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문제 정의
- 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 플라이애시가 고성능 콘크리트의 자기수축에 미치는 영향을 알아보기 위해, 다양한 W/B를 갖는 일반 콘크리트와 플라이애시 콘크리트의 자기수축량을 실험을 통해 측정하여 비교, 분석하였다. 또한 슬럼프, 플로우, 공기량 등의 굳지 않은 콘크리트 성질과 압축강도 탄성계수 등을 측정하였다.
- 본 연구의 목적인 고성능 콘크리트의 자기수축 특성을 알아보기 위해 우선, 현장 적용성을 고려하여 보통강도와고강도 콘크리트 배합비를 정하였다. 플라이애시의 사용 유무에 따라 정해진 배합비대로 보통강도 콘크리트와 고강도 콘크리트를 각각 제조한 후 시간 경과에 따른 슬럼프와 플로우의 변화 및 공기량 등의 굳지 않은 콘크리트의 성질들을 조사하였으며, 재령에 따라 압축강도와 탄성계수를 측정하였다.
제안 방법
- 1에서 보듯이, 양단 중심에 구멍이 뚫린 100x100x400 剛의 철재 빔 몰드를 사용하였다. 게이지 플러그(plug)를 몰드 축에 일치하도록 설치하고 몰드 중앙에 매입 게이지를 위치시켰다. 이 때 게이지 플러그의 콘크리트 시편 내부로의 매입 길이는 30+5 mm 정도가 되게 하였다.
- 굳지 않은 콘크리트의 성질들을 알아보기 위해, 공기량 (KS F 2421) 시험과 콘크리트 배합 직후부터 1시간까지 30분 간격으로 슬럼프 및 플로우(KS F 2402) 시험을 실시하여 시간에 따른 변화를 조사하였다.
- 또한 몰드의 바닥과 양단에 1 mm 두께의 테프론(teflon) 시트를 깔아서 시편의 이동이 몰드에 의해 구속을 받지 않게 하였다. 그 다음에 콘크리트를 채운 후 적당한 방법으로 다짐을 하고 표면에서의 수분 증발 및 흡수를 막기 위해 표면을 비닐로 덮었다. 콘크리트 배합 후 3 시간 후에 LVDT를 게이지 플러그의 축에 일치하도록 설치하고, 시편을 온도가 20℃이고 상대습도가 60 %인 항온항습기에 넣어 LVDT를 데이터 수신 장치에 연결하였다.
- 플라이애시의 사용 유무에 따라 정해진 배합비대로 보통강도 콘크리트와 고강도 콘크리트를 각각 제조한 후 시간 경과에 따른 슬럼프와 플로우의 변화 및 공기량 등의 굳지 않은 콘크리트의 성질들을 조사하였으며, 재령에 따라 압축강도와 탄성계수를 측정하였다. 그리고 WB에 따른 콘크리트의 자기수축량을 실험을 통해 측정하여 이를 플라이애시가 함유된 콘크리트와 비교하였다.
- 따라서, 본 연구에서는 플라이애시가 고성능 콘크리트의 자기수축에 미치는 영향을 알아보기 위해, 다양한 W/B를 갖는 일반 콘크리트와 플라이애시 콘크리트의 자기수축량을 실험을 통해 측정하여 비교, 분석하였다. 또한 슬럼프, 플로우, 공기량 등의 굳지 않은 콘크리트 성질과 압축강도 탄성계수 등을 측정하였다.
- through 8)이다. 보통강도 콘크리트 배합(Mixes 1 and 5)의 목표 슬럼프는 18+1 cm 이었으며 배합 후 1시간 이후에서도 15 cm 이상의 슬럼프를 갖도록 배합비와 혼화제의 첨가량을 정하였다. 또한 공기량을 조절하기 위해 시멘트 중량의 0.
- 강제식 믹서에 의해 배합된 콘크리트를 플라스틱 몰드에 넣고 적당히 다짐한 후 온도가 23+1 ℃이고, 습도가 60+3 %인 항온항습실에서 24 시간 양생한 후 몰드를 제거하였다. 이후부터는 23 笆의수조에서 실험 전까지 수중양생을 실시하였다. 콘크리트의 탄성계수는 원주형 공시체( ©100x200 mm)에 3개의 콘크리트 변형률 게이지를 붙인 후 일축 압축을 가해 얻은 응력-변형률 곡선으로부터 탄성계수(할선 탄성계수)를 결정하였다.
