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문제 정의
- 본 연구는 소성수축균열발생이 주로 콘크리트 표면에서의 수분 증발, 고온에서의 수화열에 기인한다는 점을 착안하여, 플라이애쉬를 대체한 콘크리트의 양생조건에 따른 소성 수축 균열 발생 패턴 및 그 특성을 파악하기 위한 것이다.
- 본 연구에서는 플라이애쉬 대체율과 양생조건변화에 따른 초기 소성수축균열 특성을 파악하기 위해 비교분석한 실험 결과로 다음과 같은 결론을 얻었다.
제안 방법
- 3과 같다. Polyethylene filme 밑의 판과 모르타르 수분의 흡수를 방지하기 위해 설치하였고, 못은 3선 5cm간격으로 하여 모르타르를 초기팽창 후 모르타르의 건조시 자유 수축 변화를 막기 위해 설치하였다.
- 그리고 콘크리트의 응결 시간과 블리딩을 측정하였다. 경화 콘크리트에 대하여는 압축 강도를 측정하였고, 균열의 제어요인 중 하나인 인장강도를 측정하였다.
- 콘크리트 배합은 물 결합재~비를 45%로 하고, 플라이애쉬의 대체율을 시멘트 대체 대비 0~20%로 하여 5%단위로 나누어 총 5개의 배치로 설정하였다. 굳지 않은 콘크리트는 혼합 후 기초물성을 파악하기 위하여 슬럼프 및 공기량을 측정하였다. 그리고 콘크리트의 응결 시간과 블리딩을 측정하였다.
- 비빔방법에 있어서는 100 2강제 팬타입 믹서를 이용하였으 며 그림 1과 같은 방법을 채택하여 처음 60초간 시멘트, 플라 이애쉬를 넣고 건비빔을 한 후, 혼합수를 첨가 후 120초를 다시 비빈 후, 세골재를 투입하여 60초간 비빔 한 다음, 마지막으 로 조골재를 60초를 비빔 하였다. 그리고 콘크리트를 NO. 4번 (5mm)의 체로 체가름하여 모르타르를 추출하였다
- 굳지 않은 콘크리트는 혼합 후 기초물성을 파악하기 위하여 슬럼프 및 공기량을 측정하였다. 그리고 콘크리트의 응결 시간과 블리딩을 측정하였다. 경화 콘크리트에 대하여는 압축 강도를 측정하였고, 균열의 제어요인 중 하나인 인장강도를 측정하였다.
- 단열수화온도를 측정하기 위해서 두께 10cm의 발포폴리스텔린수지로 내장하여 단열처리하고 50X50X50cm 입방형 단열 거푸집에 콘크리트를 비빈 후 굵은 골재를 제거하기 위하여 NO. 4(5mm)의 체로 체가름한 모르타르를 채운 후 중앙부에 단열온도 센서를 설치하고, 온도측정장치인 Maturtity Meter에 연결하여 수화온도를 측정한다.
- 본 실험의 콘크리트 배합은 표 6과 같다. 물결합재비를 45% 로 하고 플라이애쉬의 혼입율을 시멘트 대체 대비 0~20%로 하여 5%단위로 나누어 총 5개의 배치로 설정하였다. 조골재의 최대 크기는 25mm, 단위수량은 170kg/irf이며 세골재율은 50%로 하였다.
- 비빔방법에 있어서는 100 2강제 팬타입 믹서를 이용하였으 며 그림 1과 같은 방법을 채택하여 처음 60초간 시멘트, 플라 이애쉬를 넣고 건비빔을 한 후, 혼합수를 첨가 후 120초를 다시 비빈 후, 세골재를 투입하여 60초간 비빔 한 다음, 마지막으 로 조골재를 60초를 비빔 하였다. 그리고 콘크리트를 NO.
- 수분증발을 측정하기 위해서 28X22X5cm의 스텐레스제 시료 펜을 이용하여, 실내에서 풍속 0, 300, 500m/min으로 모르타르의 수분 증발을 60분 간격으로 0~420분까지 중량을 계량하여 측정하였다.
- 본 실험의 실험계획은 표 1과 같다. 콘크리트 배합은 물 결합재~비를 45%로 하고, 플라이애쉬의 대체율을 시멘트 대체 대비 0~20%로 하여 5%단위로 나누어 총 5개의 배치로 설정하였다. 굳지 않은 콘크리트는 혼합 후 기초물성을 파악하기 위하여 슬럼프 및 공기량을 측정하였다.
