콘크리트 방호벽 및 중앙분리대는 교량의 부속시설이지만, 슬립폼 시공과 넓은 비표면적으로 인해 초기재령 균열이 발생하기 쉽다. 본 연구에서는 대형 교량의 방호벽과 중앙분리대 콘크리트의 외관조사 및 비파괴실험을 수행하여 균열의 원인과 발생 균열의 패턴을 분석하였다. 이를 위해 시공기간을 고려하여, 건조수축, 수화열 해석이 수행되었으며, 현장의 환경조건을 고려하여 소성수축 특성을 평가하였다. 평가결과 대상구조물의 균열 원인은 철근위치에 따른 소성침하균열, 소성수축 및 건조수축에 의한 복부균열, 재료분리에 따른 상부균열로 추정할 수 있었다. 또한 균열원인과 발생 패턴을 도식화하였으며, 시공 및 재료분야에서 균열제어대책을 제안하였다. 해상위 교량에 설치하는 중앙분리대 및 방호벽 콘크리트는 환경조건 (풍속, 온도, 습도)에 매우 민감하여 초기재령균열이 쉽게 발생하므로 재료선택 및 시공방법에 신중을 기해야 한다.
콘크리트 방호벽 및 중앙분리대는 교량의 부속시설이지만, 슬립폼 시공과 넓은 비표면적으로 인해 초기재령 균열이 발생하기 쉽다. 본 연구에서는 대형 교량의 방호벽과 중앙분리대 콘크리트의 외관조사 및 비파괴실험을 수행하여 균열의 원인과 발생 균열의 패턴을 분석하였다. 이를 위해 시공기간을 고려하여, 건조수축, 수화열 해석이 수행되었으며, 현장의 환경조건을 고려하여 소성수축 특성을 평가하였다. 평가결과 대상구조물의 균열 원인은 철근위치에 따른 소성침하균열, 소성수축 및 건조수축에 의한 복부균열, 재료분리에 따른 상부균열로 추정할 수 있었다. 또한 균열원인과 발생 패턴을 도식화하였으며, 시공 및 재료분야에서 균열제어대책을 제안하였다. 해상위 교량에 설치하는 중앙분리대 및 방호벽 콘크리트는 환경조건 (풍속, 온도, 습도)에 매우 민감하여 초기재령균열이 쉽게 발생하므로 재료선택 및 시공방법에 신중을 기해야 한다.
Concrete guide rail and median barrier are an attached RC member, however they are vulnerable to cracking due to slip form construction and large surface of member. In this study, causes and pattern of cracking are analyzed through assessment and NDT (Non-Destructive Technique) evaluation for concre...
Concrete guide rail and median barrier are an attached RC member, however they are vulnerable to cracking due to slip form construction and large surface of member. In this study, causes and pattern of cracking are analyzed through assessment and NDT (Non-Destructive Technique) evaluation for concrete guide rail and median barrier on highway structure. For this work, analysis on drying shrinkage and hydration heat are performed considering installation period, and plastic shrinkage is also analyzed considering their environmental conditions. From the evaluation, plastic settlement around steel location, drying/ plastic shrinkage, and aggregate segregation are inferred to be the main causes of cracking in the structures. The crack causes and patterns are schematized and techniques of crack-control are suggested. Furthermore concrete guide rail/ median barrier in the bridge on the sea are vulnerable to cracking at early age so that special attentions should be paid at the stages of material selection and construction.
Concrete guide rail and median barrier are an attached RC member, however they are vulnerable to cracking due to slip form construction and large surface of member. In this study, causes and pattern of cracking are analyzed through assessment and NDT (Non-Destructive Technique) evaluation for concrete guide rail and median barrier on highway structure. For this work, analysis on drying shrinkage and hydration heat are performed considering installation period, and plastic shrinkage is also analyzed considering their environmental conditions. From the evaluation, plastic settlement around steel location, drying/ plastic shrinkage, and aggregate segregation are inferred to be the main causes of cracking in the structures. The crack causes and patterns are schematized and techniques of crack-control are suggested. Furthermore concrete guide rail/ median barrier in the bridge on the sea are vulnerable to cracking at early age so that special attentions should be paid at the stages of material selection and construction.
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문제 정의
본 논문에서는 대형교량에서 슬립폼으로 시공되는 중앙분리대 및 방호벽 콘크리트의 균열에 대한 연구로 균열원인 분석과 이에 따른 균열 패턴화가 이루어질 것이다.
