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문제 정의
- 그러므로 본 연구에서는 P형 슈미트해머에 의한 콘크리트 초기강도 품질관리의 범용적인 적용성을 검토하기 위하여 시멘트 종류, 혼화재의 종류와 치환율 골재의 종류 및 굵은골재 최대치수 등 다양한 재료요인의 영향에 대하여 검토하고자 한다.
- 특히 초기동해 방지기간 및 측면거푸집의 제거 가능시기는 압축강도 5MPa 이상을 발휘하는 시점으로, 이를 확인하기 위하여 10-00MPa 범위에서 적용되는1} N형 슈미트해머는 적절하지 않고, 또한 구조체 관리용 공시체를 이용하는 방법은 번거롭다는 이유로 잘 활용되지 않는 것이 현실이다. 따라서 본 연구팀에서는 압축강도 5~30MPa에서 적용되는1) 것으로 알려진 저강도용 P형 슈미트해머를 이용하여 콘크리트 초기강도 품질관리에 활용할 수 있는지에 대하여 검토하고, 아울러 압축강도 추정식을 제안한 바 있다.2)
- 본 연구는 P형 슈미트해머의 범용적인 활용을 검토하기 위하여 P형 슈미트해머에 의한 콘크리트 압축강도 추정에 미치는 각종 재료요인의 영향에 대하여 분석하였는데, 그 결과를 종합하면 다음과 같다.
- 본 연구는 시멘트 혼화재료 및 골재 등 콘크리트용 재료가 P형 슈미트해머에 의한 압축강도 추정 비파괴 시험에 미치는 영향에 대하여 검토하였다. 실험결과, 알루미나 시멘트를 제외한 시멘트 종류, 혼화재 종류와 치환율 골재 종류 및 굵은골재 최대치수 등 사용재료 요인이 P형 슈미트해머법 비파괴시험에 미치는 영향은 매우 작은 것으로 나타나 P형 슈미트해머를 여러 조건에서 사용되는 일반적인 콘크리트에 광범위하게 적용할 수 있을 것으로 판단된다.
제안 방법
- 경화 콘크리트의 실험으로 압축강도는 Φ10x20cm 공시체를 실험계획된 재령에서 KS F 2405 규정에 의거 100ton UTM을 이용하여 측정하였고, P형 슈미트해머의 반발도는 한 변의 길이가 20cm인 입방공시체를 제작한 후, 수평면과 수직면 타격으로 구분하여 측정하였는데(Fig. 1 참조), 수직면 타격시에는 시험체의 움직임에 의한 타격에너지의 산란을 방지하기 위해 2.5MPa의 압정력으로 고정한 후 측정하였다.3) 타격위치는 Fig.
- 본 연구의 실험방법으로 먼저, 콘크리트의 혼합은 강제식 팬믹서를 사용하여 혼합하였다.
- 실험계획으로서 먼저, 배합사항은 W/C 45, 55%의 2수준에 대하여, 보통포틀랜드시멘트(OPC)에 혼화재를 사용하지 않고, 화강암 25mm 골재를 사용하는 플레인 배합의 목표 슬럼프치를 150rm±25mm, 목표 공기량을 4.5±1.5%가 만족되도록 배합설계한 후 이를 기타 재료요인의 실험에도 동일하게 적용하였다. 재료요인으로서, 시멘트 종류는 OPC, 초 조강포틀랜드시멘트(UHC), 알루미나 시멘트(ALC)의 3수준으로 하였고, 혼화재는 고로슬래그 미분말(BS)과 플라이애쉬(FA)로, 그 치환율을 0, 20, 40% 및 0, 10, 20%의 6수준으로 하였으며, 골재요인으로 굵은 골재 종류는 화강암, 현무암 및 석회암의 3수준, 굵은 골재의 최대치수는 화강암을 대상으로 10, 20, 25mm의 3수준으로 실험계획 하였다.
- 재료요인으로서, 시멘트 종류는 OPC, 초 조강포틀랜드시멘트(UHC), 알루미나 시멘트(ALC)의 3수준으로 하였고, 혼화재는 고로슬래그 미분말(BS)과 플라이애쉬(FA)로, 그 치환율을 0, 20, 40% 및 0, 10, 20%의 6수준으로 하였으며, 골재요인으로 굵은 골재 종류는 화강암, 현무암 및 석회암의 3수준, 굵은 골재의 최대치수는 화강암을 대상으로 10, 20, 25mm의 3수준으로 실험계획 하였다. 실험사항으로는 굳지않은 콘크리트에서 슬럼프 슬럼프플로우, 공기량 및 단위용적중량을 측정하였고, 경화콘크리트에서 계획된 재령에서 표준양생 공시체의 압축강도와 수평 및 수직면 타격 P형 슈미트 해머의 반발도를 측정하는 것으로 하였다.
