본 연구에서는 자기충전 콘크리트의 배합설계 방법을 활용하여 경량골재콘크리트를 제조하였다. 경량골재를 사용한 자기충전 콘크리트의 평가는 굳지 않은 상태의 유동성, 재료분리저항성 및 충전성을 검토하였고, 성능평가 기준은 일본토목학회에서 제시하고 있는 성능평가 기준을 적용하였다. 또한 경량골재를 사용한 자기충전 콘크리트의 역학적 특성과 함께 건조수축 및 탄산화 특성을 검토하였다. 그 결과 경량골재를 사용한 자기충전 콘크리트의 유동성은 경량굵은골재와 경량잔골재를 동시에 100% 사용한 경우를 제외하고는 목표 성능기준을 만족하였으며, 재료분리저항성은 경량굵은골재 및 경량잔골재를 동시에 사용한 경우에 성능기준을 만족하였고, 충전성의 경우는 경량잔골재를 100% 사용한 경우를 제외하고는 성능기준을 만족하는 경향을 보였다. 경량골재를 사용한 자기충전 콘크리트의 재령 28일 압축강도의 경우 모든 배합에서 30 MPa 이상 발현 되었으며, 압축강도와 인장강도 및 탄성계수의 관계는 기존의 연구 경향과 유사하였다. 또한 자중감소 효과는 기준 콘크리트와 비교하여 최대 26% 감소하였다. 경량골재를 사용한 자기충전 콘크리트의 건조수축과 탄산화 특성은 기준콘크리트와 비교하여 다소 증가하는 경향을 나타내고 있었다.
본 연구에서는 자기충전 콘크리트의 배합설계 방법을 활용하여 경량골재콘크리트를 제조하였다. 경량골재를 사용한 자기충전 콘크리트의 평가는 굳지 않은 상태의 유동성, 재료분리저항성 및 충전성을 검토하였고, 성능평가 기준은 일본토목학회에서 제시하고 있는 성능평가 기준을 적용하였다. 또한 경량골재를 사용한 자기충전 콘크리트의 역학적 특성과 함께 건조수축 및 탄산화 특성을 검토하였다. 그 결과 경량골재를 사용한 자기충전 콘크리트의 유동성은 경량굵은골재와 경량잔골재를 동시에 100% 사용한 경우를 제외하고는 목표 성능기준을 만족하였으며, 재료분리저항성은 경량굵은골재 및 경량잔골재를 동시에 사용한 경우에 성능기준을 만족하였고, 충전성의 경우는 경량잔골재를 100% 사용한 경우를 제외하고는 성능기준을 만족하는 경향을 보였다. 경량골재를 사용한 자기충전 콘크리트의 재령 28일 압축강도의 경우 모든 배합에서 30 MPa 이상 발현 되었으며, 압축강도와 인장강도 및 탄성계수의 관계는 기존의 연구 경향과 유사하였다. 또한 자중감소 효과는 기준 콘크리트와 비교하여 최대 26% 감소하였다. 경량골재를 사용한 자기충전 콘크리트의 건조수축과 탄산화 특성은 기준콘크리트와 비교하여 다소 증가하는 경향을 나타내고 있었다.
This paper presents the development of self-consolidating concrete (SCC) using lightweight aggregates. SCC using Lightweight aggregate properties have been evaluated in terms of flowability, segregation resistance and filling capacity of fresh concrete as per the standards of the Japanese Society of...
This paper presents the development of self-consolidating concrete (SCC) using lightweight aggregates. SCC using Lightweight aggregate properties have been evaluated in terms of flowability, segregation resistance and filling capacity of fresh concrete as per the standards of the Japanese Society of Civil Engineering (JSCE). The measurement of the mechanical properties of hardened SCC using lightweight aggregate, including compressive strength, splitting tensile strength, elastic moduli and density, as well as its dry shrinkage and carbonation properties were also carried out. The characteristics of SCC using lightweight aggregate at the fresh state showed that as the use of the lightweight aggregate, the flowability improves without exception of Mix No. 9 but the segregation resistance tends to decrease without exception of Mix No. 3, 4 and 5. The 28 days compressive strength of the SCC using lightweight aggregate was found to be 30 MPa or higher. The relationship between the compressive strength and the splitting tensile strength was found to be similar to the expression presented by CEB-FIP, and the relationship between the compressive strength and the elastic moduli was found to be similar to the expression suggested by ACI 318-08 which takes into consideration the density of concrete. The density of the SCC using lightweight aggregate decreased by up to 26% compared to that of the control SCC. Also, The dry shrinkage and carbonation depth of the SCC using lightweight aggregate increased compared to that of the control SCC.
