콘크리트내의 공극률은 콘크리트 구조물의 내구적인 특성과 밀접한 관련성이 있다. 특히, 콘크리트 시공시 가수된 물은 콘크리트의 비빔과 작업성에 일시적으로 도움이 되지만, 이러한 가수는 콘크리트의 공극을 증가하게 하며, 이는 콘크리트 구조물의 내구적인 성능저하를 야기하게 된다. 본 연구에서는 물시멘트비 0.45의 시멘트 모르타르에 대하여, 단위수량을 증가시켜 물멘트비를 0.45에서 0.60으로 증가시키면서 내구성능을 평가하였다. 즉, 각 물시멘트별로 소정의 재령까지 양생한 시험체에 대하여 강도, 염화물 확산, 투기성, 포화도 및 수분 확산계수 등의 다양한 내구성 실험을 수행하였으며, 이러한 실험결과들은 변화하는 공극률과 함께 분석되었다. 또한 내구성능의 변화 비율 및 그 패턴은 공극분포, 공극률, 그리고 단위수량을 고려하여 정량적으로 평가되었다.
콘크리트내의 공극률은 콘크리트 구조물의 내구적인 특성과 밀접한 관련성이 있다. 특히, 콘크리트 시공시 가수된 물은 콘크리트의 비빔과 작업성에 일시적으로 도움이 되지만, 이러한 가수는 콘크리트의 공극을 증가하게 하며, 이는 콘크리트 구조물의 내구적인 성능저하를 야기하게 된다. 본 연구에서는 물시멘트비 0.45의 시멘트 모르타르에 대하여, 단위수량을 증가시켜 물멘트비를 0.45에서 0.60으로 증가시키면서 내구성능을 평가하였다. 즉, 각 물시멘트별로 소정의 재령까지 양생한 시험체에 대하여 강도, 염화물 확산, 투기성, 포화도 및 수분 확산계수 등의 다양한 내구성 실험을 수행하였으며, 이러한 실험결과들은 변화하는 공극률과 함께 분석되었다. 또한 내구성능의 변화 비율 및 그 패턴은 공극분포, 공극률, 그리고 단위수량을 고려하여 정량적으로 평가되었다.
Porosity in concrete has close relationship with durability characteristics. Additionally mixed water can help easy mixing and workability but causes increased porosity, which yields degradation of durability performance. In this paper, cement mortar samples with 0.45 of w/c (water to cement ratio) ...
Porosity in concrete has close relationship with durability characteristics. Additionally mixed water can help easy mixing and workability but causes increased porosity, which yields degradation of durability performance. In this paper, cement mortar samples with 0.45 of w/c (water to cement ratio) are prepared and durability performances are evaluated with additional water from 0.45 to 0.60 of w/c. Various durability tests including strength, chloride diffusion, air permeability, saturation, and moisture diffusion are performed. Then they are analyzed with changing porosity. Changing ratios and the patterns of durability performance are quantitatively evaluated considering pore size distribution, total porosity, and additional water content.
Porosity in concrete has close relationship with durability characteristics. Additionally mixed water can help easy mixing and workability but causes increased porosity, which yields degradation of durability performance. In this paper, cement mortar samples with 0.45 of w/c (water to cement ratio) are prepared and durability performances are evaluated with additional water from 0.45 to 0.60 of w/c. Various durability tests including strength, chloride diffusion, air permeability, saturation, and moisture diffusion are performed. Then they are analyzed with changing porosity. Changing ratios and the patterns of durability performance are quantitatively evaluated considering pore size distribution, total porosity, and additional water content.
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문제 정의
물시멘트비와 내구성능과의 관련성은 설계상 실용성이 있으나, 실제적인 물리적인 특성을 고려하지 못하므로 본 논문에서는 공극률을 이용하여 시멘트 경화체의 내구특성을 분석하였다. MIP를 통하여 측정된 공극률과 내구성능은 모두 물시멘트비 0.
가설 설정
9(b) 및 Table 5에 결정계수(R2)와 함께 나타내었다. 공극률에 대한 회귀분석은 영역에 따라 비선형적인 분석이 가능하지만, 본 연구에서는 물시멘트비의 변화에 따라 선형으로 가정하여 분석을 수행하였다. 결정계수가 낮은 영역 (0.
시멘트 경화체의 투기성과 수분발산량은 공극률의 증가에 따라 비선형적으로 감소하여 공극률 제곱근에 비례하는 함수로 가정하였다. 또한 흡수율 및 수분 확산계수는 비선형적으로 증가하였는데, 이를 고려하기 위하여 공극률의 제곱에 비례하는 함수를 가정하였다.
