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문제 정의
- 그러나 숏크리트의 광범위한 시공에도 불구하고 여러 가지 문제점을 내포하고 있는 것이 사실이다. 따라서 본 연구에서는 우리나라 현행 숏크리트의 현황과 문제점을 분석하고, 고품질의 숏크리트 시공을 위하여 실리카퓸 숏크리트의 성능 및 적용성에 대해 분석하였다. 또한 숏크리트의 장기적인 안정성 확보를 위해서는 복합적인 환경조건을 고려한 열화 특성을 파악할 필요가 있다.
- 또한 숏크리트의 장기적인 안정성 확보를 위해서는 복합적인 환경조건을 고려한 열화 특성을 파악할 필요가 있다. 본 연구에서는 건습 반복, 동결융해 및 탄산화 등의 열화 인자를 복합적으로 적용한 열화 시험을 수행하였다. 특히, 우수한 강도 증진 효과로 국외에서 많이 사용되고 있는 실리카퓸을 적용하여 혼 화재 치환에 따른 숏크리트의 장기 내구 특성을 평가하였다.
- 본 연구에서는 현장타설 숏크리트의 성능 평가를 통해 우수한 배합을 선정하여 터널 내 숏크리트의 내구성 저하를 유발하는 요인들의 열화 특성에 대해 살펴보고, 다양한 열화인자에 의해 변화되는 숏크리트의 장기 내구 특성을 파악하기 위해 복합 열화 시험을 수행하였다. 건습 반복, 동결융해 및 탄산화 등의 열화 인자를 복합적으로 적용한 시험에서는 혼화재에 따른 숏크리트의 장기 내구 특성을 평가하였다.
- 본 연구의 목적은 국내 숏크리트의 역힉■적 성능 및 장기 내구성능이 향상된 고품질 숏크리트의 개발이다. 숏크리트의 강도증진 방안으로 실리카퓸을 혼입하여 현장 타설 시험을 수행하였다.
- 숏크리트가 타설된 실제 환경에서 동결융해 반복과 탄산화는 동시에 작용하지만, 본 연구에서는 상호 영향을 파악하기 위해 열화 작용의 부여 방법을 단순화 하는 것이 필요할 것으로 판단되었다. 동결융해 반복 후 건습작용의 영향 및 반복적인 건습과 탄산화 간의 상호 작용하는 영향은 다소 미소하다고 판단하여 시험 요소에서 고려하지 않았다.
제안 방법
- 가장 우수한 성능을 보인 실리카퓸 1。%를 치환한 배합비와 혼화재료로 많이 쓰이는 플라이애쉬 15%를 치환한 배합설계를 가지고 단독 열화 시험 및 복합 열화 시험을 실시하여 장기 내구성 평가를 실시하였다.
- Test A에서는 재령 28일된 공시체에 대해 수중양생 1 주와 기건양생 1주를 Icycle로 하여 각각 5주, 25주 동안 건습 반복시켰다. 이어서 동결융해를 0, 30, 90, 150, 210, 300 cycle 까지 실시 하였다.
- Test B에서는 표준양생된 시편을 15주 동안 촉진탄산화(CO?농도 5%, 온도 20±2, 상대습도 60±3%) 시키고 탄산화된 숏크리트에 대하여 Test A와 같은 간격으로 300 cycle까지 동결융해시 험 을 실시 하였다.
- Test C에서 는 표준양생 된 공시 체를 300 cycle 까지 동결 융해한 후 15주 동안 촉진탄산화 시험을 실시하였다.
- 건습 반복, 동결융해 및 탄산화 등의 열화 인자를 복합적으로 적용한 시험에서는 혼화재에 따른 숏크리트의 장기 내구 특성을 평가하였다. 본 연구의 종합적인 요약 및 결론은 다음과 같다.
- 공시체 종류는 일반 콘크리트와 숏크리트의 열화 특성을 비교하기 위해 강섬유로 보강하지 않는 일반 콘크리트(plain type), 강섬유를 보강하고 혼화재를 첨가하지 않는 숏크리트(NA type), 실리카퓸을 첨가한 숏크리트(SF Type) 및 플라이애쉬를 첨가한 숏크리트(FA type)로 결정하였다.
