문제 정의

• 따라서 본 연구에서는 plain콘크리트와 함께 플라이애시와 실리카퓸을 일정비율로 혼합한 콘크리트를 대상으로 하고, 여기에 거푸집의 종류를 4개 수준으로 변화 시켜 거푸집 계면에서의 염화물 침투 저항성과 공극 특성에 대하여 검토하였으며, 그 결과를 바탕으로 콘크리트 구조물의 표면마감특성에 따른 염화물 확산계수와 염화물 침투시기에 대하여 비교 검토하였다.
• 본 연구는 구조물의 표면마감특성이 해양 콘크리트의 염화물 침투시기(내구수명)에 미치는 영향을 검토할 목적으로 콘크리트의 압축강도, 염화물 확산 및 공극 특성 등을 평가하였고, 그 결과를 바탕으로 염화물 침투 시기를 산정하여 상호 비교한 결과, 다음과 같은 결론을 얻었다.

제안 방법

• 5%)를 경화 상태에서는 압축강도 및 표면마감 부위를 대상으로 한 염화물 확산시험(28일 재령)을 수행하였다. 또한 동일한 표면 마감 부위를 대상으로 공극특성도 함께 검토하였다.
• 실험결과에 의한 염화물 침투시기의 산정은 먼저, 식(1)을 이용하여 염화물 확산계수를 도출하고, 이후 Duracrete Final Technical Report( document BE95-1347/R17, May 2000)⑼에서 제시하고 있는 식(2)에 따라 콘크리트 구조물의 표면마감상태에 따른 염화물의 침투시기(내구수명)를 평가하였다.
• 25mm)을 각각 매립하여 제작하였다. 콘크리트의 공극특성은 염화물 확산시험에 사용되는 동일한 형태(0100x50mm)의 공시체를 대상으로, 거푸집이 접촉되는 부위에서 1~ 3mm크기의 다수의 시료를 채취하여 수은압입법으로 평가하였다.(Photo 1참조)
• 45인 1개 수준에 대하여 무기질 혼화재를 혼합하지 않은 경우와 실리카퓸과 플라이애시를 각각 5%와 10%를 혼합하는 총 3가지를 대상으로 하였으며, 콘크리트의 표면 마감특성에 따른 염화물 침투 저항성 검토는 콘크리트 시험체의 중앙부 절단면을 대상으로 하는 표준적인 경우와 목재합판, 코팅합판, 철 및 폴리프로필렌 필름을 사용하는 경우를 대상으로 하였다. 평가항목으로는 굳지 않은 상태에서의 유동성(슬럼프 18±2.5cm)과 공기량(4.5±1.5%)를 경화 상태에서는 압축강도 및 표면마감 부위를 대상으로 한 염화물 확산시험(28일 재령)을 수행하였다. 또한 동일한 표면 마감 부위를 대상으로 공극특성도 함께 검토하였다.
• 각각 KS F 2402와 2421, 그리고 경화상태의 압축강도는 KS F 2405에 따라 실시하였다. 한편, 콘크리트의 거푸집 접촉면을 대상으로 실시한 염화물 확산시험은 NT Build 492의 시험방법에 따라 실시하였으며, 시험체는 Fig. 2와 같이 표준적인 시험 방법과 함께 시험체의 중앙부에 목재합판(t = 12mm), 코팅 합판(t = 12mm), 철(t = 2.5mm) 그리고 폴리프로필렌 필름(t = 0.25mm)을 각각 매립하여 제작하였다. 콘크리트의 공극특성은 염화물 확산시험에 사용되는 동일한 형태(0100x50mm)의 공시체를 대상으로, 거푸집이 접촉되는 부위에서 1~ 3mm크기의 다수의 시료를 채취하여 수은압입법으로 평가하였다.

