[논문]고성능 콘크리트의 자기수축 예측모델에 관한 연구

유성원; 소양섭; 조민정; 고경택; 정상화

초록
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고성능 콘크리트의 자기수축은 초기균열을 유도할 수 있기 때문에 내구성 측면에서 매우 중요하다. 이에 따라, 본 연구에서는 실험을 통해 혼화재료를 혼입한 고성능 콘크리트의 자기수축 특성을 분석한 후 예측모델을 제안하였다. 이를 위해 다양한 실험변수를 가진 시편에 대해 광범위한 실험을 수행하였다. 주요 실험변수는 혼화재료의 종류 및 혼입률로 설정하였으며 물-시멘트비는 30%로 고정하였다. 실험결과 플라이애시를 치환한 경우에는 자기수축량이 다소 감소하였으며, 고로슬래그를 사용한 경우에는 자기수축이 증가하였다. 또한, 수축저감제 및 팽창재의 혼입량이 클수록 고성능 콘크리트의 자기수축은 감소하는 경향을 보였다. 한편, 본 논문에서는 회귀분석을 통해 혼화재료를 사용한 고성능 콘크리트의 자기수축 예측식을 제안하였으며, 제안된 자기수축 예측식은 실험결과와 비교적 일치하였다

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The autogenous shrinkage of high-performance concrete is important in that it can lead the early cracks in concrete structures. The purpose of the present study is to explore the autogenous shrinkage of high-performance concrete with admixture and to derive a realistic equation to estimate the autog...

The autogenous shrinkage of high-performance concrete is important in that it can lead the early cracks in concrete structures. The purpose of the present study is to explore the autogenous shrinkage of high-performance concrete with admixture and to derive a realistic equation to estimate the autogenous shrinkage model of that. For this purpose, comprehensive experimental program has been set up to observe the autogenous shrinkage for various test series. Major test variables were the type and contents of admixture and water-cement ratio is fixed with 30%. The autogenous shrinkage of HPC with fly ash slightly decreased than that of OPC concrete, but the use of blast furnace slag increased the autogenous shrinkage. Also, the autogenous shrinkage of HPC is found to decrease with increasing shrinkage reduction agent and expansive additive. A prediction equation to estimate the autogenous shrinkage of HPC with admixture was derived and proposed in this study. The proposed equation show reasonably good correlation with test data on autogenous shrinkage of HPC with mineral and chemical admixture.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 플라이애시, 고로슬래그 미분말, 실리카 흄의 광물질 혼화재와 수축저감제 및 팽창재를 사용한 고성능 콘크리트의 자기수축 특성에 대해 분석하였으며, 그 결과를 요약하면 다음과 같다.
3(d)를 통해 알 수 있는 것처럼 팽창제를 혼입할 경우 초기에 팽창 곡선이 나타나기 때문에 기존의 Tazawa 모델을 사용하여 시간에 따른 자기수축 양을 예측할 수 없다. 이에 따라, 본 논문에서는 팽창재를 혼입한 경우 고성능 콘크리트의 자기수축을 예측하기 위해 식⑺과 같이 Tazawa 모델과 Lognormal 곡선을 조합한 자기수축 모델을 제안하였다
검토하고자 하였다. 특히 결합재로 플라이애시 및 고로슬래그를 사용한 경우와 혼화제로서 수축저감제 및 팽창재를 혼입한 경우의 자기수축 특성을 검토하였으며, 이를 통해 고성능 콘크리트의 자기수축을 예측하기 위한 수정 모델을 제안하고자 하였다.

제안 방법

3) 혼화재료를 사용한 고성능 콘크리트의 자기수축량을 예측하기 위해 Tazawa모델을 활용한 회귀분석 모델을 수정 . 제안하였다.
이 경우 광물질 혼화재 및 수축저감제를 사용할 경우에는 계수 y를 적절히 수정하여 기존 Tazawa 모델을 적용함으로서 자기수축을 적절히 예측 가능하였다. 그러나, 팽창재를 사용할 경우에는 기존 Tazawa모델과 Lognormal 곡선을 조합한 새로운 모델을 구성하여 제시하였다.
본 논문에서는 고성능 콘크리트에 대한 자기수축 실험을 수행한 후 이를 기존의 자기수축 예측 모델과 비교 . 검토하고자 하였다.

대상 데이터

본 연구의 사용재료로서, 시멘트는 국내산 보통 포틀랜드 시멘트를 사용하였고, 골재로서 잔골재는 충남 연기군 강모래(밀도 2.67g/cm³, 조립율 2.55), 굵은 골재는 충북 옥산산 부순 굵은 골재(최대치수 25mm, 밀도 2.63g/cm³, 조립율 6.87)를 사용하였다. 혼화재는 플라이애시(밀도 2.
2002). 시험체는 Fig. 1에 나타나 있는 것처럼 양단 중심에 구멍이 뚫린 100x100 x400mm의 철재 빔 몰드를 사용하여 제작하였으며, 게이지 플러그(Gauge plug)를 몰드 축에 일치하도록 30±5mm 정도 매입하였다. 또한 몰드의 바닥과 양단에 1mm 두께의 테프론 시트(Teflon sheet)를깔아서 공시체의 이동이 몰드에 의해 구속을 받지 않게 하고, 표면에서의 수분 증발 및 흡수를 막기 위해 폴리에스테르 필름(Polyester film)으로 표면을 덮었다.
한며 본 연구에 사용된 수축저감제 및 팽창재의 특성은 Table 1 및 Table 2에 제시되어 있으며, 자기수축 실험을 위해 사용된 콘크리트 배합은 Table 3 및 Table 4에 나타나있다. 이 경우 목표공기량 4.5±1.5%를 확보하기위해 시멘트 중량비 0.042- 0.065%의 AE제를 사용하였으며, 유동성 확보를 위해 시멘트 중량비 1.7~2.2%의 고성능 감수제를 사용하였다.
87)를 사용하였다. 혼화재는 플라이애시(밀도 2.13g/cm³, 분말도 3, 850cm²/g) 및 고로슬래그 미분말(밀도 2.91g/cm³, 분말도 4463cm²/g)은 국내산, 실리카 흄(밀도 2.1g /cm³, 분말도 240, 000cm²/g)은 노르웨이 산을 사용하였다. 한며 본 연구에 사용된 수축저감제 및 팽창재의 특성은 Table 1 및 Table 2에 제시되어 있으며, 자기수축 실험을 위해 사용된 콘크리트 배합은 Table 3 및 Table 4에 나타나있다.