- 단독 열화 시험으로는 동결융해저항성, 촉진탄산화 시험을 실시하였으며 기본적인 물성 평가를 위하여 압축강도 측정도 실시하였다. Table 6은 열화시험 결과 분석을 위한 시험 항목과 평가 방법을 나타낸 것이다6).
- 도출된 최적 배합비를 복합열화시험의 기본배합으로 사용하여 건습 반복, 동결융해 및 탄산화의 단독 열화 요인이 숏크리트 장기 내구성에 미치는 영향에 대해 정량적으로 파악하였다. 또한 복합적인 환경하에서의 숏크리트의 내구성능을 평가하기 위하여 건습 반복을 받은 숏크리트의 동결융해 저항특성, 동결융해 반복을 받은 숏크리트의 탄산화 진행 및 탄산화 된 숏크리트의 동결융해 저항성에 대한 평가를 수행하였다.
- 시험체를 2주간 수중양생 시킨 후 동결융해시험 장치를 사용하여, 기중동결 및 수중융해 조건으로 시험체에 간극수의 빙점 이하의 온도와 빙점 이상의 온도를 주기적으로 가하였다. 동결융해 시험 이후의 내구성 평가는 일정한 주기로 동결융해 작용을 받은 시험체의 상대동탄성계수를 측정하였고, 수분의 팽창균열 및 파괴에 의한 질량 감소율을 측정하여 평가하였다. Fig.
- 시험에 적정하지 않았다. 따라서 적정한 슬럼프 값을 얻기 위하여 W/B와 잔골재율을 재조정하였으며, 강도에 영향을 주지 않는 범위내에서 유동화재를 혼입하였다. 조정된 숏크리트의 배합비는 Table 8과 같다.
- 숏크리트의 강도증진 방안으로 실리카퓸을 혼입하여 현장 타설 시험을 수행하였다. 또한 고성능 급결제인 알루미네이트계 급결제와 알칼리프리계 급결제를 적용하여 숏크리트의 강도 증진과 품질 향상에 미치는 급결제와 혼화재의 영향을 파악하였다.
- 도출된 최적 배합비를 복합열화시험의 기본배합으로 사용하여 건습 반복, 동결융해 및 탄산화의 단독 열화 요인이 숏크리트 장기 내구성에 미치는 영향에 대해 정량적으로 파악하였다. 또한 복합적인 환경하에서의 숏크리트의 내구성능을 평가하기 위하여 건습 반복을 받은 숏크리트의 동결융해 저항특성, 동결융해 반복을 받은 숏크리트의 탄산화 진행 및 탄산화 된 숏크리트의 동결융해 저항성에 대한 평가를 수행하였다.
- 숏크리트의 강도증진 방안으로 실리카퓸을 혼입하여 현장 타설 시험을 수행하였다. 또한 고성능 급결제인 알루미네이트계 급결제와 알칼리프리계 급결제를 적용하여 숏크리트의 강도 증진과 품질 향상에 미치는 급결제와 혼화재의 영향을 파악하였다.
- 숏크리트의 내구성 평가 방법 중의 하나인 촉진탄산화시험은 숏크리트 공시체를 JIS A 1153의 시험 방법에 따라 촉진열화 시키고, KS F 2596에 준하여 5주 간격으로 20주까지 측정하였다. 시험체는 재령 1일에 탈형하여 수중상태에서 4주간 양생을 실시하였다.
- 측정하였다. 시험체는 재령 1일에 탈형하여 수중상태에서 4주간 양생을 실시하였다. 표준양생 후 온도 20±2, 상대습도 60±3%, CO2 농도 5±0.
- 시험을 실시하였다. 시험체를 2주간 수중양생 시킨 후 동결융해시험 장치를 사용하여, 기중동결 및 수중융해 조건으로 시험체에 간극수의 빙점 이하의 온도와 빙점 이상의 온도를 주기적으로 가하였다. 동결융해 시험 이후의 내구성 평가는 일정한 주기로 동결융해 작용을 받은 시험체의 상대동탄성계수를 측정하였고, 수분의 팽창균열 및 파괴에 의한 질량 감소율을 측정하여 평가하였다.
