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문제 정의
- CFRD(Concrete Faced Rockfill Dam) 차수벽콘크리트는 건조수축, 소성수축균열 및 다짐불량 등에의 해 균열발생 위험성이 높으며, 이러한 균열은 댐의 내구성을 감소시키고 구조적 문제를 야기할 수 있기 때문에, 본 연구에서는 CFRD 차수벽콘크리트의 균열특성에 미치는 각종 영향요인을 분석하고자 하였다. 이를 위해, CFRD 차수벽콘크리트의 여러 배합 및 폴리프로필렌 섬유와 플라이애시를 사용한 콘크리트의 배합을 선정하여, 건조수축, 부착강도, 투수성 및 소성수축균열 실험을 실시하였다.
- 투수계수 및 소성수축균열 시험 등을 통해 콘크리트의 각종 공학적특성을 비교 . 검토한 후, 현장적용 실험을 실시함으로서 향후 건설될 CFRD 차수벽콘크리트의 고품질화를 위한참고자료를 제시하고자 하였다.
- 차수벽콘크리트의 타설시 장대사면인 관계로 다짐작업이 매우 곤란하게 되므로 다짐방법에 따른 콘크리트의 부착강도 특성을 검토하기 위한 목적으로 실시하였다. 콘크리트의 부착강도는 Fig.
제안 방법
- 1) CFRD 차수벽콘크리트의 여러 배합을 선정하여 건조수축량을 비교.검토한 결과, 상대적으로 단위수량이 많았던 CFRD C 및 CFRD A의 건조수축량이 크게 나타나, 기존 연구결과와 마찬가지로 단위수량을 가급적 낮추는 것이 차수벽콘크리트에서 건조수축에 의한 균열을 줄일 수 있는 것으로 나타났다.
- CFRD 차수벽콘크리트의 균열특성에 미치는 각종 영향요인을 검토한 후, 현장적용 실험을 실시한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 3 과 같은 TANIFUn MACHINE CO. LTD의 투수시험기를 이용하여 내부에 수압을 가한 후, 일정시간 후의 침투 깊이를 측정하고 다음 식에 의하여 투수계수를 산정하였다.
- 몰드를 세워 콘크리트를 1/2 타설 . 다짐하고, 약 10분 정도후 나머지 1/2을 타설하며 진동다짐기로 다짐하는방법으로 콘크리트 공시체를 제작하였다.
- 다짐작업이 이루어지기 때문에 작업이 상당히 곤란하게 되며, 이로 인해 다짐 작업에 특별한 주의를 기울이지 않으면 시공 및 콜드 조인트의 발생위험이 높게 된다. 따라서, 본 실험항목에서는 다짐작업의 방법에 따라 차수벽 콘크리트의 표면성상 및 부착강도의 변화를 비교 . 평가하기 위하여 진동다짐을 전층에 못 미치게 실시한 C2와, 전층까지 깊숙이 실시한 C1 의 공시 체를 제작하였으며, 특히, 공시체의 제작 시 콘크리트를 1/2 타설 후 약 10분간의 간격을 두고 나머지 콘크리트를 타설함으로서 실제 차수벽 콘크리트 시공시의 Slip Form 견인시간을 고려하였다.
- 따라서, 본 연구에서는 CFRD 차수벽콘크리트의 균열특성에 미치는 각종 영향요인을 검토하기위하여 콘크리트 배합, 다짐방법, 혼화재료 둥의요인을 실험변수로 선정하고 콘크리트의 건조수축, 부착강도. 투수계수 및 소성수축균열 시험 등을 통해 콘크리트의 각종 공학적특성을 비교 .
- 이를 위해, CFRD 차수벽콘크리트의 여러 배합 및 폴리프로필렌 섬유와 플라이애시를 사용한 콘크리트의 배합을 선정하여, 건조수축, 부착강도, 투수성 및 소성수축균열 실험을 실시하였다. 또한, 이 중 우수하게 나타난 두 배합(CFRD D, PPC)을 선정하여 CFRD 차수벽콘크리트 타설현장에 적용하였다.
- 본 실험계획은 기존 CFRD 차수벽콘크리트의배합 및 혼화재료(플라이애시, 폴리프로필렌섬유) 를 사용한 배합을 선정하여 건조수축, 부착강도, 투수계수 및 소성수축균열 특성을 비교. 검토하였다.
