본 연구에서는 알칼리활성 황토콘크리트의 응력-변형률 관계에 대한 화학적 침식의 영향을 평가하였다. 배합의 주요변수는 물-결합재비와 공기량이다. 알칼리활성 황토콘크리트의 응력-변형률 관계는 재령 28일 이후 침지일이 0, 7, 28, 56 및 91일일 때 측정하였다. 실험결과를 기반하여, 화학적 침식하에서 감소된 알칼리활성 황토콘크리트의 압축강도 모델이 제시되었다. 또한, 화학적 침식하에서 알칼리활성 황토콘크리트의 응력-변형률 관계는 공기량과 화학용액에 침지된 일수에 현저한 영향을 받았는데, 침지일수에서 탄성계수의 저하는 동일한 압축강도 저하비율에 비해 더 컸다. 결과적으로 CEB-FIP 기준의 예측모델은 화학적 침식하에서 측정된 응력-변형률 관계와 잘 일치하지 않았다.
본 연구에서는 알칼리활성 황토콘크리트의 응력-변형률 관계에 대한 화학적 침식의 영향을 평가하였다. 배합의 주요변수는 물-결합재비와 공기량이다. 알칼리활성 황토콘크리트의 응력-변형률 관계는 재령 28일 이후 침지일이 0, 7, 28, 56 및 91일일 때 측정하였다. 실험결과를 기반하여, 화학적 침식하에서 감소된 알칼리활성 황토콘크리트의 압축강도 모델이 제시되었다. 또한, 화학적 침식하에서 알칼리활성 황토콘크리트의 응력-변형률 관계는 공기량과 화학용액에 침지된 일수에 현저한 영향을 받았는데, 침지일수에서 탄성계수의 저하는 동일한 압축강도 저하비율에 비해 더 컸다. 결과적으로 CEB-FIP 기준의 예측모델은 화학적 침식하에서 측정된 응력-변형률 관계와 잘 일치하지 않았다.
This study examined the effect of chemical attack on the stress-strain relationship of alkali-activated Hwangtoh concrete. Water-to-binder ratio and air content were selected as mixture parameters. The stress-strain relationship of concrete was measured at chemical immersion times of 0, 7, 28, 56, a...
This study examined the effect of chemical attack on the stress-strain relationship of alkali-activated Hwangtoh concrete. Water-to-binder ratio and air content were selected as mixture parameters. The stress-strain relationship of concrete was measured at chemical immersion times of 0, 7, 28, 56, and 91 days from an age of 28 days. Based on the test results, the reduction in compressive strength of alkali-activated hwangtoh concrete owing to chemical attack was formulated. In sddition the present study demonstrated that the stress-strain behavior of concrete under chemical attack is significantly dependent on the air content and chemical immersion time, indicating the rate of decrease of modulus of elasticity was greater than that of compressive strength at the same immersion time. As a result, the stress-strain behavior of concrete under chemical attack was significantly inconsistent with the conventional models specified in the CEB-FIP provision.
This study examined the effect of chemical attack on the stress-strain relationship of alkali-activated Hwangtoh concrete. Water-to-binder ratio and air content were selected as mixture parameters. The stress-strain relationship of concrete was measured at chemical immersion times of 0, 7, 28, 56, and 91 days from an age of 28 days. Based on the test results, the reduction in compressive strength of alkali-activated hwangtoh concrete owing to chemical attack was formulated. In sddition the present study demonstrated that the stress-strain behavior of concrete under chemical attack is significantly dependent on the air content and chemical immersion time, indicating the rate of decrease of modulus of elasticity was greater than that of compressive strength at the same immersion time. As a result, the stress-strain behavior of concrete under chemical attack was significantly inconsistent with the conventional models specified in the CEB-FIP provision.
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문제 정의
본 연구에서는 화학적 침식하에서 알칼리활성 황토콘크리트의 응력-변형률 관계를 평가하였다. 응력-변형률 관계는 재령 28일 이후 계획된 화학용액 침지일에 측정하였으며, 측정된 결과는 CEB-FIP Model Code 1990(이하, CEB-FIP)[5]에서 3.
제안 방법
모든 배합은 Table. 1에 나타낸 바와 같이 목표 콘크리트 공기량을 제어하기 위해서 비빔과정에서 공기연행제를 감수제의 중량대비 0~0.10%로 첨가하였다. 그 결과 콘크리트의 실제공기량은 Table 2에 나타낸 바와 같이 1~8% 범위로 목표공기량에 비슷한 수준이었다.