대상 데이터

• 사용재료로서 시멘트 국내산 1종 포틀랜드 시멘트를 사용하였고, 잔골재는 중국산 강모래를, 그리고 굵은 골재는 25mm 쇄석을 사용하였다. 혼화 재료로서 고성능 감수제는 국내산 폴리카르본산계를 사용하였으며, 본 연구에서 사용한 재료의 물리·화학적 특성은 Table 3~6과 같다.
• Table 2와 같다. 즉, 실험요인으로는 물-결합재비 0.45인 1개 수준에 대하여 무기질 혼화재를 혼합하지 않은 경우와 실리카퓸과 플라이애시를 각각 5%와 10%를 혼합하는 총 3가지를 대상으로 하였으며, 콘크리트의 표면 마감특성에 따른 염화물 침투 저항성 검토는 콘크리트 시험체의 중앙부 절단면을 대상으로 하는 표준적인 경우와 목재합판, 코팅합판, 철 및 폴리프로필렌 필름을 사용하는 경우를 대상으로 하였다. 평가항목으로는 굳지 않은 상태에서의 유동성(슬럼프 18±2.
• 혼화 재료로서 고성능 감수제는 국내산 폴리카르본산계를 사용하였으며, 본 연구에서 사용한 재료의 물리·화학적 특성은 Table 3~6과 같다.

이론/모형

• 2.3 실험방법

  실험사항으로 굳지 않은 콘크리트의 슬럼프와 공기량은 각각 KS F 2402와 2421, 그리고 경화상태의 압축강도는 KS F 2405에 따라 실시하였다. 한편, 콘크리트의 거푸집 접촉면을 대상으로 실시한 염화물 확산시험은 NT Build 492의 시험방법에 따라 실시하였으며, 시험체는 Fig.