- 실내 실험결과를 토대로 시공중인 CFRD의 차수벽콘크리트중 일부 Block을 선정하여 CFRD D와 PPC의 배합으로 실제 시공시와 동일한 조건으로 타설한 후, 콘크리트의 균열성상을 관찰하였다.
- 4와 같이 500x500x75 mm의 실험 시편을 제작하였고, 시편의 중앙에는 콘크리트의 수축을 구속하기 위해 강제링을 설치하였다. 실험은 18 ±11의 온도와 37±3 %의 상대습도에서 콘크리트 표면에 4~4.6m/s의 바람을 작용시키면서 24시간 동안 실시하였다.
- 하였다. 이를 위해, CFRD 차수벽콘크리트의 여러 배합 및 폴리프로필렌 섬유와 플라이애시를 사용한 콘크리트의 배합을 선정하여, 건조수축, 부착강도, 투수성 및 소성수축균열 실험을 실시하였다. 또한, 이 중 우수하게 나타난 두 배합(CFRD D, PPC)을 선정하여 CFRD 차수벽콘크리트 타설현장에 적용하였다.
- 차수벽콘크리트에서의 소성수축균열 제어특성을검토하기 위하여 본 연구에서 사용한 실험방법은 Fig. 4 및 Fig. 9와 같은 방법으로 소성수축균열실험을 실시하였으며, 실험결과를 Fig. 10과 같이 콘크리트 표면에 발생한 균열의 최대폭과 균열의 총면적〔£ (균열의 길이X균열 폭)〕으로 나타내었는데 , 균열의 길이 대신에 균열의 총 면적으로 결과를 나타낸 것은 콘크리트 표면에는 폭이 크고 작은 균열이 동시에 발생하기 때문이다.""
- 콘크리트의 소성수축균열 제어특성을 평가하기 위하여 Fig. 4와 같이 500x500x75 mm의 실험 시편을 제작하였고, 시편의 중앙에는 콘크리트의 수축을 구속하기 위해 강제링을 설치하였다. 실험은 18 ±11의 온도와 37±3 %의 상대습도에서 콘크리트 표면에 4~4.
- 부착강도. 투수계수 및 소성수축균열 시험 등을 통해 콘크리트의 각종 공학적특성을 비교 . 검토한 후, 현장적용 실험을 실시함으로서 향후 건설될 CFRD 차수벽콘크리트의 고품질화를 위한참고자료를 제시하고자 하였다.
- 따라서, 본 실험항목에서는 다짐작업의 방법에 따라 차수벽 콘크리트의 표면성상 및 부착강도의 변화를 비교 . 평가하기 위하여 진동다짐을 전층에 못 미치게 실시한 C2와, 전층까지 깊숙이 실시한 C1 의 공시 체를 제작하였으며, 특히, 공시체의 제작 시 콘크리트를 1/2 타설 후 약 10분간의 간격을 두고 나머지 콘크리트를 타설함으로서 실제 차수벽 콘크리트 시공시의 Slip Form 견인시간을 고려하였다.
- 휨강도시험은 Fig. 6과 같이 중앙점 하중법을이용하였으며, 이때 재하시 주로 신 ■ 구 콘크리트의 접합부위에서 파괴가 되기 때문에 본 실험에서는 휨강도값을 콘크리트간의 부착강도로 판단하였다.
대상 데이터
- 콘크리트의 건조수축 시험방법은 KS F 2424 모르타르 및 콘크리트의 길이변화 시험방법중 컴퍼레이터를 이용하여 실시하였다.
이론/모형
- 콘크리트의 부착강도는 Fig. 2와 같은 별도의 제작방법에 의해 콘크리트를 제작한 후, KS F 2407 콘크리트의 휨강도 시험방법(중앙점 하중법) 을 이용하여 휨강도를 구하고 이를 콘크리트의 부착강도로 판단하였다.⑺ 즉.
성능/효과
- 시공되고 있다.(1) 이 중 차수벽 콘크리트는 댐의 기능중 차수역할을 담당하는 가장 중요한 부분으로 외부에서 작용하는 하중(수압)에 대해 구조적으로 안전해야 하며, 내구성 및 수밀성이 확보되어야 한다. 또한, 장대사면(댐높이에 따라 약 70~120m)이라는 댐 구조물의 특성상 차수벽 콘크리트는 슬립폼(Slip-form)을 이용하여 댐 하부에서 정상까지 연속적으로 타설하기 때문에 시공 시 세심한 주의가 필요하며 특히, 시공 전 .
