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물-시멘트비에 따른 경량콘크리트 및 일반콘크리트의 수축과 습도와의 관계
Relation Between Shrinkage and Humidity on Lightweight Concrete and Normal Concrete by Water-Cement Ratio 원문보기

大韓土木學會論文集, Journal of the Korean Society of Civil Engineers. A. 구조공학, 원자력공학, 콘크리트공학, v.29 no.4A, 2009년, pp.385 - 393  

이창수 (서울시립대학교 토목공학과) ,  박종혁 (서울시립대학교 토목공학과) ,  정봉조 (서울시립대학교 토목공학과) ,  최영준 (서울시립대학교 토목공학과)

초록
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콘크리트 수축과 습도를 측정하고 기존 연구 결과와의 비교를 통해 다공성 경량골재의 사전흡수수에 따른 콘크리트의 수축과 콘크리트 내 상대습도와의 관계를 파악하였다. 물-결합재비 0.3에서 경량 콘크리트의 수축 저감효과는 7일 초기재령에서 36%, 6개월 장기재령에서 25%를 나타내었으며, 물-결합재비 0.4는 7일 초기재령에서 19%, 6개월 장기재령에서 16%의 수축 저감률을 그리고 물-결합재비 0.5에서는 각각 37%, 32%를 나타내었다. 물-결합재비에 관계없이 경량골재 사전흡수수의 습도 공급 효과는 7~10일 이내의 초기 재령에서 두드러지게 나타났다. 콘크리트 내 습도와 수축과의 관계는 물-결합재비 0.3의 경우 기존 모델식 적용 종류에 상관없이 습도 변화 전체 구간에 대하여 수축이 과소평가되었으며, 물-결합재비 0.4, 0.5의 경우 비교적 기존 모델식과 측정값이 유사한 경향을 나타내었다. 습도감소와 수축 변형률간의 관계를 고차 다항식으로 회귀분석할 수 있었으며, 콘크리트의 수분이동 해석을 통해 시간에 따른 상대습도를 고려할 경우 수분이동 해석과 부등수축 해석을 연관할 수 있는 매개변수로 적용할 수 있는 결과를 도출하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This study grasped the relationship between relative humidity in concrete and concrete shrinkage followed by pre-absorbed water of porous lightweight aggregates through measurements of concrete shrinkage and humidity and comparisons with established research results. It was showed that shrinkage red...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 즉, 콘크리트 수축에 따른 균열을 최소화하기 위해서는 재료적 측면에서 콘크리트의 수축 저감이 요구되며, 해석적 측면에서 콘크리트 수분이동, 부등수축의 다중물리 현상에 대한 응력 예측이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 콘크리트 수축 저감 방안 중 콘크리트의 경량화와 수축 저감 효과의 복합적인 장점을 지닌 경량골재 콘크리트의 사전흡수수에 의한 수분 분포 변화와 수축 특성을 파악해보고자 하며, 수분이동 및 부등수축 해석의 두 가지 물리 현상에 연관성을 부여하는 매개변수에 대해 기존 연구와의 비교를 통해 분석해보고자 한다.
  • 여기서 기존 모델의 적용은 식 (3), 식 (4)를 적용하기 위해 요구되는 습도수축계수, 즉 최종수축변형률의 산정에 이용하였으며, 각각 자기수축을 고려하지 않은 KCI 모델, 건조수축과 자기수축을 분리하여 고려한 CEB-FIP 모델, 그리고 자기수축만을 고려한 Tazawa 모델을 선정하였다(한국콘크리트학회, 2007; CEB-FIP, 1990; Tazawa, 1993). 또한 일반골재 콘크리트와 사전흡수한 경량골재 콘크리트에서의 수분 변화량과 수축과의 관계 차이점을 파악하고 향후 수분이동 및 부등수축 해석의 매개변수 자료를 제공하며, 다양한 물-결합재비에서 경량골재 콘크리트의 수축 저감 효과에 대하여 논의하고자 한다.
  • 본 연구에서는 식 (1)과 식 (2)의 매개변수 역할을 하는 식 (3), 식 (4)의 적정성을 파악하기 위해 다양한 물-결합재 비에서 수축과 수분과의 관계 측정과 기존 모델과의 비교를 수행하고자 하였다. 여기서 기존 모델의 적용은 식 (3), 식 (4)를 적용하기 위해 요구되는 습도수축계수, 즉 최종수축변형률의 산정에 이용하였으며, 각각 자기수축을 고려하지 않은 KCI 모델, 건조수축과 자기수축을 분리하여 고려한 CEB-FIP 모델, 그리고 자기수축만을 고려한 Tazawa 모델을 선정하였다(한국콘크리트학회, 2007; CEB-FIP, 1990; Tazawa, 1993).