화학시료용액은 염산과 황산을 이용하여 각각 3%와 5%의 농도를 갖도록 담수에 용해시켜 제조하였다. 28일 양생된 콘크리트의 응력-변형률 관계는 제조된 화학시료용액에 침지된 후 0일, 7일, 28일, 56일 및 91일에서 KS F 2405[9]에 준하여 측정하였다. 가력은 만능시험기를 이용하여 0.
또한 알칼리활성 황토콘크리트의 탄성계수와 최대응력시 변형률은 감소된 콘크리트의 압축강도, 화학용액에 침지된 일수 및 공기량의 함수로 제시하였다.
그 결과 콘크리트의 실제공기량은 Table 2에 나타낸 바와 같이 1~8% 범위로 목표공기량에 비슷한 수준이었다. 목표슬럼프 150mm를 만족시키기 위해서 물-결합재비 30%에서는 폴리카르본산계 감수제를 1.4%로 첨가하였다. 모든 골재는 배합 시 표면건조 포화상태를 유지하였다.
본 연구에서는 알칼리활성 황토콘크리트의 응력-변형률 관계에서 화학적 침식에 의해 저감된 압축강도와 탄성계수, 최대응력시 변형률 및 최대응력 이후의 거동을 평가한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
4의 Strength and deformation under short term loading의 기준과 비교하였다. 실험결과를 기반으로 화학적 침식에 의해 감소된 콘크리트 압축강도를 평가하였다. 또한 알칼리활성 황토콘크리트의 탄성계수와 최대응력시 변형률은 감소된 콘크리트의 압축강도, 화학용액에 침지된 일수 및 공기량의 함수로 제시하였다.
)의 증가비율로 평가하고 있다. 이에 따라 화학적 침식하에서 알칼리활성 황토콘크리트의 탄성계수는 감소된 알칼리활성 황토콘크리트 압축강도의 1/3승(#)으로 무차원하여 그 감소비율을 평가하였다 (Figure 6). 화학적 침식하에서 알칼리활성 황토콘크리트의 #는 4,444~8,045 수준에 있었는데, 공기량과 침지일수가 증가함에 따라 다소 감소하였다.
콘크리트 내구성에 중요한 영향을 미치는 요인인 콘크리트 공기량과 물-결합재비를 주요변수로 선택하였다. 물-결합재비는 30%와 45%이며, 각 물-결합재비에서 목표공기량은 2, 5 및 8%이다.
05mm/min의 속도로 변위 제어하였다. 하중증가에 따른 수직변위는 실험체 중앙 100mm의 구간에 고정된 컴프레서미터기에 설치된 5mm용량의 변위계에 의해 측정하였다. 응력-변형률 관계에서 탄성계수는 원점과 최대응력의 40%의 점을 연결하는 직선의 기울기로부터 산정하였다[10].
화학적 침식은 JIS K 8180[7]과 JIS K 8951[8]기준에서 제시하고 있는 화학시료용액의 침지 실험방법을 이용하였다. 화학시료용액은 염산과 황산을 이용하여 각각 3%와 5%의 농도를 갖도록 담수에 용해시켜 제조하였다. 28일 양생된 콘크리트의 응력-변형률 관계는 제조된 화학시료용액에 침지된 후 0일, 7일, 28일, 56일 및 91일에서 KS F 2405[9]에 준하여 측정하였다.
대상 데이터
8과 3,200 cm2/g이다. 사용된 굵은골재는 화강암으로 밀도와 흡수율이 각각 2.51와 1%이다. 잔골재는 천연모래로 밀도와 흡수율이 각각 2.
응력-변형률 관계를 측정하기 위해서 Φ100×200mm의 실린더가 제작되었다.
51와 1%이다. 잔골재는 천연모래로 밀도와 흡수율이 각각 2.61과 2.3%이다.
데이터처리
본 연구에서는 화학적 침식하에서 알칼리활성 황토콘크리트의 응력-변형률 관계를 평가하였다. 응력-변형률 관계는 재령 28일 이후 계획된 화학용액 침지일에 측정하였으며, 측정된 결과는 CEB-FIP Model Code 1990(이하, CEB-FIP)[5]에서 3.1.4의 Strength and deformation under short term loading의 기준과 비교하였다. 실험결과를 기반으로 화학적 침식에 의해 감소된 콘크리트 압축강도를 평가하였다.
