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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 터널 라이닝 균열발생 원인 분석 및 기존사례 조사를 통하여 콘크리트 품질개선 등 6가지의 라이닝 균열저감방안에 대한 시험시공을 실시하고, 그 결과를 분석하고 효과를 평가하였다.
제안 방법
- 2.1.4 팽창콘크리트 타설(초기 건조수축 보상) 종방향 균열이 많은 천장부에 팽창콘크리트를 타설하여 공극을 최소화하고 균열을 억제, 시멘트 중량의 10% 범위 내에서 팽창제 사용(천장부 6~12㎥) 을 원칙으로 한다.
- 당초 설계되어 있는 AE감수제(NPS계)를 사용하여 종방향 유도줄눈을 설치한 경우와 설치하지 않은 경우 균열율을 측정하여 정리하였다(표 12). 줄눈을 설치한 경우 미설치 구간보다 76%의 균열율 감소를 나타내고 있다.
- 숏크리트와 방수시트, 방수시트와 라이닝 콘크리트와의 밀착이 확보되지 않는다. 따라서, 콘크리트라이닝이 주입압력에 견딜 수 있는 강도에 도달한후, 가능한 조기에 그라우팅 주입(라이닝 전체 완료후 일시 그라우팅 절대지양)을 실시하며, 공극충전은 최소 2~3회 정도 단계별로 나누어 실시한다.
- 무근 콘크리트 라이닝에 섬유보강재를 투입하거나 와이어매쉬 및 철근으로 보강하여 천장부 균열을 억제하는 방안으로서 균열발생빈도 및 범위를 고려, 천장부 중심으로 좌우 20°범위 보강을 원칙으로 하나, 강섬유재 투입방안은 고속철도 공사에 다수 적용하나, 강섬유재의 부식에 따른 미관저해를 고려하여 본 구간 도로터널에는 미적용하며 그 대안으로 콘크리트 인장응력 발생 대응을 위한 와이어매쉬를 적용하였다.
대상 데이터
- 설계기준강도 24MPa인 콘크리트를 사용하였으며, 콘크리트의 배합표는 표 10과 같다.
- 잔골재는 낙동강사를 사용하였으며, 굵은골재는 최대치수 25mm인 쇄석을 사용하였으며, 골재의 물리적 성질은 표 5와 같다.
- 혼합 시멘트 플라이애쉬 시멘트를 사용하였으며, 플라이애쉬 시멘트의 화학성분 및 물리적 성질은 표 4와 같다.
- 혼화재는 팽창재 10%를 사용하였으며, 팽창재의 화학성분 및 물리적 성질은 표 6과 같다.
이론/모형
- 혼화제는 AE감수제 및 고성능 AE감수제를 사용하였으며, AE감수제는 나프탈렌계 계열을 사용하였으며 고성능 AE감수제는 나프탈렌계 계열과 폴리카본산계 계열로 나타난다. 혼화제의 화학성분 및 물리적 성질은 표 8, 표 9와 같다.
성능/효과
- 고성능 AE감수제(PNS계)를 투입하고 종방향 유도줄눈을 설치구간과 미설치구간의 균열율을 측정하였더니 줄눈을 설치한 경우 미설치구간보다 52%의 감소효과를 보였다. 나프탈렌계 AE감수제는 폴리카본산계와 마찬가지로 단위수량 감소로 콘크리트 균열 저감효과와 W/B감소로 단위시멘트량 감소, 수밀성 및 내구성 향상 효과는 있지만 콘크리트 유동성 부족으로 시공성이 떨어졌고 콘크리트 골재 분리현상 및 색상이 불량하였다.
- 고성능AE감수제를 PC계로 대체 투입한 경우에도 줄눈 설치구간에서 미설치구간보다 균열이 41% 감소하였다. 폴리카본산계 혼화제 사용에 의한 단위수량 감소로 콘크리트의 균열 저감효과와 콘크리트 워커빌리티 향상으로 시공성이 양호하였다.
- 고성능 AE감수제(PNS계)를 투입하고 종방향 유도줄눈을 설치구간과 미설치구간의 균열율을 측정하였더니 줄눈을 설치한 경우 미설치구간보다 52%의 감소효과를 보였다. 나프탈렌계 AE감수제는 폴리카본산계와 마찬가지로 단위수량 감소로 콘크리트 균열 저감효과와 W/B감소로 단위시멘트량 감소, 수밀성 및 내구성 향상 효과는 있지만 콘크리트 유동성 부족으로 시공성이 떨어졌고 콘크리트 골재 분리현상 및 색상이 불량하였다.