This paper presents the development of self-consolidating concrete (SCC) using lightweight aggregates. SCC using Lightweight aggregate properties have been evaluated in terms of flowability, segregation resistance and filling capacity of fresh concrete as per the standards of the Japanese Society of Civil Engineering (JSCE). The measurement of the mechanical properties of hardened SCC using lightweight aggregate, including compressive strength, splitting tensile strength, elastic moduli and density, as well as its dry shrinkage and carbonation properties were also carried out. The characteristics of SCC using lightweight aggregate at the fresh state showed that as the use of the lightweight aggregate, the flowability improves without exception of Mix No. 9 but the segregation resistance tends to decrease without exception of Mix No. 3, 4 and 5. The 28 days compressive strength of the SCC using lightweight aggregate was found to be 30 MPa or higher. The relationship between the compressive strength and the splitting tensile strength was found to be similar to the expression presented by CEB-FIP, and the relationship between the compressive strength and the elastic moduli was found to be similar to the expression suggested by ACI 318-08 which takes into consideration the density of concrete. The density of the SCC using lightweight aggregate decreased by up to 26% compared to that of the control SCC. Also, The dry shrinkage and carbonation depth of the SCC using lightweight aggregate increased compared to that of the control SCC.
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제안 방법
경량골재를 사용한 자기충전 콘크리트의 제조는 기준 배합의 골재 체적을 계산하여 경량굵은골재 및 경량잔골재를 대체하여 혼합하였다. 표 4는 경량골재를 이용한 자기충전 콘크리트의 배합표를 정리한 것이다.
본 연구에 사용한 경량굵은골재는 표면건조 포화상태의 조건으로 콘크리트를 제조하였다. 경량굵은골재의 표면건조 포화 상태는 콘크리트 배합 24시간 전에 pre-wetting 과정을 통하여 수분을 충분히 흡수시킨 다음에 콘크리트를 제조하였다. 굳지 않은 콘크리트의 자기충전성 평가는 Slump-flow, Slump-flow 500 mm 도달시간, V-funnel 유하시간 및 U-box 충전시험을 콘크리트 믹싱 후에 바로 측정하였다.
경량굵은골재의 표면건조 포화 상태는 콘크리트 배합 24시간 전에 pre-wetting 과정을 통하여 수분을 충분히 흡수시킨 다음에 콘크리트를 제조하였다. 굳지 않은 콘크리트의 자기충전성 평가는 Slump-flow, Slump-flow 500 mm 도달시간, V-funnel 유하시간 및 U-box 충전시험을 콘크리트 믹싱 후에 바로 측정하였다.
그리고 온도 20±2℃, 상대습도 60±5% 및 CO2 농도 10±0.5%로 일정하게 유지할 수 있도록 제작된 촉진 탄산화 시험기에 투입하고 재령별 탄산화 깊이를 페놀프탈레인 용액을 사용하여 측정하였다.
본 실험에 사용한 콘크리트 배합은 예비 배합설계 실험을 통하여 기준 배합을 결정하였다. 기준 배합 결정시 사용한 자기충전 콘크리트의 성능평가 기준은 일본 토목학회에서 제시하고 있는 자기충전 콘크리트의 성능평가 기준 중 가장 범용적으로 활용할 수 있는 2등급을 선정하여 결정하였다. 표 3은 일본토목학회에서 제시하고 있는 자기충전 콘크리트의 성능평가 기준안 이다(JSCE, 1998).
따라서 본 연구에서는 사전 배합을 통하여 경량골재를 사용할 경우에 압축강도 30 MPa을 발현할 수 있는 기준 자기 충전 콘크리트의 배합을 결정하였다. 기준 자기충전 콘크리트의 배합설계를 적용하여 경량골재콘크리트를 제조하였으며, 경량골재의 혼합은 체적을 고려하여 경량골재를 대체하여 사용 하였다. 자기충전 콘크리트의 성능평가는 일본토목학회에서 제시하고 있는 기준을 적용하여 평가하였다.
