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문제 정의
- 따라서, 본 연구에서는 실무에서 주로 사용되고 있는 혼화재료중 FA, BS 및 CKIM 선별하여 이들의 치환률에 따른 콘크리트의 기초적 물성 및 건조 수축 특성을 분석하고 이를 토대로 건조수축 해석을 실시하여 혼화재가 콘크리트의 공학적 특성 및 건조수축에 미치는 영향을 평가하고자 한다.
제안 방법
- 수축량의 차이를 모사하기 어려운 상황이다. 따라서 본 절에서는 일본 토목학회의 건조 수축 해석모델에 있어 영향요인을 보다 정확하게 판단하고 자 비선형 회귀 분석을 통해 제반 실험상수를 산정한 후 이들값의 변동을 확인하였다.
- 1% 이하의 차이로 보아 큰 차이가 없는 것으로 판단된다. 또한혼화재 치환율이 증가할수록 미립분의 증가로 인한 유동성의 저하로 SP제량이 증가하도록 배합설계를 실시하였다.
- 같다. 먼저, 배합사항으로 콘크리트의 일반 강도 수준을 고려하여 물-결합 재 비(이하 W/B) 40, 45 및 50%의 3수준에 대하여 목표 슬럼프 150 + 15 mm, 목표 공기량 4.5±1.5%를 만족 하도록 플레인 콘크리트를 배합설계한 후, 혼화재 종류로 CKD, FA 및 BS의 3 수준에 대해 각각 10와 20%로 치환하며 단위 수량 및 잔골재율은 혼화재 종류에 관계없이 플레인과 동일하게 적용하는 것으로 한다.
- 본 연구에서는 콘크리트용 혼화재로 사용되고 있는 FA, BS 및 a①의 치환률 변화에 따른 콘크리트의 기초적 물성과 건조수축에 대한일련의 실험 및 해석을 진행하였는데, 그 결과를 요약하면 다음과 같다.
- 실험사항으로 굳지 않은 콘크리트에서 슬럼프, 슬럼프 플로우, 공기량 및 단위용적 질량을 측정하는 것으로 하고, 경화 콘크리트에서는 재령경과에 따른 압축 강도와 건조 수축 길이 변화를 측정하는 것으로 한다.
- 건조수축에 의한 길이 변화 시험용 공시체는 탈.형 후 20±3t 의 수중에서 1주일간 양생한 다음 20±3℃, 상대 습도 60%조건의기중에서 실험계획된 소정기간 동안 양생을 실시하였다. 압축강도는 KS F 2405의 방법에 의거 실시하고, 건조 수축에 의한 길이 변화 시험은 KS F 2424 규정의 모르터 및 콘크리트의 길이 변화시험 방법 중 다이알게이지 방법으로 탈형 후를 기준으로 각 재령에서 실시흐}여건조수축 길이 변화를 측정하였다.
대상 데이터
- 먼저, 시멘트는 국내산 A사의 1종 보통 포틀랜드 시멘트를 사용하며, 물리적 성질은 표3과 같다 골재로서 굵은 골재는 인천 항동 25 mm 부순 골재를 사용하였고, 잔골재는 충북 옥산 강모래를 사용하였는데, 물리적 성질은 표4와 같다.
- 실험 방법으로 콘크리트의 혼합은 강제식 팬믹서를 이용하였고, 슬럼프는 KS F 2402, 공기량은 KS F2421에 의거하여 측정하였다. 건조수축에 의한 길이 변화 시험용 공시체는 탈.
- 혼화재로서 Cg 국내산 A시멘트사의 프리히터에서 발생되는 것을 포집하여 사용하였는데, 화학성분 및 입자 크기는 표 5 및 그림 1과 같다 FA는 충남 보령 화력발전소에서 사용된 유연탄의 재를 집진한 것으로 물리적 성질은 표 6과 같다 BS는 선철제조과정에서 발생한 부산물을 포집한 것으로 물리적 성질은 표 7과 같다. 고 성능 감수제는 폴리칼 본산계로서 물리적 성질은 표 8 과 같다.
이론/모형
- 형 후 20±3t 의 수중에서 1주일간 양생한 다음 20±3℃, 상대 습도 60%조건의기중에서 실험계획된 소정기간 동안 양생을 실시하였다. 압축강도는 KS F 2405의 방법에 의거 실시하고, 건조 수축에 의한 길이 변화 시험은 KS F 2424 규정의 모르터 및 콘크리트의 길이 변화시험 방법 중 다이알게이지 방법으로 탈형 후를 기준으로 각 재령에서 실시흐}여건조수축 길이 변화를 측정하였다.
성능/효과
- 1) 혼화 재 치환에 따른 압축 강도는 FA나 BS를 사용한 경우 초기압축강도가 플레인보다 저하 하나 CKD를 사용한 경우 초기 압축 강도 저하폭이 FA나 BS보다는 적은 것으로 나타났으며, 장기 재령에서는 FA와 BS의 포졸란 반응 및 잠재수경성 반응에 의해 플레인보다 높은 압축 강도를 발휘함을 알수 있었다.
