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문제 정의
- 하지만 AA 콘크리트의 응력-변형률 관계에 대한 실험 결과는 매우 부족하여 OPC 콘크리트의 응력-변형률에 대한 제안 모델들의 적용성에 대한 확인도 아직 이루어지지 않았다. 이 연구의 목적은 AA 콘크리트의 응력-변형률 관계를 평가하고 실험 결과에 기반한 합리적인 모델을 제시하는 것이다. 알칼리 활성 결합재의 경제성과 적용성을 고려하여 Yang 등14)이 제시한 활성화제를 이용하여 압축강도 약 45 MPa 이하의 수준에서 응력-변형률 관계를 평가하였다.
제안 방법
- 편심의 영향을 최소화하기 위하여 각 시험체의 가력면을 연마하였다. 또한 초기에 설계강도의 1/3까지 가력하면서 변위계와 전기저항 게이지로부터 기록된 값들을 비교하고 필요 시 공시체의 위치를 조절하면서 중심축하중가력을 확인하였다. 측정된 응력-변형률 관계로부터 압축강도, 탄성계수 및 최대응력 시 변형률에 대한 평균값을 산정하였다.
- 시멘트를 사용하지 않은 알칼리 활성 슬래그 콘크리트의 응력-변형률 관계를 평가하기 위한 모델을 일반화하기 위하여 기본 모델 형상 식 및 탄성계수, 최대 응력시 변형률 그리고 상승부와 하강부의 기울기를 제시하였다. 제시된 모델은 압축강도( fck)가 약 45 MPa 이하, 단위용적질량(wc)이 2,186~2,343 kg/m3범위의 콘크리트 실험 결과에 기반하여 제시됨으로서 고강도 및 경량 콘크리트에서는 수정이 요구될 수 있지만, EC 2 및 Tasnimi 제안 모델에 비해 실험 결과와 잘 일치하였다.
- 05 mm/min의 속도로 정가력하였다. 시험체의 횡변형 및 체적 변화를 평가하기 위하여 컴프레서미터에 수평방향으로 변위계를 설치하여 시험체의 직경 변화를 측정하였다.
- 동일 그림에 비교를 위해 OPC 보통 중량 콘크리트의 실험 결과를 함께 나타내었다. 콘크리트 압축 강도는 차원해석을 위해 탄성계수로 무차원하였다. 콘크리트의 ε0는 일반적으로 fck / Ec의 증가와 함께 증가하였다.
- 콘크리트의 배합 시 주요 고려사항인 물-결합재비(W /B), 단위수량(W) 및 잔골재율(S / a)을 변수로 Table 1에 나타낸바와 같이 34배합을 실험하였다. 시멘트를 사용하지 않은 AA 결합재는 두 종류를 이용하였는데, 7.
- 콘크리트의 응력-변형률 관계를 측정하기 위하여 Fig. 1에 나타낸바와 같이 φ100 × 200 mm 실린더에 5 mm 변 위계가 양쪽에 설치된 컴프레서미터와 전기저항게이지를 부착하였다.
- 편심의 영향을 최소화하기 위하여 각 시험체의 가력면을 연마하였다. 또한 초기에 설계강도의 1/3까지 가력하면서 변위계와 전기저항 게이지로부터 기록된 값들을 비교하고 필요 시 공시체의 위치를 조절하면서 중심축하중가력을 확인하였다.
대상 데이터
- 콘크리트의 배합 시 주요 고려사항인 물-결합재비(W /B), 단위수량(W) 및 잔골재율(S / a)을 변수로 Table 1에 나타낸바와 같이 34배합을 실험하였다. 시멘트를 사용하지 않은 AA 결합재는 두 종류를 이용하였는데, 7.5% Ca(OH)2+1% Na2SiO3 + 고로슬래그의 S형과 7.5% Ca(OH)2 + 2% Na2CO3 + 고로슬래그의 C형이다. Table 1에 나타낸 그룹 I 에서 W / B는 0.
- 천연모래와 최대 직경 25 mm의 부순 자갈을 잔골재와 굵은 골재로 이용하였다. 사용된 모래와 쇄석의 비중은 각각 2.
데이터처리
- 로 가정하며, A1, p 및 q는 실험 상수이다. 알칼리 활성 콘크리트에서 이들 실험 상수들을 결정하기 위하여 이 실험 결과 및 Douglas 등5)의 실험 결과를 이용하여 회귀분석을 수행하였고 그 결과를 Fig. 3에 나타내었다. 회귀분석 결과 알칼리 활성 슬래그 콘크리트의 Ec를 나타내는 식 (1)의 실험 상수 A1, p 및 q는 fck가 약 50 MPa 이하에서 각각 5190, 0.
- 또한 초기에 설계강도의 1/3까지 가력하면서 변위계와 전기저항 게이지로부터 기록된 값들을 비교하고 필요 시 공시체의 위치를 조절하면서 중심축하중가력을 확인하였다. 측정된 응력-변형률 관계로부터 압축강도, 탄성계수 및 최대응력 시 변형률에 대한 평균값을 산정하였다. 탄성계수는 원점과 최대응력의 45%를 연결하는 직선의 기울기15)로 산정하였다.