이론/모형
실험체는 타설 1일 후 탈형하고, 온도 21±5℃와 상대습도 60±10%인 항온항습실에서 재령 28일까지 양생되었다. 화학적 침식은 JIS K 8180[7]과 JIS K 8951[8]기준에서 제시하고 있는 화학시료용액의 침지 실험방법을 이용하였다. 화학시료용액은 염산과 황산을 이용하여 각각 3%와 5%의 농도를 갖도록 담수에 용해시켜 제조하였다.
성능/효과
1) 화학적 침식하에서 감소된 알칼리활성 황토콘크리트의 압축강도는 침지일 91일에 침지되지 않은 실험체에 비해 약 40% 감소하였는데, 그 감소 기울기는 화학시료용액, 공기량 및 물-결합재비에 의해 영향을 받았다.
2) 알칼리활성 황토콘크리트의 침지일수에 따른 초기강성 및 최대응력시 변형률의 감소기울기는 염산보다 황산에서 더 급격하였다. 또한 침지일수 91일에서는 외부표면의 팝아웃 현상과 축방향 균열로 인해 불안정한 응력-변형률 거동을 보였다.
3) 화학적 침식하에서 알칼리활성 황토콘크리트의 탄성 계수 및 최대응력시 변형률의 저하는 압축강도 저하 비율에 비해 더 컸다.
4) 화학적 침식하의 알칼리활성 황토콘크리트의 응력-변형률 관계는 CEB-FIP Model Code 1990 기준의 일반적인 예측모델과 상당한 차이를 보였다. 특히 최대응력 이후의 거동에 대한 실험결과와 기준 모델의 불일치성은 공기량과 침지일수가 증가함에 따라 더욱 현저하였다.
이에 따라 CEB-FIP[5] 기준은 침지 일이 56일 이상이거나 압축강도가 15MPa 이하인 실험체의 실험결과를 불안전측으로 예측하였다. 그 불안전측의 정도는 침지일수가 증가함에 따라 증가하였는데, 침지일수 91일 이상인 실험체에서 CEB-FIP[5]기준의 예측값이 실험값보다 약 1.6배로 가장 컸다. 이는 화학적 침식하에서 알칼리활성 황토콘크리트의 최대응력시 변형률도 압축강도가 저하되는 비율보다 더 크게 있으며, 화학시용액 종류 및 침지일수에 의해 영향을 받음을 의미한다.
CEB-FIP[5] 기준은 모든 알칼리활성 황토콘크리트의 실험결과를 불안전측으로 예측하였다. 그 불안전측의 정도는 침지일수와 공기량이 증가함에 따라서 증가하였는데, 염산보다는 황산에서 더 현저하였다. 이러한 영향변수들을 회귀분석하면, 화학침식하의 알칼리활성 황토콘크리트의 감소된 #는 다음과 같이 제시될 수 있었다(Figure 7).
알칼리활성 황토콘크리트의 응력-변형률 관계에서 최대 응력 시 변형률(∊0)은 공기량에 의해 미치는 영향은 미미하였지만 침지일수가 증가함에 따라 현저하게 감소하였다(Table 2). 침지일수 28일까지 ∊0은 0.
최대응력 이전의 거동은 화학적 침지전의 알칼리활성 황토콘크리트의 경향과 유사하였다. 초기강성과 최대응력에서의 변형률은 화학용액에 침지된 일수가 증가함에 따라 다소 감소하였는데, 그 감소의 정도는 공기량과 물-결합재비가 증가함에 따라 증가하였다. 최대응력 이후의 거동은 침지일수가 증가함에 따라 완만하였다.
CEB-FIP[5] 기준은 화학용액에 침지된 일수와 공기량에 관계없이 실험결과보다 초기강성을 크게, 최대응력시 변형률을 작게 예측하였다. 특히 최대응력 이후의 거동에 대한 CEB-FIP[5] 기준은 침지일수 0일인 실험체의 실험 결과를 대체적으로 잘 예측하였지만, 침지일수 및 공기량이 증가할 수록 실험결과보다 더 급격하게 평가하였다. 이러한 경향은 염산 및 황산에서 모두 비슷하였다.
