PURPOSES : The use of environmentally friendly construction methods has been recently encouraged to reduce fuel consumption and the effects of global warming. For this purpose, the roller compacted concrete pavement (RCCP) construction method has been developed. RCCP is more environmentally friendly...
PURPOSES : The use of environmentally friendly construction methods has been recently encouraged to reduce fuel consumption and the effects of global warming. For this purpose, the roller compacted concrete pavement (RCCP) construction method has been developed. RCCP is more environmentally friendly and economically efficient than general concrete by reducing the amount of CO2 generated through the application of a smaller amount of cement. RCCP has a number of advantages such as an easy construction method, low cost, high structural hydration performance, and aggregate interlocking. However, mix design standards and construction guidelines of RCCP are required for domestic application. In addition, a study on aggregate selection, which has an effect on the characteristics of RCCP, is necessary owing to a limited number of researches. Thus, the aggregate effect on the performance of RCCP in securing the required strength and workability was evaluated in consideration of domestic construction. METHODS : Sand and coarse aggregates of both 19mm and 13mm in maximum size were used in this study. Four types of aggregate gradations (s/a = 30%, 58%, and 70% for the sand and coarse aggregate of 19mm in maximum size, and s/a = 50% for a combination of the three types of aggregates) were set up to investigate the effects of the PCA band on the RCC characteristics. The conditions of s/a = 30% and 70% were evaluated to check the gradation effect outside of the recommended band. The conditions of s/a = 58% and 50% were used because they are the optimum combination of the two and three types of aggregates, respectively. RCCP gradation band was suggested gradation with a proper construction method of RCCP by synthetically comparing and analyzing the correlation of optimum water content, maximum dry density, and strength of requirements through its consistency and compaction test. RESULTS : The lower and upper limit lines are insufficient to secure a relatively strong development and workability compared to an aggregate gradation in the RCCP gradation band region. On the other hand, the line in the RCCP gradation band and the 0.45 power curve in the RCCP gradation band region were satisfactory, ensuring the required strength and workability. CONCLUSIONS : The suitable aggregate gradation on RCCP process should meet the RCCP gradation band area; however, fine particles passing through a #60 sieve do not need to be within the recommended gradation band because the influence of this region on such fine particles is small.
PURPOSES : The use of environmentally friendly construction methods has been recently encouraged to reduce fuel consumption and the effects of global warming. For this purpose, the roller compacted concrete pavement (RCCP) construction method has been developed. RCCP is more environmentally friendly and economically efficient than general concrete by reducing the amount of CO2 generated through the application of a smaller amount of cement. RCCP has a number of advantages such as an easy construction method, low cost, high structural hydration performance, and aggregate interlocking. However, mix design standards and construction guidelines of RCCP are required for domestic application. In addition, a study on aggregate selection, which has an effect on the characteristics of RCCP, is necessary owing to a limited number of researches. Thus, the aggregate effect on the performance of RCCP in securing the required strength and workability was evaluated in consideration of domestic construction. METHODS : Sand and coarse aggregates of both 19mm and 13mm in maximum size were used in this study. Four types of aggregate gradations (s/a = 30%, 58%, and 70% for the sand and coarse aggregate of 19mm in maximum size, and s/a = 50% for a combination of the three types of aggregates) were set up to investigate the effects of the PCA band on the RCC characteristics. The conditions of s/a = 30% and 70% were evaluated to check the gradation effect outside of the recommended band. The conditions of s/a = 58% and 50% were used because they are the optimum combination of the two and three types of aggregates, respectively. RCCP gradation band was suggested gradation with a proper construction method of RCCP by synthetically comparing and analyzing the correlation of optimum water content, maximum dry density, and strength of requirements through its consistency and compaction test. RESULTS : The lower and upper limit lines are insufficient to secure a relatively strong development and workability compared to an aggregate gradation in the RCCP gradation band region. On the other hand, the line in the RCCP gradation band and the 0.45 power curve in the RCCP gradation band region were satisfactory, ensuring the required strength and workability. CONCLUSIONS : The suitable aggregate gradation on RCCP process should meet the RCCP gradation band area; however, fine particles passing through a #60 sieve do not need to be within the recommended gradation band because the influence of this region on such fine particles is small.
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문제 정의
본 연구에서는 PCA가 제시하고 있는 RCCP 골재입도 Band가 RCCP 특성에 미치는 영향에 대해 알아보고 효율성과 경제성을 확보할 수 있는 적절한 골재입도를 제시하고자 하였으며, 주요 결론은 다음과 같다.
