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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 동결융해, 염해 및 중성화가 복합적으로 작용하는 콘크리트 구조물의 내구성능을 평가하기 위하여 일반강도 콘크리트를 대상으로 동결수(수도수, 염수)를 달리하여 동결융해 시험을 실시함으로서 염해와 동결융해 복합작용에 의한 콘크리트의 열화를 평가하였고, 염해, 동결융해 및 중성화의 세가지 열화가 복합적으로 발생되는 복합열화에 대해서는 적절한 평가방법이 부재하여 동결수에 따른 동결융해 시험 후의 시험체에 대하여 중성화 촉진시험을 실시함으로서 복합열화에 의한 콘크리트 내구성능 저하 특성을 평가하고자 하였다.
제안 방법
- Table 1은 본 실험에 사용된 콘크리트 배합비를 나타낸 것으로 물-결합재비(W/B) 58, 53, 48% 3개 수준으로 설정하였으며, 각각에 대하여 1종 보통 포틀랜드 시멘트와 시멘트량의 30%와 50%를 고로슬래그미분말로 치환하여 배합을 설정하였다. 혼화제 사용량은 소요의 슬럼프와 특히 동결융해 평가에 있어서는 공기량이 중요한 변수이므로 목표 공기량(4.
- 0%인 염수를 각각 사용하였으며, 이때 염수의 농도는 기존의 연구문헌(김규용 등, 2005)을 참고하여 결정하였다. 동결융해시험 시에는 각 30싸이클별로 동결융해시험 전의 동탄성계수로 부터 상대동탄성계수를 계산하였다. 또한 각 동결융해작용 30사이클 종료 후 콘크리트의 표면열화를 정량적으로 평가하기 위하여 콘크리트 스케일링량(cm3/cm2)을 Eq.
- 동결융해시험 시에는 각 30싸이클별로 동결융해시험 전의 동탄성계수로 부터 상대동탄성계수를 계산하였다. 또한 각 동결융해작용 30사이클 종료 후 콘크리트의 표면열화를 정량적으로 평가하기 위하여 콘크리트 스케일링량(cm3/cm2)을 Eq.(1)과 같이 계산하였다.
- 실험은 Table 2에 나타난 바와 같이 굳지 않은 콘크리트 물성시험(슬럼프, 공기량) 및 압축강도 특성을 평가하였으며, 내구성 평가를 위해서 동결융해와 동결융해를 받은 콘크리트 시험체에 대하여 중성화 촉진 시험을 실시하였다.
- 압축강도 측정을 위해서는 목표 슬럼프 및 공기량을 만족한 상태에서 시편제작을 하였으며 시험 전까지 수중양생 한 이후 재령 7, 14, 28, 56일에 각각 압축강도를 측정하였다. 콘크리트 동결융해 작용에 의한 내동해성 평가를 위한 시험방법은 KS F 2456(급속동결융해에 대한 콘크리트의 저항성 시험법)의 표준시험방법에서 동결수로서 각각 수도수와 염화칼슘 농도가 8.
- (1)과 같이 계산하였다. 중성화 촉진 시험은 동결융해 후 온도 23℃, 습도 50% 및 CO2농도 5% 조건하에서 소요의 측정재령까지 촉진 중성화를 시킨 후 중성화 깊이를 측정하였다.
- 혼화제 사용량은 소요의 슬럼프와 특히 동결융해 평가에 있어서는 공기량이 중요한 변수이므로 목표 공기량(4.5±1.5%)을 만족할 수 있는 범위에서 결정하였다.
대상 데이터
- 80이고 분말도 4,340cm2/g인 것을 사용하였다. 굵은골재는 쇄석으로 최대치수는 25mm인 것을 사용하였으며, 잔골재는 세척사로 조립율이 2.78인 것을 사용하였다. 또한 혼화제는 나프탈렌계의 고성능 감수제와 AE제를 사용하였다.
- 78인 것을 사용하였다. 또한 혼화제는 나프탈렌계의 고성능 감수제와 AE제를 사용하였다.
- 본 연구에 사용한 시멘트는 I종 보통포틀랜드 시멘트를 사용하였고 고로슬래그미분말은 비중이 2.80이고 분말도 4,340cm2/g인 것을 사용하였다. 굵은골재는 쇄석으로 최대치수는 25mm인 것을 사용하였으며, 잔골재는 세척사로 조립율이 2.
이론/모형
- 콘크리트 동결융해 작용에 의한 내동해성 평가를 위한 시험방법은 KS F 2456(급속동결융해에 대한 콘크리트의 저항성 시험법)의 표준시험방법에서 동결수로서 각각 수도수와 염화칼슘 농도가 8.0%인 염수를 각각 사용하였으며, 이때 염수의 농도는 기존의 연구문헌(김규용 등, 2005)을 참고하여 결정하였다.
