고강도 콘크리트의 초기 균열 제어를 위해서는 균열 발생의 주요 원인인 자기수축에 대한 실험과 예측, 그리고 감소 방안에 대한 연구가 요구된다. 본 연구에서는 물-결합재비가 0.50~0.27이고 플라이 애쉬 대체율이 0, 10, 20, 30%인 콘크리트의 자기수축을 측정하였으며, 실험결과를 토대로 예측 모델을 제안하였다. 실험 결과, 물-결합재비가 낮아짐에 따라 자기수축이 증가하였으며, 재령 초기에서 자기수축 발현률이 크게 증가하였다. 또한, 플라이 애쉬 대체율이 증가할수록 자기수축이 감소하는 결과를 얻었다. 비록 재령 초기에 큰 자기수축이 발생했다 하더라도 콘크리트의 강성(탄성계수)이 낮은 동안에는 응력은 발생하지 않게 된다. 따라서, 본 연구에서는 콘크리트 강성의 변화를 고려하기 위해 초음파 속도 발현 특성으로부터 콘크리트 강성의 발현 시점을 간접적으로 조사하여 이를 자기수축 모델링에 사용하였다. 실용적인 측면에서, 본 연구에서 제안된 모델은 자기수축과 이로 인해 발생한 응력을 예측하는 데에 유효하게 적용될 수 있을 것으로 기대된다.
고강도 콘크리트의 초기 균열 제어를 위해서는 균열 발생의 주요 원인인 자기수축에 대한 실험과 예측, 그리고 감소 방안에 대한 연구가 요구된다. 본 연구에서는 물-결합재비가 0.50~0.27이고 플라이 애쉬 대체율이 0, 10, 20, 30%인 콘크리트의 자기수축을 측정하였으며, 실험결과를 토대로 예측 모델을 제안하였다. 실험 결과, 물-결합재비가 낮아짐에 따라 자기수축이 증가하였으며, 재령 초기에서 자기수축 발현률이 크게 증가하였다. 또한, 플라이 애쉬 대체율이 증가할수록 자기수축이 감소하는 결과를 얻었다. 비록 재령 초기에 큰 자기수축이 발생했다 하더라도 콘크리트의 강성(탄성계수)이 낮은 동안에는 응력은 발생하지 않게 된다. 따라서, 본 연구에서는 콘크리트 강성의 변화를 고려하기 위해 초음파 속도 발현 특성으로부터 콘크리트 강성의 발현 시점을 간접적으로 조사하여 이를 자기수축 모델링에 사용하였다. 실용적인 측면에서, 본 연구에서 제안된 모델은 자기수축과 이로 인해 발생한 응력을 예측하는 데에 유효하게 적용될 수 있을 것으로 기대된다.
Autogenous shrinkage, a significant contributor of early-age cracking of high strength concrete (HSC), must be avoided or minimized from an engineering point of view. Therefore, it is necessary to study how to reduce and to predict autogenous shrinkage with respect to tile control of early-age crack...
Autogenous shrinkage, a significant contributor of early-age cracking of high strength concrete (HSC), must be avoided or minimized from an engineering point of view. Therefore, it is necessary to study how to reduce and to predict autogenous shrinkage with respect to tile control of early-age cracking. In this study, autogenous shrinkage of HSC with various water-binder ratio (W/B) ranging from 0.50 to 0.27 and fly ash content of 0, 10, 20, and 30% were investigated. Based on the test results, thereafter, a prediction model for autogenous shrinkage was proposed. Test results show that autogenous shrinkage increased and more rapidly developed with decreasing the W/B. Also, the higher fly ash contents, the smaller autogenous shrinkage. In particular, even if much autogenous shrinkage occurs at very early-ages, stress may not be developed while the stiffness of concrete is low. In order to consider the change of concrete stiffness, the transition time referred as stiffening threshold, was obtained by monitoring of ultrasonic pulse velocity evolution and considered in the autogenous shrinkage model. From a practical point of view, the proposed model can be effectively used to predict autogenous shrinkage and to estimate stress induced by autogenous shrinkage.