따라서 PCA에서 제시하는 골재입도 Band의 재검토와 Band 영역 안의 골재입도가 RCCP에 미치는 특성에 대한 연구가 필요할 것으로 사료된다. 본 연구에서는 최대치수 19mm 굵은 골재와 잔골재를 이용하여 Band 영역 재설정을 위해 입도특성 별로 RCCP 물성에 미치는 영향을 알아보고, 수정 골재입도 Band를 제시하고자 한다.
제안 방법
3. PCA에서 제시한 RCCP 골재입도 Band는 ASTM C33을 기준으로 아스팔트 입도를 참고하였다. 그러나 RCCP의 시공현장에서 골재선정시 정확한 Band 를 만족시키는 것은 비효율적이므로 시공성과 재료적 측면에서 편의성을 위해 미립자를 제외한 골재 최대치수와 잔골재를 고려하였다.
모든 배합비는 최대 건조단위중량에 대한 최적함수비를 가지고 있으며 이 때 최대 강도를 보장한다. Fig. 7과 같이 각 골재입도에 따른 강도 측정을 위해 ASTM C1176을 이용하여 시편을 제작하였으며 KS F 2405를 참고하여 강도시험을 실시하였다.
그러나 표준다짐시험으로 도출한 최대 단위중량은 실제 현장에서 다짐장비로 도출한 최대 단위중량에 비해 상대적으로 낮은 다짐에너지로 인하여 작게 평가된다(Ying- Kit Choi, 2005). 그러므로 현장의 최대 단위중량을 모사하기 위해 ASTM D1157을 이용하여 수정다짐시험을 실시한다. 임의의 5개 함수비를 기준으로 Fig.
동일한 다짐에너지와 시멘트량에 대해 최적함수비 조건에서 시공성을 고려한 포장용 RCC의 골재입도 영향을 비교·분석하였다.
45 Power Curve와 유사한 골재입도 일수록 공극형성이 적고 골재 간격이 더욱 조밀한 내부를 형성하며, 최대 단위중량에 근접한 다짐을 실시할 수 있으므로 골재 맞물림을 증대시켜 우수한 강도발현을 하기 때문이다. 따라서 RCCP 골재입도 Band가 RCCP의 특성에 미치는 영향을 알아보기 위해 Fig. 4와 같이 Band의 Upper limit line 및 Lower limit line과 0.45 Power Curve 에 유사하도록 인위적인 골재입도 설정 및 임의의 Band 영역에 포함될 수 있는 골재입도를 나타내었다. Fig.
일반적인 고속도로 콘크리트 포장에 적용 하는 시멘트량 보다는 20% 감소한 280kg/m3 설정하였고, 정확한 골재입도의 영향을 비교·분석하기 위해서 시멘트량을 고정하였으며, 함수비는 Table 1과 같이 문헌조사 및 선행시험을 통해 3.5%~7.4% 범위에서 배합비를 산정하였다.
이론/모형
골재입도 설정을 통한 s/a를 기준으로 각 골재입도가 RCCP의 특성에 미치는 영향을 알아보기 위해 기초물성평가에 대한 기본 배합설계는 S.Krishna Rao 등 (2014) ‘Evaluation of Properties of Roller Compacted Concrete Pavement’ 연구의 배합비를 참고 하였다.
성능/효과
1. PCA가 제시하는 RCCP 골재입도 Band에서 0.45 Power Curve와 유사한 골재입도는 최대 건조단위 중량과 강도의 상관관계를 통해 가장 조밀한 입도를 가진 것으로 판단된다. 그러나 Band 영역 내에 포함 되는 임의의 골재입도와 비교시 컨시스턴시 - 건조 단위중량-강도에 대한 영향이 미미하므로 골재입도를 Band 영역 내에 형성하면 RCCP 특성을 만족시킬 것으로 사료된다.
2. RCCP 골재입도 Band의 Upper Limit line 및 Lower Limit line의 경우 두 Limit line에 포함되지 않는 골재입도는 RCCP 특성의 컨시스턴시-건조단위중량-강도에 영향을 미치므로, 양질의 RCCP 포장을 위해 골재입도의 Limit line을 준수해야할 것으로 사료된다.