- 현장시험과 내구성시험에서 사용된 실리카퓸은 동일한 제품이며 물리적 특징은 Table 5에 나타나 있다. 실리카퓸의 치환율은 급결제 종류에 따라 0, 5, 7.5, 10%씩 치환하였다.
- 알칼리프리계 급결제 혼입량은 현장 시험에서 가장 효과가 양호했던 7%를 적용하였고 알루미네이트계 급결제는 5%를 적용하였다. 현장시험과 내구성시험에서 사용된 실리카퓸은 동일한 제품이며 물리적 특징은 Table 5에 나타나 있다.
- 실시하였다. 압축강도 및 휨강도 공시체를 채취하기 위하여 숏크리트용 타설시험 몰드를 제작하여 현장에서 숏크리트를 타설한 뒤 1일 양생 후 실험실로 이동하여 표준양생을 실시하였다. 압축강도는 양생 1, 3, 7, 28일마다 각 배합별로 0100x200 mm 크기의 시편을 채취하여 측정하였다.
- 압축강도 및 휨강도 공시체를 채취하기 위하여 숏크리트용 타설시험 몰드를 제작하여 현장에서 숏크리트를 타설한 뒤 1일 양생 후 실험실로 이동하여 표준양생을 실시하였다. 압축강도는 양생 1, 3, 7, 28일마다 각 배합별로 0100x200 mm 크기의 시편을 채취하여 측정하였다. 휨강도 시험은 유럽통합규격(EFNARC)에 따라 7일 양 생후 빔 공시체를 75x125x600 mm 크기로 절단하였고 28 일 양생 후 삼등분점 재하시 험 (flexural testing with third- point loading)을 실시하였다'.
- 건습 반복시켰다. 이어서 동결융해를 0, 30, 90, 150, 210, 300 cycle 까지 실시 하였다.
- 2%의 조건으로 촉진 탄산화 시험을 실시하였는데, 시험체 주변의 환경 조건을 균등하게 하기 위하여 시험체 간격을 2 이상으로 하고 시험체의 측면이 수직이 되도록 배치하였다. 촉진 탄산화의 측정은 소정의 재령이 경과한 시점에서 시험체를 장변 방향과 직각으로 절단한 후, 1%의 페놀프탈레인 용액을 분사하고 모르타르 표면에서 착색부분까지의 거리를 1 측면 당 3개소씩 계측하여 평균한 값을 탄산화 깊이로 판정하였다. Fig.
- 본 연구에서는 건습 반복, 동결융해 및 탄산화 등의 열화 인자를 복합적으로 적용한 열화 시험을 수행하였다. 특히, 우수한 강도 증진 효과로 국외에서 많이 사용되고 있는 실리카퓸을 적용하여 혼 화재 치환에 따른 숏크리트의 장기 내구 특성을 평가하였다. 복합 열화 시험 결과 실리카퓸을 혼입한 숏크리트는 다른 배합에 비해 가장 양호한 결과를 나타냈고, 실리카퓸은 강도 증진 효과와 함께 강섬유 혼입에 의한 열화 현상을 최소한으로 감소시켜 숏크리트의 장기 내구성을 확보하는데 효과가 있었다.
- 시험체는 재령 1일에 탈형하여 수중상태에서 4주간 양생을 실시하였다. 표준양생 후 온도 20±2, 상대습도 60±3%, CO2 농도 5±0.2%의 조건으로 촉진 탄산화 시험을 실시하였는데, 시험체 주변의 환경 조건을 균등하게 하기 위하여 시험체 간격을 2 이상으로 하고 시험체의 측면이 수직이 되도록 배치하였다. 촉진 탄산화의 측정은 소정의 재령이 경과한 시점에서 시험체를 장변 방향과 직각으로 절단한 후, 1%의 페놀프탈레인 용액을 분사하고 모르타르 표면에서 착색부분까지의 거리를 1 측면 당 3개소씩 계측하여 평균한 값을 탄산화 깊이로 판정하였다.
