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문제 정의
- , 2001). 본 연구는 CSA (Calcium sulfoaluminate) 팽창재 및 강섬유의 혼입유무에 따른 콘크리트의 역학적 특성과 노치 (Notch)를 준 콘크리트 보시편에 대한 균열저항성능 및 파괴특성을 분석하도록 한다.
- 본 절에서는 2절에서 언급한 강섬유 혼입유무에 따른 CSA 콘크리트 및 보통 콘크리트의 균열진전특성 및 파괴에너지를 평가하도록 한다. Fig.
제안 방법
- 4로 하였으며, 팽창재 혼입량은 시멘트 중량의 10%를 치환하였다. 강섬유는 전체 체적의 1%와 2%를 혼입하였으며 섬유의 뭉침 현상을 방지하기 위해 멜라닌계 유동화제를 시멘트 중량의 0.15% 첨가하여 시편을 제조하였다. Table 1에서는 콘크리트 배합표를 나타내고 있으며, Table 2 및 Table 3에서는 CSA 팽창재의 화학성분과 강섬유의 물리적 특성을 나타내었다.
- 객관적인 연성효과 증진을 평가하기 위해, 3개 보시편에 대한 초기 균열하중을 비교하였다. Table 6에서는 각 경우에 대한 초기균열하중의 크기를 나타내었으며, 그 평균값을 Fig.
- 본 절에서는 강섬유 CSA 콘크리트의 기본물성시험과 균열저항성 평가에 대한 시험항목을 요약하였다. 기본물성시험에서는 자유팽창률, 압축강도, 쪼갬인장강도, 탄성계수, 포아송비 등이 측정되었다. 또한 강섬유 CSA 콘크리트의 파괴특성을 분석하기 위하여 초기 균열하중 및 노치를 가진 휨부재의 파괴에너지가 평가되었다.
- 4와 같이 JCI TC-992에서 제안한 방법에 의거하여 파괴 시험을 수행하였다. 노치를 준 보부재에 대해서 3점 휨 시험을 수행하였으며 하중 재하 단계에 따라 클립게이지를 이용하여 균열개구변위 (CMOD: Crack Mouth Opening Displacement)를 측정하였다. 또한 섬유보강이 이루어진 경우에는 변형량이 커지기 때문에 클립게이지 만으로는 그 측정이 곤란하여 LVDT를 통해 처짐도 같이 측정하였다.
- 기본물성시험에서는 자유팽창률, 압축강도, 쪼갬인장강도, 탄성계수, 포아송비 등이 측정되었다. 또한 강섬유 CSA 콘크리트의 파괴특성을 분석하기 위하여 초기 균열하중 및 노치를 가진 휨부재의 파괴에너지가 평가되었다.
- 노치를 준 보부재에 대해서 3점 휨 시험을 수행하였으며 하중 재하 단계에 따라 클립게이지를 이용하여 균열개구변위 (CMOD: Crack Mouth Opening Displacement)를 측정하였다. 또한 섬유보강이 이루어진 경우에는 변형량이 커지기 때문에 클립게이지 만으로는 그 측정이 곤란하여 LVDT를 통해 처짐도 같이 측정하였다. 재하 속도는 안정적인 파괴를 유도하기 위해 하중점의 처짐 속도가 0.
- 또한 본 연구에서는 습윤양생을 수행하였는데, 기건양생보다는 충분한 수분공급을 통하여 CSA 팽창재의 팽창효과가 증가되고 이로 인해 화학적 프리스트레싱이 커질 것으로 예상된다. 만일 수중양생을 수행하였다면, 팽창률은 더욱 증가하고 이로 인해 강도 및 탄성계수도 증가할 것으로 예상되지만, 강섬유의 부식우려가 있으므로 본 연구에서는 습윤양생을 수행하였다.
- 재령 2일에 탈형을 하였으며, 20±2℃의 양생온도를 유지하면서 내부에 매립된 게이지를 이용하여 자유팽창률을 측정하였다. 바닥면은 비닐을 깔아 구속이 없도록 하였고 각 시편은 습윤포로 덮여져서 충분한 수분공급을 위한 습윤양생을 수행하였다.
- 본 실험에서는 물-바인더비를 0.4로 하였으며, 팽창재 혼입량은 시멘트 중량의 10%를 치환하였다. 강섬유는 전체 체적의 1%와 2%를 혼입하였으며 섬유의 뭉침 현상을 방지하기 위해 멜라닌계 유동화제를 시멘트 중량의 0.
- 본 절에서는 강섬유 CSA 콘크리트의 기본물성시험과 균열저항성 평가에 대한 시험항목을 요약하였다. 기본물성시험에서는 자유팽창률, 압축강도, 쪼갬인장강도, 탄성계수, 포아송비 등이 측정되었다.
- 는 파단시의 균열개구변위 (mm)를 나타낸다. 부재의 높이를 D라고 할 때 0.02D, 0.04D, 그리고 최종 파단시에 해당하는 파괴에너지를 산출하였다.
- 시험 직전까지 양생온도를 20±2℃의 양생온도를 유지하여 습윤양생을 수행하였다.
- 재령 2일에 탈형을 하였으며, 20±2℃의 양생온도를 유지하면서 내부에 매립된 게이지를 이용하여 자유팽창률을 측정하였다.
- 재령 2일째에 탈형하였는데 양생온도는 20±2℃를 유지시키면서 재령 28일까지 습윤양생 후 시험을 수행하였다.