가설 설정

  • 여기서 습도 측정은 그림 2와 같이 방수투습 소재를 이용하여 타설 초기에서의 센서를 배합수로부터 보호함으로서 측정의 정밀도를 향상하였다. 본 연구에서 적용된 시편은 6면이 모두 수분 방출면이므로 단면 내에서의 습도는 평균 습도로서 단면의 대표성을 지니는 것으로 가정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
콘크리트 수축에 따른 균열을 최소화하기 위해 필요한 것은? 다음으로 콘크리트 내 수분이동 및 부등수축 해석에 의한 콘크리트의 외적, 내적구속을 모두 고려하여 단면 고유응력을 산출하고 이에 적합한 부재 두께 설정, 철근 배근, 줄눈 간격 조정 등을 통해 발생하는 인장응력을 제어하는 방안으로 나눌 수 있다(이칠성, 1998; 곽효경 등, 2004). 즉, 콘크리트 수축에 따른 균열을 최소화하기 위해서는 재료적 측면에서 콘크리트의 수축 저감이 요구되며, 해석적 측면에서 콘크리트 수분이동, 부등수축의 다중물리 현상에 대한 응력 예측이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 콘크리트 수축 저감 방안 중 콘크리트의 경량화와 수축 저감 효과의 복합적인 장점을 지닌 경량골재 콘크리트의 사전흡수수에 의한 수분 분포 변화와 수축 특성을 파악해보고자 하며, 수분이동 및 부등수축 해석의 두 가지 물리 현상에 연관성을 부여하는 매개변수에 대해 기존 연구와의 비교를 통해 분석해보고자 한다.
재료적 측면에서 콘크리트의 수축 변형을 저감하는 방안으로 제시되는 것은? 이러한 내구성 저하의 원인으로서 수축과 균열 제어는 다음과 같이 두 가지 측면에서 논의될 수 있다. 먼저, 재료적 측면에서 콘크리트의 수축 변형을 저감하는 방안으로서 글리콜-에테르 계열의 수축저감제를 이용하여 배합수의 표면장력을 낮추는 방법과 경량골재, 고흡 수성수지 등의 흡수율이 큰 재료를 사용하여 지속적인 수화잉여수를 공급하는 내부 양생방법 등이 제시되고 있다(Weiss, 2002; Ribeiro, 2006; Jensen, 2006; Lura, 2006). 다음으로 콘크리트 내 수분이동 및 부등수축 해석에 의한 콘크리트의 외적, 내적구속을 모두 고려하여 단면 고유응력을 산출하고 이에 적합한 부재 두께 설정, 철근 배근, 줄눈 간격 조정 등을 통해 발생하는 인장응력을 제어하는 방안으로 나눌 수 있다(이칠성, 1998; 곽효경 등, 2004).
콘크리트의 수축과 콘크리트 내 상대습도와의 관계 파악을 위해 수축과 습도를 측정하고 기존연구 결과를 비교한 결론은? 1. 시간에 따른 콘크리트 수축 변형률을 살펴보면 물-결합재비가 낮을수록 초기재령에서 급격하게 증가한 후 이후 완만한 형태의 수축 증가를 나타내었으며, 물-결합재비가 높을수록 시간에 따라 일정한 속도의 수축 변형률 증가 경향을 나타내었다. 동일 물-결합재비인 경우 일반골재 콘크리트보다 경량골재 콘크리트의 수축 변형률이 현저하게 감소하는 결과를 나타내었다. 물-결합재비 0.3에서 경량 콘크리트의 수축 저감효과는 7일 초기재령에서 36%, 6개월 장기재령에서 25%를 나타내었다. 물-결합재비 0.4는 7일 초기재령에서 19%, 6개월 장기재령에서 16%의 수축 저감률을 그리고 물-결합재비 0.5에서는 각각 37%, 32%를 나타내었다. 즉, 경량골재의 사전흡수수에 의한 수축 저감 효과는 물-결합재비가 0.3일 경우에 초기재령에서 매우 효과적이며, 물-결합재비가 0.4이상일 경우에는 재령에 대해 일정한 수축 저감 효과를 나타내는 것으로 판단된다. 2. 물-결합재비에 관계없이 경량골재 사전흡수수의 습도 공급 효과는 7~10일 이내의 초기 재령에서 두드러지게 나타났다. 이는 물-결합재비 0.3에서는 초개재령 자기건조에 의한 습도감소에 의한 수분공급효과가, 물-결합재비 0.5에서는 수분의 외부이동에 의한 습도감소가 지배적이며 이러한 환경에서 경량골재 사전흡수수가 효과적으로 콘크리트 내부에 수분을 공급하는 것으로 판단된다. 3. 콘크리트 내 습도와 수축과의 관계는 물-결합재비 0.3의경우 기존 모델식 적용 종류에 상관없이 습도 변화 전체 구간에 대하여 수축이 과소평가되고 있다. 이는 기존 연구 결과가 콘크리트의 자기수축을 적절히 묘사하고 있지 못하며, 시간에 대한 함수로 평가되어 콘크리트 내부 습도와의 연관성을 반영하지 못하기 때문으로 생각된다. 물 -결합재비 0.4, 0.5의 경우 비교적 기존 모델식과 측정값이 유사한 경향을 나타내었으며, 이는 물-결합재비 0.4이상부터는 자기건조에 의한 자기수축이 전체 수축의 지배적 요인이 아닌 수분의 외부이동에 의한 건조수축이 수축의 지배적인 요인으로 작용하며 따라서 이를 반영하고 있는 기존 연구결과와 유사한 값을 나타내는 것으로 판단된다. 4. 습도감소와 수축 변형률간의 관계를 고차 다항식으로 회귀분석할 수 있었으며, 콘크리트의 수분이동 해석을 통해 시간에 따른 상대습도를 고려할 경우 수분이동 해석과 부등수축 해석을 연관할 수 있는 매개변수로 적용할 수 있는 결과를 도출하였다.
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참고문헌 (19)