• 이는 실리카퓸의 공극충전 효과와 함께 포졸란 반응에 기인한 결과로 분석된다.(1)(4) 또한 플라이애시를 혼합한 경우는 재령 28일까지 plain과 유사한 강도발현특성을 보이고 있으나, 재령 91일이 경과한 시점에서는 플라이애시의 포졸란 반응에 기인하여 plain에 비해 다소 높은 압축 강도 특성을 발휘하는 것으로 나타났다.
• 1) 초기재령에서 압축강도는 무기질 혼화재의 종류에 따른 영향이 적은 것으로 나타났으나, 재령 28일의 경우 실리카퓸을 혼합한 경우가 plain이나 플라이애시를 혼합한 경우에 비해 각각 21.6%와 17.2% 정도 높은 강도특성이 있는 것으로 나타났다.
• 2) 표면거푸집의 종류에 따른 공극특성은 표준적인 시험 방법의 경우가 철이나 폴리프로필렌 필름을 사용한 경우에 비해 상대적으로 많은 공극량을 포함하고 있었고, 목재합판 거푸집을 사용한 경우가 가장 적은 공극량을 포함하는 것으로 나타났다. 콘크리트의 종류별로는 MSF 콘크리트가 plain 콘크리트나 FA 콘크리트에 비해 0.
• 3) 염화물 침투시기는 동일한 콘크리트라 할지라도 구조물의 표면마감 특성에 따라 염화물의 침투 시기가 크게 상이하게 되는 것을 알 수 있었다. 즉, plain 콘크리트의 경우는 표준시료와 함께, 표면 거푸집의 종류에 따라 최고 13.
• 먼저, 콘크리트 종류에 따른 염화물 침투시기는 염화물 확산특성의 결과에서와 같이 실리카퓸을 사용한 경우가 가장 유리하고, 그 다음이 플라이애시, 그리고 plain 콘크리트 순 인 것으로 평가되었다. 즉, MSF 콘크리트 대비 FA 콘크리트는 평균 69.
• 6은 콘크리트 및 표면거푸집의 종류 변화에 따른 염화물 확산특성을 나타낸 것이다. 시험결과, plain 콘크리트의 염화물 확산계수가 19.3~21.1 x10T2(m'/s)로서 가장 높은 것으로 나타났고, MSF 콘크리트는 12.3 ~ 14.2x10T2(m'/s)로서 가장 우수한 염화물 침투 저항성을 갖는 것으로 나타났다. 한편, 거푸집 종류 변화에 따른 염화물 확산특성은 사용한 콘크리트의 종류에 따라 다소 상이한 결과를 보이고있는데, 콘크리트 종류가 plain이나 FA 콘크리트인 경우는 목재합판과 코팅합판이 그리고, MSF 콘크리트의 경우는 폴리프로필렌 필름이 가장 우수한 염화물침투저항성이 있는 것으로 나타났다.
• 콘크리트 순 인 것으로 평가되었다. 즉, MSF 콘크리트 대비 FA 콘크리트는 평균 69.1%, plain 콘크리트는 평균 57.6%수준으로서 염화물이 빠르게 침투되는 것으로 나타났다.
• 즉, plain 콘크리트의 경우는 표준시료와 함께, 표면 거푸집의 종류에 따라 최고 13.2%, MSF 콘크리트는 20.3%, 그리고 FA 콘크리트는 17.7% 수준까지 상이하게 되는 것으로 평가되었다.
• 그러나 MSF 콘크리트의 경우는 거푸집 종류로 폴리프로필렌 필름을 사용한 경우가 가장 유리하고, 그 다음이 표준시료, 코팅합판, 목재합판, 철 순인 것으로 나타났다. 즉, 동일한 콘크리트라 할 지라 도구 조 물의 표면마감 특성에 따라 염화물의 침투 시기가 크게 상이하게 되는 것을 알 수 있었는데, 세부적으로 plain 콘크리트의 경우는 최고 13.2%, MSF 콘크리트는 20.3%, 그리고 FA 콘크리트는 17.7% 수준까지 상이하게 되는 것으로 나타났다.
• 3은 압축강도 특성을 나타낸 것이다. 즉, 재령 7일까지는 무기질 혼화재의 종류에 따른 영향이 적은 것으로 나타났으나, 재령 28일의 경우 실리카퓸을 혼합한 경우가 plain이나 플라이애시를 혼합한 경우에 비해 각각 21.6%와 17.2% 정도 높은 강도특성이 있는 것으로 나타났다. 이는 실리카퓸의 공극충전 효과와 함께 포졸란 반응에 기인한 결과로 분석된다.
• 4는 표면거푸집 종류에 따른 콘크리트의 공극 특성을 콘크리트 종류별로 구분하여 나타낸 것이다. 즉, 콘크리트 종류에 따른 전체 공극량은 MSF 콘크리트가 가장 많고, 그 다음이 FA 콘크리트 그리고 plain 콘크리트 순인 것으로 나타난 반면, 지름이 1㎛ 이상의 크기를 갖는 공극의 경우는 plain 콘크리트가 가장 많고, 그 다음이 FA와 MSF 콘크리트 순인 것으로 나타났는데, 이는 혼화재료로서 플라이애시와 실리카퓸을 사용한 경우 분말도가 각각 3, 593cm²/g과 260, 000cm²/g인 미세한 입자가 충전되는 효과에 기인하여 10㎛이상의 크기를 갖는 공극은 감소하고, 10 ㎛이하의 크기를 갖는 공극은 증가하게 되어 나타난 결과로 분석된다.(2)(3)(9)
• 5는 표면거푸집 종류에 따른 콘크리트 접촉 부위의 공극량을 콘크리트 종류별로 구분하여 나타낸 것이다. 즉, 표준시료의 공극량이 가장 많은 것으로 평가되었고, 표준시료를 제외한 나머지 경우에 있어서는 거의 유사한 수준의 공극량을 포함하고 있는 것으로 평가되었는데, 이러한 결과는 콘크리트 구조물의 염화물 침투저항성을 평가함에 있어 표준적인 시험 방법을 적용하는 경우에 비해 실제 구조물에 적용되는 현장 콘크리트가 상대적으로 적은 공극량을 포함하고 있기 때문에 염화물 침투저항성 측면에서 다소 유리할 수 있다는 것을 의미하는 것이다.
• 콘크리트의 종류별로는 MSF 콘크리트가 plain 콘크리트나 FA 콘크리트에 비해 0.1 ~1㎛범위의 공극량이 크게 증가하는 것으로 나타났다.
• 표면거푸집의 종류에 따른 공극구조의 경우 현저한 경향은 없는 것으로 나타났다. 그러나 전반적으로 표준적인 시험방법에 의한 경우가 상대적으로 많은 공극량을 포함하는 것으로 나타난 반면, 목재 거푸집을 사용한 경우가 가장 적은 공극량을 포함하는 것으로 평가되었는데, 이는 목재 거푸집의 흡수특성에 기인하여 거푸집 접촉면에 위치한 콘크리트의 W/B가 낮아지게 되는 효과에 기인한 결과로 분석된다.
• 2x10T2(m'/s)로서 가장 우수한 염화물 침투 저항성을 갖는 것으로 나타났다. 한편, 거푸집 종류 변화에 따른 염화물 확산특성은 사용한 콘크리트의 종류에 따라 다소 상이한 결과를 보이고있는데, 콘크리트 종류가 plain이나 FA 콘크리트인 경우는 목재합판과 코팅합판이 그리고, MSF 콘크리트의 경우는 폴리프로필렌 필름이 가장 우수한 염화물침투저항성이 있는 것으로 나타났다. 즉, 콘크리트 종류가 plain이나 FA 콘크리트인 경우는 거푸집 종류에 따라 최고 9.
• 한편, 거푸집 종류에 따른 염화물 침투시기는 plain 콘크리트의 경우 거푸집 종류로 목재합판을 사용한 경우가 가장 유리한 것으로 나타났으며, 그 다음이 코팅 합판, 폴리프로필렌 필름, 철, 표준시료 순 인 것으로 나타났다. 그러나 MSF 콘크리트의 경우는 거푸집 종류로 폴리프로필렌 필름을 사용한 경우가 가장 유리하고, 그 다음이 표준시료, 코팅합판, 목재합판, 철 순인 것으로 나타났다.

