선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 연구에서는 고강도 TBM 세그먼트 개발에 횔용될 설계강도 60 MPa 강섬유보강콘크리트의 성능평가를 위하여 Model Code 2010에서 규준하고 있는 방법에 따라 휨실험을 수행하고, 휨강도 및 잔존강도, 휨인성 및 강섬유의 분산도를 평가하였다. 또한 비교를 위하여 설계강도 40 MPa의 강섬유보강콘크리트도 실험하였다.
제안 방법
- 각 배합에 대하여 굳지 않은 콘크리트의 슬럼프와 공기량을 측정하였다. 슬럼프는 설계강도 60 MPa 강섬유보강콘크리트는 40 mm, 설계강도 40 MPa 강섬유보강 콘크리트는 80 mm인 것으로 나타나 약 두 배의 차이가 발생함을 확인하였으며, 공기량의 경우에는 1.
- , 2011). 강섬유의 분산도를 평가하기 위하여 상기 휨실험 후 시험체를 파괴시까지 가력하여 시험체를 두 개로 분리하고 단면을 Fig. 4와 같이 9개의 구획으로 나누어 각 구획에 포함된 강섬유의 수를 육안 조사하였다. 파괴된 양단면에 포함된 강섬유의 수를 모두 조사하였으며, 결과를 평균하여 Table 5～Table 6에 나타내었다.
- 파괴된 양단면에 포함된 강섬유의 수를 모두 조사하였으며, 결과를 평균하여 Table 5～Table 6에 나타내었다. 강섬유의 수는 9개의 구획 안에 포함된 강섬유의 개수 평균, 표준편차 및 변동계수(Fig. 4의 [by position] 참고), 타설면으로 3개의 층으로 분리하여 강섬유의 개수 평균, 표준편차 및 변동계수(Fig. 4의 [by layer] 참고), 한 개의 시험체 내에 포함된 강섬유의 개수 평균, 표준편차 및 변동계수(Fig. 4의 [by specimen] 참고)를 조사하여 제시하였다.
- 시험체의 순수한 변형을 정확하게 측정하기 위하여 알루미늄 지그를 제작하였다. 균열개구변위(Crack Mouth Opening Displacement : CMOD) 측정을 위해서 Tokyo Sokki사의 PI-5-100 균열게이지를 사용하였으며, 노치에서 좌, 우측으로 50 mm 떨어진 위치에 fixing jig를 CN 순간접착제를 이용하여 부착 후 게이지를 설치하여 측정하였다. 실험은 CMOD값이 4 mm가 되는 시점까지 하중을 가하여 실험을 수행하였다.
- 본 연구에서는 고강도 TBM 세그먼트 개발에 횔용될 설계강도 60 MPa 강섬유보강콘크리트의 성능평가를 위하여 Model Code 2010에서 규준하고 있는 방법에 따라 휨실험을 수행하고, 휨강도 및 잔존강도, 휨인성 및 강섬유의 분산도를 평가하였다. 또한 비교를 위하여 설계강도 40 MPa의 강섬유보강콘크리트도 실험하였다. 본 실험을 통해 획득한 결론을 정리하면 다음과 같다.
- 실험방법은 유로코드 BS EN 14651 (2005)에 규정하고 있는 노치가 있는 실험체를 사용하여 실험을 수행하였으며, Model Code 2010 (2010)에 제시된 평가기준에 근거하여 평가하였다. 또한, 강섬유의 혼입상태를 판단하기 위하여 실험 후 시험체를 파괴, 절단하여 내부단면의 정밀관찰을 수행하고 강섬유의 개수를 조사하였다.
- 본 연구에서는 TBM 터널의 고강도 세그먼트에 사용될 설계강도 60 MPa의 0.5% 함유 강섬유보강 콘크리트의 휨인성 및 강섬유 분산도에 대한 평가를 수행하였다. 비교를 위하여 압축강도 40 MPa의 0.
