선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 연구에서는 경화 전, 후의 콘크리트 내구 성능을 평가하기 위해서 Table 7과 같이 11가지 항목에 대해서 실험을 실시하여 분석하는 것으로 하였다.
제안 방법
- 그러므로, 고속도로 교량의 콘크리트 바닥판에 적용할 수 있는 고성능 콘크리트의 배합비를 도출하고자, 혼화재를 포함한 다양한 배합 조건에 대하여 굳지 않은 콘크리트 성능, 경화 후 내구 성능 및 균열 저항 성능을 비교 평가하였다.
- 또한, 교량 바닥판의 내구성 저하에 가장 주된 요인 중의 하나가 균열이기 때문에, 이를 최소화할 수 있는 혼화재 별 치환율을 Table 5와 같이 정하여, Table 6 과 같이 배합을 실시하였다. 실험 변수는 보통시멘트 (OPC) 를 기준으로 플라이애쉬 (FA), 플라이애쉬 + 실리카퓸 (FS), 고로슬래그미분말 (BS)을 혼입한 계열 등 4가지의 경우를 고려 하였으며 , 각 계 열당 27 MPa, 35 MPa의 두 가지 강도를 변수로 하여 총 8종의 배합에 대해 내구성을 평가하였다.
- 이때 결합재 사용 조건에 따른 공기량 조절을 위해별도의 AE제를 추가로 사용하여 공기량이 5.5 ±1.0% 범위에 들어오도록 조정하였다.
- 콘크리트의 수축에 의한 균열 특성을 평가하기 위하여 O-ring 실험을 실시하였다. 본 실험은 내경과 외경을 갖는 도우넛 형태의 강제틀의 도우넛 내부에 콘크리트를 타설한 후, 실온에 방치하여 최초의 균열을 관측하는 것으로 AASHTO designation PP34-99에 따라 실험을 수행하고 그 결과를 Table 12에 정리하였다.
대상 데이터
- 실리카퓸은 국내에 시공 실적이 있는 K사의 제품으로 KS F 2567에 준하는 재료를 사용하였다. 고로슬래그미분말은 KS F 2563의고로슬래그미분말 Type 1에 해당하는 제품을 사용하였다. 본 연구에 사용된 시멘트 및 광물질 혼화재의 화학 성분 및 물리적 성질은 Table 1과 같다.
- 본 시험에서 플라이애쉬는 국내산 중 그 품질이 비교적 안정적이라고 알려진 당진산을 사용하였으며, KS L 5405에 준해서 품질시험을 실시하였다. 실리카퓸은 국내에 시공 실적이 있는 K사의 제품으로 KS F 2567에 준하는 재료를 사용하였다.
- 본 시험에서는 최근에 고강도콘크리트에 주로 사용되고 있는 폴리칼본산계 고성능AE감수제를 사용하였으며, 기본 배합시험에 사용된 혼화제의 특성은 Table 3과 같다. 이때 결합재 사용 조건에 따른 공기량 조절을 위해별도의 AE제를 추가로 사용하여 공기량이 5.
- 시험에 사용된 시멘트는 KS L 5201 (포틀랜드시멘트) 에 나타나 있는 규정을 준수한 제품을 사용하였으며, 광물질 혼화재로 플라이애쉬 (FA), 실리카퓸 (SF), 고로슬래그 미분말 (BS)을 사용하였다.
- 준해서 품질시험을 실시하였다. 실리카퓸은 국내에 시공 실적이 있는 K사의 제품으로 KS F 2567에 준하는 재료를 사용하였다. 고로슬래그미분말은 KS F 2563의고로슬래그미분말 Type 1에 해당하는 제품을 사용하였다.
- 잔골재는 비중 2.6, 조립률 2.76인 세척사를 사용하였으며, 굵은골재는 바닥판의 골재최대치수 기준인 25 mm 쇄석골재를 사용하였다. 각 골재의 물리적 성질은 Table 2와 같다.
이론/모형
- 실험을 실시하였다. 본 실험은 내경과 외경을 갖는 도우넛 형태의 강제틀의 도우넛 내부에 콘크리트를 타설한 후, 실온에 방치하여 최초의 균열을 관측하는 것으로 AASHTO designation PP34-99에 따라 실험을 수행하고 그 결과를 Table 12에 정리하였다.