- 2) 차수벽콘크리트의 시공시 발생할 수 있는 다짐 방법에 따른 부착강도의 변화를 검토한 결과, 다짐이 불충분할 경우 10~20 % 정도 부착강도가 저하하는 것으로 나타났다.
- 3) 투수시험결과, 폴리프로필렌 섬유 및 플라이애시를 사용한 콘크리트에서 일반적인 콘크리트의 투수계수인 X lb’~ 1沪3(m/s) 범위를 모두 만족하며, 무혼입 콘크리트와비교해 동등이상의 투수저항성능을 나타냈다.
- 4) 소성수축균열 실험결과, PPC 및 FAC에서의 균열이 CFRD D와 비교해 균열폭은 각각 40, 60%. 균열발생면적은 20, 40% 수준으로 상당히 감소하였다.
- 5) PPC 및 CFRD D의 배합을 실제현장에 적용하여 균열발생 현황을 관찰한 결과, PPC 의 경우가 균열발생이 상대적으로 적게 나타나 폴리프로필렌 섬유를 사용하여 차수벽콘크리트의 균열을 저감시킬 수 있는 것으로 나타났다.
- Fig. 13은 현장타설 및 균열관찰 상황을 나타낸것으로서, 타설결과 0.1mm 이상의 육안관찰이 가능한 균열이 CFRD D Block에서는 일부관찰된 반면, PPG Block의 경우 거의 관찰되지않아 폴리프로필렌 섬유를 차수벽콘크리트에 적용할 경우 차수벽콘크리트에서 발생가능한 균열을 효과적으로 저감시킬 수 있는 것으로 나타났다.
- 건조수축량을 비교.검토한 결과, 상대적으로 단위수량이 많았던 CFRD C 및 CFRD A의 건조수축량이 크게 나타나, 기존 연구결과와 마찬가지로 단위수량을 가급적 낮추는 것이 차수벽콘크리트에서 건조수축에 의한 균열을 줄일 수 있는 것으로 나타났다.
- 또한, 두 Block 모두 기존 차수벽 콘크리트와 비교해 상당량 균열이 감소한 것을 확인할 수 있었는데⑸, 이는 배합상의 단위수량 저감, 다짐 및 마감처리에 있어서의 세심한 배려를 통하여 얻어진 결과로 사료된다.
- 실험결과, PPC와 FAC가 균열의 폭 및 총 면적을 CFRD D와 비교하여 상당히 감소시키는 결과를 보여주었다. 특히, PPC에서 가장 적게 나타났는데.
- 실험결과, 다짐방법에 따라 부착강도가 10~20%정도 차이 났으며, PPC(폴리프로필렌 섬유보강 콘크리트) 및 FAC(플라이애시 사용 콘크리트)의 경우 무혼입 콘크리트(CFRD D)에 비해 동등이상의 투수저항성을 나타내었고, 소성수축균열은 40 ~60% 감소현상을 보여 주었다.
- 이와 같은 결과는 폴리프로필렌 섬유가 시멘트 매트릭스 내에서 균열의 성장을 제어하는 가교작용을 하기 때문인 것으로 사료된다. 자세히 살펴보면, 우선 최대 균열폭의 경우 CFRD D에서 0.05 mm로 나타난 반면, PPC와 FAC에서는 각각 0.02 및 0.03 mm 로 나타났으며, 균열발생면적의 경우 PPC 와 FAC 에서 각각 0.1 商와 0.2 询로 CFRD D(0.5mrf)의 20 ~40 % 수준으로 나타났다.
후속연구
- 5와 같이 배합상의 단위수량이 175 및 159kg/nf로 다른 배합에 비해 상대적으로 많았던 CFRD C 및 CFRD A의 건조수축량이 크게 나타났다. 따라서, 기존 연구결과와마찬가지로 단위수량을 가능한 낮추는 것이 차수벽콘크리트의 건조수축 균열 저감에 유리할 것으로 판단되며, 본 실험 결과 CFRD D, FAC, PPC의 순으로 CFRD D를 제외하고 혼화재를사용한 배합에서 건조수축량이 상대적으로 다소적게 나타나 폴리프로필렌 및 플라이애시 등의혼화재를 사용함으로서 건조수축량에 의한 균열을 줄일 수 있을 것으로 사료되며, 이는 뒤에서검토할 소성수축균열 시험에서 다시 논의할 것이다.
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