- 또한 섬유보강이 이루어진 경우에는 변형량이 커지기 때문에 클립게이지 만으로는 그 측정이 곤란하여 LVDT를 통해 처짐도 같이 측정하였다. 재하 속도는 안정적인 파괴를 유도하기 위해 하중점의 처짐 속도가 0.001mm/min가 되도록 제어하였으며, 하중-CMOD 관계를 통해 파괴에너지를 도출하였다.
대상 데이터
- 시편의 제원은 100×100×400mm으며 지간은 300mm로 하였고, 노치 깊이는 시편 높이의 1/4인 25mm로 하였다. 강섬유는 Fig. 1과 같은 훅타입을 사용하였으며, 전체 체적비 1.0% 및 2.0%를 혼입하였다. 재령 2일째에 탈형하였는데 양생온도는 20±2℃를 유지시키면서 재령 28일까지 습윤양생 후 시험을 수행하였다.
- 시편의 제원은 100×100×400mm으며 지간은 300mm로 하였고, 노치 깊이는 시편 높이의 1/4인 25mm로 하였다.
- 자유 팽창률을 측정하기 위해 75×100×410mm 크기의 보시편이 제작되었으며 내부 중앙에 매립게이지가 설치되었다.
- 파괴특성 시험용 시편은 강섬유를 혼입한 콘크리트, 강섬유와 CSA 팽창재를 혼입한 콘크리트로 분류하였으며, 각각의 경우에 대해 3개씩의 시편을 제작하였다. 시편의 제원은 100×100×400mm으며 지간은 300mm로 하였고, 노치 깊이는 시편 높이의 1/4인 25mm로 하였다.
이론/모형
- Fig. 4와 같이 JCI TC-992에서 제안한 방법에 의거하여 파괴 시험을 수행하였다. 노치를 준 보부재에 대해서 3점 휨 시험을 수행하였으며 하중 재하 단계에 따라 클립게이지를 이용하여 균열개구변위 (CMOD: Crack Mouth Opening Displacement)를 측정하였다.
- 시험 직전까지 양생온도를 20±2℃의 양생온도를 유지하여 습윤양생을 수행하였다. KS F 2483에 따라 탄성계수 및 포아송비를 측정하였으며, 동일 양생조건을 거친 시편을 대상으로 KS F 2423에 따라 쪼갬인장강도 시험을 수행하였다. Fig.
- TC-992(Yoshinori and Yuichi, 2002) 기준을 참고하여 부재의 높이 변화에 따른 파괴에너지를 각각 도출하였다. 식 (1) 및 식 (2)에서는 파괴에너지와 공시체의 자중과 제어장치가 하는 일을 나타낸다.
- 압축강도 평가를 위해 JIS A 6202에 따라 구속몰드를 체결한 상태로 양생 및 시험을 수행하였는데, 팽창이 지나치게 되면 과팽창에 의해 강도저하가 발생할 수 있으므로 이를 대비하기 위해 구속몰드를 사용하였다. 시험 직전까지 양생온도를 20±2℃의 양생온도를 유지하여 습윤양생을 수행하였다.
성능/효과
- (1) 강섬유와 팽창재를 혼입한 콘크리트에서 압축강도는 큰 증가를 보이지 않았으나, 쪼갬인장강도는 크게 개선되었다. 보통 콘크리트에서는 강섬유 혼입에 따라 136.
- (2) 3점휨 시험에 따라 초기 균열하중을 평가하였는데, 강섬유 1%를 혼입한 경우는, 강섬유 보통콘크리트에 비해 CSA 콘크리트가 109.7%의 증가를, 2% 혼입시 136.0% 의 증가를 나타내었다. CSA 콘크리트의 경우 매트릭스 내의 강섬유에 유효한 내부구속을 인가하여 더 큰 균열저항성을 유도할 수 있다.
- (3) 2% 강섬유 혼입인 경우 보통 강섬유 콘크리트 보다 CSA 콘크리트에서 130% 증가된 파괴에너지를 도출할 수 있었다. 그러나 본 연구결과는 최적 강섬유 혼입 비가 아니며, 연성 극대화를 위해 최적의 강섬유 및 CSA 팽창재의 배합비가 필요하다.
- 5mm 까지의 변위만을 도시하였다. 강섬유 혼입이 증가함에 따라 최대하중이 증가하고 있으며, 특히 2% 강섬유 혼입시 SC-2 계열이 높은 값을 보이고 있다.
- 쪼갬 인장강도에서는 강섬유 혼입에 따른 브리징 효과로 인해 인장강도가 개선됨을 알 수 있다. 강섬유가 없는 CSA 콘크리트의 경우 10% 정도 일반콘크리트에 비해 인장강도가 개선되었으며, 강섬유 혼입이 증가될수록 쪼갬 인장강도가 증가하였다. 보통 콘크리트에서 강섬유를 1%, 2%를 혼입한 경우 36.
- 횡방향 팽창이 증가하여 파괴시까지 내부에 에너지를 계속 축적할 수 있기 때문인데, 내부 강섬유의 브리징 효과가 주된 원인이며, 강섬유가 프리스트레싱 되었을 때, 더육 효과적으로 발현될 수 있다. 또한 본 연구에서는 습윤양생을 수행하였는데, 기건양생보다는 충분한 수분공급을 통하여 CSA 팽창재의 팽창효과가 증가되고 이로 인해 화학적 프리스트레싱이 커질 것으로 예상된다. 만일 수중양생을 수행하였다면, 팽창률은 더욱 증가하고 이로 인해 강도 및 탄성계수도 증가할 것으로 예상되지만, 강섬유의 부식우려가 있으므로 본 연구에서는 습윤양생을 수행하였다.
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