- 라이닝 균열 저감방안에 대해 다양한 방법을 시험 시공한 결과, 팽창제(10%)+고성능AE감수제(PC 계)+종방향 균열유도 줄눈설치방법이 균열저감효과에서는 가장 우수하나 경제성이 불리하고 팽창제의 인력투입으로 안전관리에 유의하여야 하며, 믹싱이 불량할 경우 라이닝 표면색상에 나쁜 영향을 줄 우려가 있지만 종방향 유도줄눈 설치가 곤란한 곡선반경이 작은 구간에서는 유효한 방법으로 판단된다.
- 팽창제와 고성능 AE감수제를 함께 사용한 경우도 타공법의 사례와 마찬가지로 줄눈 설치구간에서는 균열 조사시점인 2014년 2월 현재 균열이 발견되지 않았다. 미설치구간의 균열율도 0.0003으로 시험시공 방법 중에서 가장 우수한 효과를 보였다.
- 와이어메쉬와 고성능 AE감수제를 동시에 적용한 경우도 줄눈 설치구간이 미설치구간의 균열률 보다 50% 감소되었다. 천장부의 인장응력 보강에 의한 균열억제 및 천장부 부착력이 증대되었지만 천장부와이어메쉬 시공에 어려움이 있고 와이어메쉬 설치에 따른 추가비용이 발생한다.
- 이번에는 Flyash와 고성능AE감수제를 혼합하여 사용한 경우에도 줄눈을 설치한 경우 미설치 구간보다 균열이 67% 감소되었다. 이 적용공법을 사용하면 플라이애쉬 시멘트의 특성인 수화열을 낮춰 초기건조수축균열이 감소되고 분말도가 높아 워커빌리티향상으로 시공성이 우수하였다. Flyash의 단가가 시멘트의 50% 정도이므로 공사비가 다소 떨어지는 장점이 있지만 조기강도 저하로 폼 탈형시간이 지연되어(20시간) 1span/day 공정추진이 어렵고 품질변동이 심한 Flyash의 품질관리에 각별한 노력이 필요 하다.
- 이번에는 Flyash와 고성능AE감수제를 혼합하여 사용한 경우에도 줄눈을 설치한 경우 미설치 구간보다 균열이 67% 감소되었다. 이 적용공법을 사용하면 플라이애쉬 시멘트의 특성인 수화열을 낮춰 초기건조수축균열이 감소되고 분말도가 높아 워커빌리티향상으로 시공성이 우수하였다.
- 종방향 균열 유도줄눈설치 효과는 설치하지 않은 경우 보다 약 50%의 균열이 저감되었으므로 종방향 균열 유도줄눈의 설치효과는 절대적이었다.
- 0019이다. 종방향 유도줄눈을 설치하면 종방향 균열율은 약 52%의 감소율을 보여 종방향 균열에서는 유도줄눈을 설치하는 방법이 종방향 균열 저감대책으로는 가장 우수한 방법으로 평가되었다.
- 폴리카본산계 혼화제 사용에 의한 단위수량 감소로 콘크리트의 균열 저감효과와 콘크리트 워커빌리티 향상으로 시공성이 양호하였다. 초기강도 증진으로 폼 탈형시간이 단축되며 콘크리트 라이닝의 수밀성 및 내구성이 향상되었다.
- 터널중심 천장 및 어깨부에 종방향으로 발생한 직선상 균열로서 전체 균열 중 약 85% 정도가 발생되 었고, 천장부로부터 20°범위내에서 많이 발생되었고 균열의 폭과 연장이 길어 터널의 내구성에 영향을 줄 뿐 아니라, 미관도 불량하여 이용객에게 불안감을 조성한다.
후속연구
- Flyash(20%)를 대체하는 경우 시공속도 (1cycle/day)에 심각한 영향을 주지는 않았지만 초기강도 발현의 지연으로 양생기간이 상대적으로 길었고 또한, 플라이애쉬의 품질변동이 심하므로 품질의 균질성을 확보할 수 있도록 원재료의 품질관리에 각별한 관심을 가져야 할 것으로 판단된다.
- 그렇지만, 본 연구에서 나타난바와 같이 라이닝 천단부의 종방향 균열 유도줄눈설치를 원칙으로 하고, 현장 여건을 고려하여 섬세한 공정계획을 세우고 원재료를 포함한 콘크리트 품질관리에 철저를 기한다면 플라이애쉬(20%)+고성능AE감수제(PC계)를 혼합하여 시공하는 방법이 경제성과 균열저감효과 측면에서 매우 유리할 것이다.
- 그리고, 종방향 균열 유도줄눈설치가 곤란할 정도로 곡선반경(1,800m 미만)이 아주 작은 구간에서는 유지관리 시 라이닝콘크리트의 균열보수비용을 고려 한다면 팽창제를 첨가하는 방안도 고려해 볼 수 있을 것이다.
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