- 5%가 만족되도록 배합설계한 후 이를 기타 재료요인의 실험에도 동일하게 적용하였다. 재료요인으로서, 시멘트 종류는 OPC, 초 조강포틀랜드시멘트(UHC), 알루미나 시멘트(ALC)의 3수준으로 하였고, 혼화재는 고로슬래그 미분말(BS)과 플라이애쉬(FA)로, 그 치환율을 0, 20, 40% 및 0, 10, 20%의 6수준으로 하였으며, 골재요인으로 굵은 골재 종류는 화강암, 현무암 및 석회암의 3수준, 굵은 골재의 최대치수는 화강암을 대상으로 10, 20, 25mm의 3수준으로 실험계획 하였다. 실험사항으로는 굳지않은 콘크리트에서 슬럼프 슬럼프플로우, 공기량 및 단위용적중량을 측정하였고, 경화콘크리트에서 계획된 재령에서 표준양생 공시체의 압축강도와 수평 및 수직면 타격 P형 슈미트 해머의 반발도를 측정하는 것으로 하였다.
대상 데이터
- 5MPa의 압정력으로 고정한 후 측정하였다.3) 타격위치는 Fig. 2와 같이 모서리에서 4cm 떨어진 위치로부터 3cm 간격으로 방안선을 그어 이루어진 25점을 대상으로 하였다.
- 성질은 Table 5, 6과 같다. 골재로써 잔골재는 인천 중구 항동에서 채취한 세척사를 사용하였고, 굵은골재는 충북 옥산산 화강암, 제주도 제주산 현무암, 충북 제천산 석회암을 사용하였는데, 그 물리적 성질은 Table 7과 같다. 혼화제는 국내산 나프탈렌계 AE 감수제를 사용하였다.
- 본 실험에 사용한 재료로 시멘트는 국내산 H사제 OPC, S사제 UHC 및 U사제 ALC를 사용하였는데, 그 물리적 성질은 Table 3, 4와 같다.
- 혼화재로서 플라이애쉬는 보령화력산을 사용하였고, 고로슬래그미분말은 광양제철소산을 사용하였는데 , 그 물리적 성질은 Table 5, 6과 같다. 골재로써 잔골재는 인천 중구 항동에서 채취한 세척사를 사용하였고, 굵은골재는 충북 옥산산 화강암, 제주도 제주산 현무암, 충북 제천산 석회암을 사용하였는데, 그 물리적 성질은 Table 7과 같다.
- 골재로써 잔골재는 인천 중구 항동에서 채취한 세척사를 사용하였고, 굵은골재는 충북 옥산산 화강암, 제주도 제주산 현무암, 충북 제천산 석회암을 사용하였는데, 그 물리적 성질은 Table 7과 같다. 혼화제는 국내산 나프탈렌계 AE 감수제를 사용하였다.
이론/모형
- 굳지않은 콘크리트의 실험으로 슬럼프는 KS F 2402에 의거 실시하였고, 슬럼프플로우는 슬럼프 측정이 끝난 후 최대직경과 이에 직교하는 직경의 평균치로 하였으며, 공기량 시험은 KS F 2421, 단위용적중량은 KS F 2409의 규정에 따라 실시하였다.
성능/효과
- 1) 시멘트 종류에 따른 압축강도 및 P형 슈미트해머의 반발도는 시멘트의 분말도 및 화학성분의 차이에 기인하여 ALC, UHC, OPC 순으로 크게 나타났는데, 시멘트 종류별 반발도에 의한 압축강도 추정식은 OPC와 UHC의 경우는 유사하게 나타난 반면, ALC의 경우는 다소 차이가 존재하므로 신중을 기하여야 할 것으로 분석되었다.
- 2) 고로슬래그미분말 및 플라이애쉬를 치환한 경우 압축강도 및 반발도는 초기 7일 이전에는 플레인보다 작게 나타났으나, 28일 이후에서는 더 크게 증진되는 것으로 나타났다. 압축강도 추정에 미치는 혼화재 치환에 따른 영향은 매우 미소하였다.
