴 초음파 평가 기법을 이용하여 콘크리트의 미세구조 정량화를 그 목적으로 한다. 콘크리트를 미세구조 진화에 따라 초기재령 콘크리트, 일반 콘크리트, 손상 콘크리트로 나누고 각 상 변화의 대표 미세구조 정량화를 위해 적합한 초음파 측정 기법을 제시하였다. (1) 미세구조 변화에 따른 초기재령 시멘트 페이스트의 응결 시간 측정: 이 연구에서는 확산 초음파 측정을 이용하여 시멘트 페이스트의 응결 시간 측정 방법을 제시하였다. 비접촉 레이저 도플러 진동 측정기를 이용하여 물/시멘트 비에 따른 초기재령 시멘트 페이스트의 확산 초음파를 측정 하였으며, 확산 초음파의 최대 에너지 도달 시간 변화는 시멘트 페이스트 내부의 미세구조 변화를 반영 한다. 따라서, 확산 초음파 측정을 응결 시간 측정 인자로 제시 할 수 있다. (2) 굳은 시멘트 페이스트의 연행 공기 정량화: 이 연구에서는 초음파 감쇠량 측정을 통해 굳은 시멘트 페이스트 내의 연행 공기를 정량화 하였다. 체적파 투과시 페이스트 내부의 공극에 의해 초음파 에너지 감쇠가 발생 한다. 제안된 정량적 초음파 감쇠량 측정 기법으로부터 주파수에 따른 감쇠량을 측정하고 수정된 산란 모델과의 역 해석을 통해 내부 공극량 및 공극 분포를 정량화 하였다. 또한, 추정 결과는 투수 공극량 측정과 이미지 분석을 통해 검증 되었다. (3) 열화 손상에 따른 콘크리트의 미세균열 정량화 및 잔류 재료 물성 추정식 제안: 이 연구에서는 비선형 초음파 측정을 통해 열화 손상에 따른 미세균열을 정량화 하였다. 전자현미경을 통해 열화 온도에 따른 콘크리트의 미세균열 발생을 측정하고 비선형 초음파 측정의 손상 평가 적합성을 검증 하였다. 나아가, 초음파 변조 기법에 의한 비선형 인자 측정과 압축 파괴 실험을 통해 측정된 재료 물성 측정과의 회귀 분석을 통해 열화 손상에 따른 잔류 재료 물성 추정식 제안 하였다.

서지기타정보

서지기타정보
청구기호 {DCE 13009
형태사항 ix, 125 p. : 삽도 ; 30 cm
언어 영어
일반주기 저자명의 한글표기 : 임홍재
지도교수의 영문표기 : Hyo-Gyoung Kwak
지도교수의 한글표기 : 곽효경
학위논문 학위논문(박사) - 한국과학기술원 : 건설및환경공학과,
서지주기 References : p. 119-125
주제 Ultrasonic wave
Cement-based material
Material properties
Microstructural characterization
초음파
콘크리트
재료 물성
미세구조 정량화
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