물-결합재비 0.4이하의 고성능 콘크리트 수축 변형을 파악하기 위해 전체 수축을 수분의 외부이동에 의한 건조수축과 수분의 내부소모에 의한 자기수축으로 분리한 후, 자기건조에 의한 상대습도 변화와 변형률의 관계를 묘사하기 위하여 계면역학적 접근법에 의한 습도-변형률 관계를 설정하였다. 이에 대한 검증을 위해 자기수축 시험체에서의 습도-수축 측정을 수행하였으며, 기존 연구 모델인 Tazawa, CEB-FIP 모델에 비하여 측정값과 가장 유사한 결과를 나타내어 본 연구에서의 자기수축모델은 자기건조에 따른 자기수축은 선형성을 나타내는 수분의 외부이동에 의한 수축과는 달리 지수적 관계를 갖는 특성과 초기재령에서의 급속한 자기수축 발현 특성을 적절히 묘사하고 있음을 알 수 있었다. 이 후 본 연구의 수분이동-수축 모델을 반영하여 온도, 수분이동, 변형률 해석의 다중물리 모델 해석과 모형시험체 측정을 수행한 결과 매우 유사한 값을 나타내어 본 연구를 통해 측정된 수분의 내부소모에 의한 습도와 수축변형률을 고려한 다중물리모델은 타당할 것으로 판단된다.
물-결합재비 0.4이하의 고성능 콘크리트 수축 변형을 파악하기 위해 전체 수축을 수분의 외부이동에 의한 건조수축과 수분의 내부소모에 의한 자기수축으로 분리한 후, 자기건조에 의한 상대습도 변화와 변형률의 관계를 묘사하기 위하여 계면역학적 접근법에 의한 습도-변형률 관계를 설정하였다. 이에 대한 검증을 위해 자기수축 시험체에서의 습도-수축 측정을 수행하였으며, 기존 연구 모델인 Tazawa, CEB-FIP 모델에 비하여 측정값과 가장 유사한 결과를 나타내어 본 연구에서의 자기수축모델은 자기건조에 따른 자기수축은 선형성을 나타내는 수분의 외부이동에 의한 수축과는 달리 지수적 관계를 갖는 특성과 초기재령에서의 급속한 자기수축 발현 특성을 적절히 묘사하고 있음을 알 수 있었다. 이 후 본 연구의 수분이동-수축 모델을 반영하여 온도, 수분이동, 변형률 해석의 다중물리 모델 해석과 모형시험체 측정을 수행한 결과 매우 유사한 값을 나타내어 본 연구를 통해 측정된 수분의 내부소모에 의한 습도와 수축변형률을 고려한 다중물리모델은 타당할 것으로 판단된다.
Water binder ratio combine high-performance concrete shrinkage of less than 0.4 to determine the transformation to a total shrinkage of water to move outside and internal consumption of moisture due to drying shrinkage and autogenous shrinkage, and then, the relative humidity changes and strain to b...
Water binder ratio combine high-performance concrete shrinkage of less than 0.4 to determine the transformation to a total shrinkage of water to move outside and internal consumption of moisture due to drying shrinkage and autogenous shrinkage, and then, the relative humidity changes and strain to be approached by surface physics describe the relationship between self-desiccation and autogenous shrinkage was set. To verify the self-desiccation in the humidity shrinkage and humidity measurements performed, and the research model, Tazawa, CEB-FIP model than to let the measure and the most similar results in this study based on self-desiccation model, autogenous shrinkage didn't represent the linear shrinkage by the drying shrinkage of the external moving but exponential relationships, unlike with the nature and rapid in the early age properly describes the attributes in shrinkage could see. After this research to move moisture and to reflect the shrinkage model, temperature, moisture transfer, strain analysis by multi-physics model is very similar to the results of mock-up specimen measurements performed for this research, the value measured by the internal consumption of moisture, therefore self-desiccation and a multi-physics model considering autogenous shrinkage might be relevant.