- 염소이온에 대한 침투 저항 성능을 3.4 절의 RCPT와는 별도로 KS F 4930에 따라 수행하여 Fig. 2에 정리하였다. 실험 결과, 강도에 따라서는 35 MPa의 배합 조건이 시멘트 단독 사용 조건에서 염분침투 깊이가 감소하는 경향을 보여 주었으며, 전체적으로는 27 MPa 배합에비해 염분침투 깊이가 86% 수준으로 나타났다.
- 염화칼슘 용액을 상면의 다이크에 넣고 50회 동결융해를 반복한 후, 상부 표면에 대한 육안 관찰하여 ASTM C 672 기준에 따라 평가하였다. 실험 결과, Table 11과 Fig.
- 콘크리트 마모 저항성 실험은 주택공사 표준시방서의바닥 강화재에 대한 시험 방법인 JIS K 7204에 따라 수행하였으며 이때의 콘크리트 재령은 28일이었다. 실험결과, Fig.
성능/효과
- 1) 염분침투 저항 성능은 콘크리트의 강도 증진보다는사용된 혼화재의 영향을 크게 받는 것으로 나타났다.
- 장기강도 증진율이 높은 것으로 나타났다. 1종 시멘트에 플라이애쉬를 20% 단독 혼합하는 조건에 비해 포졸란 작용이 우수한 실리카퓸 4%를 함께 사용하는 조건이 다소 양호한 경향을 보여주고 있다.
- 2) 슬래그미분말을 혼화재로 사용하는 경우에 전반적인 내구성능은 향상되는 것으로 나타났으나, 균열저항성이 저하되는 것으로 나타나는 문제가 있었다. 따라서, 슬래그미분말을 사용하는 경우에는 균열 저항성 검토가 필요한 것으로 판단된다.
- 3) 플라이애쉬를 혼입 사용되는 조건에서는 균열 저항성이 증가하는 것으로 나타났다. 따라서 슬래그미분말을 플라이애쉬와 함께 혼화재로 사용하는 3성분계 결합재를 사용하는 경우에 내구성능과 균열저항성을 향상시킬 수 있을 것으로 판단되므로, 이에 대해서 향후에 검토할 계획이다.
- RCPT 시험의 결과와 유사하게, 콘크리트 내부로 침투하는 염소이온을 억제하기 위해서는 콘크리트의 고강도화 보다는 혼화재 사용이 유효하다는 것을 보여주고 있으며, 첨가재 조건에서는 고로슬래그미분말 40% (BS)> 플라이 애쉬 20% +실리카퓸 4% (FS)> 플라이애쉬 20% (FA) 순으로 나타났다.
- 실험 결과는 Table 10에 정리하였다. 강도 수준에 따라서는 35 MPa 배합 조건이 낮은 물/결합재비, 높은 결합재사용량 등의 영향으로 27 MPa 배합의 83% 수준으로 염소이온 침투 저항성이 더 양호한 것으로 나타났다. 결합재 사용 조건에 따라서는 시멘트를 단독으로 사용하는 조건에 비해 혼화재를 사용하는 것이 양호한 것으로 나타났다.
- 결합재 사용 조건에 따라서는 시멘트 단독 사용 조건에 비해 플라이애쉬 (FA)를 혼합 사용하는 조건이 건조수축량이 약 10% 정도 적은 것으로 나타났다. 고로슬래그 미분말 (BS)을 혼합하는 조건도 동일한 배합 조건에서 상대적으로 단위 결합재 사용량의 저감으로 인해 건조수축량이 시멘트 단독 사용하는 조건에 비해 동등 이하 수준으로 나타났으나 장기 재령으로 갈수록 건조수축량이 증가하여 마지막 12주에는 일반 시멘트를 사용한 조건 (OPC)의 길이 변화율보다 더 높은 증가 양상을 보였다.
- 강도 수준에 따라서는 35 MPa 배합 조건이 낮은 물/결합재비, 높은 결합재사용량 등의 영향으로 27 MPa 배합의 83% 수준으로 염소이온 침투 저항성이 더 양호한 것으로 나타났다. 결합재 사용 조건에 따라서는 시멘트를 단독으로 사용하는 조건에 비해 혼화재를 사용하는 것이 양호한 것으로 나타났다.