본 연구에서는 슬립폼으로 시공되는 방호벽 및 중앙분리대 콘크리트의 균열원인을 분석하고 패턴화하였으며, 재료 및 시공상의 균열제어 대책을 수립하였다. 본 연구를 통하여 도출된 결론은 다음과 같다.
제안 방법
특히 방호벽과 같은 벽체 구조물에 대해서는 10~18m 정도의 줄눈간격을 가지게 하고, 채움재의 성능을 확인한 뒤 부재두께의 양면 10% 정도 줄눈 깊이를 확보하도록 한다(Korea Remicon Association, 2005). 균열보수에 대한 내용은 본 연구의 주된 목적이 아니며, 많은 문헌에서 보수에 대한 방법이 나와 있으므로 본 절에서는 생략하기로 한다. 재료 및 시공분야로 분류하여 균열저감대책을 Table 4와 같이 제시할 수 있다.
대상구조물은 방호벽의 높이가 1,350mm이며 저면의 폭이 420mm로 콘크리트 단면이 작아서 매스콘크리트에서 발생하는 수화열 균열은 발생하지 않을 것으로 예상된다. 그러나 길이방향으로 240m 정도 설치되어 바닥의 구속이 크므로 이에 대한 해석을 수행하였다. 해석은 중앙을 대칭으로 하여 mesh generation을 하였으며 사용배합은 Table 3에, 해석결과를 Fig.
소성수축균열은 경화하는 과정에서 외부에 수분을 빼앗기면서 발생하는 초기재령균열을 의미하는데, 비표면적이 큰 방호벽이나 슬래브에서 크게 발생한다. 뚜렷한 전산해석 수행이 어려우므로 비슷한 배합의 기존 문헌을 분석하여 소성 수축 균열을 평가하였다. 기존의 문헌 (Almusallam, 2001)에서는 단위시멘트량 350kg/m3, w/c 0.
본 절에서는 균열의 발생원인을 추정하기 위해, 수화열분석, 건조수축 분석, 소성수축 분석을 수행하였다. 방호벽부재는 충돌로 인한 손상이외에는 자중만 받고 있으므로 재료적인 균열이라고 판단되며, 추가적으로 시공조건을 분석하였다.
본 절에서는 균열의 발생원인을 추정하기 위해, 수화열분석, 건조수축 분석, 소성수축 분석을 수행하였다. 방호벽부재는 충돌로 인한 손상이외에는 자중만 받고 있으므로 재료적인 균열이라고 판단되며, 추가적으로 시공조건을 분석하였다.
본 절에서는 외관조사 결과와 균열저항성평가 결과를 이용하여 방호벽의 균열원인을 분석하고 이를 패턴화하도록 한다. 외관조사 결과에서는 대상구조물의 균열은 크게 등간격의 종방향 균열 (0.
슬립폼에 의해 시공된 대상 구조물은 3m간격으로 줄눈이 도입되어 있으나 줄눈도입 시기에 따라 균열이 발생가능성이 변화할 수 있다. 조사결과 대상 구조물의 설치를 위한 슬립폼의 이동속도는 240m/12h이었으므로 6시간, 12시간, 24시간 작업후로 가정하여 건조수축해석을 수행하였다. Fig.
대상구조물은 PSM (Precast Segment Method)구간과 사장교 구간에 시공된 방호벽 및 중앙분리대로서 균열이 다양한 형태로 발생하여 미관 및 내구적인 문제로 진전될 가능성이 있다. 총 100개의 교각에 대해 균열이 많이 발생한 구간을 A구간 (P22~P24), B구간 (P39~P41), C구간 (P80~P84), D구간 (P98~P100)으로 분류하여 균열 깊이 및 패턴을 조사하였다. 콘크리트 방호벽과 중앙분리대 구조는 대부분 단면의 비표면적이 작고 긴 구조물이므로 일체타설후 균열유발 줄눈 설치가 필수적인데, 커팅에 의한 줄눈간격은 3m로 일정하였다.
이 시간을 넘어설 경우 일체시공이 되어 균열이 발생할 가능성이 있다. 해석을 위해 원칙적으로 시공된 3m 간격의 건조수축해석과 6m 간격의 건조 수축해석을 수행하였다. Mesh generation은 Fig.
대상 데이터
대상구조물은 PSM (Precast Segment Method)구간과 사장교 구간에 시공된 방호벽 및 중앙분리대로서 균열이 다양한 형태로 발생하여 미관 및 내구적인 문제로 진전될 가능성이 있다. 총 100개의 교각에 대해 균열이 많이 발생한 구간을 A구간 (P22~P24), B구간 (P39~P41), C구간 (P80~P84), D구간 (P98~P100)으로 분류하여 균열 깊이 및 패턴을 조사하였다.