Water binder ratio combine high-performance concrete shrinkage of less than 0.4 to determine the transformation to a total shrinkage of water to move outside and internal consumption of moisture due to drying shrinkage and autogenous shrinkage, and then, the relative humidity changes and strain to be approached by surface physics describe the relationship between self-desiccation and autogenous shrinkage was set. To verify the self-desiccation in the humidity shrinkage and humidity measurements performed, and the research model, Tazawa, CEB-FIP model than to let the measure and the most similar results in this study based on self-desiccation model, autogenous shrinkage didn't represent the linear shrinkage by the drying shrinkage of the external moving but exponential relationships, unlike with the nature and rapid in the early age properly describes the attributes in shrinkage could see. After this research to move moisture and to reflect the shrinkage model, temperature, moisture transfer, strain analysis by multi-physics model is very similar to the results of mock-up specimen measurements performed for this research, the value measured by the internal consumption of moisture, therefore self-desiccation and a multi-physics model considering autogenous shrinkage might be relevant.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
따라서 본 연구에서는 첫째, 수분의 내부소모에 의한 습도 감소량과 자기수축의 관계를 파악하고 둘째, 콘크리트 내 수분의 외부 이동과 내부 소모에 의한 수분감소량을 통합적으로 모델링하고 이에 대한 각각의 수축현상을 독립적으로 모델링하여 습도 측정과 변형률 측정 실험을 통하여 수분관련 수축에 관한 본 모델의 타당성을 논의하고자 한다.
본 연구에서는 콘크리트 내 수분 변화에 따른 변형을 모델링하기 위하여 먼저 수분의 내부소모에 의한 상대습도 감소량과 변형률과의 관계를 계면역학적 접근법에 의해 설정하고 측정값과의 비교를 통해 그 적정성을 파악한 후, 이를 고려한 수분의 내부소모와 외부이동에 의한 수분이동 지배방정식, 수화열을 고려한 열전달 방정식 그리고 변형해석의 다중물리 모델을 설정하여 모형실험 측정결과와 비교분석하여 물-결합 재비가 낮은 콘크리트의 수분관련 수축해석 방법에 관한 타당성을 논의하고자하였으며 전체적인 연구흐름은 그림 1과 같다.
한편, 본 연구에서는 자기수축이 문제시 되는 물-결합재비 0.4이하의 콘크리트에 대하여 연구를 한정하였으며 이러한 고성능 콘크리트의 경우 대단면 구조물에는 자주 적용되지 않으므로 수화열 해석은 기존 연구 방법에 따라 수행하여 초기 재령에서의 변형 영향을 살펴보고자 하였다.
제안 방법
다음으로 콘크리트의 온도변화, 수분의 외부이동, 내부소모에 따른 모형시험체의 온도, 습도, 변형률 측정과 식 (13), (14)의 다중물리 모델 해석을 OPC30에 대하여 표 3을 입력 변수로 하여 상호비교를 수행하였다.
먼저 수분의 내부 소모에 따른 변형률은 그림 4와 같이 100 × 100 × 400 mm 공시체에 습도측정 센서와 변형률 게이지를 매입한 후 테프론 시트와 파라핀으로 밀봉하여 시간에 따른 습도와 변형률을 측정하였다.
물-결합재비에 따른 콘크리트 내 자기건조에 의한 상대습도 변화와 변형률의 관계를 계면역학적 접근법으로 설정하여 측정결과를 통해 파악하고 이를 온도, 수분이동, 변형률 해석의 다중물리 모델과 모형시험체 측정을 통해 다음과 같은 결론을 도출하였다.
수분의 내부소모, 외부 이동, 수화열에 의한 콘크리트의 변형을 살펴보기 위하여 그림 6과 같이 300 × 200 × 1000 mm의 모형부재 내부에 습도센서, 변형률 게이지, 열전쌍을 매입하여 타설 후 90일까지 깊이별 습도, 변형률, 온도를 측정하였다.
대상 데이터
수분의 내부소모, 외부 이동, 수화열에 의한 콘크리트의 변형을 살펴보기 위하여 그림 6과 같이 300 × 200 × 1000 mm의 모형부재 내부에 습도센서, 변형률 게이지, 열전쌍을 매입하여 타설 후 90일까지 깊이별 습도, 변형률, 온도를 측정하였다. 실험에 사용된 시멘트 특성과 콘크리트 배합은 표 1, 2와 같으며 수분의 내부 소모와 변형률 측정은 OPC30, OPC35, OPC40을 이용하였으며 모형부재 실험은 OPC30을 적용하였다.
성능/효과
(1) 습도의 내부소모에 의한 28일 자기수축률은 OPC30, OPC35, OPC40에 따라 각각 362 × 10-6, 244 × 10-6, 128 × 10-6을 나타냈으며, 90일 자기수축률은 383 × 10-6, 270 × 10-6, 163 × 10-6을 나타내었고 물-결합재비가 낮을수록 이른 재령에서 급속한 자기수축률을 나타내었다.