- 콘크리트에서 No.4(5mm)체를 이용하여 모르타르를 추출하여 플라이애쉬를 대체율에 따른 단열수화온도를 측정하고, 모르타르의 수분 증발량 측정, 소성수축균열균열의 특성을 파악한다.
- 콘크리트에서 추출한 모르타르의 양생방법은 실내양생(풍속 0, 300s 500m/min), 실외양생(막양생, 노출양생), 챔버양생(온도 5이。)을 실시하였다. 소성수축균열의 양생방법 및 양생 조건은 표 2와 같다.
대상 데이터
- 본 실험에 사용된 시멘트는 국내 S사의 1종 보통 포틀랜드 시멘트를 사용하였으며 그 물리·화학적 성질 및 주요 성분비는 표 3와 같다.
- 골재의 물리적 성질은 표 5와 같다. 세골재로는 충남 연기군 대평리 산 강모래, 조골재로는 대전광역시 서구 어남동산 쇄석를 사용하였다.
이론/모형
- 경화 콘크리트에 대해서는 압축강도 시험방법은 KS F 2405, 할열 인장강도 시험 (Splitting Tensile strength)시험을 KS F 2423 규정에 의해 압축강도 시험용 시험기로 측정한다.
- 굳지 않은 콘크리트의 시험방법은 슬럼프 시험방법은 KS F 2402, 공기량 시험방법은 KS F 2421, 응결시간은 KS L 5103 길모어 침 (Gilmour needles)법에 의한 시험방법으로 한다. 또한 블리딩 시험방법은 KS F 2414에 준하여 측정한다.
- 또한 블리딩 시험방법은 KS F 2414에 준하여 측정한다.
성능/효과
- 1) 슬럼프는 플라이애쉬 대체율이 증가함에 따라 커지며, 공기량은 플라이애쉬 대체율이 증가함에 따라 감소하는 경향을 보였다. 블리딩은 플라이애쉬를 대체한 콘크리트가 미대 체한 콘크리트보다 감소하는 경향을 보였다.
- 2) 압축강도는 플라이애쉬를 대체한 경우 재령 56일 이후부터 미대 체한 경우에 비해 강도가 증가하는 경향을 보였고, 인장 강도는 재령 28일이후부터 플라이애쉬 대체한 경우의 인장 강도가 높아졌다.
- 3) 단열수화온도는 플라이애쉬 대체율이 증가함에 따라 수화 온도는 감소하는 경향을 보였고, 플라이애쉬 대체율이 클수록 균열발생 면적은 감소하지 만, 초기균열발생시 점 이 빨라지는 경향을 보였다.
- 4) 실내막양생, 실외노출양생, 실외막양생일때의 균열개수, 균열 길이, 균열폭, 균열면적은 플라이애쉬 대체율의 증가에 따라 감소하는 경향을 보였고, 실내양생의 경우 풍속이 증가함에 따라 균열면적이 증가하였다. 또한 실외노출, 실외 막 양생, 실내양생 순으로 균열이 감소하는 경향을 보여주고 있다.
- 6) 본 연구범위에서는 플라이애쉬 대체가 소성 수축 균열제어에 큰 역할을 하는 것으로 나타나, 플라이애쉬는 콘크리트 28일 압축강도에 영향을 주지 않은 범위인 10%정도 치환 사용하는 것이 적절한 것을 판단된다.
- 보였다. 균열 면적은 플라이애쉬 미대체에 비해 플라이애쉬 5%대체시 58%까지 감소하고, 20%대체시에는 미대체에의 84%까지 감소하는 것으로 나타났다.
- 소성수축균열은 모두 측면 구속변에 평행하게 발생되었다. 균열갯수 및 길이는 실내양생, 챔버양생, 실외 막양생, 노출양생 순으로 증가하는 경향을 보였고, 각 균열의 폭은 0.5~3.0min범위를 이루며, 균열이 많이 일어난 양생조건일수록 그 폭이 크게 나타났다. 또, 플아이애쉬 대체량이 많을수록 균열 폭이 적어지는 경향을 보여주었다.
- 균열길이는 플라이애쉬 미대체에 비해 플라이애쉬 5% 대체 시에 44%까지 감소하고, 20%대체시 81%까지 감소율을 보였다. 균열 면적은 플라이애쉬 미대체에 비해 플라이애쉬 5%대체시 58%까지 감소하고, 20%대체시에는 미대체에의 84%까지 감소하는 것으로 나타났다.