이론/모형
- 11에 나타내었다. 비교를 위해 동일 그림에 OPC 콘크리트에 대한 설계기준인 EC 2 모델 및 최근 제안된 Tasnimi 모델을 함께 나타내었다. EC 2 모델은 상승부에서 실험 결과를 다소 과대평가하며, 최대 응력 이후의 응력감소 기울기는 실험 결과에 비해 현저히 컸다.
- 이 연구의 목적은 AA 콘크리트의 응력-변형률 관계를 평가하고 실험 결과에 기반한 합리적인 모델을 제시하는 것이다. 알칼리 활성 결합재의 경제성과 적용성을 고려하여 Yang 등14)이 제시한 활성화제를 이용하여 압축강도 약 45 MPa 이하의 수준에서 응력-변형률 관계를 평가하였다.
성능/효과
- 1) 알칼리 활성 슬래그 콘크리트의 응력-변형률 관계는 OPC 콘크리트와 같이 비선형 포물선형을 나타내며, 그 형상은 압축강도( fck)에 중요한 영향을 받 았다. 한편, 응력-변형률 곡선의 상승부 및 하강부의 기울기는 사용된 알칼리 활성화제에 영향을 받지 않았다.
- 2) 알칼리 활성 슬래그 콘크리트의 탄성계수(Ec), 최대응력 시 변형률(ε0), 상승부와 하강부 기울기는 모두 fck와 wc의 함수로 간단히 제시될 수 있었다.
- 3) 제시된 응력-변형률 모델에 의한 각 시험체의 예측 값과 실험값에서 산정한 변동계수들의 평균과 표준편차는 각각 6.9%와 2.6%이었다. 제시된 모델은 알칼리 활성 슬래그 콘크리트의 응력-변형률 관계를 비교적 정확하고 합리적으로 나타내고 있다.
- EC 2 모델은 상승부에서 실험 결과를 다소 과대평가하며, 최대 응력 이후의 응력감소 기울기는 실험 결과에 비해 현저히 컸다. Tasnimi 모델에 의한 예측값은 상승부에서 실험값보다 다소 작았으며, 최대응력 이후에는 fck가 35 MPa 이상에서 실험값을 과대평가하는 경향을 보였다.
- 6%이었다. 제시된 모델은 알칼리 활성 슬래그 콘크리트의 응력-변형률 관계를 비교적 정확하고 합리적으로 나타내고 있다.
- 시멘트를 사용하지 않은 알칼리 활성 슬래그 콘크리트의 응력-변형률 관계를 평가하기 위한 모델을 일반화하기 위하여 기본 모델 형상 식 및 탄성계수, 최대 응력시 변형률 그리고 상승부와 하강부의 기울기를 제시하였다. 제시된 모델은 압축강도( fck)가 약 45 MPa 이하, 단위용적질량(wc)이 2,186~2,343 kg/m3범위의 콘크리트 실험 결과에 기반하여 제시됨으로서 고강도 및 경량 콘크리트에서는 수정이 요구될 수 있지만, EC 2 및 Tasnimi 제안 모델에 비해 실험 결과와 잘 일치하였다. 한편, 응력-변형률 곡선의 하강부에서는 압축변형률이 약 0.
- 응력초기에는 거의 선형거동을 보이지만 최대응력의 20~30%이상에서 뚜렷한 비선형 거동을 보이며 최대응력의 80~85%부터는 변형률이 급격하게 증가하였다. 최대응력시 변형률 및 최대응력 이후 감소하는 응력의 기울기는 콘크리트 강도가 높을수록 컸다. 한편, 응력-변형률 곡선의 상승부 및 하강부의 기울기는 사용된 알칼리 활성화제에 영향을 받지 않았다.
- 6에 나타내었다. 최대응력의 80~85% 시점에서 횡 변형률이 급격히 증가하며 최대응력의 약 95% 시점에서 다수의 종방향 균열들의 발생과 함께 부피 변화는 압축에서 인장으로 변하기 시작하였다. 이에 따라 종방향 변형률의 증가 기울기도 현저히 증가하였다.
- 7%이었다. 한편 이 제안 모델로부터 산정한 CoV의 평균과 표준편차는 각각 6.9%와 2.6%로서 실험 결과와 매우 잘 일치하였다.
후속연구
- 제시된 모델은 압축강도( fck)가 약 45 MPa 이하, 단위용적질량(wc)이 2,186~2,343 kg/m3범위의 콘크리트 실험 결과에 기반하여 제시됨으로서 고강도 및 경량 콘크리트에서는 수정이 요구될 수 있지만, EC 2 및 Tasnimi 제안 모델에 비해 실험 결과와 잘 일치하였다. 한편, 응력-변형률 곡선의 하강부에서는 압축변형률이 약 0.005까지만 측정되었기 때문에 그 이상의 변형률에 대해서는 추가 검증이 필요할 수도 있다. 하지만 제시된 하강 기울기는 실험 결과와 잘 일치하며, 설계기준에서도 압축변형률 0.
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