- 3) 골재 요인에 따른 압죽강도 및 반발도의 분석으로 먼저 골재 종류는 화강암과 비교하여 현무암의 경우 다공질에 의한 부착력 증진으로 다소 크게, 석회암은 매 끄러운 표면 및 연질에 의해 다소 저하하였고, 굵은골재 최대치수는 25 mm보다 작을수록 공기량 증가의 요인에 의해 저하하였다. 반발도에 의한 압축강도 추정에 미치는 골재요인의 영향은 석회암의 경우 다소 적게 추정되었으나, 기타요인은 실용상 문제시되지는 않으므로 동일한 추정식을 적용할 수 있을 것으로 판단된다.
- 4) 종합적으로 P형 슈미트해머에 의한 압축강도 추정에 미치는 각종 재료요인의 영향은 ALC를 제외한 모든 요인에서 매우 작은 것으로 나타나 P형 슈미트해머를 일반적인 콘크리트에 광범위하게 적용할 수 있을 것으로 판단되었다. 본 실험조건에서 종합된 반발도에 의한 압축강도 추정식은 다음과 같이 밝혀졌다.
- OPC를 기준으로 고로슬래그미분말을 치환한 경우는 전반적으로 재령 7일까지는 압축강도가 작게 나타났으나, 28일 이후 재령에서는 고로슬래그미분말의 잠재수경성 반응에 기인하여 OPC보다 더 크게 나타났다.
- 7은 혼화재 종류 및 치환율별 재령경과에 따른 P 형 슈미트해머의 반발도를 나타낸 것이다. P형 슈미트 해머의 반발도는 압축강도 발현과 유사하게 고로슬래그미분말을 치환한 경우 재령 7일까지는 플레인보다 다소 작게 나타났으나, 재령 28일 이후에서는 대체로 크게 나타났고, 플라이애쉬를 치환한 경우 재령 28일 이전에서는 플레인보다 다소 작게 나타났으나, 91일에서는 큰 경향이었다.
- P형 슈미트해머의 반발도는 굵은골재 최대치수 25mm를 기준으로 굵은골재 최대치수 10mm 및 20mm에서 다소 작게 나타났는데, 이는 굵은골재 최대치수가 클수록 공기량의 영향으로 압축강도가 더 커짐에 따라 P형 슈미트 해머의 반발도도 더 커진 것으로 판단된다.
- P형 슈미트해머의 반발도와 압축강도간의 상관성은 모든 경우에서 0.9 이상으로 양호하게 나타났는데, 혼화재치환율 변화에 있어서는 기존의 N형 슈미트해머의 연구결과3)와 같이 고로슬래그미분말 및 플라이애쉬를 치환한 모든 경우에서 플레인과 비교하여 다소의 차이는 있으나 상호교차하고 있어 오차 요인일 뿐 유의할만한 수준은 아닌 것으로 분석된다.
- 골재 종류 변화에 있어서 화강암과 현무암의 경우는 수평 및 수직면 타격 공히 유사한 것으로 나타났으나, 석회암의 경우는, 특히 수직면 타격시에, 같은 반발도에서 추정된 압축강도가 화강암 및 현무암보다 다소 작게 나타났다. 이는 콘크리트 내부의 골재의 영향이 어느정도 반영된 결과, 혹은 오차요인 등으로 사료되나, 그 차이는 미소한 것으로서 압축강도 추정식을 별도로 적용할 정도는 아닌 것으로 판단된다.
- 골재 종류별 P형 슈미트해머의 반발도는 압축강도와 유사한 경향으로 현무암의 경우가 화강암보다 다소 크게 나타났고, 석회암의 경우는 약간 작게 나타났다.
- 골재 종류에 따라서는 화강암을 기준으로 현무암을 사용한 경우 슬럼프는 큰 차이가 없었으나, 석회암의 경우 약간 큰 것으로 나타났고, 공기량은 골재종류에 관계없이 4.5±1.5%를 만족하였는데, 단, 현무암골재를 사용한 경우는 골재수정계수를 고려하지 않을 경우 다공질의 영향으로 다소 크게 나타났다. 또한, 굵은골재 최대치수가 증가하면 슬럼프 및 공기량은 감소하였다.
- 골재 종류의 영향은 화강암을 사용한 콘크리트의 압축강도를 기준으로 현무암 골재의 경우가 3% 정도 크게 나타났고, 석회암 골재의 경우는 4% 정도 작게 나타났다. 이는 현무암 골재의 경우 표면에 노출된 다공조직에 기인하여 골재간 결합력이 크고, 시멘트 페이스트와의 부착력이 증대되어 압축강도가 다소 크게 나타난 것으로 분석된다5).
