적설한랭지의 경우, 동절기의 동해 및 적설에 의한 교통통행의 원활을 기하기 위하여 제설제를 사용한다. 이와 같은 제설염의 사용은 동결융해 및 염화물에 의해 콘크리트의 급속한 스케일링 피해를 야기시킨다. 이에 대한 피해로 인하여 콘크리트 포장은 콘크리트의 피복두께 감소에 따른 조기 열화 및 사용자의 안정성 등 여러 가지 문제를 발생시킨다. 이에 따라 국외적으로 이와 같은 현상에 대하여 평가를 하기 위해 다양한 시험 및 평가 방법이 제시되고 있다. 하지만 국내에서는 아직 평가방법에 대한 규정은 없으며, 관련 연구 또한 미미한 수준이다. 따라서 본 논문에서는 각 기관 및 나라에서 제시되고 있는 평가방법을 조사하고, 각각의 규정에 따라 실험을 수행하여 결과를 도출하여 비교 분석하였다. 나아가 이와 같은 실험방법과 실험결과의 고찰을 통하여 국내현장에 맞는 실험법을 제안하고자 한다.
적설한랭지의 경우, 동절기의 동해 및 적설에 의한 교통통행의 원활을 기하기 위하여 제설제를 사용한다. 이와 같은 제설염의 사용은 동결융해 및 염화물에 의해 콘크리트의 급속한 스케일링 피해를 야기시킨다. 이에 대한 피해로 인하여 콘크리트 포장은 콘크리트의 피복두께 감소에 따른 조기 열화 및 사용자의 안정성 등 여러 가지 문제를 발생시킨다. 이에 따라 국외적으로 이와 같은 현상에 대하여 평가를 하기 위해 다양한 시험 및 평가 방법이 제시되고 있다. 하지만 국내에서는 아직 평가방법에 대한 규정은 없으며, 관련 연구 또한 미미한 수준이다. 따라서 본 논문에서는 각 기관 및 나라에서 제시되고 있는 평가방법을 조사하고, 각각의 규정에 따라 실험을 수행하여 결과를 도출하여 비교 분석하였다. 나아가 이와 같은 실험방법과 실험결과의 고찰을 통하여 국내현장에 맞는 실험법을 제안하고자 한다.
In cold-climate regions, deicing agents is used for smooth traffic on the road due to freezing and snowdrift in winter. The use of de-icing salts has resulted in the accelerated scaling damage of concrete with salt damage under freezing and thawing condition. Scaling is the deterioration of concrete...
In cold-climate regions, deicing agents is used for smooth traffic on the road due to freezing and snowdrift in winter. The use of de-icing salts has resulted in the accelerated scaling damage of concrete with salt damage under freezing and thawing condition. Scaling is the deterioration of concrete where in the paste-mortar structure delaminates in flakes from the surface of the concrete. Due to such damage, concrete pavement causes various problems such as early deterioration according to the decrease in the thickness of cover concrete and user's stability issues. Accordingly, various tests and evaluation methods have been suggested in order to evaluate these phenomena in other countries. However, there have been no regulations for the evaluation method in South Korea, and related studies are also very rare. Therefore, in this study, the evaluation methods proposed by each institution and country were investigated and the experiments were performed according to each regulation, followed by the comparison and analysis of the results. Furthermore, this study aims to suggest the optimized experimental method adopted to domestic field through the discussion of such experimental methods and results.
In cold-climate regions, deicing agents is used for smooth traffic on the road due to freezing and snowdrift in winter. The use of de-icing salts has resulted in the accelerated scaling damage of concrete with salt damage under freezing and thawing condition. Scaling is the deterioration of concrete where in the paste-mortar structure delaminates in flakes from the surface of the concrete. Due to such damage, concrete pavement causes various problems such as early deterioration according to the decrease in the thickness of cover concrete and user's stability issues. Accordingly, various tests and evaluation methods have been suggested in order to evaluate these phenomena in other countries. However, there have been no regulations for the evaluation method in South Korea, and related studies are also very rare. Therefore, in this study, the evaluation methods proposed by each institution and country were investigated and the experiments were performed according to each regulation, followed by the comparison and analysis of the results. Furthermore, this study aims to suggest the optimized experimental method adopted to domestic field through the discussion of such experimental methods and results.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
본 연구에서는 기존 실험방법 및 현행 도로포장 현장에서의 적용되고 있는 시공법을 기반으로 하여 여러 문헌들의 고찰을 통하여 스케일링 시험법에 대한 국내 현장에 유사한 평가방법을 제안하고자 하였다. 이에 따른 평가방법은 국외에서 제시되고 있는 시험방법의 범위 내에서 수정 및 추가하여 선정하였다.