데이터처리

5에서 알 수 있는 것처럼 본 실험결과와는 다소의 차이를 보인다. 그러므로, 본 연구에서는 계수 b를 0.5로 고정하고 보통 포틀랜드 시멘트를 사용한 경우 계수 y 를 1로 나타내기 위해 회귀분석을 통해 a=0.375로 결정하였다.

이론/모형

본 실험에서 콘크리트의 혼합은 강제식 팬 믹서를 사용하였으며, KS F 2436에 준하여 응결시간을 측정하였다.
콘크리트의 자기수축 실험은 일본 콘크리트공 학협회의 자기수축 위원회에서 제안한 방법에 따라 수행하였다(自己收縮硏究委員, 2002). 시험체는 Fig.

성능/효과

3(a)를 보면 플라이애시 치환율이 15%, 30% 인 경우 콘크리트의 자기수축 변형률은 각각 319x 10-6, 263X10-6으로 OPC 콘크리트에 비해 감소하며, 치환율이 증가할수록 자기수축 변형률이 더욱 작아지고 있는 것을 알 수 있다. 이것은 풀라이애시를 사용하면 초기 수화반응이 지연되고 시간 경과에 따라 수화반응이 진행되더라도 콘크리트의 상대습도가 거의 변하지 않기 때문인 것으로 알려져 있다(고경택 외, 2003).
한편, Fig. 3(b)를 보면 고로슬래그 미분말을 사용한 콘크리트는 치환율이 30%, 50%인 경우 콘크리트의 자기수축 변형률이 각각 425x10-6, 456x10-6 으로 OPC 콘크리트에 비해 증가하며, 치환율이 증가할수록 자기수축 변형률 증가가 더욱 커지는 것으로 나타났다. 이것은 고로슬래그를 사용하면 잠재수경성 반응에 의해 생성된 경화조직의 모세관장력이 증대하고 플라이애시와 반대로 수화반응의 진행에 따라 내부습도가 크게 저하되어 자기건조 현상이 크게 나타나기 때문으로 분석된다(고경택 외, 2003).
1) 혼화재료 종류 및 치환률에 따른 슬럼프는 26cm 내외로 나타났으며, 재령 28일에서의 압축강도는 49~60MPa 의 고강도를 나타내었다. 이에 따라본 연구에 사용된 콘크리트 시편은 고성능 콘크리트의 범주에 드는 것으로 판단할 수 있다.
2) 플라이애시는 치환율이 증가할수록 자기수축이 감소하는 경향을 나타내었으며, 고로슬래그는 치환율이 증가할수록 자기수축이 크게 증가하였다. 또한 수축저감제 및 팽창재의 혼입량이 증가할수록 자기수축이 감소하는 경향을 나타내었다.
또한 수축저감제 및 팽창재의 혼입량이 증가할수록 자기수축이 감소하는 경향을 나타내었다.

참고문헌 (7)

？고경택, 박정준, 이종석, 김성욱, "광물질 혼화재를 사용한 고성능 콘크리트의 수축특성", 대한토목학회 논문집, Vol. 23, No. 6A, 2003, pp.1133-1141.
自己收縮硏究委員, コンクリ-トの自己收縮硏究委員會報告書, 日本コンクリ-ト工學協會, 2002.
CEB-FIP 2000, Structural Concrete : Textbook on Behavior, Design and Performance, Vol. 1, Sprint- Druck Stuttgart, 1999, pp.43-46.
Jonasson, J. and Hedlund, H., "An Engineering Model for Creep and Shrinkage in High Performance Concrete," Proceedings of International RILEM Workshop on Shrinkage of Concrete, Shrinkage 2000, Edited by Baroghel-Bouny, V. and Aitcin, P. C., Paris, France, 2000.
Miyazawa, S. and Tazawa, E., "Prediction Model for Shrinkage of Concrete Including Autogenous Shrinkage, Creep, Shrinkage and Durability Mechanics of Concrete and Other Quasi-Brittle Materials," Proceedings of Sixth International Conference, Elsevier Science Ltd,. 2001, pp735-746.
Neville, A. M., Properties of Concrete, Addison Wesley Longman Limited, London, 1995, pp.425- 438.
RILEM TC 119-TCE, "Avoidance of Theral Cracking in Concrete at Early Age Recommendations", Materials and Structures, Vol. 30, No. 202, 1997, pp.451-464.

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