콘크리트는 다공성 매채로 투수성을 가지고 있으며, 투수성은 내구성 평가의 중요한 인자가 된다. 콘크리트는 이어치기의 지연을 통해서 콜드조인트를 가지게 되는데, 이러한 이음은 투수와 유해물질의 유입을 가속화시킨다. 본 연구에서는 고로 슬래그 미분말과 보통포틀랜트 시멘트를 사용하여 콜드조인트 콘크리트를 제조하였으며, 91일 재령 하에서 2주간 투수계수 및 유량을 측정하였다. 고로슬래그 미분말을 혼입한 배합에서는 투수성이 OPC 배합에 비해 0.89배 감소하였으며, 콜드조인트에도 보통배합에 비해 투수계수가 0.86배 감소하였다. 본 연구에서는 저압 투수법을 통하여 콜드조인트 및 혼화재가 투수성에 미치는 영향이 평가되었으며, 확률론적인 방법을 통하여 건전부와 콜드조인트부의 투수 변동성 또한 분석되었다.
콘크리트는 다공성 매채로 투수성을 가지고 있으며, 투수성은 내구성 평가의 중요한 인자가 된다. 콘크리트는 이어치기의 지연을 통해서 콜드조인트를 가지게 되는데, 이러한 이음은 투수와 유해물질의 유입을 가속화시킨다. 본 연구에서는 고로 슬래그 미분말과 보통포틀랜트 시멘트를 사용하여 콜드조인트 콘크리트를 제조하였으며, 91일 재령 하에서 2주간 투수계수 및 유량을 측정하였다. 고로슬래그 미분말을 혼입한 배합에서는 투수성이 OPC 배합에 비해 0.89배 감소하였으며, 콜드조인트에도 보통배합에 비해 투수계수가 0.86배 감소하였다. 본 연구에서는 저압 투수법을 통하여 콜드조인트 및 혼화재가 투수성에 미치는 영향이 평가되었으며, 확률론적인 방법을 통하여 건전부와 콜드조인트부의 투수 변동성 또한 분석되었다.
Concrete, as a porous media, has permeability and it is considered as a major parameter for durability evaluation. Cold joint caused by delayed placing of concrete accelerates water permeation and intrusion of harmful ions. In the paper, concrete specimens containing GGBFS (Ground Granulated Blast F...
Concrete, as a porous media, has permeability and it is considered as a major parameter for durability evaluation. Cold joint caused by delayed placing of concrete accelerates water permeation and intrusion of harmful ions. In the paper, concrete specimens containing GGBFS (Ground Granulated Blast Furnace Slag) and OPC (Ordinary Portland Cement) are prepared with cold joint section, and water permeability and water flow at the age of 91 days are measured for 2 weeks. Sound concrete with GGBFS shows decreased permeability to 89% for sound concrete with OPC and 0.86 of decreasing ratio is evaluated in GGBFS concrete with cold joint. Through WPT (Water Penetration Test), the effects of mineral admixture and cold joint on water permeability are evaluated, and variation in water behavior via cold joint is analyzed through probabilistic method as well.
Concrete, as a porous media, has permeability and it is considered as a major parameter for durability evaluation. Cold joint caused by delayed placing of concrete accelerates water permeation and intrusion of harmful ions. In the paper, concrete specimens containing GGBFS (Ground Granulated Blast Furnace Slag) and OPC (Ordinary Portland Cement) are prepared with cold joint section, and water permeability and water flow at the age of 91 days are measured for 2 weeks. Sound concrete with GGBFS shows decreased permeability to 89% for sound concrete with OPC and 0.86 of decreasing ratio is evaluated in GGBFS concrete with cold joint. Through WPT (Water Penetration Test), the effects of mineral admixture and cold joint on water permeability are evaluated, and variation in water behavior via cold joint is analyzed through probabilistic method as well.
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문제 정의
초기재령에서는 시험기간 동안 투수계수가 크게 감소하므로,14) 이에 대한 영향을 최소화하기 위해, 91일의 양생기간을 선택 하였다. 본 연구에서는 콜드조인트 및 혼화재가 투수성에 미치는 영향이 분석될 것이며, 이에 따른 투수거동의 변화가 고찰될 것이다. 콜드조인트 유무와 혼화재료 특성을 고려하였으나, 다양한 물-결합재비 및 치환률의 특성은 본 연구 이후 좀 더 다양한 시편을 대상으로 평가하도록 한다.
본 연구에서는 콜드조인트의 영향을 고려하기 위해서 기존의 연구에서 제안된 저압 투수시험을 실시하였다.15) 이 실험방법은 많은 연구에서 이미 적용되었는데, 수압 조절은 할 수 없으나 정상상태를 기본으로 한 정수두 실험에 효과적인 방법이다.
