The impedance spectra of hydrating Portland cement paste showed a small part of a large depressed arc and a single depressed arc at low and high frequency regions, respectively. A new equivalent circuit was proposed for hydrating cement paste, which consists of a serial combination of resistor and CPE with a resistor in parallel for the bulk effects and a parallel combination of resistor and a CPE for the electrode effects. The microstructural evolution in hydrating cement paste was associated with the changes of the resistances, capacitance and the critical relaxation time.
The study was undertaken to investigate the electric behavior of the bulk cement paste and to separate the interface effects from the apparent impedance spectrum by using the bare and insulated electrode system. A modified equivalent circuit for insulated electrode system consists of a parallel combination of capacitance and CPE with capacitance in series. The dielectric constant and resistivity of bulk cement paste were obtained by subtracting the interface effects from the total impedance spectra of two electrode system during hydration.
The spectra of complex dielectric constant were measured on a fresh cement paste with water/cement ratio of 0.4 sandwiched between insulated electrodes in the frequency range of 10 KHz - 1 MHz at temperature range between 0℃ and -30℃. The bulk dielectric constant, 30 - 20, and conductivity, $6.14\times10^{-5}$ ∼ $0.65\times10^{-5}\Omega^{-1}m^{-1}$, in the temperature range -10℃ ∼ -28℃ were much lower than those at room temperature due to the great decrease of ionic mobility by freezing of cement paste. The activation energy of 0.31 eV for the ionic conduction in fresh cement paste was obtained from Arrehenius plot of conductivity at subzero temperature.
The electric and mechanical properties of cement paste under various compressive loading were respectively studied by using the impedance spectroscopy and by measuring the ultrasonic velocity. The increase of resistivity by compressive load was associated with the decrease of the W/C ratio in cement paste. The increase of density, ultrasonic velocity and modulus of cement paste hydrated under compressive load was attributable to the higher degree of compaction resulting from low pore density. The decrease of density, ultrasonic velocity and modulus during ageing of cement paste is due to a evaporation of evaporable water and a generation of cracks in cement paste.
수화하는 시멘트 반죽의 임피던스 주파수 특성은 높은 주파수와 낮은 주파수 영역에서 각각 실수 임피던스축 아래에 중심을 둔 원호을 나타내었다. 임피던스 주파수 분석을 통하여 시멘트 반죽의 임피던스에 대해 저항과 CPE의 직렬연결에 저항의 병렬연결로 구성된 등가회로와 전극계면의 임피던스에 대해 저항과 CPE로 구성된 등가회로를 얻었다. 시멘트 내부의 미시적인 변화를 시멘트의 저항, 커패시턴스와 유전이완 시간의 변화로 조사하였다.
시멘트의 전기적 특성을 조사하고, 전극계면의 효과를 제거하기 위하여 절연막이 있는 전극과 없는 전극에서 측정된 임피던스의 주파수 분석을 하였다. 임피던스 주파수 분석으로 절연막이 있는 전극에 대해 커패시턴스와 CPE의 병렬연결에 커패시턴스의 직렬연결로 구성된 등가회로를 얻었다. 수화동안 두 전극구성에서 얻어진 임피던스의 주파수 분석으로 시멘트의 유전율과 비저항을 비교하였다.
0.4의 물/시멘트비로 썩은 시멘트 반죽을 굳기전에 0℃ ∼ -30℃의 온도로 내려 $10 KHz ∼ 1 MHz$의 진동수영역에서 유전율의 주파수 특성을 조사하였다. 초기 굳기전의 응결로 시멘트 내부 이온의 유동도가 줄어들어서 상온에서 보다 낮은 유전율, 30 ∼ 20, 과 전기전도도, $6.14\times10^{-5}\sim0.65\times10^{-5}\Omega^{-1}m^{-1}$, 를 나타내었다. 굳기전 시멘트 반죽의 이온 전기전도도에 대한 활성화 에너지는 전기전도도의 아르헤니우스(Arrehenius) 그림으로 부터 0.31 eV를 얻었다.
압축력하에 시멘트의 전기적, 역학적 성질은 각각 임피던스 주파수 분석과 초음파 속도를 측정하여 연구되었다. 시멘트에 압축력을 인가함으로써 물/시멘트의 비율을 감소시키고, 전기저항과 강도의 증가를 가져왔다. 압축력하에 수화동안 밀도, 초음파의 속도와 강도의 증가는 압축력에 의한 시멘트 내부의 치밀도 증가로 인한 기포의 감소로부터 기인된 것으로 보여진다. 시멘트 반죽이 숙성된 후 밀도, 초음파 속도와 강도의 감소는 시멘트 내부의 증발할 수 있는 물의 증발과 결함(crack)의 생성의 결과로 생각된다.