- 시험체의 순수한 변형을 정확하게 측정하기 위하여 알루미늄 지그를 제작하였다. 균열개구변위(Crack Mouth Opening Displacement : CMOD) 측정을 위해서 Tokyo Sokki사의 PI-5-100 균열게이지를 사용하였으며, 노치에서 좌, 우측으로 50 mm 떨어진 위치에 fixing jig를 CN 순간접착제를 이용하여 부착 후 게이지를 설치하여 측정하였다.
- 2는 CMOD 변위계의 설치개념도와 사진을 나타내고 있다. 이와 같이 설치한 센서로부터 생성되는 데이터는 데이터로거(TDS-302)로 받아들여 컴퓨터를 이용하여 정리하였다.
- 타설 후 모든 시험체와 압축공시체는 증기양생실에서 양생되었으며, 18시간의 증기양생 후 즉시 3개의 압축시편에 대하여 1차 압축강도 실험을 실시하였다. 이후 모든 시험체는 증기양생실에서 꺼내어져 항온항습실에서 양생되었으며, 7일 경과 후 3개의 압축시편에 대하여 2차 압축강도 실험을 실시하였다. 압축강도 결과는 Table 2와 같다.
- 시험체 타설 중 각 배합에 대하여 150 mm×300 mm의 표준공시체를 제작하였다. 타설 후 모든 시험체와 압축공시체는 증기양생실에서 양생되었으며, 18시간의 증기양생 후 즉시 3개의 압축시편에 대하여 1차 압축강도 실험을 실시하였다. 이후 모든 시험체는 증기양생실에서 꺼내어져 항온항습실에서 양생되었으며, 7일 경과 후 3개의 압축시편에 대하여 2차 압축강도 실험을 실시하였다.
- 하중재하는 강재프레임에서 200 kN 용량의 엑츄에이터를 사용하여 3등분재하를 실시하였으며, 엑츄에이터에 설치된 로드셀을 이용하여 하중을 측정하였다. 하중재하 속도는 BS 코드에서 규정하고 있는 변위제어로 0.
대상 데이터
- 본 연구에서는 강섬유의 혼입률이 체적비에 대하여 1% 미만인 강섬유보강 콘크리트를 대상으로 하였다. ECC (Engineered Cementitious Composites)와 UHPCC(Ultra-High Performance Cementitious Composites)의 경우에는 매우 높은 압축강도를 나타내지만, 굵은 골재가 매우 작으며, 강섬유의 양이 3% Vol.
- , 2011; Barros and Antunes, 2003). 본 연구에서는 단부가 후크형태의 강섬유가 사용되었다. 형상비에 따른 성능을 비교하기 위하여 형상비 64, 67 및 80의 강섬유를 사용하였다.
- 사용되는 특수한 콘크리트서 본 연구의 범위에 해당하지 않는다. 본 연구에서는 섬유의 혼입률 0.5%를 대상으로 하였다. 현재 전술한 바와 같은 고성능 콘크리트가 아닌 일반적인 구조체에 활용되는 강섬유의 혼입량은 최대 1% 미만이며, 대부분 0.
- 5% 함유 강섬유보강 콘크리트의 휨인성 및 강섬유 분산도에 대한 평가를 수행하였다. 비교를 위하여 압축강도 40 MPa의 0.5% 함유 강섬유보강 콘크리트도 실험하였다. 실험방법은 유로코드 BS EN 14651 (2005)에 규정하고 있는 노치가 있는 실험체를 사용하여 실험을 수행하였으며, Model Code 2010 (2010)에 제시된 평가기준에 근거하여 평가하였다.
- 시험체의 제작에 사용된 콘크리트의 골재는 최대치수 20 mm, 석산에서 채취한 부순모래를 사용하였다. 시멘트는 현대시멘트의 제 1종 포틀랜드 제품을 사용하였으며, 고로슬래그 미분말은 삼표기초소재에서 생산한 제품을 사용하였다. 혼화제는 폴리카르본산계를 변형시켜 조기성능이 확보될 수 있도록 수정한 삼표준 PC 혼화재를 사용하였다.