Autogenous shrinkage, a significant contributor of early-age cracking of high strength concrete (HSC), must be avoided or minimized from an engineering point of view. Therefore, it is necessary to study how to reduce and to predict autogenous shrinkage with respect to tile control of early-age cracking. In this study, autogenous shrinkage of HSC with various water-binder ratio (W/B) ranging from 0.50 to 0.27 and fly ash content of 0, 10, 20, and 30% were investigated. Based on the test results, thereafter, a prediction model for autogenous shrinkage was proposed. Test results show that autogenous shrinkage increased and more rapidly developed with decreasing the W/B. Also, the higher fly ash contents, the smaller autogenous shrinkage. In particular, even if much autogenous shrinkage occurs at very early-ages, stress may not be developed while the stiffness of concrete is low. In order to consider the change of concrete stiffness, the transition time referred as stiffening threshold, was obtained by monitoring of ultrasonic pulse velocity evolution and considered in the autogenous shrinkage model. From a practical point of view, the proposed model can be effectively used to predict autogenous shrinkage and to estimate stress induced by autogenous shrinkage.
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제안 방법
3) 재령 28일에서의 자기 수축량과 초음파 속도 모니터링에 의해결정된 콘크리트 강성의 발현 시점을 고려하여 기존에 제안된 Tazawa 모델을 수정, 제안하였다. 추후, 자기 수축 응력에 대한 실험적인 연구와 수치 해석적인 연구가 이루어진다면 본 연구에서 사용한 모델링 방법이 고강도 콘크리트의 초기 균열제어에 크게 기여할 것으로 기대된다.
叶다勻, 논 선-广어|시匸 소盲-叶 +노(umasoruc puise velocity, UPV)의 모니터링 결과를 이용하여 UPV의 증가 시작 시점을 콘크리트 강성의 발현 시점으로 고려하여 Tazawa 모델을 수정, 제안하였다. 이밖에도 자기수축의 최초 측정 시작 시점과 초결 시간 등을 각각 고려하여 서로 비교하였다.
2 MPa 이었으며, 모 든 FA 콘크리트의 28일 압축 강도는 OPC에 비해 낮게 나타났다. 강도실험 결과로부터, Mix 1과7은 보통강도 콘크리트(NSC)로, 나머지 배합들(Mixes 2~6, 8~12) 은 고강도 콘크리트(HSC)로 분류하였다.
네 종류의 祢를 갖는 일반 콘크리트 배합(OPC)과 시멘트량의 20%를 플라이애쉬로 대체한 배합(FA20)에 대한 기존의 실험결과部이외에, 플라이애쉬의 대체율이 자기수축에 미치는 영향을 조사하기 위한 실험을 수행하여 그 결과를 자기 수축 모델링에 사용하였다.
본 연구에서는 자기 수축 실험 결과와 UPV 모니터링에 의한 콘크리트 강성의 발현 시점(tA)과 재령 28일에서의 자기수축량을 고려하여 Tazawa 모델을 수정, 제안하였다. Tazawa 모델과 본 연구에서 제안한 모델을 비교하여 나타내면 다음과 같다.
아직까지 자기 수축 측정 방법에 관한 표준화가 이루어지지 않고 있어 연구자들마다 다소 상이한 방법으로 자기수축을 측정하고 있으나, 현재 가장 널리 사용되고 있는 방법은 일본 콘크리트 학회에서 제안한 방법◎ 으로 본 연구에서는 LVDT를 사용하는 방법을 채택하고 아울러 매립 게이지를 이용하여 자기 수축을 측정하였다.
모델을 수정, 제안하였다. 이밖에도 자기수축의 최초 측정 시작 시점과 초결 시간 등을 각각 고려하여 서로 비교하였다.
