촉진 염화물 확산계수는 최근들어 염화물 거동 평가를 위하여 많이 사용되고 있다. 촉진 염화물 확산계수는 겉보기 확산계수와 마찬가지로 재령에 따라 감소하는데, 이 연구에서는 공극률을 이용하여 촉진확산계수의 감소를 구현하였다. DUCOM 프로그램을 이용하여 15 배합에 대한 공극률을 도출하였으며, 이를 회귀분석하여 재령 270일 동안 감소하는 염화물 확산계수를 모델링하였다. 또한 자유염화물과 구속염화물간의 관계인 비선형 구속능을 고려하여, 고성능 콘크리트내의 염화물 거동을 평가하였다. 기존의 실험자료인 180일간 염화물에 침지되어 있는 시편을 이용하여, 이 연구에서 제안한 기법의 검증을 수행하였다. 제안된 기법은 다양한 물-시멘트비 및 혼화재(고로슬래그 미분말 및 플라이애쉬)를 가진 고성능 콘크리트의 염화물 거동을 적절하게 평가하였다. 또한 혼화재료를 사용한 콘크리트의 경우, 확산계수의 시간의존성이 뚜렷하므로 염화물 거동 해석시 재령에 따른 염화물 확산계수의 감소를 반드시 구현해야 함을 알 수 있었다.
촉진 염화물 확산계수는 최근들어 염화물 거동 평가를 위하여 많이 사용되고 있다. 촉진 염화물 확산계수는 겉보기 확산계수와 마찬가지로 재령에 따라 감소하는데, 이 연구에서는 공극률을 이용하여 촉진확산계수의 감소를 구현하였다. DUCOM 프로그램을 이용하여 15 배합에 대한 공극률을 도출하였으며, 이를 회귀분석하여 재령 270일 동안 감소하는 염화물 확산계수를 모델링하였다. 또한 자유염화물과 구속염화물간의 관계인 비선형 구속능을 고려하여, 고성능 콘크리트내의 염화물 거동을 평가하였다. 기존의 실험자료인 180일간 염화물에 침지되어 있는 시편을 이용하여, 이 연구에서 제안한 기법의 검증을 수행하였다. 제안된 기법은 다양한 물-시멘트비 및 혼화재(고로슬래그 미분말 및 플라이애쉬)를 가진 고성능 콘크리트의 염화물 거동을 적절하게 평가하였다. 또한 혼화재료를 사용한 콘크리트의 경우, 확산계수의 시간의존성이 뚜렷하므로 염화물 거동 해석시 재령에 따른 염화물 확산계수의 감소를 반드시 구현해야 함을 알 수 있었다.
Recently, accelerated chloride diffusion coefficients are used for an evaluation of chloride behavior. Similar as apparent diffusion coefficients, accelerated diffusion coefficients decrease with time. In this study, decrease in diffusion coefficient with time is simulated with porosity. Utilizing D...
Recently, accelerated chloride diffusion coefficients are used for an evaluation of chloride behavior. Similar as apparent diffusion coefficients, accelerated diffusion coefficients decrease with time. In this study, decrease in diffusion coefficient with time is simulated with porosity. Utilizing DUCOM-program, porosities from 15 mix proportions are obtained and diffusion coefficients are modelled with regression analysis of porosity for 270 days. Considering non-linear binding capacity which means the relation between free and bound chloride ion, chloride behavior in high performance concrete is evaluated. Through utilizing the previous test results for concrete under chlorides for 180 days, the applicability of the proposed technique is verified. The proposed technique is evaluated to reasonably predict the chloride behavior in concrete with various w/c (water to cement) ratios and mineral admixtures (GGBFS and FA). It is also shown that decrease in chloride diffusion should be considered for chloride prediction in concrete with mineral admixture since it has very clear decrease in diffusivity with time.
Recently, accelerated chloride diffusion coefficients are used for an evaluation of chloride behavior. Similar as apparent diffusion coefficients, accelerated diffusion coefficients decrease with time. In this study, decrease in diffusion coefficient with time is simulated with porosity. Utilizing DUCOM-program, porosities from 15 mix proportions are obtained and diffusion coefficients are modelled with regression analysis of porosity for 270 days. Considering non-linear binding capacity which means the relation between free and bound chloride ion, chloride behavior in high performance concrete is evaluated. Through utilizing the previous test results for concrete under chlorides for 180 days, the applicability of the proposed technique is verified. The proposed technique is evaluated to reasonably predict the chloride behavior in concrete with various w/c (water to cement) ratios and mineral admixtures (GGBFS and FA). It is also shown that decrease in chloride diffusion should be considered for chloride prediction in concrete with mineral admixture since it has very clear decrease in diffusivity with time.