성능/효과
- 1) 동결수를 염수로 사용한 해수 동결융해를 모사하는 내구성 평가에서는 물-결합재비가 낮거나 동일한 물-결합재비 수준에서도 고로슬래그미분말을 사용한 배합의 경우 염해와 동결융해가 동시에 복합적으로 발생되는 환경에서도 우수한 저항성능을 보였다.
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2) 해수 동결융해 이후의 중성화 촉진 평가에서도 고로슬래그미분말을 사용한 경우 해수 동결융해에 의한 저항성이 우수하여 표면 스케일링 및 내부조직의 미세균열이 적게 발생되어 중성화 촉진 평가에서도 우수한 내구성을 보임을 확인 할 수 있었다.
- Fig. 3은 물-결합재비 48% 배합을 대상으로 동결수가 염수인 동결융해의 작용 후에 중성화 촉진을 실시한 결과로, Fig. 3에 나타난 바와 같이 OPC 배합의 경우 염수 동결융해 후 표면스케일링 및 세공구조가 파괴되어 투기저항성능이 저하됨에 따라 고로슬래그미분말을 사용한 배합에 비해 중상화가 크게 촉진됨을 확인 할 수 있었다.
- 물-결합재비 53, 58%인 배합에서 고로슬래그미분말을 사용한 배합의 압축강도가 낮음에도 불구하고 동일한 동결융해 싸이클에서의 상대동탄성계수값이 모두 큰 경향을 나타내었고, 특히, BFS50의 경우에는 염수조건에서도 180사이클에 상대동탄성계수 50%를 나타내었다. 이것은 고로슬래그미분말의 첨가로 Ca(OH)2를 포졸란 반응에 의해 감소시킴과 동시에 조직의 치밀화를 통해 우수한 동결융해 저항성을 확보한 것으로 보인다(정용 등, 1992).
- 반면, BFS30 배합의 경우에서는 OPC 배합에 비해 표면 스케일링량이 전체적으로 감소하는 경향을 나타내었다. 물-결합재비가 58%인 경우에서는 150싸이클까지 OPC 배합과 유사한 정도의 스케일링량을 보였으나 이후 감소하는 경향을 보였으며, 물-결합재비가 53, 48%로 낮아지는 경우에는 동일한 싸이클을 기준으로 할 때 OPC 배합에 비해 현저히 스케일링량이 감소하는 경향을 나타내었다.
- 이상의 결과로부터 동결융해를 포함한 복합열화 환경에서는 시멘트의 종류 및 콘크리트의 강도 등이 큰 영향을 미치므로 복합열화 환경에서의 충분한 내구성 확보를 위해서는 최소한의 설계기준강도의 확보와 고로슬래그미분말 등 적절한 시멘트 결합재의 선정이 무엇보다 중요할 것으로 판단된다.
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전반적인 스케일링 발생 경향은 OPC 배합의 경우 물결합재비 53% 이하에서는 300 싸이클 동안 표면스케일링량이 점차적으로 증가하여 수도수인 경우에는 최대 0.08
cm3/cm2, 염수의 경우에는 최대 0.16 cm3/cm2로 2배 정도 증가하였으나 물-결합재비가 58%인 경우에는 특정 싸이클 (수도수 180, 염수 30싸이클)에서 표면스케일링이 급격하게 증가하는 경향을 나타내었다. - 콘크리트 배합 직후 측정한 슬럼프와 공기량은 각각 목표 슬럼프와 공기량을 모두 만족하였고 압축강도 측정결과에서는 물-결합재비가 58%에서 48%로 감소함에 따라 시멘트만을 사용한 콘크리트의 재령 28일 압축 강도는 각각 34.4, 41.9, 42.8MPa로 증가하였다. BFS30 배합의 경우, 재령 14일까지는 OPC 배합보다 강도 발현은 느리지만 재령이 경과함에 따라 강도가 역전하여 재령 56일에는 시멘트만을 사용한 콘크리트 보다 약 14~28% 정도 크게 나타났다.
- 특히, BFS50 배합의 경우 물-결합재비 58%로 물-결합재비가 높은 조건에서도 스케일링량이 감소되어 염해에 의한 동결융해 저항성이 우수함을 확인할 수 있었다. 이와 같이 콘크리트의 스케일링 저하와 관련된 내구성능 저하현상은 주로 동결융해와 염해의 복합작용을 받는 경우에 발생되며(Pigeon, M, 1992), 이러한 현상의 원인은 동결융해 이외 작용 이외에도 해수 중 용존이온이 콘크리 내부로 침투하여 C3A 및 시멘트 수화물과 반응하여 최종적으로 에트린가이트가 생성되는 반응과정을 통화여 팽창을 일으켜 콘크리트의 성능이 저하돤다(정용 등, 1992).
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