제안 방법
1) GGBFS 혼입 유무에 따른 콜드조인트 콘크리트의 투수성을 저압투수시험을 통해 정량적으로 평가하였다. 평균 투수계수는 GGBFS 배합에서 2.
2주 동안 하루 2회에 걸쳐 유출량을 시간에 따라 평가하였고 배합에 따라 존치시간에 따른 투수계수를 평균하여 비교하였다. Fig.
본 장에서는 저압투수시험을 통하여 OPC 콘크리트 및 GGBFS 콘크리트의 투수거동을 평가하였다. 91일 양생된 콘크리트를 2주간의 저압투수시험을 통하여 건전부 및 콜드조인트 콘크리트의 유출량을 측정하였으며, 그에 따른 누적유출량과 평균 투수계수를 도출하였다.
KS 기준에 따라 150×300 실린터 시편을 사용하여야 하지만 본 시편과의 크기와 형상이 다르므로 본 절에서는 직접투수계수측정 시편의 강도를 평가하였다.
15,16) 혼화재를 사용한 콘크리트의 수밀성 개선 및 내구성 확보에 대해서는 많은 연구가 진행되었으나, 콜드조인트를 가진 혼화재 사용 콘크리트의 수밀성에 대해서는 뚜렷한 연구가 없는 실정이다. 본 연구에서는 보통 포틀랜트 시멘트(OPC: Ordinary Portland Cement)와 GGBFS를 혼입한 콘크리트에 대하여 저압투수법을 수행하였다. 실험을 위해 물-결합재비 0.
본 장에서는 저압투수시험을 통하여 OPC 콘크리트 및 GGBFS 콘크리트의 투수거동을 평가하였다. 91일 양생된 콘크리트를 2주간의 저압투수시험을 통하여 건전부 및 콜드조인트 콘크리트의 유출량을 측정하였으며, 그에 따른 누적유출량과 평균 투수계수를 도출하였다.
상부 공간을 물로 채운 후 측면을 에폭시로 완전 밀봉하여 상부 공간과 시편사이를 완벽하게 메움처리를 하였다. 상부 공간의 수두(H)를 1,800 mm로 조절하고 12시간 간격으로 수두 변화를 측정하였다.
상부 공간을 물로 채운 후 측면을 에폭시로 완전 밀봉하여 상부 공간과 시편사이를 완벽하게 메움처리를 하였다. 상부 공간의 수두(H)를 1,800 mm로 조절하고 12시간 간격으로 수두 변화를 측정하였다. 또한 같은 환경에서 여분의 시편을 증발량을 고려하였다.
실제 구조물은 모사하기에는 너무 시편의 부착 면이 작고 면처리가 되어 있지 않으므로 30° 기울여 상대적인 강도를 비교하였다.
압축강도 시편은 75×75×50 mm 육면체 시편을 준비하여 압축강도 시험을 수행하였으며, 인장강도 시편은 100×50 mm 원통형 시편을 준비하여 쪼갬인장강도 시험을 수행하였다.
일반적으로 콘크리트 구조물 시공의 경우 고압수 살포, 샌드 블러스팅, 시멘트 풀칠 등의 면처리를 수행하지만 본 연구에서는 특별한 면처리를 수행하지 않았으며 이에 대한 투수성을 평가하였다.
6을 갖는 건전부 및 콜드조인트 시편이 제작되었으며, 40%의 치환률을 가진 GGBFS 콘크리트가 준비되었다. 초기재령에서는 시험기간 동안 투수계수가 크게 감소하므로,14) 이에 대한 영향을 최소화하기 위해, 91일의 양생기간을 선택 하였다. 본 연구에서는 콜드조인트 및 혼화재가 투수성에 미치는 영향이 분석될 것이며, 이에 따른 투수거동의 변화가 고찰될 것이다.
콜드조인트 및 GGBFS의 강도에 대한 영향을 고려하기 위해 압축 및 쪼갬인장강도 시험을 수행하였다. KS 기준에 따라 150×300 실린터 시편을 사용하여야 하지만 본 시편과의 크기와 형상이 다르므로 본 절에서는 직접투수계수측정 시편의 강도를 평가하였다.
콜드조인트 콘크리트 시편 제작을 위하여 동일한 크기의 시편에 절반을 타설한 이후 1일간의 기건 양생을 거친 후, 나머지 절반을 타설하여 88일간의 수중양생을 하였다. 양생과정을 거친 후 시편을 절단하여 높이가 50 mm인 콜드조인트 디스크 시편을 준비하였다.
대상 데이터
건전부 시편의 투수량 측정을 위해 지름 100×200 mm의 시편이 사용되었으며, 타설 후 1일간 기건 양생을 수행하였다.