그러나 RCCP의 시공현장에서 골재선정시 정확한 Band 를 만족시키는 것은 비효율적이므로 시공성과 재료적 측면에서 편의성을 위해 미립자를 제외한 골재 최대치수와 잔골재를 고려하였다. RCCP 골재입도 Band에서 제시한 2%~8%의 미립자 부분은 RCCP 의 컨시스턴시-건조단위중량-강도에 대해 영향이 미미하므로, 골재선정 시 60번체 이하를 통과하는 미립자는 배제시켜도 우수한 품질의 RCCP를 확보할 것으로 판단된다.
동일한 다짐에너지와 시멘트량에 대해 최적함수비 조건에서 시공성을 고려한 포장용 RCC의 골재입도 영향을 비교·분석하였다. Upper limit line(s/a 70%) 및 Lower limit line(s/a 30%)의 두 골재입도 분포는 최적함수비에서의 28일 압축강도가 RCCP 골재입도 Band 영역 내의 골재입도에 비해 상대적으로 강도발현이 낮았으며, 최적함수비에서 적정 Vebe time 범위에 포함되지 않으므로 시공 시 작업성이 떨어지고 포장 품질을 감소시킬 것으로 사료된다. 또한 적정 Vebe time 범위에 포함되는 골재입도 중에 가장 조밀한 0.
기존 문헌의 연구 결과와 유사하게 네개의 골재입도 모두 28일 압축강도는 28MPa~48MPa 범위에서 발현되었다. Upper limit line(s/a 70%)의 28일 압축강도는 다른 골재입도의 28일 압축강도와 비교하여 상대적으로 낮게 평가됨을 알 수 있었다. 이는 배합구성비 중 강도발현에 영향을 미치는 굵은골재 구성비가 다른 배합보다 낮게 구성되었으며, 골재 맞물림 효과에서 잔골재 입자들이 많은 비중을 차지하여 강도가 낮게 평가된 것으로 판단된다.
또한 60번체를 통과하는 미립자는 각각의 입도분포 모두 PCA의 기준에 부합하지 않지만 RCC의 물성특성에 영향력이 미미하므로 제외시켜도 무방할 것으로 사료된다. 따라서 RCCP 공법에서 시공성과 요구강도를 만족하는 적용 가능한 골재입 도는 s/a 58%, s/a 50%이며 PCA의 Gradation Band 영역 내로 판단되고, Fig. 12와 같이 수정된 골재입도 Band를 제안한다.
이는 골재입도에 따라 s/a가 증가할수록 최대 건조단위중량은 감소하는 경향을 나타났다. 또한 최대 건조단위중량은 가장 조밀한 입 도인 s/a 50%보다 s/a 30%가 가장 큰 값을 도출하였으며 이는 각 골재입도마다 골재함량이 다르므로 비중 값의 차이로 판단된다.
45 Power curve에 근접한 s/a 50%의 골재입도 특성을 보여주는 함수비-Vebe time 곡선으로, 다른 골재입도의 Vebe time 결과와 달리 동일한 Vebe time까지 도달하는 적정 함수비 범위가 가장 낮은 범위로 나타난다. 이는 PCA에서 RCCP 골재입도 Band를 권고하는 이유 중 하나인 컨시스턴시가 조밀한 골재입도에 영향을 받는 것을 알 수 있으며, 다른 골재 입도와 비교하여 동일한 함수비 일 때 상대적으로 낮은 다짐에너지로도 충분한 다짐을 시행할 수 있을 것으로 판단된다. Table 2는 각각의 골재입도마다 RCCP의 시공성 확보가 가능한 허용 Vebe time에 따른 함수비 범위이다.
8은 골재입도의 설정에 따라 각각의 s/a별로 함수비에 따른 Vebe time을 측정한 결과이다. 함수비가 증가할수록 Vebe time은 감소하는 경향을 나타내었으며, 된 콘크리트에 대한 컨시스턴시의 지표인 Vebe time이 함수비의 영향을 크게 받는 것을 알 수 있었다. 이에 따라 s/a가 증가할수록 목표 Vebe time 범위인 30~75(s)에 만족하는 함수비 범위는 증가하였다.
후속연구
또한 콘크리트 내부 공극이 최소화되고 분산되어 조밀한 기포간격계수 및 수밀성이 증대된 롤러전압다짐 콘크리트포장은 수분에 의한 공극의 포화를 방지하고 동결로부터 발생되는 팽창압을 완화시켜 우수한 환경저항성을 확보할 수 있다(Lee Seung Woo, 2011). 그러나 이러한 RCCP의 우수성을 도출하기 위해서는 배합, 운반, 포설, 다짐 등 각각의 시공단계 별로 규정을 준수해야하나 국내 적용을 위한 배합설계기준 및 시공지침 등이 수립되어 있지 않으므로 연구가 필요할 것으로 판단된다.
