PHC 파일의 압축강도와 재료분리층에 대한 실험연구 Experimental Study on Segregated Layers of Materials and Compressive Strength of Concrete for Pretensioned Spun High Strength Concrete Pile원문보기
PHC 파일은 높은 재하능력과 충격저항 그리고 경제성 및 내구성이 우수하지만 제품 제작시 프리스트레스 텐던이 적절한 콘크리트 덮개를 확보하여야 하며 엄격한 콘크리트 덮개를 확보하여야 하며 엄격한 품질관리가 요구된다. 원심 성형시 파일단면이 시멘트풀, 모르타르 층으로 분리되면 프리스트레스 텐던의 덮개를 충분히 확보하기 어려워 파일의 운반, 야적 및 항타시 발생하는 하중효과에 의해 균열이 발생할 수 있으며, 텐던의 부식을 유발할 수 있다. 본 연구에서는 프르텐션방식 원심력 고강도콘크리트 파일 생산시 원심력콘크리트의 원심조건이 파일의 재료분리층과 압축강도에 미치는 영향을 연구하기 위해 실험을 수행하였다. 실험결과에 의하면, 재료분리는 파일의 강도에 큰 영향을 주지는 않으나 원심력 크기 및 원심시간에 따라 재료분리층의 두께 변화가 심하여, 특히 고속의 원심 성형이 파일의 강도를 크게 하는 반면 재료분리도 크게 발생함을 알 수 있다. PHC 파일의 경우 재료분리가 크면 프리스트레싱 텐던의 피복두께 감소로 인해 부착력 감소, 텐던 주변의 종균열 발생, 내구성저하를 가져오고 또한, 텐던의 처짐, 비대칭 배치에 의해 불필요한 응력발생시 횡균열 발생이 가능하므로 재료분리가 적은 최적의 원심력, 원심시간결정은 중요한 것으로 보인다.
PHC 파일은 높은 재하능력과 충격저항 그리고 경제성 및 내구성이 우수하지만 제품 제작시 프리스트레스 텐던이 적절한 콘크리트 덮개를 확보하여야 하며 엄격한 콘크리트 덮개를 확보하여야 하며 엄격한 품질관리가 요구된다. 원심 성형시 파일단면이 시멘트풀, 모르타르 층으로 분리되면 프리스트레스 텐던의 덮개를 충분히 확보하기 어려워 파일의 운반, 야적 및 항타시 발생하는 하중효과에 의해 균열이 발생할 수 있으며, 텐던의 부식을 유발할 수 있다. 본 연구에서는 프르텐션방식 원심력 고강도콘크리트 파일 생산시 원심력콘크리트의 원심조건이 파일의 재료분리층과 압축강도에 미치는 영향을 연구하기 위해 실험을 수행하였다. 실험결과에 의하면, 재료분리는 파일의 강도에 큰 영향을 주지는 않으나 원심력 크기 및 원심시간에 따라 재료분리층의 두께 변화가 심하여, 특히 고속의 원심 성형이 파일의 강도를 크게 하는 반면 재료분리도 크게 발생함을 알 수 있다. PHC 파일의 경우 재료분리가 크면 프리스트레싱 텐던의 피복두께 감소로 인해 부착력 감소, 텐던 주변의 종균열 발생, 내구성저하를 가져오고 또한, 텐던의 처짐, 비대칭 배치에 의해 불필요한 응력발생시 횡균열 발생이 가능하므로 재료분리가 적은 최적의 원심력, 원심시간결정은 중요한 것으로 보인다.
Pretensioned spun high strength concrete (PHC) pile has to be quality-controlled and provided an adequate concrete cover to assure high load carrying capacity, impact resistance, economy, and durability. During spun pre-casting, the pile section is divided into several segregated layers such as lait...
Pretensioned spun high strength concrete (PHC) pile has to be quality-controlled and provided an adequate concrete cover to assure high load carrying capacity, impact resistance, economy, and durability. During spun pre-casting, the pile section is divided into several segregated layers such as laitance, paste, mortar, and concrete layers. Greater the thickness of segregated layers, more difficult it is to guarantee the capacity and the durability of PHC pile. The experimental study was performed to investigate the effects of centrifugal condition on the segregated layers of materials and the compressive strength of concrete for PHC pile. The considering factors in the test were centrifugal time and magnitude of centrifugal force. These factors have been found to have greater influence on the segregation than the concrete strength. The moderate centrifugal condition has to be considered to maintain quality assurance in the production of PHC pile, especially to provide the adequate concrete cover over its tendons.
Pretensioned spun high strength concrete (PHC) pile has to be quality-controlled and provided an adequate concrete cover to assure high load carrying capacity, impact resistance, economy, and durability. During spun pre-casting, the pile section is divided into several segregated layers such as laitance, paste, mortar, and concrete layers. Greater the thickness of segregated layers, more difficult it is to guarantee the capacity and the durability of PHC pile. The experimental study was performed to investigate the effects of centrifugal condition on the segregated layers of materials and the compressive strength of concrete for PHC pile. The considering factors in the test were centrifugal time and magnitude of centrifugal force. These factors have been found to have greater influence on the segregation than the concrete strength. The moderate centrifugal condition has to be considered to maintain quality assurance in the production of PHC pile, especially to provide the adequate concrete cover over its tendons.