- 자기수축은 이른 재령부터 발생하기 시작하기 때문에 자기 수 죽을 보다 정확하게 즉정하기 위해서는 초 결전부터 측정이 이루어져야 한다⑼ 따라서, 본 연구에서 최초의 측정은 배합 후 6 시간부터 수행하였으며, 재령 24 시간까지는 LVDT로 길이변화를 측정하여 이로부터 자기수축변형률을 계산하였다. 재령 24 시간에서 몰드를 제거한 후 시편을 알루미늄 접착 테이프로 봉하여 시편으로부터 수분의 증발과 흡수를 방지하였다.
- 계산하였다. 재령 24 시간에서 몰드를 제거한 후 시편을 알루미늄 접착 테이프로 봉하여 시편으로부터 수분의 증발과 흡수를 방지하였다. 시험 중에 시편의 질량을 측정한 결과, 질량 변화가 거의 없는 것으로 나타났다.
- 그 다음에 콘크리트를 채운 후 적당한 방법으로 다짐을 하고 표면에서의 수분 증발 및 흡수를 막기 위해 표면을 비닐로 덮었다. 콘크리트 배합 후 3 시간 후에 LVDT를 게이지 플러그의 축에 일치하도록 설치하고, 시편을 온도가 20℃이고 상대습도가 60 %인 항온항습기에 넣어 LVDT를 데이터 수신 장치에 연결하였다.
- 이후부터는 23 笆의수조에서 실험 전까지 수중양생을 실시하였다. 콘크리트의 탄성계수는 원주형 공시체( ©100x200 mm)에 3개의 콘크리트 변형률 게이지를 붙인 후 일축 압축을 가해 얻은 응력-변형률 곡선으로부터 탄성계수(할선 탄성계수)를 결정하였다.
- 콘크리트 배합비를 정하였다. 플라이애시의 사용 유무에 따라 정해진 배합비대로 보통강도 콘크리트와 고강도 콘크리트를 각각 제조한 후 시간 경과에 따른 슬럼프와 플로우의 변화 및 공기량 등의 굳지 않은 콘크리트의 성질들을 조사하였으며, 재령에 따라 압축강도와 탄성계수를 측정하였다. 그리고 WB에 따른 콘크리트의 자기수축량을 실험을 통해 측정하여 이를 플라이애시가 함유된 콘크리트와 비교하였다.
대상 데이터
- 5 %인 AE감수제가 사용되었다. 고강도 콘크리트 배합(Mixes 2 through 4 and 6 through 8) 에는소요의 워커빌리티를 얻기 위해 시멘트 중량의 각각 1.5, 2.0, 2.4 %인 나프탈렌 계열의 고성능 감수 제(HRWR)가 사용되었다.
- 고성능 콘크리트의 압축강도와 탄성계수를 측정하기 위해 ©100x200 mm의 원주형 공시체를 제작하였다. WB가 낮을수록 배합시 배합재료와 믹서의 수분 함유 상태가 실제 "에 큰 영향을 미치기 때문에 배합하기 전에 믹서의 표면에 약간의 수분을 공급하여 배합수가 믹서의 표면에 흡수되는 것을 방지하였다.
- 본 실험에서 사용한 배합비는 Table 2에 나타낸 바와 같이, 일반 콘크리트 배합(OPC, Mixes 1 through 4)과 시멘트 중량의 20 %가 플라이애시로 치환된 배합(FA, Mxes 5 through 8)이다. 보통강도 콘크리트 배합(Mixes 1 and 5)의 목표 슬럼프는 18+1 cm 이었으며 배합 후 1시간 이후에서도 15 cm 이상의 슬럼프를 갖도록 배합비와 혼화제의 첨가량을 정하였다.
- 자기수축 측정을 위한 장치로는 Fig. 1에서 보듯이, 양단 중심에 구멍이 뚫린 100x100x400 剛의 철재 빔 몰드를 사용하였다. 게이지 플러그(plug)를 몰드 축에 일치하도록 설치하고 몰드 중앙에 매입 게이지를 위치시켰다.
- 이 밖의 화학적 성분과 물리적 성질을 Table 1에 나타내었다. 잔 골재는 비중이 2.51 이고 흡수율이 1.52%인 강모래를 사용하였다. 일반적으로 고강도 콘크리트 제 조시 굵은 골재는 유동성을 고려하여 보통강도 콘크리트에서보다 최대치수가 작은 골재를 사용하므로 고강도 콘크리트에는 최대 치수가 20mm인 화강암 쇄석을, 보통강도 콘크리트에는 최대 치수가 25 mm인 화강암 쇄석을 세척하여 각각 사용하였다.