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문제 정의
이 연구는 시간의존성을 가지는 촉진염화물 확산계수를 간단하게 공극률의 함수로 구현하여 염화물 침투를 해석할 수 있는 기법을 개발하는 것이다. 이를 위해 28일에서 270일 동안 수중양생된 고성능 콘크리트(HPC: high performance concrete) 시편을 대상으로 Tang’s Method로 알려진 비정상상태 촉진확산계수에 대한 실험 결과를 이용하였다.
가설 설정
여기서, b와 f는 GGBFS 및 FA의 중량치환율(%)을 나타내고 있다. 이 연구에서는 고정염화물이 과다하게 평가 되었다고 판단하여 A를 0.6으로 가정하였다. Fig.
제안 방법
13) 실험적으로 각 배합 및 재령의 공극률을 도출할 수 없으므로 DUCOM 프로그램을10,14) 활용하여 각 배합 및 재령별 공극률을 도출하였으며, 확산계수를 간단한 실험상수와 공극률의 함수로 모델링하였다. 또한 고로슬래그미분말(GGBFS: ground granulated blast furnace slag)과 플라이애쉬(FA: fly ash)를 사용한 고성능 콘크리트의 고정화율을 개선하고, 최종적으로 확산계수 모델링과 통합하여 염화물 침투를 예측할 수 있는 해석기법을 제시하였다.
1) 시간에 대한 회귀분석이 아닌 공극률의 감소를 고려하여 촉진확산계수의 재령에 따른 감소를 구현하였으며, 실험상수를 도입하여 염화물 확산계수 모델링을 수행하였다. 또한 염화물의 비선형 구속능을 고려한 자유염화물과 고정염화물의 상평형 관계 식을 이용하여 고성능 콘크리트의 염화물 거동을 해석할 수 있는 기법을 제안하였다.
이 연구에서는 공극률의 감소를 이용하여 확산계수 모델링을 수행하였으며, 수정된 염화물 상평형을 염화물 침투해석기법을 제안하였다. 그러나 GGBFS의 치환률 범위가 0~30%, FA의 치환률 범위가 0~30%이며, 촉진염화물 확산계수의 재령범위가 270일까지 제한되었다.
이 연구는 시간의존성을 가지는 촉진염화물 확산계수를 간단하게 공극률의 함수로 구현하여 염화물 침투를 해석할 수 있는 기법을 개발하는 것이다. 이를 위해 28일에서 270일 동안 수중양생된 고성능 콘크리트(HPC: high performance concrete) 시편을 대상으로 Tang’s Method로 알려진 비정상상태 촉진확산계수에 대한 실험 결과를 이용하였다.13) 실험적으로 각 배합 및 재령의 공극률을 도출할 수 없으므로 DUCOM 프로그램을10,14) 활용하여 각 배합 및 재령별 공극률을 도출하였으며, 확산계수를 간단한 실험상수와 공극률의 함수로 모델링하였다. 또한 고로슬래그미분말(GGBFS: ground granulated blast furnace slag)과 플라이애쉬(FA: fly ash)를 사용한 고성능 콘크리트의 고정화율을 개선하고, 최종적으로 확산계수 모델링과 통합하여 염화물 침투를 예측할 수 있는 해석기법을 제시하였다.
대상 데이터
해석에 이용한 실험자료에서는17,18) 수중양생을 거친 시편에 대하여 재령 28일, 91일, 180일, 270일에 걸쳐 염화물 촉진실험이 수행되었다. 식 (3)은 공극구조에 기반한 확산계수의 변화를 나타내고 있으나, Ω(조도계수) 및δ(굴곡계수)를 도출하여 적용하기에는 많은 제한사항이 있다.
이론/모형
기존의 실험에서는18) Tang’s Method를 사용하여 비정상 상태의 확산계수를 도출하였다. 식 (6) 및 (7)은 확산 계수 도출식을 나타내고 있으며, Table 1에서는 실험조건을 나타내고 있다.
