최근에 들어 투수콘크리트의 동결융해에 대한 저항성이 저하되는 것과 줄눈부에서의 골재박리 등의 많은 문제점들이 대두되고 있다. 따라서 본 연구에서는 기존의 투수콘크리트의 내구성을 향상시키기 위한 방안으로 잔골재와 실리카흄, 고성능감수제를 사용하여 강도 및 내구성 증진 방안을 연구하였다. 주요실험인자로 실리카흄 혼입률 10%와 잔골재 혼입률(0%, 7%, 15%)을 선정하고, 압축강도와 휨강도, 투수계수 및 공극률, 동결융해시험을 수행하였다. 실험결과 강도측면에서는 잔골재 혼입률이 증가함에 따라 압축 및 휨강도는 증가하는 경향을 보였으나, 상대적으로 공극률 감소로 인한 투수성은 저하되고, 동결융해 저항성도 크게 감소하는 것으로 나타났다. 따라서 투수콘크리트에 있어서 강도증진을 위해 사용되는 잔골재는 혼입률 제한이 필요하며, 실리카흄 10%이상을 사용하는 것이 강도 및 내구성 측면에서 효율적인 대안이 될 수 있을 것으로 판단된다.
최근에 들어 투수콘크리트의 동결융해에 대한 저항성이 저하되는 것과 줄눈부에서의 골재박리 등의 많은 문제점들이 대두되고 있다. 따라서 본 연구에서는 기존의 투수콘크리트의 내구성을 향상시키기 위한 방안으로 잔골재와 실리카흄, 고성능감수제를 사용하여 강도 및 내구성 증진 방안을 연구하였다. 주요실험인자로 실리카흄 혼입률 10%와 잔골재 혼입률(0%, 7%, 15%)을 선정하고, 압축강도와 휨강도, 투수계수 및 공극률, 동결융해시험을 수행하였다. 실험결과 강도측면에서는 잔골재 혼입률이 증가함에 따라 압축 및 휨강도는 증가하는 경향을 보였으나, 상대적으로 공극률 감소로 인한 투수성은 저하되고, 동결융해 저항성도 크게 감소하는 것으로 나타났다. 따라서 투수콘크리트에 있어서 강도증진을 위해 사용되는 잔골재는 혼입률 제한이 필요하며, 실리카흄 10%이상을 사용하는 것이 강도 및 내구성 측면에서 효율적인 대안이 될 수 있을 것으로 판단된다.
Existing porous concrete has problems with reduction of strength due to freezing and thawing and exfoliation of aggregate at joints. In this study, a method for increasing strength and durability of porous concrete by using fine aggregate, silica-fume and high-range water-reducing agent was proposed...
Existing porous concrete has problems with reduction of strength due to freezing and thawing and exfoliation of aggregate at joints. In this study, a method for increasing strength and durability of porous concrete by using fine aggregate, silica-fume and high-range water-reducing agent was proposed by laboratory tests. Mixing ratio between silica-fume (10%) and fine aggregate (0%, 7%, 15%) was selected as a major test factor, and laboratory tests for compressive strength, flexural strength, permeability coefficient, porosity, freezing and thawing were conducted. Compressive strength and flexural strength were increased as the mixing ratio of fine aggregate was increased. However, permeability and freezing-thawing resistance were decreased due to reduction of porosity. Therefore, the ratio of fine aggregate should be limited to increase strength and durability of the porous concrete, while the mixing ratio of silica-fume should be over 10%.
Existing porous concrete has problems with reduction of strength due to freezing and thawing and exfoliation of aggregate at joints. In this study, a method for increasing strength and durability of porous concrete by using fine aggregate, silica-fume and high-range water-reducing agent was proposed by laboratory tests. Mixing ratio between silica-fume (10%) and fine aggregate (0%, 7%, 15%) was selected as a major test factor, and laboratory tests for compressive strength, flexural strength, permeability coefficient, porosity, freezing and thawing were conducted. Compressive strength and flexural strength were increased as the mixing ratio of fine aggregate was increased. However, permeability and freezing-thawing resistance were decreased due to reduction of porosity. Therefore, the ratio of fine aggregate should be limited to increase strength and durability of the porous concrete, while the mixing ratio of silica-fume should be over 10%.