자기 수축 예측 모델로 초음파 속도 모니터링 결과를 이용하여 Tazawa 모델을 수정 제안한 본 연구를 통해 얻은 결론은 다음과 같다.
콘크리트 강성의 발현 시점을 추정하기 위해 기존에 사용한 UPV 모니터링 시스템m을 이용하여 배합 직후부터 UPV를 측정하였으며, 콘크리트 배합에서 굵은 골재만을 제외하여 모르타르를 제조한 후 KS F 24%에 따라 각 배합의 초결 시간을 측정하였다.
콘크리트의 자기 수축은 재령 24시간까지는 100X100X 400 mm의 빔몰드 양단에 LVDT를 설치하여 콘크리트의 길이 변화를 측정하였으며, 몰드제거 이후부터는 매립 게이지를 이용하여 자기 수죽 변형률을 즉정하였다. 최초 즉정은 콘크리트 배합 후 6시간부터 이루어졌으며, 세부적인 사항은 기존 연구9)에서와 동일하다.
대상 데이터
Table 2에서, Mix 1〜4까지는 일반 콘크리트 배합(OPC)을, Mx 5〜12까지는 시멘트량의 10%, 20%, 30 %를 플라이 애쉬로 대체한 콘크리트 배합(FA10, FA20, FA30)을 각각 나타낸다. M殂가 0.35 이하인 콘크리트 배합에는 나프탈렌 계열의 고성능 감수제(HRW)가 사용되었다.
콘크리트를 제조하기 위해 사용된 시멘트와 플라이 애쉬의 물리적 성질과 화학적 조성은 Table 1과 같으며, 잔골재와 굵은 골재, 그리고 고성능 감수제(HRMR)는 기수행된 실험分에서 사용된 것과 동일한 재료를 사용하였다.
성능/효과
1) 고강도 콘크리트 제조 시 플라이애쉬를 사용하면, 콘크리트의 자기 수축이 감소하며 그 정도는 플라이 애쉬사용량에 비례하는 것으로 나타났다. 따라서, 초기 강도 저하를 고려하여 적절한 양의 플라이애쉬를 사용한다면 고강도 콘크리트의 초기 균열의 주요한 원인인 자기수축을 어느 정도 줄일 수 있을 것으로 판단된다.
0%이었다. FA 콘크리트의 초결 시간은 OPC보다 지연되었으며, WZB가 동일한 경우 플라이애쉬 대체율이 증가할수록 더욱 더 지연되는 경향을 나타내었다. 재령 28일에서의 압축 강도는 OPC의 경우, W/B가 0.
27인 HSC 배합에 대해 플라이 애쉬 대체율이 각각 0 %, 10 %, 20 %, 30 %일 때, 배합 후 6시간부터의 자기 수축 결과를 나타낸다. Fig. 4에서 보듯이, 플라이애쉬 대체율이 증가함에 따라 자기수축이 감소하는 경향을 나타내었으며, 재령 28일을 기준으로 OPC에 비해 FA10인 경우에는 약 6.7 %, FA20인 경우에는 약 19.4-25.5%, FA30인 경우에는 약 34.9-36.8 % 정도의 자기수축 감소율을 보였다. 플라이애쉬 사용에 따른 자기수축 감소 이유는 기존의 결과部에서 언급한 바와 같이, 플라이애쉬의 입자 형태와 포졸란 반응의 특성으로 설명할 수 있다.
8에서 solid symbol은 tA일 때의 자기수축 실험 결과를, hoUow symbol은 ts일 때의 자기 수축 실험 결과를 각각 나타낸다. Fig. 8에서 보듯이, 세 모델 중에서 Jonasson 모델〃(일점쇄선)이 본 실험 결과와 가장 유사한 경향을 나타내었으며, CEB-FIP 모델% 점선)은 자기수축을 다소 작게 예측함을 알 수 있다. 특히, Tazawa 모델 (실선)은 tA보다는 오히려 ts일 때의 자기 수축 결과에 가까운 경향을 나타내었다.