따라서 본 연구에서는 사전 배합을 통하여 경량골재를 사용할 경우에 압축강도 30 MPa을 발현할 수 있는 기준 자기 충전 콘크리트의 배합을 결정하였다. 기준 자기충전 콘크리트의 배합설계를 적용하여 경량골재콘크리트를 제조하였으며, 경량골재의 혼합은 체적을 고려하여 경량골재를 대체하여 사용 하였다.
또한, 촉진 탄산화 시험은 콘크리트의 압축강도용 공시체와 동일한 방법으로 제조하고 28일간 수중 양생을 실시한 후 Ø100×200 mm의 공시체를 반으로 절단하여 절단면 및 타설면에 에폭시 수지로 공극이 없도록 두께 1 mm 이상으로 마감하였다.
본 실험에 사용한 콘크리트 배합은 예비 배합설계 실험을 통하여 기준 배합을 결정하였다. 기준 배합 결정시 사용한 자기충전 콘크리트의 성능평가 기준은 일본 토목학회에서 제시하고 있는 자기충전 콘크리트의 성능평가 기준 중 가장 범용적으로 활용할 수 있는 2등급을 선정하여 결정하였다.
콘크리트의 건조수축 시험은 KS F 2424에 따라서 실시 하였고, 시험용 공시체는 100×100×400 mm의 각주형 공시체의 양 끝단에 콘크리트 길이변화용 게이지 플러그를 삽입하고 다짐작업 없이 공시체를 제작 하였다. 제작된 공시체는 건조되지 않도록 습윤 상태에서 1일 후 콘크리트의 몰드를 제거하고 즉시 초기 길이를 1/1,000 mm 감도의 다이얼 게이지를 사용하여 측정하였다. 초기 길이 측정 후 건조수축에 의한 영향을 피하기 위해 7일간 20±3℃에서 수중 양생을 실시하고, 그 이후 온도 20±2℃, 습도 60±5%로 유지할 수 있는 항온·항습실에 공시체를 보관하여 보관된 시점에서의 재령별 길이변화를 측정하였다.
초기 길이 측정 후 건조수축에 의한 영향을 피하기 위해 7일간 20±3℃에서 수중 양생을 실시하고, 그 이후 온도 20±2℃, 습도 60±5%로 유지할 수 있는 항온·항습실에 공시체를 보관하여 보관된 시점에서의 재령별 길이변화를 측정하였다.
콘크리트의 건조수축 시험은 KS F 2424에 따라서 실시 하였고, 시험용 공시체는 100×100×400 mm의 각주형 공시체의 양 끝단에 콘크리트 길이변화용 게이지 플러그를 삽입하고 다짐작업 없이 공시체를 제작 하였다.
콘크리트의 역학적 특성 검토를 위한 시험용 공시체는 다짐작업 없이 Ø 100×200 mm로 제조하였으며, 제작된 공시체는 24시간 후에 몰드를 제거한 다음 시험 전 까지 20±3℃에서 표준양생을 실시하였다. 콘크리트의 압축강도는 KS F 2403 및 2405에 따라서 재령 3, 7 및 28일에서 측정하였으며, KS F 2423에 의한 쪼갬 인장강도, 탄성계수 및 기건 단위용적질량은 재령 28일에 측정하였다. 콘크리트의 건조수축 시험은 KS F 2424에 따라서 실시 하였고, 시험용 공시체는 100×100×400 mm의 각주형 공시체의 양 끝단에 콘크리트 길이변화용 게이지 플러그를 삽입하고 다짐작업 없이 공시체를 제작 하였다.
대상 데이터
55 g/cm3인 강모래(이하 NS로 약함)를 사용하였다. 경량골재(이하 LA로 약함)는 유문암계 미분말을 주원료로 제조한 것을 사용하였으며, 화학성분은 표 1과 같다. 또한, 경량굵은골재(이하 LC로 약함)의 최대치수는 20 mm, 밀도는 1.