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문제 정의
더욱이 최근에 들어 4대강 살리기 사업 및 전국 자전거 도로 네트워크 구축사업에 투수콘크리트가 많이 설계 및 시공되고 있어 투수콘크리트에 대한 관심이 높아지고 있으며, 내구성 저하 원인 및 향상방안에 대한 관심이 고조되고 있다. 따라서 본 연구에서는 투수콘크리트의 단점을 보완하고, 적용범위를 확대하기 위해 내구성 저하 원인을 분석하고, 성능향상의 대안을 제시하고자 한다.
제안 방법
공극률이 높은 콘크리트의 경우 공극 내의 얼음의 팽창압력을 직접 받게 되므로 동결융해저항성이 가장 큰 문제가 되므로 동결융해에 따른 영향을 분석하였다. Fig.
투수콘크리트의 제작은 용량 100ℓ 강제식 혼합믹서를 사용하여 골재, 시멘트 및 실리카흄을 투입하여 1분간 건비빔을 실시한후, 물과 고성능감수제를 첨가하여 2분간 믹싱을 수행하였다. 그리고 공시체 제작은 몰드에 1/ 3씩 채운후 각각 25회씩 봉다짐을 하였으며, 공시체 제작 24시간동안 212, 상대습도 60%에서 기건양생후 탈형하여 표준수중양생(21±1℃)을 실시하였다.
투수콘크리트의 경우 시편 양 단부가 공극이 존재하는 관계로 시멘트 페이스트로 마감하여 동탄성계수 측정이 용이하도록 별도 제작하여 시험을 수행하였다. 이때 공시체 중심에서의 온도를 동결시 -18℃, 융해시 4℃로 상승시키는 것을 1사이클 3시간으로 하여 반복 수행하였다.
투수콘크리트의 동결융해후 압축강도 변화는 Fig. 8 과 같으며 14일 양생후 공기중 급속 수중 융해의 방법으로 112싸이클(14일)동안 동결융해 실험을 수행한 후 압축강도 시험을 수행하여 표준양생 조건과 비교하여 압축강도 변화도를 분석하였다. 표준양생시 잔골재 혼입률 0%에서 7%, 15%로 증가함에 따라 28일 압축강도가 21.
7% 사용하였으며, 그 결과는 Table 1과 같다. 투수콘크리트의 제작은 용량 100ℓ 강제식 혼합믹서를 사용하여 골재, 시멘트 및 실리카흄을 투입하여 1분간 건비빔을 실시한후, 물과 고성능감수제를 첨가하여 2분간 믹싱을 수행하였다. 그리고 공시체 제작은 몰드에 1/ 3씩 채운후 각각 25회씩 봉다짐을 하였으며, 공시체 제작 24시간동안 212, 상대습도 60%에서 기건양생후 탈형하여 표준수중양생(21±1℃)을 실시하였다.
포장용 투수콘크리트의 배합요인에 따른 역학적 특성을 분석하기 위해서 주요 실험인자는 단위시멘트량 350kg/m2에 실리카흄 혼입률(0%, 10%), 잔골재 혼입률(0%, 7%, 15%)를 선정하였으며, 물-결합재비(WB)는 25%, 소정의 유동성을 확보하기 위해 고성능 감수제를 1.5-1.7% 사용하였으며, 그 결과는 Table 1과 같다. 투수콘크리트의 제작은 용량 100ℓ 강제식 혼합믹서를 사용하여 골재, 시멘트 및 실리카흄을 투입하여 1분간 건비빔을 실시한후, 물과 고성능감수제를 첨가하여 2분간 믹싱을 수행하였다.
