The pursuit of alternative cementitious binder system has been necessary for extending the performance and lifespan of extreme-engineered structures. The deterioration of cement exposed to extreme conditions poses threat to the entire structures and their integrity. A number of alternatives for conventional Portland cement has thus far been proposed, yet their long-term durability performance, especially in extreme environments is an ongoing topic of studies. This dissertation explores the applicability of alkali-activated cement for extreme engineering by investigating the fundamental degradation mechanism and nanostructural changes in this material induced by exposure to extreme environments. To this end, alkali-activated fly ash, slag and blend of both fly ash and slag were exposed to extreme conditions involving high $CO_2$, high temperature or potential gradient which accelerates leaching upon contact with water. The structural evolution of binder gel in alkali-activated cement exposed to extreme environments was investigated using multi-analytical tools. The obtained results provide new insight into the durability performance of the binder system, which establishes fundamental knowledge of deterioration phenomena driven by extreme conditions. The thesis is concluded by summarizing the implication of the results and potential topics of future studies.
대체 시멘트계 재료 개발은 극한공학적 관점에서 매우 중요시 되고 있다. 극한 조건에 노출된 시멘트의 열화는 전체 구조물의 안정성을 위협하는 요인이 된다. 현재까지 여러 종류의 시멘트계 재료가 포틀랜드 시멘트의 대체안으로 제안된 반면, 그들의 장기내구성능에 대한 검증이 부족하며 극한환경에서의 연구가 부족한 실정이다. 본 연구에서는 극한환경에 노출된 알칼리활성 시멘트의 근본적인 열화요인과 나노구조 변화를 분석하여 알칼리활성 시멘트의 극한공학적 재료로써의 적용성을 검토하였다. 이를 위하여 알칼리활성 플라이애시, 슬래그, 플라이애시/슬래그 시편을 제작하여 높은 농도의 이산화탄소 환경, 고온, 용출이 용이한 환경에 노출시켰다. 이러한 환경에 노출된 알칼리활성 시멘트 내 결합재의 구조적 진화를 다양한 특성분석 방법을 통하여 관찰하였다. 본 연구에서 도출한 결과를 바탕으로 극한조건에 의한 열화현상을 규명하였다.