  1. 곽효경, 하수준(2004) 철근콘크리트 벽체의 초기재령 거동 해석, 대한토목학회 논문집, 대한토목학회, 제24권 제1A호, pp. 35-47. 

  2. 이창수, 박종혁(2008) 공극 내 상대습도, 모세관압력, 표면에너지 변화에 따른 콘크리트 자기수축, 한국콘크리트학회 논문집, 한국콘크리트학회, 제20권 2호, pp. 131-138. 

  3. 이칠성(1998) 콘크리트의 수분확산과 부등건조수축에 관한 연구, 박사학위논문, 한국과학기술원. 

  4. 한국콘크리트학회(2007) 콘크리트 구조설계기준해설, 기문당. 

  5. Ala, M.S. and Hadidi, R. (2002) Cause and Control of Transverse Cracking in Concrete Bridge Decks, FHWA-NJ-2002-019, Department of Civil and Environmental Engineering New Jersey Institute of Technology, Newark. 

  6. Bazant, Z.P. and Raftshol, W.J. (1982) Effect of Cracking in Drying and Shrinkage Specimens, Cement and Concrete Research, Vol. 12, pp. 209-226. 

  7. Bazant, Z.P. and 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. 

  8. CEB-FIP (1990) CEB-FIP Model Code 90 for Concrete Structures, Comite Euro-International du Beton, Lausanne, 1990. 

  9. Haluk, A., Fu, G., and Dekelbab, W. (2003) Investigate Causes and Develop Methods to Minimize Early-Age Deck Cracking on Michigan Bridge Decks, Research Report RC-1437, Michigan Department of Transportation, Detroit. 

  10. Jensen, O.M. and Lura, P. (2006) Techniques and materials for internal water curing of concrete, Materials and Structures, Vol. 39, pp. 817-825. 

  11. Lura, P. (2003) Autogenous Deformation and Internal Curing of Concrete, Ph.D thesis, Deft University of Technology. 

  12. Lura, P., Jensen, O.M., and Igarashi, S.I. (2006) Experimental observation of internal water curing of concrete, Materials and Structures, Vol. 40, pp. 211-220. 

  13. Ribeiro, A.B., Goncalves, A., and Carrajora, A. (2006) Effect of shrinkage reducing admixtures on the pore structures properties of mortars, Materials and Structures, Vol. 39, pp. 159-166. 

  14. 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, pp. 105-133. 

  15. Weiss, W.J. and Shah, S.P. (2002) Restrained shrinkage cracking : the role of shrinkage reducing admixtures and specimen geometry, Materials and Structures, Vol. 35, pp. 85-91. 

  16. Whiting, D. and Detwiler, R. (1998) Silica Fume Concrete for Bridge Decks, NCHRP Report 410, Transportation Reaearch Borad, Washinton D.C. 

  17. Will, D.L., David, D., and Joann, P.B. (2005) Cracking and Chloride Contents in Reinforced Concrete Bridge Decks, SM Report No. 78, Kansas Department of Transportation, Lawrence, Kansas. 

  18. Xi, Y., Shing, B., and Suwito, A. (2003) Assesment of Cracking Problems in Newly Constructed Bridge Decks in Colorado, CDOT-DTD-R-2003-3, Colorado Department of Transportation, Denver. 

  19. Zachary, C.G., David, A.L., and Matthew, D.D. (2006) Internal relative humidity and drying stress gradients in concrete, Materials and Structures, Vol. 39, pp. 901-909. 

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