0)으로 정규화된 공극률의 변화에 큰 영향을 받지 않았다. 시멘트 경화체의 투기성과 수분발산량은 공극률의 증가에 따라 비선형적으로 감소하여 공극률 제곱근에 비례하는 함수로 가정하였다. 또한 흡수율 및 수분 확산계수는 비선형적으로 증가하였는데, 이를 고려하기 위하여 공극률의 제곱에 비례하는 함수를 가정하였다.
제안 방법
(3) 0.01~0.1μm의 영역에서 변화하는 공극률과 내구 성능 실험결과를 분석하여, 내구성능의 변화 기울기를 평가하였다.
Fig. 1에서는 공극률 및 공극구조를 나타내었는데, 측정된 공극크기 변화를 분석하기 위하여, Fig. 8에 나타낸 바와 같이 공극구조를 다섯 개의 구역으로 나누어 평가하였다. 모세관공극은 물질이동과 매우 큰 관련성을 가지고 있는데, 일반적으로 10-8 ~10-4m의 크기를 가지며, MIP 측정결과는 이 범위를 포함하고 있다.
실험에 있어서 굵은 골재의 영향을 받지 않도록 MIP 측정용으로 OPC 모르타르 시편을 제작하였다. W/C(물-시멘트비)는 45%를 기준으로 하였으며, 단위수량은 25리터 기준으로 0.42kg, 0.85kg, 1.27kg씩 증가시켰다. 골재는 표면건조 내부포화상태의 잔골재를 사용하였으며, 최종적으로 물시멘트비는 0.
또한 증가하는 공극률이 내구성능에 미치는 영향을 분석하기 위하여 특정 영역의 평균화된 공극률을 선정한 후각각의 정규화된 내구성능결과 과 비교하였다. Table 5에 나타낸 0.
본 논문에서는 동일한 양생조건 및 노출조건에 있어서 MIP(Mercury Intrusion Porosimetry)를 통하여 콘크리트의 공극률을 평가하였으며, 단위수량을 증가시키면서 공극률의 변화에 대하여 재령 91일을 기준으로 실험을 수행하였다. 또한 콘크리트의 강도, 염화물, 투기/투수, 포화도, 수분확산계수와 같은 다양한 내구성 실험이 수행되었으며, 단위수량의 증가에 따른 공극률의 변화와 이에 따른 내구성능의 변화에 대하여 정량적으로 평가하였다.
본 논문에서는 동일한 양생조건 및 노출조건에 있어서 MIP(Mercury Intrusion Porosimetry)를 통하여 콘크리트의 공극률을 평가하였으며, 단위수량을 증가시키면서 공극률의 변화에 대하여 재령 91일을 기준으로 실험을 수행하였다. 또한 콘크리트의 강도, 염화물, 투기/투수, 포화도, 수분확산계수와 같은 다양한 내구성 실험이 수행되었으며, 단위수량의 증가에 따른 공극률의 변화와 이에 따른 내구성능의 변화에 대하여 정량적으로 평가하였다.
시멘트 모르타르의 자유수는 공극에만 존재하게 되므로 공극률은 수분의 발산량과 밀접한 관계가 있다. 본 실험을 위하여 5cm의 정육각형 몰드가 사용되었으며, 재령 91일 경과 후 일주일을 침지하여 수분발산을 측정하였다. 10일 동안, 실내조건 (온도 20℃ and 상대습도 55%)에 존치된 모르타르의 중량이 측정되었다.
실험에 있어서 굵은 골재의 영향을 받지 않도록 MIP 측정용으로 OPC 모르타르 시편을 제작하였다. W/C(물-시멘트비)는 45%를 기준으로 하였으며, 단위수량은 25리터 기준으로 0.
즉 0.01~0.1μm의 공극률 평균값의 변화에 따른 내구성 능의 변화를 고찰하였다.
초기재령 상태에서는 수화반응에 따라 공극률이 상대적으로 빠르게 감소하므로 수화가 상당히 진행된 91일 동안 수중 침지된 시편을 대상으로 MIP 및 내구성능실험도 등을 수행하였다.
대상 데이터
27kg씩 증가시켰다. 골재는 표면건조 내부포화상태의 잔골재를 사용하였으며, 최종적으로 물시멘트비는 0.45, 0.50, 0.55 및 0.60 수준이었다. 본 실험에 사용된 각 재료의 배합량을 Table 1, 시멘트 및 잔골재의 특성을 Table 2에 나타내었다.
본 실험에서 시멘트 모르타르는 91일 수중양생 후, 아세톤에 침지하여 수화반응을 중지시켰으며, 105℃에서 24시간 건조한 후 실험에 사용되었다. 각 실험에 대하여 3배수의 시편을 측정하여 그 평균값을 사용하였다.