- 균열면적은 실외막양생, 챔버양생, 실내막양생 순으로 많이 발생하였으며, 온도가 높은 챔버양생보다 온도가 낮은 실외 막 양생이 높은 균열면적을 나타났다. 그러나 습도가 낮은 순으로 균열 면적이 더 커짐으로 균열면적이 온도의 영향보다는 습도의 영향을 더 받는다는 것을 보여주고 있다.
- 이것은 표면이 햇빛과 바람에 직접 노출에 의한 수분 증발을 막(비닐)이 막아 줌으로써 노출 양생보다 막양생 이 더 낮은 균열면적을 보이고 있는 것으로 판단된다. 노출양생의 경우 대체율이 증가할수록 균열 면적 비율이 막 양생의 경우에 비하여 급격히 증가하는 경향을 보였다.
- 0min범위를 이루며, 균열이 많이 일어난 양생조건일수록 그 폭이 크게 나타났다. 또, 플아이애쉬 대체량이 많을수록 균열 폭이 적어지는 경향을 보여주었다.
- 블리딩은 시간의 경과에 따라 감소하는 경향을 보였고, 수분 증발은 일정하게 증가하는 것으로 나타났다. 30분경과후 ACI의 균열 발생 가능성이 있는 l.
- 보였다. 블리딩은 플라이애쉬를 대체한 콘크리트가 미대 체한 콘크리트보다 감소하는 경향을 보였다.
- 것이다. 소성수축 균열은 플라이애쉬를 대체한 경우 대체하지 않은 경우보다 균열면적이 크게 감소하였다. 특히 실내 양생의 경우 실내막양생(풍속 Om/min)을 기준으로 할때 풍속 500m /min의 플라이애쉬 대체 20%인 경우 21%정도의 균열이 발생하여 79%정도 균열감소효과를 보여주고 있다.
- 나타낸 것이다. 슬럼프 시험결과 플라이애쉬를 대체하지 않은 콘크리트에 비해 대체율 5~20%에서 슬럼프의 값이 14~35%증가하는 경향으로 플라이애쉬 콘크리트가 유동성을 향상시키는 결과를 보이고 있다. 플라이애쉬의 대체율이 증가함에 따라 콘크리트의 성형성이 개선되며, 점착성도 증가한다.
- 5) 온 . 습도 변화에 따른 균열발생은 온도의 영향보다는 습도의 영향을 더 크게 받는 것으로 나타났고, 상대 습도가 적을수록 균열이 증가하는 경향을 보였다.
- 양생은 풍속이 없는 같은 조건하에 온도와 습도만 변화시 킨 실내막양생(풍속 Om/min, 온도 21 ℃, 습도 64%), 실외 막양생 (온도 35℃, 습도 43%)과 챔 버 양생(온도 50℃, 습도 50%)경우를 비교한 것이다. 실외막양생과 챔버 양생은 플라이애 쉬 미대 체와 유사한 균열면적을 보였으나, 플라이 애 쉬의 대 체율이 증가함에 따라 플라이애 쉬의 수화열 저감효과에 의해 균열 면적 이 감소하는 것으로 나타났다.
- 양생 방법 별 소성 수축균열은 콘크리트 표면수분증발량이 많고, 상대습도가 낮은 양생 일 수록 크게 일어나는 것으로 나타나, 콘크리트 타설 직후부터 표면 습포양생 등으로 상대습도를 유지하면서 비닐 등 막양생을 병행하는 것이 소성수축균열 제어에 효과적일 것으로 판단된다.
- 실내막양생 (Om/min)의 플라이애쉬 미대체를 기준으로 할때 실외 노출 양생 미대 체 경우 3배정도로 균열면적이 증가했다. 양생방법에 따라서도 같은 대체율 일지라도 균열면적을 비교해보면 실외양생, 챔버양생, 실내양생 순으로 균열면적이 적어지는 것으로 나타났다. 양생방법에 따른 균열면적은 습도가 가장 낮은 실외 노출 양생의 경우에 가장 크게 나타났으며, 플라이애쉬를 20% 대체한 경우에도 실내 막양생(풍속 Om/min)보다 40%의 균열 면적이 증가하였다.