4) 화학적 침식하의 알칼리활성 황토콘크리트의 응력-변형률 관계는 CEB-FIP Model Code 1990 기준의 일반적인 예측모델과 상당한 차이를 보였다. 특히 최대응력 이후의 거동에 대한 실험결과와 기준 모델의 불일치성은 공기량과 침지일수가 증가함에 따라 더욱 현저하였다. 따라서 CEB-FIP Model Code 1990은 화학적 침식환경하에서 이들 사항들을 고려하여 보완될 필요가 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
알칼리활성 황토 콘크리트에 대한 기존 연구의 한계점은 무엇인가?
알칼리활성 황토 콘크리트는 배합조건에 따른 강도와 유동성 평가에 대한 지속적인 연구[1,2,3,4]가 이루어지고 있다. 반면 내구성 측면에서는 비탄성변형인 건조수축 평가[1,2,3]에만 중점을 두고 있어 외부환경 조건에 따른 저항성능에 대한 연구가 매우 부족하다. 특히 외부환경에 노출되는 환경에서 탄산가스에 의한 대기오염, 해수에 의한 염해 및 토양 중의 황산 등의 화학적 침해에 따른 알칼리활성 황토콘크리트의 내구성 평가에 대한 유용한 자료는 부족하다. 외부 환경에 노출되는 문화재와 전통한옥의 장기거동을 고려하면 알칼리활성 황토콘크리트의 내화학성 평가에 대한 기초 자료들의 구축은 중요하다.
알칼리활성 황토콘크리트의 응력-변형률 관계에서 최대 응력 시 변형률을 평가한 결과 어떤 결론이 얻어졌는가?
2) 알칼리활성 황토콘크리트의 침지일수에 따른 초기강성 및 최대응력시 변형률의 감소기울기는 염산보다 황산에서 더 급격하였다. 또한 침지일수 91일에서는 외부표면의 팝아웃 현상과 축방향 균열로 인해 불안정한 응력-변형률 거동을 보였다.
알칼리활성 황토콘크리트의 초기 슬럼프 손실의 특징은 무엇인가?
일반적으로 알칼리활성 황토콘크리트의 압축강도는 물-결합재 비가 35~50%범위에서 24MPa 이하로 낮다[1,2,3,4]. 또한 알칼리활성 황토콘크리트의 초기 슬럼프 손실은 황토결합재의 높은 흡수율로 인해 매우 급격하다[2, 3]. 알칼리활성 황토 콘크리트는 배합조건에 따른 강도와 유동성 평가에 대한 지속적인 연구[1,2,3,4]가 이루어지고 있다.
참고문헌 (10)
Hwang HZ. A Study on the Method Activating Kaolin and Mortar & Concrete Mixed with Active Kaolin [Ph. D. Thesis]. [Seoul (Korea)]. Seoul National University; 1997. 94 p.
Hwang HZ, Lee JK, Yang JH. An Experimental Study for Basic Properties of Hwangto Binder. Journal of Architectural Institute of Korea. 2008 January;24(1):79-86.
Yang KH, Hwang HZ, Song JG. Development of a Cementless Mortar using Hwangtoh Binder. Building and Environment. 2007 October;42(10):3717-25.
Yang KH, Hwang HZ, Lee S. Effects of Water-Binder Ratio and Fine Aggregate-Total Aggregate Ratio on the Properties of Hwangtoh-Based Alkali-Activated Concrete. Journal of Materials in Civil Engineering, ASCE. 2010 February;22(9):887-96.
CEB-FIP Model Code 1990, Structural Concrete: Textbook on Behaviour, Design and Performance. Switzerland: International Federation for Structural Concrete(Fib); 1999. 224p.
Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs. Concrete Standard Specification. Korea Concrete Institute; 2009. 360p.
Japanese Standards Association. JIS K 8180: Hydrochloric acid. JSA; 2006. 12p.
Japanese Standards Association. JIS K 8951: Sulfuric acid. JSA; 2006. 12p.
Korea Industrial Standard. KS F 2405 Standard Test Method for Compressive Strength of Concrete. Korean Standards Information Center; 2010. 16p.
ASTM. C 469 Standard Test Method for Static Modulus of Elasticity and Poisson's Ratio of Concrete in Compression. ASTM International: West Conshohocken, Pennsylvania; 2010. 5p.
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