- 2) FA, BS 및 CKD를 치환한 경우 공히 건조수축 길이변화율이 플레인 배합보다 10~20% 정도 크게 나타났고, FA를치환한 경우 플레인 배합보다 건조 수축이 10~15% 범위에서 증가 혹은 감소하는 것으로 나타났으며, CKD 및 BS를치환한 경우가 플레인보다 다소 크게 나타났는데, 이는 치환된 혼화 재료의 밀도차則에 의한 단위 결합재 체적의 증가로 인해 수축에 저항하는 역할을 하는 굵은 골재의 眼〕상대적으로 적어진 것과 혼화재료의 분말도 가 큰 것에 기인하여 건조 수축이 증가한 것으로 사료된다.
- 이는 초기에서는 CKD의 탄산칼슘 및 알칼리 성분에 의해 초기 수화 반응이 촉진된 것으로 사료되나, 재령이 증가함에 따라 cm는 직접적인 반응을 일으키는 반응성 물질이 아니기 때문에 강도발현이 작은 것으로 분석되며, 치환률이 증가할수록 시멘트 감소로 인하여 압축강도는 크게 저하 한 것으로 나타났다. FA를 치환한 경우 재령 7일에서는 플레인과 유사한 강도발■현 성능을 보였지만 재령 28일 및 91일에서는플레인보다 강도가 증가하는 것으로 나타났고, 특히 재령 91일에서는 치환률이 증가할수록 강도는 증가하였는데, 이는 재령이경과함에 따른 FA의 포졸란 반응에 의한 것으로써, C-S-H겔의생성으로 인한 강도증진 효과로 분석된다.
- 圧한, BS를 치환한 경우 재령 7일에서는 플레인과 비교할 때, 다소 증가하거나 유사한 강도발현 성능을 보였지만, 재령 28일 및 91일에서는 혼화재 치환률이 증가할수록 강도가 크게 증가하는 것으로 나타났다. 이는 초기에는 슬래그와 물의 접촉이 차단되어 반응을 하지 않지만 알칼리나 황산염에 의해 박막이 파괴되면서 불용성의 물질이 석줄 되어 경화하기 시작하는 잠재수 경성 반응에 의하여 강도가 증가한 것으로 분석된다.
- 5%의 범위를 모두 만족하였다. 공기량과 관련한 AE제량은 혼화재를 치환한 경우 W/B가 커질수록 감소하는 것으로 나타났고, 혼화재 종류에 따라서는 FA를 치환한 경우에서 AE제량이 가장 많이 증가하였는데, 이는 FA 중의 미연탄소분에 의한 AE제의 흡착에 기인한 결과로 분석된다. 또한 혼화재의 치환률이 증가할수록 AE제의 사용량도 증가하는 것으로 나타났다.
- 재령경과에 따른 건조 수축 특성으로서 수중양생을 실시한 7일 동안 은 수화 반응에 의하여 길이가 팽창하고 있으나, 7일 이후 대기조건으로 옮겨진 경우 재령이 증가함에 따라 콘크리트의 수분증빌에 기인하여 건조수축 길이변화율이 급격이 증가하는 것으로 나타났는데, 대부분 재령 91일까지급격한 건조수축을 보이다가 그 이후에는 완만한 수축경향을 보이고 있음을 알 수 있었다. 그리고 재령 180일에서는 대략적으로 혼화재 종류 및 치환률에 따라 차이가 있으나 400~ 600x10-6 정도의 수축량을 갖는 것을 알 수 있었다
- 공기량과 관련한 AE제량은 혼화재를 치환한 경우 W/B가 커질수록 감소하는 것으로 나타났고, 혼화재 종류에 따라서는 FA를 치환한 경우에서 AE제량이 가장 많이 증가하였는데, 이는 FA 중의 미연탄소분에 의한 AE제의 흡착에 기인한 결과로 분석된다. 또한 혼화재의 치환률이 증가할수록 AE제의 사용량도 증가하는 것으로 나타났다. BS를 치환한 경우와 CM를 치환한 경우는 치환률에따른 일관된 경향을 보이지 않고 있으나 미립자의 영향으로 목표공기량을 확보하기 위해서는 AE제 사용량을 증가시킬 필요가 있다.