- 현장 시험에서 가장 우수한 성능을 보인 실리카퓸 10% 를 치환한 배합비와 혼화재료로 많이 쓰이는 플라이애쉬 15%를 치환한 배합설계를 가지고 단독열화 시험 및 복합 열화 시험을 실시하여 장기 내구성 평가를 실시하였다.
- 압축강도는 양생 1, 3, 7, 28일마다 각 배합별로 0100x200 mm 크기의 시편을 채취하여 측정하였다. 휨강도 시험은 유럽통합규격(EFNARC)에 따라 7일 양 생후 빔 공시체를 75x125x600 mm 크기로 절단하였고 28 일 양생 후 삼등분점 재하시 험 (flexural testing with third- point loading)을 실시하였다';.
대상 데이터
- 그리고 실리카퓸은 노르웨이 E사의 Micro Silica 940U를 사용하였으며, 물리적 성질 및 화학적 성질은 Table 5와 같다. 강섬유는 00.5><30 mm 규격의 번들형을 사용하였다.
- 현장시험 뿐만 아니라 내구성시험에서도 동일한 골재 및 잔골재율을적용하였다. 강섬유는 모든 배합에 혼입하였으며, 규격은 00.5x30mtn이며 혼입량은 40k典'으로 번들형을 사용하였다. 그리고 B/P에서의 모르타르 슬럼프는 10〜12cm 를 목표로 하여 배합하였고 숏크리트 현장타설 배합표는 Table 2와 같다.
- 골재는 현장에서 함수율 및 토립분 관리가 잘 이루어진 골재를 그대로 사용하였다. 굵은골재의 최대치수는 13 mm를 사용하였으며, 잔골재율은 67%로 현장에서 적용되고 있는 일반적인 골재를 사용하였다.
- 골재를 그대로 사용하였다. 굵은골재의 최대치수는 13 mm를 사용하였으며, 잔골재율은 67%로 현장에서 적용되고 있는 일반적인 골재를 사용하였다. 현장시험 뿐만 아니라 내구성시험에서도 동일한 골재 및 잔골재율을적용하였다.
- 성질은 Table 4와 같다. 그리고 실리카퓸은 노르웨이 E사의 Micro Silica 940U를 사용하였으며, 물리적 성질 및 화학적 성질은 Table 5와 같다. 강섬유는 00.
- 모든 시험에 있어서 복합열화작용을 받는 공시체의 크기는 100x100x400mm의 각주형으로 제작하였고, 압축강도 공시체는 0100x200mm의 원주형 공시체를 이용하였다.
- 현장 시험은 2005년 6월 B건설의 현장의 터널 갱구 사면에서 실시하였으며, 숏크리트용 타설시험 몰드에 타설한 뒤 코어를 채취하여 시험에 사용하였다. 현장 시험에서는 급결제와 혼화재의 종류 및 투입량을 변화시킨 8 가지 배합에 대해 시험을 수행하였는데, Table 1은 현장시험에서 고려한 시험 요소에 대해 나타낸 것이다.
- 혼화재로서 사용된 플라이애쉬는 당진화력발전소에서 생산되어 정제된 것을 사용하였고, 물리적 성질 및 화학적 성질은 Table 4와 같다. 그리고 실리카퓸은 노르웨이 E사의 Micro Silica 940U를 사용하였으며, 물리적 성질 및 화학적 성질은 Table 5와 같다.
이론/모형
- 숏크리트의 동결융해저항성 시험은 KS F 2456(급속 동결융해에 대한 콘크리트의 저항 시험법) 및 ASTM C 666(resistance of concrete to rapid freezing and thawing) 에준하여 시험을 실시하였다. 시험체를 2주간 수중양생 시킨 후 동결융해시험 장치를 사용하여, 기중동결 및 수중융해 조건으로 시험체에 간극수의 빙점 이하의 온도와 빙점 이상의 온도를 주기적으로 가하였다.
성능/효과
- 1) 현장타설 숏크리트 압축강도 시험 결과, 실리카퓸혼입률이 높을수록 압축강도 발현이 대체적으로 우수하였으며 알루미네이트계 급결제 보다는 알칼리프리계 급결제가 초기강도 및 장기 강도가 우수하게 나타났다.