15 g/cm3 및 비표면적 3,539 cm2/g인 국내 S사의 보통포틀랜드시멘트(이하 OPC로 약함)를 사용하였다. 굵은골재는 최대치수(이하 Gmax로 약함) 20 mm, 밀도 2.72 g/cm3인 부순골재(이하 NC로 약함)를 사용하였고, 잔골재는 밀도 2.55 g/cm3인 강모래(이하 NS로 약함)를 사용하였다. 경량골재(이하 LA로 약함)는 유문암계 미분말을 주원료로 제조한 것을 사용하였으며, 화학성분은 표 1과 같다.
경량골재(이하 LA로 약함)는 유문암계 미분말을 주원료로 제조한 것을 사용하였으며, 화학성분은 표 1과 같다. 또한, 경량굵은골재(이하 LC로 약함)의 최대치수는 20 mm, 밀도는 1.58 g/cm3 이고, 경량잔골재(이하 LS로 약함)의 밀도는 1.87 g/cm3, 0.08 mm 통과 미립분 양 5%인 것을 사용하였다. 사용골재의 물리적 성질은 표 2와 같다.
본 연구에 사용한 경량굵은골재는 표면건조 포화상태의 조건으로 콘크리트를 제조하였다. 경량굵은골재의 표면건조 포화 상태는 콘크리트 배합 24시간 전에 pre-wetting 과정을 통하여 수분을 충분히 흡수시킨 다음에 콘크리트를 제조하였다.
시멘트는 밀도 3.15 g/cm3 및 비표면적 3,539 cm2/g인 국내 S사의 보통포틀랜드시멘트(이하 OPC로 약함)를 사용하였다. 굵은골재는 최대치수(이하 Gmax로 약함) 20 mm, 밀도 2.
자기충전 콘크리트의 유동성을 확보하기 위하여 국내 H사의 폴리카르본산계 고성능 감수제(이하 HRWR로 약함) 및 공기연행제(이하 AEA로 약함)를 사용하였다. HRWR의 밀도는 1.
콘크리트의 역학적 특성 검토를 위한 시험용 공시체는 다짐작업 없이 Ø 100×200 mm로 제조하였으며, 제작된 공시체는 24시간 후에 몰드를 제거한 다음 시험 전 까지 20±3℃에서 표준양생을 실시하였다.
이론/모형
기준 자기충전 콘크리트의 배합설계를 적용하여 경량골재콘크리트를 제조하였으며, 경량골재의 혼합은 체적을 고려하여 경량골재를 대체하여 사용 하였다. 자기충전 콘크리트의 성능평가는 일본토목학회에서 제시하고 있는 기준을 적용하여 평가하였다. 경화 콘크리트의 품질은 재령별 압축강도, 쪼갬 인장강도, 탄성계수, 기건 단위용적질량, 건조수축 및 탄산화를 측정하여 검토하였다(Chandra, 2002).
성능/효과
1. 유동성 분석결과 전체 골재를 경량골재로 사용한 배합(Mix No 9)을 제외한 모든 배합에서 목표 성능기준을 만족하였으며, 재료분리저항성은 Mix No. 3, 4 및 5를 제외한 배합에서 목표 성능기준을 만족하였다. 또한, 충전성 평가 결과는 Mix No.
2. 경량골재를 사용한 자기충전 콘크리트의 재령 28일 압축 강도는 기준 콘크리트와 비교하여 최대 33%의 압축강도가 감소하는 경향이 있었으나 모든 배합에서 30 MPa 이상의 압축강도가 발현되었다.
3. 경량골재를 사용한 자기충전 콘크리트의 재령 28일 압축 강도와 쪼갬 인장강도의 비는 9.8에서 12.4로 나타났으며, 탄성계수는 ACI에서 제시한 연구 경향과 유사하였다. 또한 자중감소 효과는 경량잔골재 및 경량굵은골재를 동시에 혼합한 경우에서 26%로 나타났다.
4. 기존의 예측식을 이용하여 경량골재를 혼합한 자기충전 콘크리트의 건조수축률 예측 결과는 실측값과 예측값의 비가 0.83~1.19의 범위를 나타내고 있었으며, 탄산화 속도계수는 기준콘크리트와 비교하여 최대 112% 증가하는 것으로 나타났다.