대상 데이터
본 연구에서 사용된 재료는 시멘트는 국내 S사의 1종 시멘트로 비중 3.15 g/cm3, 분말도 3293 cm%, 굵은골재는 충북 충주시 소재의 최대치수 13 mm 쇄석으로 비중 2.65 g/cnr3, 흡수율 0.8%, 조립률 6.21 이며, 잔골재는 비중 2.56 g/cm% 흡수율 09% 및 조립률 2.80의 낙동강 강사를 사용하였다. 실리카흄은 비중 2.
80의 낙동강 강사를 사용하였다. 실리카흄은 비중 2.2 g/cm3, 분말도 200, 000 cm%, 강열감량 3.45%의 국내 A사 제품을 사용하였고, 감수제는 국내 B사의 폴리카르본산계 표준형 고성능 감수제를 사용하였다.
이론/모형
공극률 시험은 일본 콘크리트공학협회의 에코콘크리트연구위원회의 포러스콘크리트의 공극률시험방법(안)중에서 용적법에 준하여 식 (2)와 같은 방법으로 공극률을 계산하였다.
동결융해저항성 시험은 KS F 2456의 B방법인 공기 중 급속 수중 융해의 방법으로 실시하였다. 투수콘크리트의 경우 시편 양 단부가 공극이 존재하는 관계로 시멘트 페이스트로 마감하여 동탄성계수 측정이 용이하도록 별도 제작하여 시험을 수행하였다.
콘크리트 압축강도는 0100x200mm 원주 공시체를 제작하여 1일후 탈형하고 21±1℃ 온도하의 수중에서 표준양생을 실시한 후 재령 7, 28일에 KS F 2405에 준하여 실시하였다. 그리고 휨강도는 100x100x460 mm의 빔 공시체를 제작하여 KS F 2408에 준하여 재령 7, 28일에 실시하였다.
투수계수 시험은 일본콘크리트공학협회포러스콘크리트의 투수계수 시험방법(안)에 준하여 Fig. 1과 같은 장치를 사용하여 Darcy의 법칙에 근거하여 다음의 식(3) 에 의해 산출하였다.
성능/효과
1) 잔골재 혼입률을 굵은골재대비 7%, 15% 혼입함으로 인해 압축강도는 잔골재를 혼입하지 않은 경우에 비해 24%, 45% 증가하였으며, 실리카훔을 시멘트 대비 10% 혼입함으로 인해 압축강도는 10%정도 증가하였다. 그리고 잔골재 혼입률 15%인 경우와 실리카흄 10%와 잔골재를 7% 혼입한 경우에서는 30MPa이상의 고강도를 발현하는 것으로 나타났다.
2) 투수콘크리트에서 잔골재 혼입률이 증가함에 따라 공극률은 20%, 45% 감소하며, 투수계수는 30%, 60% 감소되는 것으로 나타났다. 그리고 잔골재를 굵은골재 대비 15%이상 혼입시 공극률 15%이상의 조건을 만족시키지 못하는 것으로 나타났으며, 모든조건에서 투수계수는 5xl0-*cm/sec 이상을 만족시키는 것으로 나타났다.
3) 공극률이 높은 콘크리트의 경우 동결융해저항성이 가장 중요한 내구성 인자로서 잔골재를 혼입함으로 인해 상대동탄성계수는 감소하는 것으로 나타났으며, 잔골재를 7%, 15% 혼입한 경우 내구성지수가 63, 45로 내동해에 취약한 것으로 나타났으며, 실리카흄을 혼입한 경우에는 80 이상을 보여 동결융해에 대한 내구성이 높은 것을 확인하였다. 그리고 동결융해 112싸이클 후 압축강도는 잔골재를 혼입함으로 인해 30%까지 감소한 반면에 실리카흄을 혼입한 경우는 압축강도가 7% 정도 감소하여 내구성지수 뿐만 아니라 압축강도 측면에서도 실리카흄을 10% 사용한 것이 우수한 특성을 보이는 것을 알 수 있었다.
30MPa 이상의 압축강도를 발현하는 것은 잔골재를 15% 혼입한 경우와 실리카흄 10%와 잔골재 7%를 혼입한 경우로 나타났다. 압축강도 측면에서는 잔골재를 혼입하는 경우가 가장 우수한 강도를 보였으며, 이는 공극률 감소로 인한 결과로 판단할 수 있다.