후속연구

• 4) Duracrete의 내구성 설계는 확률론적 신뢰성 이론을 바탕으로 각종 특성 값을 적용하고 있는데, 여기에 거푸집 종류와 같은 다양한 콘크리트의 표면 마감 특성이 추가된다면 좀 더 신뢰성 있는 결과를 얻을 수 있을 것으로 판단된다.
• Duracrete의 내구성 설계방법⑼을 이용하여 콘크리트의 염화물 침투기시를 도줄하기 위해서는 구조물의 기하학적 형상, 재료변수, 환경변수, 시공변수, 재료 및 환경의 시간 이력적 변수 및 부분계수 등 다양한 특성 값을 적용하게 되는데, 여기에 추가적으로, 콘크리트의 다양한 표면마감특성(거푸집 종류)에 대한요인까지도 고려할 수 있다면 더욱 신뢰성 높은 설계 방법이 가능할 것으로 생각된다.
• 이 방법은 콘크리트의 염화물 침투 저항성을 단시간에 정량적으로 평가함으로서 콘크리트 구조물의 내구수명을 예측할 수 있다. 그러나 상기 시험방법의 경우는 콘크리트 공시체의 중앙부 절단면으로부터 최초 염화물이 침투되는 것으로 가정하여 평가하고 있는데, 이는 실제 시공된 구조물의 경우 최초로 염화물이 침투되는 경로가 거푸집에 접한 면이라는 것을 감안하여 볼 때 표준적인 시험 방법의결과 값과 실제 구조물의 염화물 침투거동이 다소 상이하게 될 수도 있어, 실제 콘크리트 구조물의 표면 마감 특성을 고려한 염화물 침투특성에 대해 검토가 필요하다. 즉, Barnes⑻는 Fig.