(2) 콘크리트 내부 습도 감소와 변형률의 관계를 계면역학적 접근법으로 구성하였으며, 기존 연구 모델인 Tazawa, CEB-FIP 모델에 비하여 측정값과 가장 유사한 결과를 나타냈다. 이는 자기건조에 따른 자기수축은 선형성을 나타내는 수분의 외부이동에 의한 수축과는 달리 지수적 관계를 갖는 것으로 판단된다.
(3) 모형시험체를 이용한 콘크리트 깊이 별 변형률 측정값은 90일까지 280~450 × 10-6의 값을 나타내었으며, 온도, 수분의 외부이동, 내부소모를 고려한 다중물리 해석에 의한 해석값과 매우 유사한 결과를 나타내었다.
먼저 콘크리트 물-결합재비에 따른 자기건조 변화 측정값을 살펴보면 그림 7과 같이 재령 90일까지 OPC30은 12%, OPC35는 6%, OPC40은 4%의 습도감소를 나타내었으며 물-결합재비가 낮을수록 28일 이하의 초기재령에서 습도감소 속도가 빠른 경향을 보였다. 이와 같은 자기건조에 따른 자기수축 측정값은 그림 8~10과 같이 28일 자기수축률은 OPC30, OPC35, OPC40에 따라 각각 362 × 10-6, 244 × 10-6, 128 ×10-6을 나타냈으며, 90일 자기수축률은 383 × 10-6, 270 × 10-6, 163 × 10-6을 나타내었고 물-결합재비가 낮을수록 이른 재령에서 급속한 자기수축률을 보이고 있다.
먼저 수분의 내부 소모에 따른 변형률은 그림 4와 같이 100 × 100 × 400 mm 공시체에 습도측정 센서와 변형률 게이지를 매입한 후 테프론 시트와 파라핀으로 밀봉하여 시간에 따른 습도와 변형률을 측정하였다. 여기서 습도 측정은 그림 5와 같이 방수투습소재를 이용하여 타설 초기에서의 센서를 배합수로부터 보호함으로서 측정의 정밀도를 향상하였다. 수분의 내부소모, 외부 이동, 수화열에 의한 콘크리트의 변형을 살펴보기 위하여 그림 6과 같이 300 × 200 × 1000 mm의 모형부재 내부에 습도센서, 변형률 게이지, 열전쌍을 매입하여 타설 후 90일까지 깊이별 습도, 변형률, 온도를 측정하였다.
의 값을 나타내었으며, 온도, 수분의 외부이동, 내부소모를 고려한 다중물리 해석에 의한 해석값과 매우 유사한 결과를 나타내었다. 즉, 본 연구를 통해 측정된 수분의 내부소모에 의한 습도와 수축변형률을 고려한 다중물리모델은 타당할 것으로 판단된다.
한편, CEB-FIP 모델은 측정값에 비하여 매우 작은 값을 나타내었으며 이에 대한 원인은 최종 자기수축량과 자기수축 발현 시간함수의 두 가지 측면에서 논의될 수 있다. 첫째, 최종 자기수축량의 경우 CEB-FIP모델은 강도의 함수로서 실제 실험값에 비하여 매우 과소평가된 값을 산정하고 있으며, 둘째, 자기수축 발현 시간함수의 경우 CEB-FIP 모델은 Tazawa 모델의 물-결합재비 0.30~0.35에 해당하는 자기수축 발현 계수 a = 0.2, b = 0.5의 특수한 경우로서 해당 물-결합 재비 이외에 적용 시 문제점을 지니는 것으로 생각된다.
후속연구
(4) 콘크리트의 수축에 의한 균열 발생 위험성이 높은 교량, 건축물의 콘크리트 바닥판의 경우 내구성 향상 등을 위한 고성능 콘크리트 적용 시, 기존 수분의 외부이동에 의한 수축이외에 자기건조에 의한 수축이 향후 반드시 고려되어야 할 것으로 판단된다.