실험을 위하여 국내 A사의 보통포틀랜트 시멘트(OPC: Ordinary Portland Cement)를 사용하였으며, 국내 S사의 GGBFS를 혼화재료로 사용하였다. OPC와 GGBFS의 화학조성은 Table 1에 나타내었으며, 두 배합간의 투수특성의 차이를 알기위해 40%의 치환률을 고려하였다.
본 연구에서는 보통 포틀랜트 시멘트(OPC: Ordinary Portland Cement)와 GGBFS를 혼입한 콘크리트에 대하여 저압투수법을 수행하였다. 실험을 위해 물-결합재비 0.6을 갖는 건전부 및 콜드조인트 시편이 제작되었으며, 40%의 치환률을 가진 GGBFS 콘크리트가 준비되었다. 초기재령에서는 시험기간 동안 투수계수가 크게 감소하므로,14) 이에 대한 영향을 최소화하기 위해, 91일의 양생기간을 선택 하였다.
콜드조인트 콘크리트 시편 제작을 위하여 동일한 크기의 시편에 절반을 타설한 이후 1일간의 기건 양생을 거친 후, 나머지 절반을 타설하여 88일간의 수중양생을 하였다. 양생과정을 거친 후 시편을 절단하여 높이가 50 mm인 콜드조인트 디스크 시편을 준비하였다. Table 4는 시편제작에 따른 양생기간 및 조건을 나타내었으며, Fig.
건전부 시편의 투수량 측정을 위해 지름 100×200 mm의 시편이 사용되었으며, 타설 후 1일간 기건 양생을 수행하였다. 이후 탈형하여 90일 동안 수중양생 하였으며 양생과정을 거친 후 절단기를 이용하여 높이가 50 mm인 건전부 원통형 시편을 준비하였다.
콘크리트의 원통형 시편을 이용하여 건전부 및 콜드조인트를 가진 시편을 제작하였다. 건전부 시편의 투수량 측정을 위해 지름 100×200 mm의 시편이 사용되었으며, 타설 후 1일간 기건 양생을 수행하였다.
압축강도 시편은 75×75×50 mm 육면체 시편을 준비하여 압축강도 시험을 수행하였으며, 인장강도 시편은 100×50 mm 원통형 시편을 준비하여 쪼갬인장강도 시험을 수행하였다. 투수 실험과 마찬가지로 재령 91일 대상으로 실험을 수행하였다. Fig.
데이터처리
콜드조인트 콘크리트의 누적 유량과 투수계수의 변화를 보면, 측정값들이 건전부보다 상대적으로 크게 변동하는 것을 알 수 있다. 2주 동안 12시간마다 측정된 투수계수를 표본집단으로 하여 투수계수의 평균과 표준편차를 도출하였다. Table 8에서는 확률변수의 결과를 나타내었으며, 정규분포를 가정하여 Fig.
성능/효과
1-3) 이미 일본에서는 1990년대 후반 터널구조물의 콜드조인트 콘크리트의 박락이 철로위에 발생하여 사회적으로 큰 문제가 되었다.1,2) 콜드조인트는 면처리를 하지 않을 경우 타설부에 국부적으로 열화속도가 증가하게 된다. 콜드조인트를 가진 콘크리트는 탄산화 증가, 투수 증가 등 내구적인 문제가 발생하게 되는데,4-6) 현재 국내외 시방서에서는 이러한 열화 가중치를 고려하고 있지 않다.
2) GGBFS를 혼입한 배합에서의 투수성이 OPC 배합에 비해 0.89배 감소하는 것을 알 수 있었으며, 콜드조인트에도 GGBFS-CJ 배합이 OPC-CJ 배합에 비해 투수계수가 0.86배 감소하는 것으로 평가되었다. GGBFS는 건전부 뿐 아니라 콜드조인트에서도 효과적으로 투수성을 저감시키고 있다.
3) 콜드조인트를 가진 OPC 콘크리트의 변동계수는 0.266으로 가장 높은 수준으로 평가되었다. 또한 GGBFS 를 혼입한 경우는 콜드조인트가 없어도 0.
5는 건전부 콘크리트의 시간에 따른 누적유출량을 나타내었다. OPC 배합과 GGBFS를 치환한 배합의 누적 투수량을 분석하면 OPC 배합이 GGBFS를 치환한 배합보다 높게 평가되었다. 이는 장기재령에서 GGBFS 콘크리트의 특성인 잠재수경성에 의한 공극률 감소와 이에 따른 수밀성개선이 주된 원인이다.
OPC의 평균 투수계수는 2.29×10-11 m/s, GGBFS 의 평균 투수계수는 2.04×10-11 m/s로 GGBFS를 혼입한 콘크리트에서 11%의 투수계수가 감소하였다.