- 전반적으로 최종 수축량(& Sh。。) 값은 배합비 및 혼화재 종류 그리고 치환률별로 다르게계산되었는데, 일본 토목학회 모델식이 최종수축량과 실험상수 값이 혼 화재 종류나 치환률 그리고 강도 수준에 관계없이 고정되어있으나, 표 10의 결과에 따르면 차이를 보이고 있음을 알 수 있었다. 아울러 해석한 결과 치의 결정 계수는 0.90 이상의 양호한 상관성을 갖고 있음을 확인할 수 있었다
- 나타낸 것이다. 재령경과에 따른 건조 수축 특성으로서 수중양생을 실시한 7일 동안 은 수화 반응에 의하여 길이가 팽창하고 있으나, 7일 이후 대기조건으로 옮겨진 경우 재령이 증가함에 따라 콘크리트의 수분증빌에 기인하여 건조수축 길이변화율이 급격이 증가하는 것으로 나타났는데, 대부분 재령 91일까지급격한 건조수축을 보이다가 그 이후에는 완만한 수축경향을 보이고 있음을 알 수 있었다. 그리고 재령 180일에서는 대략적으로 혼화재 종류 및 치환률에 따라 차이가 있으나 400~ 600x10-6 정도의 수축량을 갖는 것을 알 수 있었다
- 결과를 나타낸 것이다. 전반적으로 모든 재령에 걸쳐 해석치가 실험치를 매우 양호하게 추정함을 알 수 있었고 특히 혼화재료 치환에 따른 수축량의 변동에 대한 영향을 충실히 반영하고 있었다
- 모델의 실험상수 값을 나타낸 것이다. 전반적으로 최종 수축량(& Sh。。) 값은 배합비 및 혼화재 종류 그리고 치환률별로 다르게계산되었는데, 일본 토목학회 모델식이 최종수축량과 실험상수 값이 혼 화재 종류나 치환률 그리고 강도 수준에 관계없이 고정되어있으나, 표 10의 결과에 따르면 차이를 보이고 있음을 알 수 있었다. 아울러 해석한 결과 치의 결정 계수는 0.
- 만족히 였다. 한편 목표 슬럼프를 만족하기 위하여 고성능감수제(이하 SP제)량을 변화시켰는데, CKD, FA 및 BS를 치환한 경우 W/B가 커질수록 배합수의 증가로 인하여 $P제량을 감소 시켜 주었으며, 혼화재 종류에 따라서는 SP제 人]용량이 대부분 0.1% 이하의 차이로 보아 큰 차이가 없는 것으로 판단된다. 또한혼화재 치환율이 증가할수록 미립분의 증가로 인한 유동성의 저하로 SP제량이 증가하도록 배합설계를 실시하였다.
- 한편, 혼화재 종류별로는 플레인과 비교하여 FA, BS 및 CKDf 치환한 경우 공히 건조수축 길이 변화율이 0-20% 정도 크게 나타났고, 혼화재 종류에 따라서는 FA를 치환한 경우 플레인 배합보다 건조 수축이 10~15% 범위에서 증가 혹은 감소하는 것으로 나타났으며, CKD 및 明를 치환한 경우가 플레인 보다 다소 크게 나타났는데, 이는 치환된혼화재료의 밀도 차이에 의한 단위 결합재 체적의 증가로 인해 수축에 저항하는 역할을 하는 굵은 골재의량이 상대적으로 적어진 것과 혼화재료의 분말 도가 큰 것에 기인하여 플레인 배합에 비해 건조수축이 증가한 것으로사료된다. 한편, 혼화재치환율에 따라서는 치환율이 증가할수록 미립분의 첨가로 인하 여 건조수축이 증가하는 것을 알 수 있었다.
- 것으로사료된다. 한편, 혼화재치환율에 따라서는 치환율이 증가할수록 미립분의 첨가로 인하 여 건조수축이 증가하는 것을 알 수 있었다.
- 혼화재 종류에 따라서는 CKG를 치환한 경우 재령 7일에서는 거의 유사한 강도발현을 나타내었고, 28일 및 91일에는 플레인 보다 저하하는 경향을 나타내었으며, 혼화재치환율이 증가할수록 강도는 감소하는 것으로 나타났다. 이는 초기에서는 CKD의 탄산칼슘 및 알칼리 성분에 의해 초기 수화 반응이 촉진된 것으로 사료되나, 재령이 증가함에 따라 cm는 직접적인 반응을 일으키는 반응성 물질이 아니기 때문에 강도발현이 작은 것으로 분석되며, 치환률이 증가할수록 시멘트 감소로 인하여 압축강도는 크게 저하 한 것으로 나타났다.
후속연구
- 3) 본 연구에서는 지수함 수 모델식을 이용하여 건조수축해석을 실시하였는데, 전반적으로 해석치가 실측치를 양호하게 추정하는 것을 알 수 있었으며, 기존의 해석 모델은 건조수축의 영향요인으로 단위 수량과 상대 습도, 대기노출 면적 비등을 고려하고 있는데, 추가적으로 혼화재료의 영향을 고려할 필요성이 제기되었다
- 결국 본연구에서 보는 바와 같이 동일한 단위 수량 및 배합조건이라 할지라도 혼화재 종류 및 치환률에 따라서 건조수축량이 모든 재령에서 다르게 평가되고 있음을 알 수 있었는데, 기존의 일본토목학회식을 포함한 일부 모델식에서는 혼화재의 영향을 고려할 수 있는 변수가 고려되지 않아 정확한 추정에 어려움이 있을 것으로 판단되며 이러한 혼화재료의 영향을 고려하는 변수의 도입을 검토할 필요성이 제기된다.
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