- 시험체 타설 중 각 배합에 대하여 150 mm×300 mm의 표준공시체를 제작하였다.
- 시험체는 150 mm×150 mm×550 mm로 제작되었으며, 인장부에 폭 4 mm, 높이 25 mm의 노치를 포함하고 있다.
- 시험체의 제작에 사용된 콘크리트의 골재는 최대치수 20 mm, 석산에서 채취한 부순모래를 사용하였다. 시멘트는 현대시멘트의 제 1종 포틀랜드 제품을 사용하였으며, 고로슬래그 미분말은 삼표기초소재에서 생산한 제품을 사용하였다.
- 본 연구에서는 단부가 후크형태의 강섬유가 사용되었다. 형상비에 따른 성능을 비교하기 위하여 형상비 64, 67 및 80의 강섬유를 사용하였다. 형상비 64의 강섬유는 길이가 35 mm, 직경이 0.
- 시멘트는 현대시멘트의 제 1종 포틀랜드 제품을 사용하였으며, 고로슬래그 미분말은 삼표기초소재에서 생산한 제품을 사용하였다. 혼화제는 폴리카르본산계를 변형시켜 조기성능이 확보될 수 있도록 수정한 삼표준 PC 혼화재를 사용하였다. 상세한 강도별 콘크리트 배합표는 Table 1과 같다.
데이터처리
- 시험체는 150 mm×150 mm×550 mm로 제작되었으며, 인장부에 폭 4 mm, 높이 25 mm의 노치를 포함하고 있다. 동일한 변수에 대하여 3개의 시험체를 제작, 실험하였으며, 평균, 표준편차 및 변동계수를 제시하였다.
이론/모형
- 1 mm 이하로 발생하기 때문에 매우 정밀한 실험이 요구되는 실험이다. 본 연구에서는 BS EN 14651 (2005)에서 규준하고 있는 실험방법을 사용하였다(Fig. 1 참고). 시험체는 150 mm×150 mm×550 mm로 제작되었으며, 인장부에 폭 4 mm, 높이 25 mm의 노치를 포함하고 있다.
- 5% 함유 강섬유보강 콘크리트도 실험하였다. 실험방법은 유로코드 BS EN 14651 (2005)에 규정하고 있는 노치가 있는 실험체를 사용하여 실험을 수행하였으며, Model Code 2010 (2010)에 제시된 평가기준에 근거하여 평가하였다. 또한, 강섬유의 혼입상태를 판단하기 위하여 실험 후 시험체를 파괴, 절단하여 내부단면의 정밀관찰을 수행하고 강섬유의 개수를 조사하였다.
성능/효과
- 1. 설계강도 40 MPa의 강섬유보강 콘크리트에 비하여 설계강도 60 MPa의 강섬유보강 콘크리트의 휨강도와 CMOD 0.5 mm에 해당하는 잔존휨강도가 증가하는 것으로 나타났다. CMOD 2.
- 2. 설계강도 40 MPa의 강섬유보강 콘크리트는 모든 강섬유에 대하여 Model Code 2010에서 규정하고 있는 요구 성능을 만족하는 것으로 나타났으나, 설계강도 60 MPa의 강섬유보강 콘크리트의 경우 일부가 요구 성능을 만족하지 못하는 것으로 나타났다. 요구 성능을 만족시키지 못한 강섬유는 형상비 64인 A 타입, 형상비 67의 B 타입 강섬유인 것으로 나타났다.
- 3. 휨인성 고찰결과, 설계강도 60 MPa 강섬유보강 콘크리트의 휨인성이 설계강도 40 MPa 강섬유보강 콘크리트 보다 다소 크게 나타났다. 한편, 낮은 강도에서는 강섬유의 형상비가 커질수록 휨인성이 증가되는 경향을 나타내었으나, 높은 강도에서는 강섬유 형상비의 영향이 명확하지 않다.