제안 방법
먼저, 스케일링 메커니즘에 대한 고찰을 하고 각 변수별 압축강도 특성을 확인한 후 스케일링 저항성에 대한 각 기관 및 나라에서 제시되고 있는 평가방법 및 규정에 따라 실험을 수행하였다. 각각 시험에 대한 결과를 도출하여 비교 ⋅ 분석하고 실험결과 및 문헌 고찰을 통하여 최적화된 실험법을 제시하고자 한다.
이에 따라 본 연구에서는 국내 시멘트 콘크리트 포장에서 주로 사용되고 있는 플라이애쉬를 20% 혼입한 콘크리트와 일반 콘크리트 (OPC)에 대하여 물-시멘트비 40, 45, 50%로 설정하여 실험을 실시하였다. 먼저, 스케일링 메커니즘에 대한 고찰을 하고 각 변수별 압축강도 특성을 확인한 후 스케일링 저항성에 대한 각 기관 및 나라에서 제시되고 있는 평가방법 및 규정에 따라 실험을 수행하였다. 각각 시험에 대한 결과를 도출하여 비교 ⋅ 분석하고 실험결과 및 문헌 고찰을 통하여 최적화된 실험법을 제시하고자 한다.
본 연구에서는 시멘트 콘크리트 포장의 물리적인 특성 확인을 위해 공시체 ø100×200mm의 크기로 제작하여 재령 28일 압축강도를 측정하였다. 각 변수별 5개의 공시체를 제작하여 실시하고 각각의 측정된 값을 평균하여 결과를 도출하였다.
5MPa를 기준으로 하였으며, 배합설계는 시멘트 콘크리트 포장 배합설계 지침 (2011)에 따라 실시하였다. 실험변수는 일반 콘크리트 포장 (OPC, 100%)와 현재 콘크리트 포장에 주로 활용되고 있는 플라이애시 20% 혼입한 콘크리트로 구성하고, 각각의 변수에 따른 물-바인더비는 40, 45, 50%로 설정하여 실험을 수행하였다. 목표 슬럼프의 경우 현장의 기계 타설을 고려한 포장용 시멘트 콘크리트의 배합기준에 의거하여 40mm 이하로 하고, 목표 공기량은 동결융해의 피해를 고려한 5~7%로 설정하였다.
이에 따라 본 연구에서는 국내 시멘트 콘크리트 포장에서 주로 사용되고 있는 플라이애쉬를 20% 혼입한 콘크리트와 일반 콘크리트 (OPC)에 대하여 물-시멘트비 40, 45, 50%로 설정하여 실험을 실시하였다. 먼저, 스케일링 메커니즘에 대한 고찰을 하고 각 변수별 압축강도 특성을 확인한 후 스케일링 저항성에 대한 각 기관 및 나라에서 제시되고 있는 평가방법 및 규정에 따라 실험을 수행하였다.
최근 국내의 과도한 제설제의 사용에 따른 국내 콘크리트 포장에서의 스케일링이 심각한 문제로 부각되고 있지만, 국내 스케일링 관련 시험 규정이 2002년 폐지된 이후 이에 새로운 시험 규정 또는 박리저항성 평가방법 등에 대한 연구가 부족한 실정이다. 이에 따라 본 연구에서는 일반 콘크리트와 국내에서 주로 사용되어지는 플라이애쉬 20% 혼입한 콘크리트의 물 바인더비를 변화하여 국외 기관에서 제안되고 있는 시험법에 대하여 실험을 수행하였다. 또한 실험결과 및 문헌 고찰을 통하여 국내 콘크리트 포장 시공 현장 조건에 맞는 시험법을 제안하고자 하였다.
대상 데이터
골재는 굵은 골재의 경우 최대 치수 25mm이고, 비중 2.69, 조립율 7.47인 쇄석을 사용하였으며, 잔골재의 경우 비중 2.61, 조립율 2.76인 모래를 사용하였다. 사용재료의 물리 및 화학적 특성은 다음 Table 3과 같이 나타내었다.
본 연구에서 사용된 시멘트의 경우 보통 포틀랜드 시멘트를 사용하였으며, 비중은 3.15이다. 사용된 시멘트에 대한 화학성분 분석 결과는 다음 Table 1과 같다.
본 연구에서는 실리카 (SiO2), 알루미나 (Al2O3), 산화철 (Fe2O3)의 성분비가 70% 이상인 Class F 플라이애시를 사용하였으며, 화학적 성분 및 물리적 성질은 Table 2와 같다.