19 MPaS. 5%, 7%정도 감소하여, 실리카훔을 사용한 경우에는 동결융해에 따른 저항성이 높은 것으로 나타났다. 이와 같은 결과로부터 잔골재를 혼입함으로 인해 표준양생 조건에서는 강도 향상을 위해서 효율적인 방법이나, 동결융해에 따른 내구성 측면에서는 강도저하 현상이 뚜렷한 것을 알 수 있어, 잔골재 혼입률 제한이 필요한 것으로 나타났다.
높은 것을 확인하였다. 그리고 동결융해 112싸이클 후 압축강도는 잔골재를 혼입함으로 인해 30%까지 감소한 반면에 실리카흄을 혼입한 경우는 압축강도가 7% 정도 감소하여 내구성지수 뿐만 아니라 압축강도 측면에서도 실리카흄을 10% 사용한 것이 우수한 특성을 보이는 것을 알 수 있었다. 따라서 투수콘크리트에 있어서 강도증진을 위해 사용되는 잔골재는 혼입률 제한이 필요하며, 실리카흄 10%이상을 사용하는 것이 강도 및 내구성 측면에서 효율적인 대안이 될 수 있을 것으로 판단된다.
또한 실리카흄을 10%혼입한 경우 실리카흄을 혼입하지 않은 경우에 비해 공극률은 약 8%정도 감소하는 것으로 나타났다. 그리고 실리카흄 10%, 잔골재 7%를 혼입한 경우는 20.37%에서 17.39%로 약 15% 공극률이 감소하여 실리카흄과 잔골재를 혼입함으로 인해 공극률은 전반적으로 감소하는 경향을 보였다. 또한 투수계수는 잔골재 혼입률이 증가함에 따라 1.
증가하였다. 그리고 잔골재 혼입률 15%인 경우와 실리카흄 10%와 잔골재를 7% 혼입한 경우에서는 30MPa이상의 고강도를 발현하는 것으로 나타났다. 또한 휨강도의 경우도 압축강도와 유사한 경향을 보이며, SF0S0의 경우를 제외하고는 모두 도로포장 설계기준 4.
것으로 나타났다. 그리고 잔골재를 굵은골재 대비 15%이상 혼입시 공극률 15%이상의 조건을 만족시키지 못하는 것으로 나타났으며, 모든조건에서 투수계수는 5xl0-*cm/sec 이상을 만족시키는 것으로 나타났다.
이와같은 경향은 실리카흄을 혼입함으로 인해 시멘트 페이스트의 점성 증가로 인해 공극률과 투수계수에 영향을 미친 것으로 판단된다. 따라서 실리카흄과 잔골재 모두 공극률과 투수계수에 영향을 미치는 인자임을 확인할 수 있었으며, 강도증진을 위해 잔골재를 7% 혼입한 경우 공극률 15% 이상을 확보하였으며, 0.6 cm/sec 이상의 투수계수를 확보하는 것으로 나타났다.
37%, 1386%로 20%, 45%씩 감소하는 것으로 나타났다. 또한 실리카흄을 10%혼입한 경우 실리카흄을 혼입하지 않은 경우에 비해 공극률은 약 8%정도 감소하는 것으로 나타났다. 그리고 실리카흄 10%, 잔골재 7%를 혼입한 경우는 20.
39%로 약 15% 공극률이 감소하여 실리카흄과 잔골재를 혼입함으로 인해 공극률은 전반적으로 감소하는 경향을 보였다. 또한 투수계수는 잔골재 혼입률이 증가함에 따라 1.223에서 0.478cm/sec로 약 60%감소하여, 공극률이 45% 감소한 것에 비해 투수계수는 더 저하되는 경향을 보였다. 그리고 실리카흄을 혼입함으로 인해 투수계수는 1.