- 4. 강섬유의 분산도에 대한 평가를 수행한 결과, 설계강도 40 MPa 강섬유보강 콘크리트 보다 설계강도 60 MPa 강섬유보강 콘크리트에 혼입된 강섬유가 고른 분포를 나타내는 것으로 확인되었다. 높은 변동계수의 원인은 타설면에 대하여 하부로 강섬유의 몰림이었으며, 40 MPa 강섬유보강콘크리트에서 주로 관찰되었다.
- 4(b)는 시험체의 높이별 강섬유 분포 변동계수를 나타낸다. 40 MPa 강섬유보강 콘크리트가 33%～40%로 60 MPa 강섬유보강 콘크리트 보다 큰 것으로 나타났다. 설계강도 40 MPa에서는 콘크리트 타설 방향에 대하여 하부에 많은 강섬유가 분포되어 있음을 확인할 수 있다(Table 5 참조).
- 5-2를 제외한 모든 실험체는 전형적인 연성거동을 나타내고 있다. CMOD가 0.05 mm까지 선형적인 거동을 보이다가 노치에 균열이 발생하면서 하중의 감소가 나타나지만 강섬유가 균열을 연결, 제어하면서 급격한 하중저하는 발생하지 않고 점진적이며 지속적인 하중감소를 나타냄을 확인할 수 있다. 본 휨실험방법에서는 노치를 이용하여 취약부를 도입함으로서 단일 균열을 유도한다.
- fR1과 fR3의 결과를 살펴보면, 설계강도 60 MPa 강섬유보강 콘크리트의 fR1 잔존강도가 설계강도 40 MPa 강섬유보강 콘크리트에 비하여 큰 경향을 보이는 반면, fR3는 유사한 것으로 나타났다. 이와 같은 결과는 최초 균열이후 CMOD가 0.
- 한편, Table 2에 제시된 설계강도 60 MPa 강섬유보강 콘크리트의 7일 평균압축강도는 63 MPa로 설계강도 40 MPa 강섬유보강 콘크리트 평균압축강도의 37%가 큰 것을 알 수 있다. 결과적으로 평균 압축강도의 차만큼 휨강도의 차가 발생함을 알 수 있다. Lee et al.
- 즉, 단면에서 섬유가 균일하게 분포되지 않고 한쪽에 치우쳐 있음을 의미한다. 단면내에서 강섬유의 분산도는 설계강도 60 MPa 강섬유보강 콘크리트가 변동계수 48%로 상대적으로 낮아 우수한 것으로 나타났다. Fig.
- 이는 40 MPa 강섬유보강 콘크리트의 상대적으로 높은 슬럼프로 인하여 다짐중 강섬유 하향 몰림 현상이 발생한 것으로 판단된다. 따라서 강성유 분산도 확보 측면에서는 다짐시 낮은 슬럼프가 유리한 것을 확인할 수 있었다. 그러나 낮은 슬럼프는 작업성을 저해하는 문제가 있으므로 작업성을 확보한 슬럼프 수준에서 혼화제 첨가 등의 방법을 통한 강섬유의 분산성을 확보가 필요하다.
- (2009)에 의하면, 직인장시험에서 연성거동을 나타내는 재료라 할지라도 휨시험에서는 경화거동을 나타낼 수 있으며, 이는 휨에 의한 균열의 진전이 매우 안정적일 때 발생할 수 있다고 주장하였다. 따라서 본 실험에서 B-60-0.5-2 시험체의 경화거동은 실험방법의 큰 변동성에서 그 원인을 찾을 수 있으며, BS EN 14651 (2005) 시험방법을 적용한 Prisco et al. (2012)의 실험결과에서도 모든 실험체에서 이와 같은 거동이 나타남을 확인할 수 있다.
- 그러나 설계강도 60 MPa의 경우에는 차이가 거의 없다. 따라서 본 실험의 결과에 근거할 때 강섬유의 형상비의 영향이 고강도콘크리트에서는 제한적인 것으로 판단된다.
- 따라서 고강도 콘크리트에서는 강섬유의 형상비의 영향이 중요하다는 것을 확인할 수 있으며, 큰 형상비의 섬유가 필요하다는 것을 확인하였다.
