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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.
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