현재까지 투기성의 측정방법에 대한 명확한 국제기준은 없는 상태이며, 다양한 방법들이 Darcy의 법칙에 근거하여 제안되고 있다. 본 실험에서는 두께 3cm의 디스크 시편을 사용하였으며, 저면으로부터 0.2MPa의 압력을 받도록 설치하였다. 투기성 시험은 재령 91일의 디스크 시편을 대상으로 실시하였으며, 시편을 통과한 공기의 체적이 시간에 따라 측정되었다.
염화물 확산계수는 정량적인 염화물 거동을 평가하고 내구수명을 예측하는데 필수적인 변수이다. 염화물 확산계수는 NT BUILD 492에 근거, 재령 91일 시편에 대하여 실험을 수행하였다. Table 3은 실험조건을 나타낸 것으로, 질산은용액(0.
2MPa의 압력을 받도록 설치하였다. 투기성 시험은 재령 91일의 디스크 시편을 대상으로 실시하였으며, 시편을 통과한 공기의 체적이 시간에 따라 측정되었다. 시편의 투기성은 식 (2)에 나타낸 식에 의하여 구하였다.
데이터처리
본 실험에서 시멘트 모르타르는 91일 수중양생 후, 아세톤에 침지하여 수화반응을 중지시켰으며, 105℃에서 24시간 건조한 후 실험에 사용되었다. 각 실험에 대하여 3배수의 시편을 측정하여 그 평균값을 사용하였다. 압축강도 실험은 원주형 몰드(φ10×20cm)를 이용하여, JIS A 1108에 준하여 실시하였다.
회귀분석은 실험결과의 형태를 이상적으로 구현할 수 있는 함수를 선정하였는데, 강도, 염화물확산계수 및 물시멘트비(또는 단위수량)은 선형관계로 회귀분석을 수행 하였다. 포화도는 고정값(1.
이론/모형
압축강도 실험은 원주형 몰드(φ10×20cm)를 이용하여, JIS A 1108에 준하여 실시하였다.
5), C0는 표면수분량 (kg/m3), L은 시편의 길이(m), Dm은 수분확산계수 (m2 /h)를 나타낸다. 재령 91일의 흡수율은 KS F 2609에 따라 구하였으며, 그 결과에 따라 수분확산계수를 도출하였다.
성능/효과
(1) 물시멘트비가 0.45에서 0.60으로 1.33배 증가할 때의 내구성능 및 공극률 변화를 분석한 결과, 수분발산의 증가비는 1.39배, 공극률의 증가비는 1.50배, 염화물 확산계수의 증가비는 1.57배, 투기성의 증가비는 1.92배, 흡수율의 증가비는 2.59 배, 수분확산계수의 증가비는 2.66배로 증가하였다. 반면에 강도에서는 75.
(2) 공극률의 변화에 따라 강도, 염화물 확산계수, 물시멘트비(단위수량)에서는 선형적인 관계인 것으로 분석되었다. 또한 투기성 및 수분발산량은 공극률의 제곱근에 비례하는 관계가 있는 것으로 평가되었으며, 흡수율 및 수분확산계수는 공극률의 제곱에 비례하여 매우 빠르게 증가하는 상관성이 있는 것으로 평가되었다.
물시멘트비와 내구성능과의 관련성은 설계상 실용성이 있으나, 실제적인 물리적인 특성을 고려하지 못하므로 본 논문에서는 공극률을 이용하여 시멘트 경화체의 내구특성을 분석하였다. MIP를 통하여 측정된 공극률과 내구성능은 모두 물시멘트비 0.45를 기준으로 정규화되었다. 그 결과는 Fig.
66배로 증가하였다. 결과적으로 물시멘트비가 증가 할수록 수분확산계수는 증가하고 있는 것으로 나타났는데, 이는 공극률이 높은 시험체가 큰 흡착성을 갖기 때문인 것으로 판단된다.
1μ m)에서는 물시멘트비가 증가함에 따라 상대적으로 높은 공극률 증가비를 나타내고 있다. 또한 더 작은 공극들이 시멘트 수화에 의하여 쉽게 채워지고 있으므로, 공극이 작은 2개의 그룹에서 높은 공극변화 구배가 나타났다.
6% 수준으로 감소하였다. 또한 동일한 단위 시멘트량에 있어서, 단위수량을 33% 추가함으로써 압축강도가 상당히 감소하고 있음을 알 수 있었다.