그림 6 및 7은 경량골재를 사용한 자기충전 콘크리트의 재령 28일에서 압축강도와 쪼갬 인장강도 및 탄성계수의 관계를 정리한 것이다. 그림 6의 결과 경량골재를 사용한 자기충전 콘크리트의 압축강도와 쪼갬 인장강도의 관계는 압축강도가 커짐에 따라 쪼갬 인장강도가 비례적으로 증가하였으며, 기존의 CEB-FIP Model Code에서 제시하고 있는 식과 유사한 경향을 나타내고 있었다(CEB-FIP, 1993).
그림 8은 경량골재를 사용한 자기충전 콘크리트의 자중감소 효과를 알아보기 위하여 재령 28일 콘크리트에 대하여 기건 단위용적질량을 측정하여 정리한 것이다. 그림 8의 결과 자중감소 효과는 경량굵은골재 및 경량잔골재를 각각 혼합한 경우 최대 15%의 자중 감소효과가 있었지만, 경량굵은골재와 경량잔골재를 동시에 혼합한 경우 최대 26%의 자중 감소 효과가 있다. 따라서 경량골재를 사용한 자기충전 콘크리트를 제조할 경우 경량굵은골재 및 경량잔골재를 동시에 혼합하여 사용하는 것이 자중 감소에 유리할 것으로 판단된다.
표 6은 식 (2)를 활용하여 경량골재를 사용한 자기충전 콘크리트의 탄산화 속도 계수를 정리한 것이다. 기준 콘크리트와 비교하여 탄산화 속도 계수는 경량굵은골재와 경량잔골재를 동시에 사용할 경우 최대 112% 증가하는 경향을 보이고 있다. 이러한 원인은 경량골재의 내부가 다공성으로 이루어져 있어 투기성이 증대되어 이산화탄소가 골재를 통하여 내부로 침입함에 따라 탄산화 정도가 높아졌기 때문으로 판단된다.
이러한 경향은 경량굵은골재와 경량잔골재를 동시에 혼합하여 사용하므로서 콘크리트의 자중감소 효과에 영향을 받은 것으로 판단된다. 따라서 경량골재를 사용한 자기 충전 콘크리트 제조에 있어서 경량굵은골재와 경량잔골재를 동시에 혼합하여 사용하는 것이 바람직할 것으로 판단된다.
그림 8의 결과 자중감소 효과는 경량굵은골재 및 경량잔골재를 각각 혼합한 경우 최대 15%의 자중 감소효과가 있었지만, 경량굵은골재와 경량잔골재를 동시에 혼합한 경우 최대 26%의 자중 감소 효과가 있다. 따라서 경량골재를 사용한 자기충전 콘크리트를 제조할 경우 경량굵은골재 및 경량잔골재를 동시에 혼합하여 사용하는 것이 자중 감소에 유리할 것으로 판단된다.
일반적으로 콘크리트의 압축강도와 탄산화 속도계수와의 관계는 콘크리트의 압축강도가 높을수록 탄산화 속도계수가 낮아지는 것으로 알려져 있다. 따라서, 탄산화 속도계수는 경량굵은골재 및 경량잔골재의 혼합률이 증가할수록 콘크리트의 역학적 특성이 저하되는 현상과 관련이 있을 것으로 판단되다.
4로 나타났으며, 탄성계수는 ACI에서 제시한 연구 경향과 유사하였다. 또한 자중감소 효과는 경량잔골재 및 경량굵은골재를 동시에 혼합한 경우에서 26%로 나타났다.
08 mm체 통과량 7% 이하인 5%로서 기준 범위를 만족하고 있다. 또한, 경량굵은골재 및 경량잔골재를 동시에 혼합하여 자기충전 콘크리트를 제조한 경우(Mix No. 6, 7, 8 및 9)는 기준 콘크리트와 비교하여 Slump-flow 500 mm 도달시간과 V-funnel 유하시간이 다소 빠르며, 기준 범위를 만족하는 것으로 나타났다. 이러한 경향은 경량굵은골재와 경량잔골재를 동시에 혼합하여 사용하므로서 콘크리트의 자중감소 효과에 영향을 받은 것으로 판단된다.
3, 4 및 5를 제외한 배합에서 목표 성능기준을 만족하였다. 또한, 충전성 평가 결과는 Mix No. 4, 5 및 9을 제외한 모든 배합에서 목표 성능기준을 만족하는 것으로 나타났다.
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