대상구조물은 방호벽의 높이가 1,350mm이며 저면의 폭이 420mm로 콘크리트 단면이 작아서 매스콘크리트에서 발생하는 수화열 균열은 발생하지 않을 것으로 예상된다. 그러나 길이방향으로 240m 정도 설치되어 바닥의 구속이 크므로 이에 대한 해석을 수행하였다.
성능/효과
(1) 수화열 해석 및 건조수축해석을 수행한 결과 중앙분리대 및 방호벽에 발생된 균열은 대부분 시공초기에 발생된 균열이며, 소성수축 및 소성침하에 따른 균열이 많이 발생하였다. 특히 복부에서는 소성수축균열 형태가 지배적이었으며, 상부의 종방향 균열과 하부의 횡방향 균열은 뚜렷한 등간격의 소성침하균열을 나타내었다.
(2) 타설이후 균열유발 줄눈부의 커팅시간이 증가할수록 균열발생 가능성은 증가하였으며, 12시간 초과시 중앙부에 건조수축으로 인한 균열이 발생할 수 있다.
(3) 현재 3m의 균열 유발줄준 간격은 적당하다고 판단되지만, 거의 시공이후 초기재령에서 균열이 발생하였으므로 슬립폼 이동속도의 단축, 기상조건을 고려한 양생 등이 필요한 것으로 판단되었다.
(4) 해상위에 설치된 비표면적이 크고 긴 콘크리트 부재에 대하여 균열유발줄눈이 좀 더 깊게 (양측 10% 깊이) 설치되고 설치시간이 10~12시간으로 조정되면 균열의 빈도 및 간격을 줄일 수 있는 것으로 평가되었다.
5인 배합을 이용하여 1일 소성수축의 크기를 평가하였는데, 최대 7000×10-6의 높은 수축변형률을 나타내고 있다. 소성수축은 온도가 높을수록, 풍속이 클수록, 상대습도가 낮을수록 크게 증가하였다. Fig.
본 절에서는 외관조사 결과와 균열저항성평가 결과를 이용하여 방호벽의 균열원인을 분석하고 이를 패턴화하도록 한다. 외관조사 결과에서는 대상구조물의 균열은 크게 등간격의 종방향 균열 (0.2mm 이하, 0.6~0.8m 간격), 0.1mm 이하의 종방향 미세균열, 복부 망상균열, 등간격의 횡방향 균열 (0.2mm 이하, 저면으로부터 0.3m 및 0.5m) 등으로 분류할 수 있다.
8m)에 발생하였으며 대표적인 소성침하에 의한 균열패턴이다. 조사결과 횡방향 균열의 높이는 수평철근의 위치와 동일했으며, 종방향 등간격 균열과 마찬가지로 20mm 미만의 낮은 슬럼프를 가지는 배합이라 하더라도 발생하는 슬럼프로 인해 소성침하 균열이 발생하였다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
중앙분리대의 균열패턴은 어떤 것이 있는가?
중앙분리대의 균열패턴은 상부에 집중된 미세균열, 등간격의 상부균열, 복부의 횡방향 균열, 표면의 망상균열 등으로 파악되었는데, 대표적인 균열형태는 Fig. 2와 같다.
방호벽 또는 중앙분리대가 균열이 쉽게 발생하는 이유는?
이러한 구조물은 콘크리트 타설 후 외기에 바로 노출되므로 소성수축균열, 건조수축균열 등과 같은 초기재령 콘크리트 균열이 쉽게 발생한다. 이러한 균열은 내부 철근부식을 촉진하게 되는데, 균열부의 투수성 증가 (Park et al.
중앙분리대의 주된 목적은?
콘크리트 중앙분리대 및 방호벽은 핵심부재는 아니지만, 사용자 측면에서 안전 및 미관을 담당하므로 이에 대한 시공 및 유지관리는 매우 중요하다. 중앙분리대는 최초 1940년대 중반 California Bakersfield의 US-99도로에서 처음으로 설치된 것으로 알려져 있는데, 주된 목적은 차선이탈의 최소화와 사고빈도가 높은 장소에서 교량/도로 유지보수의 최소화라고 할 수 있다 (NCHRP Synthesis, 2006). 콘크리트 중앙분리대는 GM type, NJ Shape, F-shape, Single shape, Vertical wall등 다양한 종류가 있지만, F-shape barrier 가 안전성 면에서 가중 우수하다고 알려져 있다.
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