(2) 공극률의 변화에 따라 강도, 염화물 확산계수, 물시멘트비(단위수량)에서는 선형적인 관계인 것으로 분석되었다. 또한 투기성 및 수분발산량은 공극률의 제곱근에 비례하는 관계가 있는 것으로 평가되었으며, 흡수율 및 수분확산계수는 공극률의 제곱에 비례하여 매우 빠르게 증가하는 상관성이 있는 것으로 평가되었다.
0이상으로 높게 평가되었다. 또한 포화상태를 가정하는 실험, 즉 수분발산 및 염화물 확산에서는 기울기가 0.70, 0.52로 평가되어 상대적으로 낮은 기울기를 갖는 것으로 나타났다.
2는 물시멘트비 증가에 따른 강도 및 공극률의 변화를 나타낸 것이다. 물시멘트비가 0.45에서 0.60으로 증가할 때, 공극률은 1.5배 증가하였으며, 압축강도는 75.6% 수준으로 감소하였다. 또한 동일한 단위 시멘트량에 있어서, 단위수량을 33% 추가함으로써 압축강도가 상당히 감소하고 있음을 알 수 있었다.
1μm의 영역에서 변화하는 공극률과 내구 성능 실험결과를 분석하여, 내구성능의 변화 기울기를 평가하였다. 부분포화상태에서 물질이동을 포함하는 실험(수분확산, 흡수율, 투기성)에서 변화하는 기울기가 1.0이상으로 높게 평가되었다. 또한 포화상태를 가정하는 실험, 즉 수분발산 및 염화물 확산에서는 기울기가 0.
3은 공극률과 확산계수의 변화를 나타낸 것이다. 시멘트 경화체 내부의 공극은 이온의 보유고 뿐 아니라 이동통로가 되므로 염화물 확산계수는 공극구조에 의존하게 되며, 본 연구에 있어서도 물시멘트비가 증가할수록 염화물 확산계수는 선형적으로 증가하였으며, 약 1.57배의 증가율을 나타내었다.
38을 나타내고 있다. 염화물 확산계수나 수분손실의 경우는 포화상태에서 실험이 수행되므로 기울기는 상대적으로 작은 0.70과 0.53으로 평가되었다. 강도 및 포화도에서는 0.
회귀분석 결과, 수분확산계수, 흡수율 및 투기성 등이 공극률의 변화에 가장 크게 영향을 받고 있음을 알 수 있다. 이는 공기 및 물의 이동이 초기에는 부분 포화된 상태에서 빠르게 시작하기 때문이다.
후속연구
또한 탄산화의 경우, 탄산화 진행 중 CaCO3 생성에 따라 공극률이 감소하게 된다. 그러나 동일한 양생 및 노출조건을 가진 OPC(Ordinary Portland Cement)로 제조된 콘크리트로 실험을 제한할 경우, 정량적인 내구특성의 분석이 가능할 것으로 판단된다.
특히 흡수율 및 수분확산계수는 공극률이 어느 정도 증가하면 수렴할 것으로 예상되므로 추가적인 실험을 통하여 흡수율 및 수분확산계수가 일정해지는 한계 공극상태를 도출할 필요가 있다고 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
콘크리트의 침투 및 확산은 공극률을 기본으로 하여 많은 연구가 이루어져 온 이유는?
콘크리트는 다공성 재료로서 투수 또는 투기와 같은 성질을 가지고 있으며, 콘크리트의 이러한 특징은 강도 뿐 아니라, 내구성능에 큰 영향을 미치게 된다. 일반적으로 철근부식을 야기하는 유해물질 (염화물 이온, 이산화탄소)은 공극 또는 공극구조를 통하여 침투하게 된다. 그러므로 콘크리트의 침투 및 확산은 공극률을 기본으로 하여 많은 연구가 이루어져 왔다.
콘크리트내의 공극률은 무엇과 관련이 있는가?
콘크리트내의 공극률은 콘크리트 구조물의 내구적인 특성과 밀접한 관련성이 있다. 특히, 콘크리트 시공시 가수된 물은 콘크리트의 비빔과 작업성에 일시적으로 도움이 되지만, 이러한 가수는 콘크리트의 공극을 증가하게 하며, 이는 콘크리트 구조물의 내구적인 성능저하를 야기하게 된다.
콘크리트 시공시 가수된 물은 무엇을 야기하는가?
콘크리트내의 공극률은 콘크리트 구조물의 내구적인 특성과 밀접한 관련성이 있다. 특히, 콘크리트 시공시 가수된 물은 콘크리트의 비빔과 작업성에 일시적으로 도움이 되지만, 이러한 가수는 콘크리트의 공극을 증가하게 하며, 이는 콘크리트 구조물의 내구적인 성능저하를 야기하게 된다. 본 연구에서는 물시멘트비 0.
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