특히, Tazawa 모델 (실선)은 tA보다는 오히려 ts일 때의 자기 수축 결과에 가까운 경향을 나타내었다. 또한 Tazawa 모델은 다른 모델에 비해 자기 수죽이 이른 재령에 크게 발생하여 장기 재령으로 가면서 자기 수축이 빨리 안정화되는 경향을 나타내었다.
배합 후 수 시간 동안에는 모든 배합에서 일정하면서도 느린 IW를나타내다가 시간이 지나면서 점점 증가하기 시작하여 OPC 콘크리트의 [PV가 FA 콘크리트에서 보다 빨리 발현되는 경향을 나타내었다. 또한, Fig. 3에서 보듯이, WB 가동 일할 때 플라이애쉬의 대체율이 증가할수록 UPV의 발현속도가 느리게 나타났다. 이처럼 초기 재령에서 HSC 배합의 UPV 발현이 늦어지는 이유는 응결 지연의 효과가 있는 HRVR의 사용 때문인 것으로 판단되며, 여기에 플라이애쉬가 함께 사용됨으로써 OPC보다 FA 콘크리트 배합에서 UPV 발현률이 더욱 더 지연된 것으로 사료된다.
1과 유사한 형태를 보임을 알 수 있다. 배합 후 수 시간 동안에는 모든 배합에서 일정하면서도 느린 IW를나타내다가 시간이 지나면서 점점 증가하기 시작하여 OPC 콘크리트의 [PV가 FA 콘크리트에서 보다 빨리 발현되는 경향을 나타내었다. 또한, Fig.
이상의 결과로부터, WB가 낮을수록 자기 수축은 아주 이른 재령에서 크게 발생하기 때문에 자기수축의 측정 시점에 따라 그 크기가 좌우된다. 최근 Brooks와 Megat121 는 동일한 콘크리트에 대해 자기 수축의 측정 시점을 초결시간과 재령 24시간으로 각각 달리하여 자기수축을 측정한 결과, 측정 시점에 따라 자기 수축이 크게 달라짐을 보고한 바 있다.
특히, Fig. 5〜7에서 ts인 경우와 tA인 경우에서의 자기수축을 비교해보면, tA인 경우에 동일한 재령에서 자기수축이 현저하게 줄어들었으며, 이러한 경향은 M宛가 낮을수록 더욱 더 크게 나타났다. 예를 들어 "가 각각 0.
후속연구
2) 본 연구에서 사용한 초음파 속도 자동 모니터링 시스템을 이용하여 배합 직후부터 콘크리트의 초음파 속도발현 곡선을 얻을 수 있었으며, 이를 이용하여 콘크리트 강성의 발현시점을 간접적으로 조사할 수 있었다이 방법은 자기 수축으로 인해 실제 콘크리트 구조물에 발생하는 응력을 예측하는 데 효과적으로 사용될 수 있을 것이다.
최근 Brooks와 Megat121 는 동일한 콘크리트에 대해 자기 수축의 측정 시점을 초결시간과 재령 24시간으로 각각 달리하여 자기수축을 측정한 결과, 측정 시점에 따라 자기 수축이 크게 달라짐을 보고한 바 있다. 또한, 자기 수축의 크기보다는 자기수축에 의한 응력의 발생 시점을 정확히 판단하는 것이 공학적인 측면에서 매우 중요하다 따라서, 본 연구에서 사용한 EPV 모니터링을 통해 주어진 콘크리트 배합의 강성 발현시점(tA)을 예측 모델에 반영함으로써 보다 실질적인 자기수축 예측이 가능할 것으로 사료된다.
추후, 자기 수축 응력에 대한 실험적인 연구와 수치 해석적인 연구가 이루어진다면 본 연구에서 사용한 모델링 방법이 고강도 콘크리트의 초기 균열제어에 크게 기여할 것으로 기대된다.
참고문헌 (12)
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