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문제 정의
- 따라서 이러한 기존 간격재의 문제점을 해결하기 위한 방안으로 본 연구에서는 플라스틱 섬유재를 포함하여 균열저항성을 증가시키고, 환경부하를 저감하기 위해 슬래그 시멘트를 이용한 고강도 간격재를 개발하고 그 적용성을 평가하도록 한다. 이를 위해 4가지 종류의 섬유 복합재를 사용한 슬래그 시멘트 간격재를 제조하였으며, 다양한 역학적, 내구적 시험이 수행되었다.
- 본 절에서는 SP 간격재의 압축, 휨, 인장 시험결과에 대해 분석하도록 한다. 28일 기준으로 시험결과는 Table 6에 나타내었으며, 상위 두 개값은 굵게 표시하였다.
제안 방법
- (3) 4가지 배합중 우수한 성능을 가진 나일론 섬유 (포화 조건: NW)와 유리섬유 (GF)를 대상으로 링테스트를 통한 균열저항성 평가를 수행하였다. 무보강 시편의 경우 275시간 경과 관통균열이 발생하였으나, 섬유재를 포함한 배합에서는 브릿징 효과에 의해 미세균열이 분포하여 관통균열이 발생하지 않았으며, 변형-시간 곡선에서 변곡점이 발생하였다.
- 9%의 변화를 나타내었다. Table 1의 결과 중 압축강도 증진은 큰 효과가 없으므로 휨과 인장특성이 가장 우수한 배합을 대상으로 섬유 첨가량을 결정하였다.
- 기본적인 역학적 시험이외에 흡수율, 투수량, 탄산화 저항성, 길이변화율, 균열저항성, 동결융해시험 등이 수행되었다. 각 시험항목과 시편의 존치조건은 Table 5에 정리하였다.
- 또한 Ring의 안쪽에 부착형 스트레인 게이지를 설치하여 균열시점 및 구속수축 변형을 측정하였다. 기존의 실험결과 인장강도와 압축강도에서 우수한 성능을 보이는 NW와 GF 를 선정하여 일반 간격재 배합과 균열저항성능을 비교하였다.
- 기존의 연구 (Oh et al., 1996)를 참고하여 시멘트 450kg/m3, 모래 1,350kg/m3, 물 kg/m3의 기본배합을 기준으로 나일론 (NF), 폴리프로필렌 섬유 (PF), 유리섬유 (GF)를 0.44∼0.77kg/m3으로 혼입하였다.
- 4mm의 강재 링에 의해 수축을 구속시켜 균열을 유발시킨다. 또한 Ring의 안쪽에 부착형 스트레인 게이지를 설치하여 균열시점 및 구속수축 변형을 측정하였다. 기존의 실험결과 인장강도와 압축강도에서 우수한 성능을 보이는 NW와 GF 를 선정하여 일반 간격재 배합과 균열저항성능을 비교하였다.
- 이를 위해 4가지 종류의 섬유 복합재를 사용한 슬래그 시멘트 간격재를 제조하였으며, 다양한 역학적, 내구적 시험이 수행되었다. 또한 슬래그 시멘트-플라스틱 간격재(Slag Cement-Plastic Spacer, 이하 SP 간격재)제조시스템을 개발하였으며, 최종적으로 실제 시공현장에 설치하여 현장 적용성을 평가하였다.
- 본 실험은 KS F 2424에 의해 수행하였으며, 측정은 시험용 공시체를 온도 20±2℃, 상대습도 80% 이상에서 48시간 경과한 후 탈형하고, 온도 20±2℃의 수중에서 5일간 양생 후 즉시 바탕길이를 측정한다.
- 예비실험에서 도출된 배합비를 이용한 SP 간격재에 대하여 휨, 압축, 인장강도시험이 수행되었다. 압축강도특성은 KS F 4042를 참고하여 40×40×40mm의 정육면체 몰드를 사용하였으며, 인장강도는 KS L 5104를 참고하여 휨 및 직접인장 강도 시험을 수행하였다.
- 온도 20±2℃, 상대습도 65±5%, CO2 농도 5%로 설정된 탄산화 시험기에 넣은 후 4주간 탄산화시험을 수행하였다.
- 따라서 이러한 기존 간격재의 문제점을 해결하기 위한 방안으로 본 연구에서는 플라스틱 섬유재를 포함하여 균열저항성을 증가시키고, 환경부하를 저감하기 위해 슬래그 시멘트를 이용한 고강도 간격재를 개발하고 그 적용성을 평가하도록 한다. 이를 위해 4가지 종류의 섬유 복합재를 사용한 슬래그 시멘트 간격재를 제조하였으며, 다양한 역학적, 내구적 시험이 수행되었다. 또한 슬래그 시멘트-플라스틱 간격재(Slag Cement-Plastic Spacer, 이하 SP 간격재)제조시스템을 개발하였으며, 최종적으로 실제 시공현장에 설치하여 현장 적용성을 평가하였다.