- 양생방법에 따라서도 같은 대체율 일지라도 균열면적을 비교해보면 실외양생, 챔버양생, 실내양생 순으로 균열면적이 적어지는 것으로 나타났다. 양생방법에 따른 균열면적은 습도가 가장 낮은 실외 노출 양생의 경우에 가장 크게 나타났으며, 플라이애쉬를 20% 대체한 경우에도 실내 막양생(풍속 Om/min)보다 40%의 균열 면적이 증가하였다.
- 압축강도를 발현하였다. 재령 56일에서는 플라이애쉬 대체율 5, 10, 15%에서는 미대체한 경우보다 높은 강도를 발현했고, 대체율 20%에서는 대체하지 않은 콘크리트와 비슷한 압축강도 발현을 보였다. 재령 91일 때는 미대체경우보다 플라이애쉬를 대체한 모든 실험체가 높은 압축강도를 나타내는 것을 볼 수 있어, 플라이애쉬의 대체에 따라 장기강도에 효과가 있다는 것을 나타내 주고 있다.
- 초기재령의 3, 7일 강도는 플라이애쉬 미대체시에 비해 플라이애쉬를 대체한 콘크리트의 압축강도가 떨어지는 것을 알 수 있으나, 재령 28일은 플라이애쉬 대체율 15, 20% 콘크리트에서 38%의 강도감소를 보였으나 대체율 5, 10%는 미 대체 경우보다 높은 압축강도를 발현하였다. 재령 56일에서는 플라이애쉬 대체율 5, 10, 15%에서는 미대체한 경우보다 높은 강도를 발현했고, 대체율 20%에서는 대체하지 않은 콘크리트와 비슷한 압축강도 발현을 보였다.
- 플라이애쉬를 시멘트에 대체한 공기량의 영향은 슬럼프와는 반대로 플라이애쉬를 대체함에 따라 감소하는 경향을 보였다. 최대 20% 대체시 35%의 공기량이 감소하는 결과를 보이고 있다.
- 플라이애쉬 20% 대체한 콘크리트가 대체하지 않은 콘크리트에 비해 거의 절반에 가까운 블리딩 수가 감소하는 경향이 나타났다. 플라이애쉬 20%를 대체한 콘크리트와 플라이 애 쉬를 대체하지 않은 콘크리트를 비교한 결과 측정 후 30분까지 블리딩 수의 차이가 가장 크게 나타났으며, 50분경과 후부터 블리딩은 소량으로 일어나는 것으로 나타났다.
- 플라이애쉬 20%를 대체한 콘크리트와 플라이 애 쉬를 대체하지 않은 콘크리트를 비교한 결과 측정 후 30분까지 블리딩 수의 차이가 가장 크게 나타났으며, 50분경과 후부터 블리딩은 소량으로 일어나는 것으로 나타났다.
- 감소하는 경향을 보여주고 있다. 플라이애쉬 미대 체한 모르타르와 플라이애쉬 20% 대체한 모르타르를 비교한 결과 최고온도차는 타설후 12시간 경과 후 12.5℃의 온도차가 나타났다. 단열수화온도는 타설 후 점점 증가하여 타설 30시간경과 후 최고 단열온도에 도달하는 것을 보여주고 있다.
- 노출양생과 막양생은 플라이애쉬의 대체율의 증가에 따라 균열면적이 감소하는 경향을 나타냈다. 플라이애쉬 미대체시의 균열면적은 막양생에 비해 노출 양생이 4%중가하고, 플라이애쉬 20% 대체시는 막생에 비해 216%증가하는 것으로 나타났다. 이것은 표면이 햇빛과 바람에 직접 노출에 의한 수분 증발을 막(비닐)이 막아 줌으로써 노출 양생보다 막양생 이 더 낮은 균열면적을 보이고 있는 것으로 판단된다.
- 측정한 결과를 나타낸 것이다. 플라이애쉬를 대체하지 않은 콘크리트에 비해 5~20%까지 대체한 콘크리트의 블리딩 수가 현저하게 감소하는 경향이 나타났다.
- 그림 5는 공기량측정 시험결과이다. 플라이애쉬를 시멘트에 대체한 공기량의 영향은 슬럼프와는 반대로 플라이애쉬를 대체함에 따라 감소하는 경향을 보였다. 최대 20% 대체시 35%의 공기량이 감소하는 결과를 보이고 있다.
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