- 실험결과, 알루미나 시멘트를 제외한 시멘트 종류, 혼화재 종류와 치환율 골재 종류 및 굵은골재 최대치수 등 사용재료 요인이 P형 슈미트해머법 비파괴시험에 미치는 영향은 매우 작은 것으로 나타나 P형 슈미트해머를 여러 조건에서 사용되는 일반적인 콘크리트에 광범위하게 적용할 수 있을 것으로 판단된다. 또한 P형 슈미트해머의 반발도와 압축강도간의 상관성은 콘크리트의 사용재료에 관계없이 매우 양호하게 나타나(상관계수 0.96 이상) P형 슈미트해머를 이용하여 비교적 정확하게 압축강도를 추정할 수 있었다. 본 실험조건을 종합한 반발도에 의한 압축강도 추정식은 다음과 같다.
- 5%를 만족하였는데, 단, 현무암골재를 사용한 경우는 골재수정계수를 고려하지 않을 경우 다공질의 영향으로 다소 크게 나타났다. 또한, 굵은골재 최대치수가 증가하면 슬럼프 및 공기량은 감소하였다. 전반적으로 슬럼프플로우치는 슬럼프와 유사한 경향이었고, 단위용적중량은 공기량과 반대 경향을 나타내었다.
- 먼저, 슬럼프 및 공기량은 UHC 및 ALC의 경우 OPC에 비하여 감소하였고, FA 및 BS를 사용한 경우 슬럼프는 약간 증가하나, 공기량은 감소하는 경향으로 나타났다. 골재 종류에 따라서는 화강암을 기준으로 현무암을 사용한 경우 슬럼프는 큰 차이가 없었으나, 석회암의 경우 약간 큰 것으로 나타났고, 공기량은 골재종류에 관계없이 4.
- 시멘트 종류에 따라서는 초조강을 사용한 경우는 OPC와 거의 유사하게 나타났으나, ALC를 사용한 경우는 다소 차이를 나타내어, 즉, 압축강도 약 45MPa를 기준으로 그 이하에서는 다소 작게, 그 이상에서는 크게 추정되었다. 이는 알루미나 시멘트의 빠른 강도발현으로 인하여 작은 압축강도 범위의 데이터값이 없고 고강도 범위만이 존재하기 때문에 P형 슈미트해머의 기기 특성상 고강도 범위에서는 큰 강도차이에도 불구하고 반발도의 차이가 상대적으로 작은 이유 및 ALC의 경우 알루미나 성분이 고강도 콘크리트임에도 불구하고 반발도를 작게 하는 이유 등의 복합인 것으로 분석된다.
- 3은 시멘트 종류별 재령경과에 따른 압축강도를 나타낸 것이다. 시멘트 종류에 따른 압축강도는 ALC, UHC, OPC 순으로 크게 나타났는데, UHC의 경우 1일 재령에서 OPC의 7일 강도를 발휘하는 것으로 나타났다. 이는 UHC의 큰 분말도 및 화합물 조성의 차이에 기인한 것으로 분석된다.
- 대하여 검토하였다. 실험결과, 알루미나 시멘트를 제외한 시멘트 종류, 혼화재 종류와 치환율 골재 종류 및 굵은골재 최대치수 등 사용재료 요인이 P형 슈미트해머법 비파괴시험에 미치는 영향은 매우 작은 것으로 나타나 P형 슈미트해머를 여러 조건에서 사용되는 일반적인 콘크리트에 광범위하게 적용할 수 있을 것으로 판단된다. 또한 P형 슈미트해머의 반발도와 압축강도간의 상관성은 콘크리트의 사용재료에 관계없이 매우 양호하게 나타나(상관계수 0.
- 이때, P형 슈미트해머의 반발도와 압축강도간의 상관성은 상관계수 0.96정도로 매우 양호하게 나타나 P형 슈미트해머를 통한 정확한 초기 압축강도 추정 품질관리가 가능한 것으로 분석되었다.
- 또한, 굵은골재 최대치수가 증가하면 슬럼프 및 공기량은 감소하였다. 전반적으로 슬럼프플로우치는 슬럼프와 유사한 경향이었고, 단위용적중량은 공기량과 반대 경향을 나타내었다.
- 전반적인 반발도의 변화경향은 압축강도와 유사한 경향으로, 즉, 재령이 경과할수록, W/C가 작을수록 크게 나타났고, 시멘트 종류에 따라서는 수평면 수직면 타격 공히 ALC, UHC, OPC 순이었다.
후속연구
- 않았다. 따라서 굵은골재 최대치수에 상관없이 동일한 비파괴시험 추정식을 적용할 수 있을 것으로 판단된다.
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