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문제 정의
본 연구에서는 PHC 파일 제작시 균열발생과 내구성확보 에 큰 영향을 미치는 원심조건, 즉 적정의 원심시간 및 원 심력과 콘크리트 재료분리의 관계를 구명하기 위해 원심다 짐 콘크리트 실험을 수행하고 결과 분석에 의해 파일의 품 질향상 방안을 강구하고자 한다.
본 연구에서는 프리텐션방식 원심력 콘크리트 파일의 균 열 발생과 내구성의 저하에 영향을 주는 파일단면의 재료 분리층과 콘크리트강도에 대한 최적의 원심력과 원심성형 시간을 찾는 실험을 수행하였다. 콘크리트 재료가 균일하고 충실하게 다져지기 위해서는 특히 저속단계의 원심성형이 중요하며, 적정 원심조건을 결정할 때에는 원심성형 콘크리 트에서 재료분리층의 형성은 피할 수 없으므로 재료분리층 두께를 허용범위내에 들도록 하면서 파일의 내하능력을 고려하여 콘크리트의 압축강도가 확보되도록 주의를 기울여 야 함을 알 수 있다.
제안 방법
KS F 2454 '원심력으로 다져진 콘크리트의 압축강도 시 험방법'의 원심력 다짐조건을 통하여 원심성형 실험의 실험 요소와 범위를 정하였다a 우선 저속시간대에서 원심력의 크기를 다섯 단계로 변화시켜 이에 대한 재료분리 및 콘크 리트 강도의 변화를 알아보고, 재료분리가 적게 발생하면서 콘크리트 강도가 높은 원심력을 저속시간대의 원심력으로 선택한다. 그리고, 저속 원심성형 시간을 다섯 단계로 변화 시켜서 최적의 원심성형 시간을 결정한다. 그리고 나서, 저 속의 원심력과 성형시간을 고정시킨 후, 고속의 원심력과 원심시간에서도 각각 다섯 단계로 원심성형 조건을 변화시 켜 최적의 조건과 재료분리 및 압축강도의 변화 등의 시험 결과를 얻어낸다叫
콘크리트 재료가 균일하고 충실하게 다져지기 위해서는 특히 저속단계의 원심성형이 중요하며, 적정 원심조건을 결정할 때에는 원심성형 콘크리 트에서 재료분리층의 형성은 피할 수 없으므로 재료분리층 두께를 허용범위내에 들도록 하면서 파일의 내하능력을 고려하여 콘크리트의 압축강도가 확보되도록 주의를 기울여 야 함을 알 수 있다. 따라서 본 실험에서 적용한 적정 원 심조건의 선정은 ① 저속의 원심력 크기 결정, ② 저속의 원심성형시간 결정, ③ 고속의 원심력 크기 결정, ④ 고속 의 원심성형시간 결정의 순서대로 하였다. 각 과정에서는 재료분리층의 두께가 크게 차이나지 않을 때 압축강도가 큰 값을 적정 원심조건으로 하였으나, ③의 과정에서는 적 정의 원심력을 초과할 경우 재료분리층의 두께가 급격히 증가하는 경향을 보이고 있어 주의를 요구한다.
PHC 파일의 원심성형에서 발생하는 콘크리트의 재료분리 에 의해 파일 저항단면이 축소되며, 이로 인해 프리스트레 스 텐던의 콘크리트덮개가 기준치를 만족하지 못하게 된다. 따라서 본 실험연구에서는 파일의 원심성형시 저속과 고속 시간대의 원심력과 원심시간을 변경함으로써 파일의 재료 분리 상태와 강도 변화 등을 정리 . 분석하여 상관관계를 알아내고 최적의 원심조건을 찾는 방법을 정립하였다.
따라서 본 실험연구에서는 파일의 원심성형시 저속과 고속 시간대의 원심력과 원심시간을 변경함으로써 파일의 재료 분리 상태와 강도 변화 등을 정리 . 분석하여 상관관계를 알아내고 최적의 원심조건을 찾는 방법을 정립하였다.
이 중량은 단면두께가 약 4 cm인 중공콘크리트를 만들어내기 위한 값이다. 원심 다짐한 중공원통형 공시체는 2시간 경과 후, 매시간 20℃이하로 상 승시켜 최고 80℃ 이하에서 8시간 증기양생을 하고 12시간 후에 탈형하여 공시체의 두께 각 재료분리층의 두께, 그리고 콘크리트 강도를 측정한다7).
Table 9에서 보면 고속에서의 원심력이 20g~22g 사이 에서는 재료분리층의 두께 변화가 크지 않으나 23g에서부터 급격히 커짐을 알 수 있으며, 재료분리층이 큰 경우에는 압축 파괴시 압축강도는 큰 차이를 보이지 않았지만 모르 타르층과 골재층과의 경계층이 분리되는 파괴양상을 보여 주었다. 고속원심성형 단계에서 본 실험의 결과에 의하면 23g의 원심력에서 강도가 가장 큰 값을 보이지만 강도가 큰 값에 가깝고 재료분리층이 크지 않은 f = 22g가 적당 하다고 판단된다. 그리고 공시체의 두께는 원심력의 크기에 따라 불규칙하게 변화하지만 전체적으로 고속의 원심력 증가에 따라 두께가 감소하는 경향을 찾아볼 수 없다.