- 2) 급결제에 의한 휨강도 경향은 나타나지 않았으며실리카퓸 혼입량이 증가할수록 휨강도가 증가함을 알 수 있었다. 알루미네이트계 급결제를 사용한 숏크리트에서는 실리카퓸 치환율 10%에서 가장 큰 휨강도를 보였으며 알칼리프리계 급결제를 사용한 숏크리트에서는 실리카퓸 7.
- 3) 실리카퓸을 혼입한 숏크리트의 동결융해에 의한 상대동 탄성계수, 질량 감소율 및 촉진 탄산화 시험 결과 다른 숏크리트 배합에 비해 가장 양호한 결과를 나타내어, 실리카퓸이 강도증진 효과와 함께 강섬유 혼입에 의한 열화 현상을 최소한으로 감소 시켜 숏크리트의 장기내구성을 확보하는데 효과가 있음을 알 수 있었다.
- 량 감소율도 증가하였다. 300 cycle에서 Plain 배합이 4.3%, SF 배합이 4.7%, FA 배합이 4.9% 및 NA 배합이 6.0%로 나타났고, 실리카퓸의 치환을 통해 기존 숏크리트보다 효과적인 열화 현상 감소를 확인할 수 있었다.
- 4) 건습 반복을 받은 숏크리트가 동결융해 반복을 받을 경우 상대동탄성계수는 강섬유만 혼입한 배합이 48.6%, 플라이애쉬를 치환한 배합이 63.0%, 실리카퓸을 치환한 배합이 67.9%로 나타났고, 질량 감소율은 강섬유만 혼입한 배합이 6.0%, 플라이애쉬를치환한 배합이 4.9%, 실리카퓸을 치환한 배합이 4.7%로 나타나 실리카퓸을 혼입한 숏크리트가 가장 양호한 결과를 보였다.
- 52 MPa 로 나타났다. Fig. 2에서 보듯이 급결제에 의한 휨강도 경향은 나타나지 않았으며 실리카퓸 혼입량이 증가할수록 역학적 성상이 우수해짐을 알 수 있었다. 알루미네이트계 급결제를 사용한 숏크리트에서는 실리카퓸 치환율 10%에서 가장 큰 휨강도를 보였으며 알칼리프리계 급결제를 사용한 숏크리트에서는 실리카퓸 7.
- 10과 같다. 건습 반복 5주 후 동결융해 300 cycle에서 의 상대동탄성 계수는 NA 배합이 69.6%로써 가장 작게 나타났고, SF 배합이 77.1%, FA 배합이 79.4%, Plain 배합이 82.9%로건습 반복을 받지 않고 동결융해만을 받은 상대동 탄성계수 변화와 비슷한 경향을 보였다. 즉, 적은 기간 동안의 건습 반복이 동결융해저항 성능에 미치는 영향은 전체적으로 미비한 것으로 나타났다.
- 12는 반복적인 건습 작용과 동결융해 작용을 받은 공시체의 압축강도를 나타낸 것인데, 건습 반복 후 동결융해 cycle이 증가할수록 압축강도가 감소하였다. 건습 반복 5주 후의 최초 압축강도는 실리카퓸을 치환한 SF 배합이 가장 크게 나타났고, NA 배합도 Plain 배합보다 더 크게 나타났다. 그러나 동결융해 300 cycle 후에는 NA 배합이 Plain 배합보다 압축강도가 더 작게 나타나, 혼화재 치환 없이 강섬유를 혼입한 숏크리트의 내구성 저하를 보였다.
- 결과를 종합하여 보면, 숏크리트 현장타설 시험 결과 알루미네이트계 급결제 보다 알칼리프리계 급결제를 사용하였을 때 숏크리트의 중요 요소인 초기강도 확보 및 장기강도 발현이 우수하였다. 또한 실리카퓸 혼입률에 따른 역학적 성능을 분석해보면 압축강도와 휨강도 모두실리카퓸 치환율 7.