- 콘크리트를 제조하기 위한 결합재로는 비중이 3.15인 국내 D사의 보통 포틀랜드 시멘트와 비표면적이 3, 375 cm2/g 이고 강열감량이 3.44 %인 국내 H사의 플라이애시가 사용되었다. 이 밖의 화학적 성분과 물리적 성질을 Table 1에 나타내었다.
성능/효과
- 1) 시멘트 중량의 20 %를 플라이애시로 대체하여 고성능 콘크리트를 제조한 결과, 배합 직후부터 1시간까지 워커블한 콘크리트를 얻을 수 있었으며, 재령 28일에서 일반 콘크리트와 비슷한 정도의 압축강도를 얻었다.
- 2) 물-결합재 비CWB)가 0.50인 보통강도 콘크리트의 자기수축은 적게 발생한 반면에, WB가 0.35 이하인 고강도 콘크리트의 자기수축은 W/B가 낮을수록 크게 증가하였으며, 대부분의 자기수축이 콘크리트 타설 후 수일 이내에 발생하여 초기균열을 일으키는 요인이 될 수 있는 것으로 사료된다.
- 3) 일본 콘크리트학회에서 제안한 자기수축 추정 모델식에서 시멘트와 혼화재의 영향을 나타내는 계수인 Y는 플라이애시가 20% 사용된 경우에는 WB에 따라 0.70- 0.80으로 플라이애시를 사용하지 않은 경우와 비교하여 20~30 % 정도 작은 값을 나타냈다. 이는 플라이애시를 사용함으로써 자기수축이 그만큼 줄어듬을 의미한다.
- 4) 고성능 콘크리트 제조시 플라이애시를 사용하면 플라이애시의 입자 특성과 초기 수화반응의 지연 등으로 자기수축을 상당히 감소시킬 수 있다. 그러나, 臥四가 매우 낮은 고강도 플라이애시 콘크리트의 자기수축은 여전히 크기 때문에 자기수죽을 보다 효과적으로 줄이기 위해서는 플라이애시와 다른 혼화재료 즉, 팽창재나 수축 저감 제등을 병행하여 사용하는 방안을 고려할 필요가 있다.
- Table 3에 나타낸 압축강도 결과를 보면, 재령 28일 강도가 OPC series의 경우에는 W/旧가 낮아질수록 각각 31.1, 47.1, 55.5, 66.2 MPa로 증가하였으며, FA series의 경우에는 각각 29.3, 45.9, 52.6, 62.4 MPa로 같은 WB를 갖는 OPC보다 약 2.6~6.1 % 정도 작게 나타났다. 또한 재령 초기에는 보통강도 콘크리트에 비해 고강도 콘크리트의 압축강도가 더 빨리 발현됨을 알 수 있었다.
- 2에 나타내었다. WB가 0.50인 보통강도 콘크리트의 자기수축 실험 결과를 나타내는 Fig. 2(a)를 보면, 0PC(Mix 1)의 자기수축은 재령이 지나면서 완만한 기울기로 증가하여 재령 28 일에서 약 55x1(/의 자기수축량을 나타내었다 시멘트량의 20 %를 플라이애시로 대체한 FA(Mx 5)의 자기수축은 약 30x10&로 OPC보다 다소 작게 나타났다. 이러한 결과를 볼 때, WB가 높은 콘크리트의 자기수축은 Davis41 가 보고한 바와 같이 매우 작아 무시할 만한 정도인 것으로 사료된다.
- 다소 감소하는 것으로 나타났다. 또한 슬럼프와 플로우의 손실이 OPC보다 적게 나타났으며, 특히 Mx 7과 Mx 8의 경우에는 손실이 거의 발생하지 않았다. 이는 플라이애시의 사용에 따른 워커빌리티 향상과 고성능 감수제의 지연 효과 때문인 것으로 판단된다.
- 1 % 정도 작게 나타났다. 또한 재령 초기에는 보통강도 콘크리트에 비해 고강도 콘크리트의 압축강도가 더 빨리 발현됨을 알 수 있었다. 이러한 실험 결과로부터, 비록 재령 초기에서 플라이애시를 함유한 콘크리트의 강도 발현률은 낮으나, 재령 28일에서는 일반 콘크리트의 강도에 근사한 강도를 나타냄으로써 플라이애시를 사용하여 고강도 콘크리트의 제조가 가능한 것으로 사료된다.