따라서 재료분리층의 두께변화가 크지 않으므 로 본 실험에서의 저속의 적정 원심시간은 4분으로 보여진 다. 공시체의 두께는 전체적으로 원심성형시간의 증가에 따라 두께가 감소하는 경향을 나타냈다.
그리고 공시체의 두께는 원심성형시간에 따라 불규칙 하 게 변화하지만 전체 적 으로 원심 성 형 시 간의 증가에 따라 두께가 감소하는 경향을 찾아볼 수 없다. 따라서 본 실험에서의 고속의 원심시간변화에서 가장 적정한 원심시 간대는 압축강도가 큰 값을 가지는 5분이나 5분30초대의 영역이라고 판단되어진다.
Table 4에서와 같이 원심력이 증가할수록 재료분리층의 두께가 커짐을 알 수 있고 저속의 시간대에서 원심력이 작으면 재료의 분리현상은 찾아볼 수 없으나 강도가 낮게 나타나고 있다. 따라서 실험결과에서 저속의 원심성형단계에 서는 재료분리성보다 강도가 원심력크기를 결정하는 주요 인자로 판단되며 최적의 원심력은/= 4.012g 이다. Fig.
8과 9에서 고속의 원심성형시간이 변화할 때 재료 분리층과 콘크리트 압축강도가 변화하는 경향을 나타내었다. 실험결과에 의하면 고속의 원심성형시간이 증가할수록 모르타르층의 두께가 증가하는 반면, 압축강도는 원심성형 시간이 5분 30초를 초과하면서 다소 감소하는 경향을 보여주고 있다. 그리고 공시체의 두께는 원심성형시간에 따라 불규칙 하 게 변화하지만 전체 적 으로 원심 성 형 시 간의 증가에 따라 두께가 감소하는 경향을 찾아볼 수 없다.
실험결과에 의하면, 재료분리는 파일의 강도에 큰 영향을 주지는 않으나 원심력 크기 및 원심시간에 따라 재료분리 층의 두께 변화가 심하며, 특히 고속의 원심 성형이 파일의 강도를 크게 하는 반면 재료분리도 크게 발생함을 알 수 있다. PHC 파일의 경우 재료분리가 크면 프리스트레싱 텐 던의 피복두께 감소로 인해 부착력 감소 텐던 주변의 종균 열 발생, 내구성저하를 가져오고 또한, 텐던의 처짐, 비대칭 배치에 의해 불필요한 응력발생시 횡균열 발생이 가능하므 로 재료분리가 적은 최적의 원심력, 원심시간결정은 중요한 것으로 보인다.
원심성형 콘크리트에서 재 료분리층의 형성은 피할 수 없으므로 재료분리층의 두께가 PHC파일의 텐던 또는 보강철근의 부착력과 피복두께 확보 를 만족하는 범위내에 드는 경우라면, 파일의 내하능력을 고려하여 적정 원심력을 선정할 때 압축강도의 크기를 우 선적으로 고려하여야 한다. 실험에 의하면 원심성형시간보다 원심력의 크기가 압축강도의 증가(율^ 더 큰 영향을 주고 있음을 알 수 있다
4와 5에서 저속의 원심성형시간이 변화할 때 재료 분리층과 콘크리트 압축강도가 변화하는 경향을 나타내었다. 실험에서는 원심성형시간이 길수록 재료분리층의 두께 와 콘크리트 강도가 증가하는 경향을 보여주지만 원심력 변화의 경우에 비해 그 영향이 작음을 알 수 있다. Fig.
01 로 각각 기준치에 적합하였다. 잔골재는 해사로써 염분도 측정에서 0.019%로 시방서 기준치 0.02%를 만족하였고, 조립율은 3.12, 비중은 254이며 흡수율은 4.735로 모두 기준치 범위 내에 들었다.
한편, 원심력과 원심성형시간이 증가하면 공시체의 페이 스트층과 모르타르층의 두께가 전체적으로 증가하지만 압 축강도 또한 일정한 크기까지는 증가하는 즉, 전체적으로 증가하다가 일정단계에서 큰 변화를 보이지 않거나 다소 감소하는 유사한 현상을 보였다. 원심성형 콘크리트에서 재 료분리층의 형성은 피할 수 없으므로 재료분리층의 두께가 PHC파일의 텐던 또는 보강철근의 부착력과 피복두께 확보 를 만족하는 범위내에 드는 경우라면, 파일의 내하능력을 고려하여 적정 원심력을 선정할 때 압축강도의 크기를 우 선적으로 고려하여야 한다.
후속연구
한편, 본 실험에서는 슬럼프 등 재료물성에 대한 영향을 고려치 않았으므로 이들의 영향을 고려한 실험적 연구와 파일단면의 균열 발생에 대한 이론적 연구가 필요하다.
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