- 15는 탄산화된 숏크리트의 동결융해 반복시 질량감소율의 변화를 나타낸 것 이 다. 동결융해 300 cycle의 질량 감소율을 살펴보면, NA 배합이 5.7%로 가장 크게 나타났고, FA 배합이 4.7%, SF 배합이 4.4%, Plain 배합이 4.0%로 나타나, 탄산화되지 않은 경우에 비해 질량감소가 조금 더 발생하였다. 이러한 결과는 촉진탄산화 작용으로 인해 동결융해에 가장 큰 영향을 미치는 미세공극이 충진되고 감소됨으로서, 탄산화되지 않은 숏크리트의 질량보다 촉진 탄산화된 숏크리트의 질량이 더 감소된 것으로 판단된다.
- 16은 동결융해반복 후 공시체를 촉진탄산화 시킨 경우 질량 감소율과 탄산화 깊이를 나타낸 것이다. 동결융해 반복 후 탄산화 깊이는 동결융해 반복을 받지 않은 경우에 비해 건습 반복 5주에서 최대 36%, 건습 반복 10 주에서 최대 84% 이상 증가하였다. 건습 반복이 적은 경우 즉, 숏크리트의 지하수 노출이 적은 경우에는 동결융해 반복 횟수가 증가하여도 탄산화 깊이는 크게 증가하지 않았지만, 장기간 건습 반복에 노출된 경우에는 탄산화 깊이도 현저하게 증가하였다.
- 발현이 우수하였다. 또한 실리카퓸 혼입률에 따른 역학적 성능을 분석해보면 압축강도와 휨강도 모두실리카퓸 치환율 7.5〜10%일 때 충분한 강도증진 효과를 얻을 수 있는 것으로 나타났다.
- 크게 나타났다. 또한 초기재령에 비해 중장기 재령에서 탄산화 진행 정도가 상당히 낮아지는 것을 확인할 수 있었다. 이는 탄산화 작용으로 생성된 CaCC>3의 충진작용 때문인 것으로 판단된다.
- 건습 반복이 적은 경우 즉, 숏크리트의 지하수 노출이 적은 경우에는 동결융해 반복 횟수가 증가하여도 탄산화 깊이는 크게 증가하지 않았지만, 장기간 건습 반복에 노출된 경우에는 탄산화 깊이도 현저하게 증가하였다. 또한, 건습 반복 횟수가 많아질수록 시험 배합의 질량 감소율과 탄산화 깊이는 비례하여 증가하였는데, 실리카퓸을 치환한 숏크리트 배합의 경우 다른 숏크리트 배합에 비해 가장 양호한 결과를 나타내었다.
- 반면, 25주 동안 건습 반복을 받은 숏크리트의 상대동 탄성계수는 건습 반복을 받지 않은 경우와 다른 특성을 보였는데, NA 배합이 48.6%로 가장 작게 나타났고, FA 배합이 63.0%, SF 배합이 67.9%, Plain 배합이 69.8%로 나타났다. 특히, 건습 반복 기간이 길어질수록 강섬유를 혼입하고 혼화재를 치환하지 않는 숏크리트의 상대동 탄성계수는 비교적 낮게 나타났는데, 플라이애쉬를 치환한 숏크리트 보다 실리카퓸을 치환한 숏크리트가 열화 현상에 대한 저항성이 더 큰 것으로 나타났다.
- 8 MPa로서 가장 크게 나타났는데 국내 숏크리트 품질기준의 2 배가 넘는 강도 발현을 보였으며, 실리카퓸을 혼입하지 않은 AF7-R 배합에 비해 45% 이상 강도증진 효과가 나타났다. 반면, AL5-R 배합은 23.1 MPa로 가장 작게 나타났지만 국내 품질기준인 20 MPa에는 만족시키는 결과를 보였다.
- 특히, NA 배합은 건습 반복 및 동결융해 작용으로 강섬유 부식이 심화되었고, 숏크리트 표면의 부스러짐도 증가하여 외관상으로도 가장 좋지 않은 결과를 보였다. 반면, SF 및 FA 배합은 건습 반복 25주와 동결융해 300 cycle 후에는 30 MPa 이상의 고강도를 유지하는 좋은 결과를 보였다.