- 또한 고강도 콘크리트 제조시 플라이애시를 사용하면 비록 초기 강도 발현이 느리지만 OPC에 비해 자기수축이 감소함을 알 수 있다. 본 실험의 경우에서는 재령 28일을 기준으로 약 19~27% 정도의 자기수축 감소를 보였다.
- 슬럼프, 플로우 및 공기량 등 굳지 않은 콘크리트의 성질을 나타낸 Table 3에서 보듯이, OPC의 경우 보통강도 콘크리트(Mx 1)의 초기 슬럼프는 19 cm, 공기량은 5.0% 이었으며, 배합 후 1시간이 경과한 후의 슬럼프는 15 cm 로, 약 4 cm 정도의 슬럼프 손실이 발생하였다 고강도 콘크리트 배합(Mixes 2 through 4)의 결과를 보면, 초기 슬럼프는 22+1 cm, 플로우는 50±5 cm이었으며, 공기량은 콘크리트 강도 수준대로 각각 4.8, 2.4, 2.0 %로 고강도 일수록 작은 경향을 나타내었다.
- 재령 24 시간에서 몰드를 제거한 후 시편을 알루미늄 접착 테이프로 봉하여 시편으로부터 수분의 증발과 흡수를 방지하였다. 시험 중에 시편의 질량을 측정한 결과, 질량 변화가 거의 없는 것으로 나타났다. 몰드를 제거한 이후부터는 매입 게이지 만으로 수축량을 측정하였다.
- 2(a)를 보면, 0PC(Mix 1)의 자기수축은 재령이 지나면서 완만한 기울기로 증가하여 재령 28 일에서 약 55x1(/의 자기수축량을 나타내었다 시멘트량의 20 %를 플라이애시로 대체한 FA(Mx 5)의 자기수축은 약 30x10&로 OPC보다 다소 작게 나타났다. 이러한 결과를 볼 때, WB가 높은 콘크리트의 자기수축은 Davis41 가 보고한 바와 같이 매우 작아 무시할 만한 정도인 것으로 사료된다.
- 이는 플라이애시의 사용에 따른 워커빌리티 향상과 고성능 감수제의 지연 효과 때문인 것으로 판단된다. 이러한 결과를 볼 때, 플라이애시를 사용하면 OPC 만을 사용한 일반 콘크리트에 비해 슬럼프 및 플로우가 증가하고 시간에 따른 손실도 감소하여 작업성이 우수한 고성능 콘크리트의 제조가 가능할 것으로 판단된다.
- 또한 재령 초기에는 보통강도 콘크리트에 비해 고강도 콘크리트의 압축강도가 더 빨리 발현됨을 알 수 있었다. 이러한 실험 결과로부터, 비록 재령 초기에서 플라이애시를 함유한 콘크리트의 강도 발현률은 낮으나, 재령 28일에서는 일반 콘크리트의 강도에 근사한 강도를 나타냄으로써 플라이애시를 사용하여 고강도 콘크리트의 제조가 가능한 것으로 사료된다.
- 한편, 시멘트 중량의 20 %를 플라이애시로 대체한 FA 의 경우 OPC보다 슬럼프와 플로우는 증가하였으나 공기량은 다소 감소하는 것으로 나타났다. 또한 슬럼프와 플로우의 손실이 OPC보다 적게 나타났으며, 특히 Mx 7과 Mx 8의 경우에는 손실이 거의 발생하지 않았다.
후속연구
- 80으로 나타났다. 앞으로 플라이애시의 대체율에 따른 7값을 비롯한 다양한 혼화재료에 대한 많은 실험 결과로부터 상수들이정해진다면 보다 정확한 자기수축 예측이 가능할 것으로 사료된다.
- 그러나, 臥四가 매우 낮은 고강도 플라이애시 콘크리트의 자기수축은 여전히 크기 때문에 자기수죽을 보다 효과적으로 줄이기 위해서는 플라이애시와 다른 혼화재료 즉, 팽창재나 수축 저감 제등을 병행하여 사용하는 방안을 고려할 필요가 있다. 추후 플라이애시의 대체율이 자기수축에 미치는 영향에 대한 정량적인 연구를 통하여 초기 강도 저하를 고려한 최적의 대체율이 정해진다면 고성능 콘크리트 제조시 플라이애시의 사용량이 보다 증가할 것으로 기대된다.
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