- 결합재 종류에 따라서는 고로슬래그미분말을 40%로 혼합 사용하는 조건이 강도가 가장 높게 나타났으며, 특히 장기강도 증진율이 높은 것으로 나타났다. 1종 시멘트에 플라이애쉬를 20% 단독 혼합하는 조건에 비해 포졸란 작용이 우수한 실리카퓸 4%를 함께 사용하는 조건이 다소 양호한 경향을 보여주고 있다.
- 고로슬래그 미분말 (BS)을 혼합하는 조건도 동일한 배합 조건에서 상대적으로 단위 결합재 사용량의 저감으로 인해 건조수축량이 시멘트 단독 사용하는 조건에 비해 동등 이하 수준으로 나타났으나 장기 재령으로 갈수록 건조수축량이 증가하여 마지막 12주에는 일반 시멘트를 사용한 조건 (OPC)의 길이 변화율보다 더 높은 증가 양상을 보였다. 따라서, 슬래브와 같이 건조수축이 많이 일어나는 부위에서 건조수축에 의한 균열 저감을 위해서는 단위 결합재 사용량의 저감 (또는 강도 조정)이나 시멘트 일부를 플라이애쉬로 대체하여 사용하는 것이 바람직한 것으로 나타났다.
- 고로슬래그미분말을 혼합하는 조건 (BS)도 47%로 나타나 염소이온 침투저항 성능이 크게 향상되는 것으로 나타났다.
- 고성능콘크리트 배합을 위한 혼화재별 적정 치환율을 얻기 위해서, 기존의 적용 실적 및 연구 지료를 분석한 결과, 혼화재 별로 최적의 성능을 발휘할 수 있는 혼입량이 일정한 범위 내에서 결정되고 있는 것으로 나타났다 明. 또한, 교량 바닥판의 내구성 저하에 가장 주된 요인 중의 하나가 균열이기 때문에, 이를 최소화할 수 있는 혼화재 별 치환율을 Table 5와 같이 정하여, Table 6 과 같이 배합을 실시하였다.
- 그러나 강도 수준에 따른 결과는 전반적으로 결합재 사용량이 높은 배합 조건이 공극률과 흡수율이 높은 경향을 보이고 있어 현 시험 수준의 강도 범위에서 결합재 함량이 높을수록 공극률이 적어지는 것은 아닌 것으로 나타났다.
- 고로슬래그 미분말 (BS)을 혼합하는 조건도 동일한 배합 조건에서 상대적으로 단위 결합재 사용량의 저감으로 인해 건조수축량이 시멘트 단독 사용하는 조건에 비해 동등 이하 수준으로 나타났으나 장기 재령으로 갈수록 건조수축량이 증가하여 마지막 12주에는 일반 시멘트를 사용한 조건 (OPC)의 길이 변화율보다 더 높은 증가 양상을 보였다. 따라서, 슬래브와 같이 건조수축이 많이 일어나는 부위에서 건조수축에 의한 균열 저감을 위해서는 단위 결합재 사용량의 저감 (또는 강도 조정)이나 시멘트 일부를 플라이애쉬로 대체하여 사용하는 것이 바람직한 것으로 나타났다.
- 따라서 단순히 강도를 증진시키는 것은 박리 저항성 향상에 크게 영향을 미치지 못하는 것으로 판단된다. 또한, 결합재로 실리카퓸 + 플라이애쉬 (FS) 또는 고로슬래그미분말 (BS)을 혼합사용한 경우가 시멘트만을 사용한 경우에 비해서 박리 저항성이 양호해지는 것으로나타났다.
- 또한, 고로슬래그미분말 사용 조건 (BS)은 시멘트 단독 사용에 비해 동결융해저항성이 감소하는 것으로 나타났으나, 다른 혼화재 사용 조건은 시멘트 단독 사용 조건과 전반적으로 유사한 것으로 나타났다.