국외의 연구 결과를 통해 실제 RCCP 건설에서 골재 입도 Band가 만족하지 못하지만 성공적인 시공사례가 있다. 따라서 PCA에서 제시하는 골재입도 Band의 재검토와 Band 영역 안의 골재입도가 RCCP에 미치는 특성에 대한 연구가 필요할 것으로 사료된다. 본 연구에서는 최대치수 19mm 굵은 골재와 잔골재를 이용하여 Band 영역 재설정을 위해 입도특성 별로 RCCP 물성에 미치는 영향을 알아보고, 수정 골재입도 Band를 제시하고자 한다.
반면 Lower limit line(s/a 30%)의 28일 압축강도는 RCCP 골재입도 Band 영역 내에 있는 다른 골재입도의 28일 압축강도와 소폭의 차이가 있으나 전반적으로 세 개의 골재입도 모두 우수한 압축강도를 나타내었다. 일반 콘크리트포장 대비 20% 절감한 시멘트량으로도 충분한 강도발현이 되었으므로, 더 많은 시멘트량의 절감을 통해 경제적인 효과 및 구조적 기능을 모두 만족하는 결과를 얻을수 있을 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
도로분야에서도 점차적으로 환경친화적 건설에 대한 중요성이 부각되고 있는 이유는?
시멘트 콘크리트포장은 경제적이면서도 우수한 내구성, 기능성 및 구조적 성능을 확보하여 사회기반시설인 도로 건설에 활발히 사용되고 있다. 그러나 최근 들어 지구온난화, 이상기후 및 자원고갈 등의 환경문제로 인하여 환경친화적인 건설의 중요성이 대두되면서, 시멘트 콘크리트포장의 주요 재료인 시멘트 생산공정 중에 발생되는 CO2 등의 온실가스로 인하여 환경을 저해하는 배타적인 재료로 인식되고 있는 실정이다. 이와 같은 상황을 고려하여 도로분야에서도 점차적으로 환경친화적 건설에 대한 중요성이 부각되고 있다.
시멘트에서 미립자는 어떤 역할을 하는가?
2)는 일반적으로 공칭 최대 골재 크기(NMSA)가 19mm를 초과하지 않고, 75㎛의 체를 통과하는 허용 가능한 미립자 비율이 2%~8%이다. 미립자의 규정량은 시멘트 페이스트의 분산을 도우며, 재료의 혼합 중에 윤활제 역할을 한다 (Gregory E. Halsted, 2009).
시멘트 콘크리트포장의 장점은?
시멘트 콘크리트포장은 경제적이면서도 우수한 내구성, 기능성 및 구조적 성능을 확보하여 사회기반시설인 도로 건설에 활발히 사용되고 있다. 그러나 최근 들어 지구온난화, 이상기후 및 자원고갈 등의 환경문제로 인하여 환경친화적인 건설의 중요성이 대두되면서, 시멘트 콘크리트포장의 주요 재료인 시멘트 생산공정 중에 발생되는 CO2 등의 온실가스로 인하여 환경을 저해하는 배타적인 재료로 인식되고 있는 실정이다.
참고문헌 (16)
ACI 325.10R-25, Report on Roller Compacted Concrete pavements
ASTM C33 Standard Specification for Concrete Aggregate
ASTM C1170 Standard Test Method for Determining Consistency and Density of Roller-Compacted Concrete Using a Vibrating Table.
ASTM D1557, Standard Test Methods for Laboratory Compaction Characteristics of Soil Using Modified Effort.
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Farshid Vahedifard., Mahmoud Nili., Christopher L. Meehan., 2010, Assessing the effects of supplementary cementitious materials on the performance of low-cement roller compacted concrete pavement, Construction and Building Materials, Vol. 24, No. 12, pp. 2528-2535.
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S.Krishna Rao., P.Sarika., P.Sravana., T.ChandraSekhara Rao., 2014, Evaluation of Properties of Roller Compacted Concrete Pavement(RCCP), International Journal of Education and Applied Research, vol. 4, No. 2, pp.88-90.
Ying-Kit Choi., Kenneth D. Hansen 2005, RCC/Soil-Cement:What's the Difference?, Journal of Materials in Civil Engineering, vol. 17, No. 4, pp. 371-378.
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