데이터처리
시멘트 콘크리트 포장에 대한 스케일링 저항성을 평가하기 위하여 동결융해 싸이클이 진행됨에 따라 표면 박리정도와 정량적인 분석을 위하여 각 변수의 콘크리트 시편의 표면적에 대한 중걍 감소율을 산출하였다. 이에 따라 각 국의 기관에서 제안되고 있는 규정들에 따라서 시험을 실시하였으며, 그 결과는 Fig.
이론/모형
본 연구는 시멘트 콘크리트 포장의 스케일링 저항성 평가 방법들의 적합성을 분석하기 위한 실험으로 콘크리트 목표 설계 강도는 현재 포장용 콘크리트에서 주로 사용되고 있는 휨 강도 (fbk) 4.5MPa를 기준으로 하였으며, 배합설계는 시멘트 콘크리트 포장 배합설계 지침 (2011)에 따라 실시하였다. 실험변수는 일반 콘크리트 포장 (OPC, 100%)와 현재 콘크리트 포장에 주로 활용되고 있는 플라이애시 20% 혼입한 콘크리트로 구성하고, 각각의 변수에 따른 물-바인더비는 40, 45, 50%로 설정하여 실험을 수행하였다.
본 연구에서는 시멘트 콘크리트 포장의 내구성 시험법 중 스케일링 시험법을 수행하였으며, 시험법은 국외 각국에서 제안되고 있는 시험법을 적용하여 평가하였다. 시멘트 콘크리트 포장의 변수는 일반 콘크리트와 현재 현장에서 주로 적용되고 있는 플라이애시를 혼입한 콘크리트로 변수를 설정하였으며, 물-바인더비 40~50%로 구분하여 시험을 수행하였다.
이 연구에서는 사용되는 먼저 콘크리트의 압축강도 특성을 확인하기 위하여 KS F 2405 “콘크리트의 압축강도 시험 방법”에 의거하여 ø100×200mm 공시체를 제작하여 재령 28일 수중양생 후 압축강도 측정을 실시하였다. 압축강도 측정은 변수별 각 5개의 시험체를 사용하였다.
성능/효과
(1) 일반 콘크리트 (OPC)와 플라이애쉬 (FA)를 혼입한 콘크리트의 압축강도는 재령 28일에서 그 차이는 크지 않았으며, 물-바인더비 45%에서 가장 큰 차이를 나타내었고, 재령 28일에서는 플라이애쉬를 혼입한 경우 다소 낮은 강도발현을 확인하였다.
(2) 각 기관에서 제안된 방법에 따라 스케일링 저항성 시험을 수행하였으며, 제설용액, 마감, 양생, 동결융해 싸이클 등 여러 시험요인 따라 상이한 결과를 나타내었다. 제설용액에 따른 스케일링 같은 경우에는 대부분이 외부 표면 노출이 큰 콘크리트 도로 포장에서 발생되므로 국내 콘크리트 포장의 시공 현장을 고려하고 시험결과 및 관련 문헌 고찰을 통하여 시험방법을 제안하고자 한다.
(3) 제설용액, 마감 및 동결융해 온도 및 싸이클에 따라 스케일링량의 차이가 크게 발생되었으며, 현재 국내 콘크리트 포장의 경우 대부분이 기계 타설로 이루어짐에 따라 진동다짐에 의한 규정도 추가하였다. 제설용액에 경우 현재 고속도로 제설용액으로 사용되어지고 있는 NaCl, CaCl2를 7:3의 비율로 혼입한 4%의 용액으로 제안하였으며, 다짐에 대한 부분도 콘크리트 포장의 컨시턴시를 충분히 고려한 진동다짐을 하도록 제안하였다.
(4) 실험체의 표면 마무리의 경우, 박리 발생과 산정에 주요한 인자이며, 일반적으로 시공시 거친 면으로 마무리를 하고 있기 때문에 블리딩 후 뻣뻣한 솔 (Stiff brush)을 활용함으로 현장과 유사한 표면상태를 제공하고, 표면에서의 정확한 스케일링량 측정을 위해 표면을 제외한 시험체에 방수제 및 단열제를 설치하여 표면이외에서의 열화로 인한 손실이 제외될 수 있도록 제시하였다. 양생 및 동결융해에 대한 규정은 ASTM와 MTO의 규정에 따르며, 정량적 평가를 위해 표면 (m2)에 대한 박리량 (g)을 측정하여 평가하도록 제안하고자 한다.