- 본 실험에서 혼화재 첨가에 따른 특성은 슬래그의 잠재 수경성이나 포졸란 물질들의 포졸란반응으로 경화 조직 내부의 겔공극과 모세관공극을 채워주어 겔공극 크기분포가 작은 쪽으로 전이함으로써 치밀해지는 효과를 나타내 공극률과 흡수율이 작아지는 것이라고 판단된다. 그러나 강도 수준에 따른 결과는 전반적으로 결합재 사용량이 높은 배합 조건이 공극률과 흡수율이 높은 경향을 보이고 있어 현 시험 수준의 강도 범위에서 결합재 함량이 높을수록 공극률이 적어지는 것은 아닌 것으로 나타났다.
- 본 실험은 최초 균열발생 시기를 평가할 목적으로 실험을 진행하였으나, 예상보다 균열발생이 지연되거나, 일어나지 않았고 발생된 균열도 비교적 미세하게 나타났으며, 모든 강도의 배합에서, 플라이애쉬를 혼입하지 않은조건에서 균열이 발생하였다.
- 경향을 보이고 있다. 시멘트 사용량이 많은 고강도 조건에서 공극률과 흡수율이 높게 나타난 것은 고강도일수록 치밀할 것이라는 일반적인 생각과는 상반되는 결과로 나타났다.
- 시험 결과는 Table 9와 같이, 강도에 따라서 콘크리트건조수축에 의한 길이변화는 단위 결합재 함량에 영향을주로 많이 받으며, 단위 결합재 량이 많은 35 MPa 조건이 27 MPa 조건에 비해 전체적인 건조수축 값이 약 23% 정도 큰 것으로 나타났다.
- 2에 정리하였다. 실험 결과, 강도에 따라서는 35 MPa의 배합 조건이 시멘트 단독 사용 조건에서 염분침투 깊이가 감소하는 경향을 보여 주었으며, 전체적으로는 27 MPa 배합에비해 염분침투 깊이가 86% 수준으로 나타났다.
- 실험결과, Fig. 4와 같이, 강도 조건에 따라서는 고강도 조건이 다소 양호한 것으로 나타났으나, 그 차이는 크지 않았으며 혼화재의 첨가가 마모 저항성 측면에서 개선 효과가 있는 것으로 나타났다.
- 염분침투 깊이는 혼화재를 사용하는 경우 그 차이가 뚜렷하게 나타나는데, 플라이애쉬 혼합 조건 (FA)은 보통 시멘트 (OPC)의 약 87%, 플라이애쉬와 실리카퓸 혼합조건 (FS)는 66%, 고로슬래그미분말 혼합 조건 (BS) 은약 57% 수준으로 나타났다.
- 이상의 결과로부터 염소이온 침투 저항성능 향상을 위해서는 콘크리트 강도의 고강도화나 단위 시멘트 사용량을 증가시키는 방향보다는, 혼화재로 고로슬래그미분말또는 플라이애쉬와 실리카퓸을 혼합 사용하는 조건 (BS, FS)에서 효과가 큰 것으로 나타났으며, 혼화재를 사용하는 조건은 강도를 높여도 염소이온 투과 저항 성능에 미치는 효과가 크지 않은 것으로 나타났다.
- 특히, 플라이애쉬를 단독으로 혼합 사용하는 조건 (FA) 은 염소이온 투과성 (coulomb)이 시멘트 단독 사용 조건 (OPC)의 77% 정도로 나타났으나, 플라이애쉬를 실리카퓸과 함께 혼합 사용하는 조건 (FS)은 54%로 나타나 실리카퓸을 혼입하여 사용하는 것이 염소이온 침투 저항성을 크게 향상시키는 것으로 나타났다. 고로슬래그미분말을 혼합하는 조건 (BS)도 47%로 나타나 염소이온 침투저항 성능이 크게 향상되는 것으로 나타났다.
후속연구
- 4) 균열 저감과 내구 성능을 종합적으로 고려한 결과,시험 배합한 결과 중 플라이애쉬 20%와 실리카퓸 4%를 결합재로 함께 사용하는 경우가 가장 효과적인 것으로 판단되어, 향후에 시험 시공을 실시하여 현장 적용성을 분석할 계획이다.
- 증가하는 것으로 나타났다. 따라서 슬래그미분말을 플라이애쉬와 함께 혼화재로 사용하는 3성분계 결합재를 사용하는 경우에 내구성능과 균열저항성을 향상시킬 수 있을 것으로 판단되므로, 이에 대해서 향후에 검토할 계획이다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.