- 특히, 우수한 강도 증진 효과로 국외에서 많이 사용되고 있는 실리카퓸을 적용하여 혼 화재 치환에 따른 숏크리트의 장기 내구 특성을 평가하였다. 복합 열화 시험 결과 실리카퓸을 혼입한 숏크리트는 다른 배합에 비해 가장 양호한 결과를 나타냈고, 실리카퓸은 강도 증진 효과와 함께 강섬유 혼입에 의한 열화 현상을 최소한으로 감소시켜 숏크리트의 장기 내구성을 확보하는데 효과가 있었다.
- 2에서 보듯이 급결제에 의한 휨강도 경향은 나타나지 않았으며 실리카퓸 혼입량이 증가할수록 역학적 성상이 우수해짐을 알 수 있었다. 알루미네이트계 급결제를 사용한 숏크리트에서는 실리카퓸 치환율 10%에서 가장 큰 휨강도를 보였으며 알칼리프리계 급결제를 사용한 숏크리트에서는 실리카퓸 7.5% 혼입률에서 가장 큰 휨강도를 보였다.
- 5-R 및 AF7-S10-R 배합은 재령 1일에서 모두가 20MPa을 넘는 강도발현을 보여, 국내 품질기준의 재령 28일 압축강도 기준을 충분히 만족시켰다. 이러한 결과는 실리카퓸과 알칼리프리계 급결제를 사용함으로서 터널 발파 후 초기 변위를 억제하는 1차 지보재로서의 역할을 담당하는 숏크리트의 성능을 더욱 향상시킬 수 있음을 보여준다. 반면, 알루미네이트계 급결제를 사용한 배합의 경우 실리카퓸을 사용한 경우라도 재령 1일에서 14〜17 MPa을 나타내어 약 20〜40% 의 차이를 보였다.
- 0%로 나타나, 탄산화되지 않은 경우에 비해 질량감소가 조금 더 발생하였다. 이러한 결과는 촉진탄산화 작용으로 인해 동결융해에 가장 큰 영향을 미치는 미세공극이 충진되고 감소됨으로서, 탄산화되지 않은 숏크리트의 질량보다 촉진 탄산화된 숏크리트의 질량이 더 감소된 것으로 판단된다. 그리고 숏크리트 배합 중에서는 실리카퓸을 혼입한 SF 배합의 질량 감소율이 가장 적게 나타났다.
- 본 시험에서는 중 . 장기, 재령에서 건습 반복이 동결융해에 미치는 영향은 혼화재 치환 여부, 혼화재 종류 및 강섬유의 혼입 여부 등에 따라 차이가 큼을 알 수 있었다. 즉, 반복적인 건습 작용이 숏크리트에 포함된 강섬유의 부식과 팽창 작용을 유도함으로써, 강섬유와 숏크리트의 부착면에 발생되는 미세균열 또는 공극을 증가시켰기 때문으로 판단된다.
- 재령 28일 압축강도는 AF7-S7.5-R 배 합이 55.8 MPa로서 가장 크게 나타났는데 국내 숏크리트 품질기준의 2 배가 넘는 강도 발현을 보였으며, 실리카퓸을 혼입하지 않은 AF7-R 배합에 비해 45% 이상 강도증진 효과가 나타났다. 반면, AL5-R 배합은 23.
- 6 과 같다. 재령 7일에서 24〜28 MPa, 재령 90일에서 39~ 46 MPa, 재령 150일에서 41〜49 MPa로 나타나 혼화재 치환에 따른 강도증진효과는 재령 28일에서부터 서서히 증가하는 경향을 나타내고 있었다. 특히, 실리카퓸을 치환한 숏크리트의 압축강도는 일반 콘크리트에 비해 재령 28일에서 8.
- 반면, 알루미네이트계 급결제를 사용한 배합의 경우 실리카퓸을 사용한 경우라도 재령 1일에서 14〜17 MPa을 나타내어 약 20〜40% 의 차이를 보였다. 종합해 보면 실리카퓸 혼입률이 높을수록 압축강도 발현이 대체적으로 우수하였으며 알루미네이트계 급결제 보다는 알칼리프리계 급결제가 초기강도 및 장기 강도가 우수하게 나타났다.