후속연구
(2) 각 기관에서 제안된 방법에 따라 스케일링 저항성 시험을 수행하였으며, 제설용액, 마감, 양생, 동결융해 싸이클 등 여러 시험요인 따라 상이한 결과를 나타내었다. 제설용액에 따른 스케일링 같은 경우에는 대부분이 외부 표면 노출이 큰 콘크리트 도로 포장에서 발생되므로 국내 콘크리트 포장의 시공 현장을 고려하고 시험결과 및 관련 문헌 고찰을 통하여 시험방법을 제안하고자 한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
콘크리트 표면손상에 대한 평가와 예측을 위한 국내의 평가방법 실태는 어떠한가?
국제적으로는 콘크리트 표면손상에 대한 평가와 예측을 위하여 다양한 시험방법 및 기준들이 제시되어지고 있다. 하지만 국내에서의 평가방법은 2002년 이후 폐지되어 표면 손상에 대한 규정이 없으며, 관련 연구 또한 미미한 수준이다. 현재 국내의 평가방법은 단일의 열화요인 (동결융해)에 대하여 KS F 2456 “급속 동결 융해에 대한 콘크리트의 저항성”으로 규정되어 있다. 스케일링의 경우 단일의 요인이 아닌 동결융해 및 제설염의 복합적인 작용에 의해 발생되는 현상이며, 단일의 열화요인으로 평가하기에는 상이한 결과를 나타내므로 스케일링 저항성에 대한 검토 및 평가가 요구되고 있다 (Zi et al., 2012).
스케일링 저항성의 특징은?
일반적으로 동결융해 저항성 평가는 급속 동결융해 시험에 의한 상대 동탄성계수 변화로 평가되며, 동결융해 300싸이클에서 상대 동탄성계수가 60% 이상인 경우의 콘크리트 배합이 저항성을 확보한 것으로 평가하고, 이는 적절한 연행공기 확보를 통하여 충족이 가능한 것으로 연구되고 있다. 반면 스케일링 저항성의 경우 외부환경에 노출된 콘크리트 표면이 동결융해 및 염해 등 여러 열화요인에 의해 복합적으로 작용하여 구조체의 표면에 손상을 일으키는 것으로 피해정도가 크고 다양하게 발생되며, 열화정도의 예측이 난해하다. 상기의 언급한 바와 같이 최근 제설제 사용량이 급증함에 따라 제설제에 의한 표면 스케일링이 크게 증가있으며, 이에 대한 대책 및 평가방법 제정이 요구되어지고 있다 (Lee et al.
콘크리트 포장의 내구성 손상 항목으로는 무엇이 있는가?
콘크리트 포장의 내구성 손상 항목으로는 제설염에 의한 스케일링과 동결융해 등을 거론할 수 있다. 동결융해에 의한 콘크리트의 내구성능 저하는 내부 미세균열 성장에 의한 치밀도 저하 (상대 동탄성계수 저하) 및 표면 조직의 스케일링으로 나타난다.
참고문헌 (9)
Bouzoubaa, N., Bilodeau, A., and Fournier, B. (2004), R&D Consortium on De-Icing Salt Scaling Resistance of Concrete Incorporating Supplementary Cementing Materials, MTL/CANMET, 12-25.
Choi, S. D. (2005), A Study on the Compound Deterioration of Concrete Subjected to Freezing-Thawing and Chloride Attack, Dessertation of MS in civil engineering, Seoul National University of Science and Technology, 9-17.
Dimitre, G. V. (2012), Evaluation of Test Methods for De-Icer Scaling Resistance of Concrete, Dessertation of MS in civil engineering, University of Toronto, 4-46.
Dipayan, J. (2007), Concrete Scaling - A Critical Review, Proceeding of the 29th Conference on Cement Microscopy, Canada, 91-130.
Lee, B. D., An, T. S., Hong, S. H., Kim, C. J., and An, J. K. (2011), Improvement for Specified Mix Proportion of Minor-Structure Concrete Considering Multi-Deterioration Environment, Report of Korea Expressway Corporation Research Institute, Republic of Korea, 14-41.
Lee, Y. J., Kim, D. S., Lee, B. D., and Hong, S. H. (2010), Policy of Quality Control on Cement Concrete Pavement, Proceedings of Korean Society of Road Engineers conference-Fall, Korean Society of Road Engineers, 175-178.
Marchand, E. J., and Pigeon, M. (1994), The Deicer Salt Scaling Deterioration of Concrete, A Overview, ACI SP-145, 46.
Powers, T. C., and Helmuth, R. H. (1953), Theory of Volume Changes in Hardened Portland Cement Paste during Freezing, Highway Research Board, 32, 259-297.
Zi, G., Oh, H., Sim, J., and Yi., C. (2012), Development of a Concrete with High Durability and Better visibility by using Waste-Glass, Report of Korea Expressway Corporation Research Institute, Republic of Korea.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.