염화물 이온의 침투해석을 위해서, DUCOM 프로그램의 연성해석을 이용하였다. 먼저 다상복합수화발열 모델 (MCHHM: multi-component hydration model)에 따른 발열량, 수화도, 수화물 형성이 선행되고 이 모델로부터 구한 수화도 및 화학적 결합수량으로 공극구조형성모델(MPSFM: micro pore structure formation model)이 계산된다.
유한요소법을 이용해서 식 (15)의 편미분 지배방정식을 풀 때에 공간에 대한 이산화로는 갤러킨법(Galerkin method) 을 사용하였다. 시간미분항을 가지고 있으므로 시간에 관한 이산화를 포함한 전체 유한요소식은 변수 Θ 에 대해식 (16)과 같이 나타낼 수 있다.
성능/효과
1) 시간에 대한 회귀분석이 아닌 공극률의 감소를 고려하여 촉진확산계수의 재령에 따른 감소를 구현하였으며, 실험상수를 도입하여 염화물 확산계수 모델링을 수행하였다. 또한 염화물의 비선형 구속능을 고려한 자유염화물과 고정염화물의 상평형 관계 식을 이용하여 고성능 콘크리트의 염화물 거동을 해석할 수 있는 기법을 제안하였다.
2) 제안된 기법은 180일간 NaCl 3.5%에 존치된 기존의 실험자료를 이용하여 검증을 수행하였는데, 혼화재 량의 증가 및 물-결합재비의 감소에 따른 염화물 침투 저감성을 잘 구현하고 있었다.
3) 고로슬래그 미분말이나 플라이애쉬를 사용한 고성능 콘크리트에서는 확산계수의 시간의존성이 크게 발생하므로 합리적인 해석을 위하여 확산계수의 시간에 따른 감소를 고려한 해석이 필요함을 알 수 있다.
후속연구
그러나 GGBFS의 치환률 범위가 0~30%, FA의 치환률 범위가 0~30%이며, 촉진염화물 확산계수의 재령범위가 270일까지 제한되었다. 양생기간을 증가시켜 더 넓은 확산계수의 재령영향을 고려할 필요가 있으며, 치환률 범위도 증가시켜 이에 따른 염화물 구속 및 확산계수의 변화를 연구할 필요가 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
염해에 노출된 RC(reinforced concrete) 구조물의 문제점은?
콘크리트 구조물은 내구적이며 경제적인 구조물이지만, 염해에 노출된 RC(reinforced concrete) 구조물은 매립된 철근이 부식함에 따라 내구성 및 안전성에 문제가 발생한다.1,2) 콘크리트내의 염화물 침투를 평가하기 위해서 많은 연구가 수행되고 있는데, 해석적인 관점에서는 크게 두 가지로 분류할 수 있다.
촉진염화물 확산계수는 무엇을 나타내는가?
3,4) 다만 수중 침지조건과 같은 정상상태의 경우에 국한하여 사용되므로 적용성에 제한을 갖기도 한다.5) 촉진염화물 확산계수는 전기장 내에서의 자유염화물 이온 속도를 나타내므로 실험이 비교적 간편하고 시간이 적게 걸리지만, 염화물 침투 해석을 하기 위해서는 자유염화물과 고정염화물의 상평형이 고려되어야 한다.6,7) 또한 최근 들어 포화도, 공극률 같은 초기재령 콘크리트 거동이 포함되면서 연성해석 프레임을 구축해야하는 어려움을 가지고 있다.
콘크리트내의 염화물 침투평가를 해석적 관점에서 두 가지로 분류하시오.
1,2) 콘크리트내의 염화물 침투를 평가하기 위해서 많은 연구가 수행되고 있는데, 해석적인 관점에서는 크게 두 가지로 분류할 수 있다. 하나는 장기간의 침지를 통하여 도출된 겉보기 확산계수를 이용하는 방법이고 나머지는 전기장내의 염화물 이온 속도로부터 도출되는 촉진염화물 확산계수를 이용하는 방법이다. 전자의 경우, 실질적인 염화물량을 직접적으로 연구자들에게 제공할 수 있고 간단한 Fick의 법칙을 적용하므로 많이 사용되고 있다.
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