그러나 부재가 (c)와 같이 고정단 형태일 경우 수화열, 자기건조에 의한 등단면 변형이 응력 발생의 원인으로 작용하여 전단면에 걸쳐 큰 인장응력을 유발하며 이로 인한 관통 균열을 유발할 가능성이 높아진다. 따라서 콘크리트의 수축에 의한 균열 발생 위험성이 높은 교량, 건축물의 콘크리트 바닥판의 경우 내구성 향상 등을 위한 고성능 콘크리트 적용 시, 기존 수분의 외부이동에 의한 수축이외에 자기건조에 의한 수축이 향후 반드시 고려되어야 할 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
변형 발생 원인으로는 무엇이 대표적인가요?
첫째, 변형 발생 원인을 파악하고 변형과의 관계를 구성하는 것과 둘째, 변형 발생 원인간의 상호작용에 따른 콘크리트 전체의 재료적, 구조적 변형과 응력을 산정하는 것이다. (Bazant, 1970) 전자의 경우 변형 발생 원인은 콘크리트 내의 수분 변화와 수화열이 대표적이며 이 중 변형과 수분변화는 다중 크기에 관한 문제로 설명된다. 즉, 콘크리트 내 시멘트와 물의 수화가 진행되면서 공극이 생성되며 공극의 크기, 분포, 연결성, 포화도에 따라 변형 구동력이 변화한다.
균열의 원인으로 작용하는 콘크리트의 타설 후 현상을 모델링하기 위해서는 어떤 과정들이 요구되나요?
이에 대한 현상을 모델링하기 위해서는 크게 다음과 같은 두 가지 과정이 요구된다. 첫째, 변형 발생 원인을 파악하고 변형과의 관계를 구성하는 것과 둘째, 변형 발생 원인간의 상호작용에 따른 콘크리트 전체의 재료적, 구조적 변형과 응력을 산정하는 것이다. (Bazant, 1970) 전자의 경우 변형 발생 원인은 콘크리트 내의 수분 변화와 수화열이 대표적이며 이 중 변형과 수분변화는 다중 크기에 관한 문제로 설명된다.
콘크리트 내 시멘트와 물의 수화가 진행되면서 무엇이 변화하나요?
(Bazant, 1970) 전자의 경우 변형 발생 원인은 콘크리트 내의 수분 변화와 수화열이 대표적이며 이 중 변형과 수분변화는 다중 크기에 관한 문제로 설명된다. 즉, 콘크리트 내 시멘트와 물의 수화가 진행되면서 공극이 생성되며 공극의 크기, 분포, 연결성, 포화도에 따라 변형 구동력이 변화한다. 상술하면 시간이 경과함에 따라 공극의 크기와 포화도는 점차 감소하며 공극 내에는 공극벽(고체)-공극수(액체)-기체가 형성하는 계면을 따라 모세관압력, 분리압력이 작용하면서 수축 변형이 진행된다.
참고문헌 (14)
Bazant, Z. P. (1970) Constitutive Equations for Concrete Creep and Shrinkage Based on Thermodynamics of Multiphase Systems. Materials and Structures, Vol. 3, No. 13, pp. 2-36
Bazant, Z. P. (1972) Thermodynamics of Hindered Adsorption and its Implication for Hardened Cement Paste and Concrete. Cement and Concrete Research, Vol. 2, pp. 1-16
Bazant, Z. P., Murphy W. P. (1995) Creep and Shrinkage Prediction Model for Analysis and Design of Concrete Structures-Model B3. Materials and Structures, Vol. 28, pp. 357-365
Bazant, Z. P., Wittman, F. H. (1998) Creep and Shrinkage in Concrete Structures. John Wiley & Sons
Bentz, D. P., Garboczi, E. J., and Quenard, D. A. (1998) Modeling of Drying Shrinkage in Reconstructed Porous Materials : Application to Porous Vicour Glass. Mod. Simul. Mat. Sci. Eng., Vol. 6, pp. 211-232
Garwin, D., Schrefler B. A. (1996) Thermo- Hydro-Mechanical Analysis of Partially Saturated Porous Materials. Engineering Computations, Vol. 7, pp. 113-143
Klemen, K. (2005) Physics of Surfaces and Interfaces, GPL
Lura, P., Jensen, O. M., van Breugel, K. (2003) Autogenous Shrinkage in High-Performance Cement Paste : an Evaluation of Basic Mechanisms. Cement and Concrete Research, Vol. 33, pp. 223-232
Tazawa, E. and Miyazawa, S. (1993) Autogenous shrinkage of Concrete and Its Importance in Concrete Technology, Creep and Shrinkage of Concrete. edited by Bazant, Z. P. E&FN Spon
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.