Table 5에서 알 수 있듯이 GGBFS를 치환한 배합에서 강도가 OPC 배합보다 약간 증가하였으나, 큰 수준은 아니었다. 또한 콜드조인트 콘크리트에서 쪼갬 인장강도는 박리현상으로 인해 0.8~1.0MPa 수준의 낮은 강도가 측정되었다. 실제 구조물은 모사하기에는 너무 시편의 부착 면이 작고 면처리가 되어 있지 않으므로 30° 기울여 상대적인 강도를 비교하였다.
실제 구조물은 모사하기에는 너무 시편의 부착 면이 작고 면처리가 되어 있지 않으므로 30° 기울여 상대적인 강도를 비교하였다. 인장강도는 OPC 콘크리트에서는 압축강도 대비 50.0% 수준으로, GGBFS 콘크리트에 서는 38.4% 수준으로 평가되었다.
콜드조인트 콘크리트의 누적 유량과 투수계수의 변화를 보면, 측정값들이 건전부보다 상대적으로 크게 변동하는 것을 알 수 있다. 2주 동안 12시간마다 측정된 투수계수를 표본집단으로 하여 투수계수의 평균과 표준편차를 도출하였다.
콜드조인트를 가진 OPC 콘크리트는 건전부에 비하여 147.9%의 유량 증가를 나타냈으며, GGBFS 콘크리트에서는 27.1% (콜드조인트) 및 –10.9% (건전부)의 변화를 나타내었다.
평균 투수계수는 GGBFS 배합에서 2.04×10-11 m/s로 가장 낮게 나타났으며, OPC 배합에서 2.29×10-11 m/s, GGBFS-CJ 배합에서 2.92×10-11 m/s, OPC-CJ 배합에서 3.39×10-11 m/s로 평가되었다.
후속연구
본 연구에서는 콜드조인트 및 혼화재가 투수성에 미치는 영향이 분석될 것이며, 이에 따른 투수거동의 변화가 고찰될 것이다. 콜드조인트 유무와 혼화재료 특성을 고려하였으나, 다양한 물-결합재비 및 치환률의 특성은 본 연구 이후 좀 더 다양한 시편을 대상으로 평가하도록 한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
콜드조인트를 가진 OPC 및 GGBFS 콘크리트의 투수성 평가를 통해 도출된 결론은?
1) GGBFS 혼입 유무에 따른 콜드조인트 콘크리트의 투수성을 저압투수시험을 통해 정량적으로 평가하였다. 평균 투수계수는 GGBFS 배합에서 2.04×10-11 m/s로 가장 낮게 나타났으며, OPC 배합에서 2.29×10-11 m/s, GGBFS-CJ 배합에서 2.92×10-11 m/s, OPC-CJ 배합에서 3.39×10-11 m/s로 평가되었다.
2) GGBFS를 혼입한 배합에서의 투수성이 OPC 배합에 비해 0.89배 감소하는 것을 알 수 있었으며, 콜드조인트에도 GGBFS-CJ 배합이 OPC-CJ 배합에 비해 투수계수가 0.86배 감소하는 것으로 평가되었다. GGBFS는 건전부 뿐 아니라 콜드조인트에서도 효과적으로 투수성을 저감시키고 있다.
3) 콜드조인트를 가진 OPC 콘크리트의 변동계수는 0.266으로 가장 높은 수준으로 평가되었다. 또한 GGBFS 를 혼입한 경우는 콜드조인트가 없어도 0.242로 큰 변동계수가 평가되었는데, 이는 잠재수경성으로 인해 측정시간(2주)에 따라 지속적으로 투수계수가 감소하기 때문이다.
콜드조인트는 면처리를 하지 않을 경우 어떻게 되는가?
1-3) 이미 일본에서는 1990년대 후반 터널구조물의 콜드조인트 콘크리트의 박락이 철로위에 발생하여 사회적으로 큰 문제가 되었다.1,2) 콜드조인트는 면처리를 하지 않을 경우 타설부에 국부적으로 열화속도가 증가하게 된다. 콜드조인트를 가진 콘크리트는 탄산화 증가, 투수 증가 등 내구적인 문제가 발생하게 되는데,4-6) 현재 국내외 시방서에서는 이러한 열화 가중치를 고려하고 있지 않다.
콘크리트의 특징은 무엇이며 이 특징은 어디에 중요한 인자가 되는가?
콘크리트는 다공성 매채로 투수성을 가지고 있으며, 투수성은 내구성 평가의 중요한 인자가 된다. 콘크리트는 이어치기의 지연을 통해서 콜드조인트를 가지게 되는데, 이러한 이음은 투수와 유해물질의 유입을 가속화시킨다.
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