- 9%로건습 반복을 받지 않고 동결융해만을 받은 상대동 탄성계수 변화와 비슷한 경향을 보였다. 즉, 적은 기간 동안의 건습 반복이 동결융해저항 성능에 미치는 영향은 전체적으로 미비한 것으로 나타났다.
- 6%로 가장 우수하게 나타났다. 탄산화가 진행되지 않은 숏크리트에 비해 탄산화가 진행된 숏크리트의 동결융해 300 cycle에서의 상대동탄성계수는 Plain, NA, FA, SF 배합이 각각 2.8, 3.3, 2.9, 3.5% 감소하는 것으로 나타났다.
- 탄산화가 진행된 숏크리트의 상대동탄성계수는 NA 배합이 300 cycle에서 63.1%로 가장 작게 나타났고, FA 배합이 71.2%, Plain 배합이 72.9%, SF 배합■이 74.6%로 가장 우수하게 나타났다. 탄산화가 진행되지 않은 숏크리트에 비해 탄산화가 진행된 숏크리트의 동결융해 300 cycle에서의 상대동탄성계수는 Plain, NA, FA, SF 배합이 각각 2.
- 많이 저하되었음을 보여준다. 특히, NA 배합은 건습 반복 및 동결융해 작용으로 강섬유 부식이 심화되었고, 숏크리트 표면의 부스러짐도 증가하여 외관상으로도 가장 좋지 않은 결과를 보였다. 반면, SF 및 FA 배합은 건습 반복 25주와 동결융해 300 cycle 후에는 30 MPa 이상의 고강도를 유지하는 좋은 결과를 보였다.
- 8%로 나타났다. 특히, 건습 반복 기간이 길어질수록 강섬유를 혼입하고 혼화재를 치환하지 않는 숏크리트의 상대동 탄성계수는 비교적 낮게 나타났는데, 플라이애쉬를 치환한 숏크리트 보다 실리카퓸을 치환한 숏크리트가 열화 현상에 대한 저항성이 더 큰 것으로 나타났다.
- 재령 7일에서 24〜28 MPa, 재령 90일에서 39~ 46 MPa, 재령 150일에서 41〜49 MPa로 나타나 혼화재 치환에 따른 강도증진효과는 재령 28일에서부터 서서히 증가하는 경향을 나타내고 있었다. 특히, 실리카퓸을 치환한 숏크리트의 압축강도는 일반 콘크리트에 비해 재령 28일에서 8.9%, 재령 90일에서 19.2%, 재령 150일에서 18.2% 더 크게 나타났다. 반면, 혼화재를 치환하지 않은 숏크리트는 일반 콘크리트 보다 압축강도가 더 낮게 나타났다.
- SF 배합의 상대동탄성 계수는 300 cycle에서 82%로 가장 크게 나타났고, 다음으로 Plain 배합이 78% 로 나타났다. 특히, 혼화재를 치환하지 않은 NA 배합은 동결융해 300 cycle에서 68.1%로 다른 배합에 비해 상대동 탄성계수 감소가 가장 크게 나타났다. 콘크리트의 동결융해 저항 성능은 시멘트 콘크리트 내의 기포에 의해 결정되는데, 공기 연행제를 사용하지 않은 숏크리트의 경우 동결융해에 상당히 취약한 것으로 알려져 있다.
- 현장타설 시험을 통해 가장 우수한 성능을 보인 급결제의 종류 및 실리카퓸의 혼입량을 도출하였다. 도출된 최적 배합비를 복합열화시험의 기본배합으로 사용하여 건습 반복, 동결융해 및 탄산화의 단독 열화 요인이 숏크리트 장기 내구성에 미치는 영향에 대해 정량적으로 파악하였다.
- 혼화재의 종류에 관계없이 탄산화가 진행된 경우와 진행되지 않은 경우의 동결융해반복에 의한 상대동 탄성계수의 차이는 극히 적게 나타났다.
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