- 이어서 공시체를 온도 20±2℃, 습도 60±10%에서 28일간 양생한 후에 길이를 측정하며 다음식에 따라 길이변화를 평가한다.
대상 데이터
- (1) 폴리프로필렌 섬유 (PF), 나일론 (NF), 유리섬유 (GF) 보강재와 슬래그 시멘트를 이용하여 고강도 간격재를제작하였다. 일반 간격재에 비해 압축강도에서는 147∼164%, 휨인장에서는 272∼311%, 인장에서는 184∼225%의 증가를 나타내는 등 우수한 역학적 성능이 확보되었다.
이론/모형
- 개발된 SP 간격재의 소성 및 건조수축에 의한 균열 저항 성을 평가하기 위한 Ring test를 ASTM C 1581-04을 참고 하여 수행하였다. Fig.
- 일반 간격재가 피복콘크리트와 일체화하지 못하면 미세균열부에 수분이 침투하고 동결해 팽창압으로 인해 간격재부의 탈락이 발생하기 쉽다. 본 실험에서는 KS F 2456의 방법 중 기중동결 수중융해법을 사용하였다. 실험장비 및 측정장치는 Fig.
- 압축강도특성은 KS F 4042를 참고하여 40×40×40mm의 정육면체 몰드를 사용하였으며, 인장강도는 KS L 5104를 참고하여 휨 및 직접인장 강도 시험을 수행하였다.
- 투수량 및 흡수율 시험은 KS F 2451 및 2476에 따라 실험을 수행하였는데, 실험사진은 Fig. 4에 나타나있다. 식 (1) 및 식 (2)에서는 투수량 및 흡수율에 대한 실험식을 나타낸다.
성능/효과
- (2) 다른 섬유 복합재보다 나일론 섬유의 포화조건 (NW) 상태에서 우수한 흡수저항성 및 투수저항성이 평가되었다. 포화상태의 경우 부배합 조건에서 내부양생에 따른 결과라고 평가된다.
- (4) 현장 적용성 평가 결과 6개월 경과후 간격재 주위의 얼룩이나 균열이 없음을 확인하였다. 그러나 간격재 접합부에 대하여 동결융해 저항성, 염해침투성, 균열저항성에 대한 연구가 추가적으로 필요하다.
- 온도 20±2℃, 상대습도 65±5%, CO2 농도 5%로 설정된 탄산화 시험기에 넣은 후 4주간 탄산화시험을 수행하였다. 1% 페놀프탈레인 용액을 분무하여 탄산화 깊이를 평가하였는데, 모두 0.1mm로 아주 작은 탄산화 깊이를 나타내었다. 이는 낮은 물-결합재량을 가진 고강도 콘크리트에서 나타나는 탄산화 깊이 수준이다.
- 각 섬유재의 혼입에 따라서 휨 인장성능에서 가장 큰 보강효과가 평가되었으며, 인장과 압축순으로 섬유재 효과가 평가되었다. 섬유 보강재는 일반적으로 압축보다 인장에서 더 큰 효과를 발현하는데, 강섬유뿐 아니라 기존의 많은 연구에서 이러한 경향이 보고되고 있다 (ACI 1999; Ahn et al.
- 압축강도에서는 147∼164%, 휨인장에서는 272∼311%, 인장에서는 184∼225%의 증가를 나타내었다. 예비실험에 비해 높은 강도발현특성이 평가되었는데, 이는 고강도용 혼화재의 강도발현 특성 및 조강특성에 기인한다.
- 일반 간격재에 비해 압축강도에서는 147∼164%, 휨인장에서는 272∼311%, 인장에서는 184∼225%의 증가를 나타내는 등 우수한 역학적 성능이 확보되었다.
- 일반 간격재에서는 타설 후 약 275시간에 취성파괴가 발생하면서 관통 균열이 발생하였으나, NW 및 GF의 경우 뚜렷한 관통균열은 발견되지 않았으며, 타설 후 약 144시간에 구속수축 변형에 의한 변곡점이 나타났다. 이는 약 144시간 이후에 링 시험체 내부에서 지속적으로 다수의 미세균열이 발생하여 연성파괴가 일어난 결과이다.
- 투수량에서는 제안치의 21.4∼27.5% 수준으로, 흡수율에서는 58.5∼62.9% 수준으로 우수한 투수 및 흡수 제어성능을 나타내고 있었다.
후속연구
- (4) 현장 적용성 평가 결과 6개월 경과후 간격재 주위의 얼룩이나 균열이 없음을 확인하였다. 그러나 간격재 접합부에 대하여 동결융해 저항성, 염해침투성, 균열저항성에 대한 연구가 추가적으로 필요하다.
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