그리고 잔골재 혼입률 15%인 경우와 실리카흄 10%와 잔골재를 7% 혼입한 경우에서는 30MPa이상의 고강도를 발현하는 것으로 나타났다. 또한 휨강도의 경우도 압축강도와 유사한 경향을 보이며, SF0S0의 경우를 제외하고는 모두 도로포장 설계기준 4.5MPa 이상을 보이는 것으로 나타났다.
잔골재를 15% 혼입한 경우는 동결융해 200싸이클이 지나면서 동탄성계수가 60%이하로 떨어져 실험을 종료하였으며, 잔골재 7%를 사용한 경우는 300 싸이클 동안 70%이상 유지되는 것으로 나타나, 잔골재를 혼입함으로 인해 상대동탄성계수는 다른 실험인자에 비해 취약한 것으로 나타났다. 반면에 잔골재를 7% 혼입하고 실리카흄을 동시에 사용한 경우에는 상대동탄성계수가 80%이상 유지하는 것으로 나타났다. Fig.
26MPaS. 약 24%, 45% 증가하였으며, 실리카흄을 10% 혼입함으로 인해 압축강도는 23.91 MPa, 31.15 MPa로 약 10%정도 증가하는 것으로 나타났다.
7은 내구성지수를 나타낸 것으로서 잔골재를 사용한 경우에는 내구성지수가 60%이하로 나타나며, 실리카훔을 사용한 경우에는 약 80%이상을 보였다. 이와 같은 결과로부터 잔골재를 사용할 경우에는 동결융해저항성이 잔골재를 사용하지 않은 경우에 비해 저하되는 것을 알 수 있었으며, 실리카흄을 사용하였을 경우에는 잔골재를 혼입하더라도 상대적으로 동결융해에 따른 저항성은 향상되는 것으로 나타났다.
5%, 7%정도 감소하여, 실리카훔을 사용한 경우에는 동결융해에 따른 저항성이 높은 것으로 나타났다. 이와 같은 결과로부터 잔골재를 혼입함으로 인해 표준양생 조건에서는 강도 향상을 위해서 효율적인 방법이나, 동결융해에 따른 내구성 측면에서는 강도저하 현상이 뚜렷한 것을 알 수 있어, 잔골재 혼입률 제한이 필요한 것으로 나타났다.
4~5에 나타내었다. 잔골재 혼입률이 0%에서 7%, 15%로 증가함에 따라 공극률은 25.17%에서 20.37%, 1386%로 20%, 45%씩 감소하는 것으로 나타났다. 또한 실리카흄을 10%혼입한 경우 실리카흄을 혼입하지 않은 경우에 비해 공극률은 약 8%정도 감소하는 것으로 나타났다.
6은 동결융해 사이클에 따른 동탄성계수의 변화를 나타낸 것이다. 잔골재를 15% 혼입한 경우는 동결융해 200싸이클이 지나면서 동탄성계수가 60%이하로 떨어져 실험을 종료하였으며, 잔골재 7%를 사용한 경우는 300 싸이클 동안 70%이상 유지되는 것으로 나타나, 잔골재를 혼입함으로 인해 상대동탄성계수는 다른 실험인자에 비해 취약한 것으로 나타났다. 반면에 잔골재를 7% 혼입하고 실리카흄을 동시에 사용한 경우에는 상대동탄성계수가 80%이상 유지하는 것으로 나타났다.
8 과 같으며 14일 양생후 공기중 급속 수중 융해의 방법으로 112싸이클(14일)동안 동결융해 실험을 수행한 후 압축강도 시험을 수행하여 표준양생 조건과 비교하여 압축강도 변화도를 분석하였다. 표준양생시 잔골재 혼입률 0%에서 7%, 15%로 증가함에 따라 28일 압축강도가 21.14 MPa에서 27.97 MPa, 38.26 MPa인 반면에 동결융해후 압축강도는 17.20 MPa, 22.14 MPa, 26.89 MPa로 약 19%, 21%, 30% 감소하였다. 반면에 실리카흄을 10% 혼입한 경우에는 21.
참고문헌 (9)
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