- 그러나 낮은 슬럼프는 작업성을 저해하는 문제가 있으므로 작업성을 확보한 슬럼프 수준에서 혼화제 첨가 등의 방법을 통한 강섬유의 분산성을 확보가 필요하다. 또한 강섬유분포 상태는 휨인성의 거동에도 영향을 미쳐 설계강도 60 MPa 강섬유보강콘크리트의 휨인성 거동의 변동계수가 적은 것을 확인하였다.
- 이상의 결과로부터, 배합과정에서 섬유가 뭉치는 현상만을 충분히 제거한다면 유동성이 적은 고강도 콘크리트에서의 섬유분산도가 오히려 우수할 수 있음을 알 수 있다. 또한, 본 연구에서 사용된 35 mm와 60 mm길이의 섬유중에서 길이 35 mm의 섬유를 사용하였을 때, 균일한 섬유의 분산이 가능한 것을 알수 있다.
- 슬럼프는 설계강도 60 MPa 강섬유보강콘크리트는 40 mm, 설계강도 40 MPa 강섬유보강 콘크리트는 80 mm인 것으로 나타나 약 두 배의 차이가 발생함을 확인하였으며, 공기량의 경우에는 1.5% ± 1%인 것으로 나타났다.
- 선형구간의 휨강도는 섬유의 형상비에 따른 영향보다는 콘크리트 압축강도에 영향을 크게 받는 것을 알 수 있다. 압축강도 40 MPa인 실험체의 선형구간 평균 휨강도는 5.3 MPa～5.7 MPa, 설계강도 60 MPa인 실험체의 평균 휨강도는 6.6 MPa～7.4 MPa로 30% 큰 것으로 나타났다. 한편, Table 2에 제시된 설계강도 60 MPa 강섬유보강 콘크리트의 7일 평균압축강도는 63 MPa로 설계강도 40 MPa 강섬유보강 콘크리트 평균압축강도의 37%가 큰 것을 알 수 있다.
- 설계강도 40 MPa의 강섬유보강 콘크리트는 모든 강섬유에 대하여 Model Code 2010에서 규정하고 있는 요구 성능을 만족하는 것으로 나타났으나, 설계강도 60 MPa의 강섬유보강 콘크리트의 경우 일부가 요구 성능을 만족하지 못하는 것으로 나타났다. 요구 성능을 만족시키지 못한 강섬유는 형상비 64인 A 타입, 형상비 67의 B 타입 강섬유인 것으로 나타났다. 따라서 고강도 콘크리트에서는 강섬유의 형상비의 영향이 중요하다는 것을 확인할 수 있으며, 큰 형상비의 섬유가 필요하다는 것을 확인하였다.
- 이상의 결과로부터, 배합과정에서 섬유가 뭉치는 현상만을 충분히 제거한다면 유동성이 적은 고강도 콘크리트에서의 섬유분산도가 오히려 우수할 수 있음을 알 수 있다. 또한, 본 연구에서 사용된 35 mm와 60 mm길이의 섬유중에서 길이 35 mm의 섬유를 사용하였을 때, 균일한 섬유의 분산이 가능한 것을 알수 있다.
- 제시된 결과와 같이 18시간의 증기양생후 설계강도 40 MPa 강섬유보강 콘크리트는 이미 설계강도의 90% 이상의 압축강도가 발현되었으며, 설계강도 60 MPa 강섬유보강 콘크리트의 경우에는 설계강도의 약 87%에 달하는 것을 확인하였다. 7일 재령 시에는 모두 설계강도 이상의 강도가 발현되었다.
후속연구
- 최근 콘크리트설계기준의 개정 내용에는 항복강도 400 MPa 이상의 고강도 철근을 주철근으로 사용할 수 있다는 내용을 포함하고 있다. 이와 같은 개정은 재료 및 시공기술의 개선에 근거하였으며, 각종 콘크리트 구조물의 구조최적화에 기여할 것으로 기대된다. 그러나 궁극적인 구조최적화를 위해서는 철근의 고강도화와 더불어 콘크리트의 고강도화가 필요하다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.