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문제 정의
- 그러므로, 본 연구에서는 물-결합재비(W/B)를 30%로 제한하고, 결합재는 보통 포틀랜드 시멘트에 플라이 애쉬, 지르코늄 실리카 퓸 등 혼화재를 활용한 3성분계 고품질 그라우트에 대하여, 자유수축 및 구속수축 등 수축특성에 미치는 팽창재 및 수축저감제의 영향을 분석함으로써, 블리딩 및 수축균열 저항성이 우수한 고품질 그라우트 배합을 선정하고자 한다.
제안 방법
- Table 6은 수축저감제 및 팽창재 혼입률 변화에 따른 그라우트의 유동성 실험 결과이다. 그라우트 모든 변수들에 대하여 믹스 후 측정 시 150 mm 이상의 플로우를 만족하도록 고성능 감수제 혼입량을 현장에서 조정을 수행하였다. 전반적으로, 동일한 고성능 감수제 0.
- 그라우트 압축강도는 40×40×160 mm의 직사각형 공시체를 EN 196-1에 따라 제작 및 양생한 후 재령 7일, 28일에 실험을 수행하였다.
- 50%의 2수준으로 변화시켜 병용함으로써 총 7배치를 실험 변수로 계획하였는데, 단위시멘트량에 대한 비율로 치환하여 사용하였다. 그라우트의 배합상세는 Table 1과 같고, 각 그라우트 변수에 대하여 유동성, 블리딩, 체적변화량, 압축강도(재령 7, 28일), 수축(자유수축, 구속수축) 등 실험계획 하였다.
- 1, 2). 그라우트의 침하 및 블리딩이 수축에 미치는 영향을 최소화하고, 충분한 구속길이를 확보하기 위하여 텐던의 길이를 총 2100 mm로 제작하고, 펌프로 시편 하단에서 그라우트를 주입하여 실험을 수행하였다. 텐던과 덕트의 직경은 도로설계편람(2010)에서 제시한 최대 텐던-덕트 면적비 0.
- 그러므로 본 연구에서는 영점(Time-zero)은 B 점으로 하여 그라우트의 수축/팽창을 측정하여, 수축 균열에 영향을 미치는 정확한 그라우트의 수축/팽창 변형률을 평가하였다.
- 또한 그라우트의 수축/팽창실험은 국외에서 블리딩 및 수축/팽창 측정하는 기준 EN 445을 참고하여 실제 PSC 구조물에 사용되는 텐던 및 덕트를 모사하여 실험하였다(Fig. 1, 2). 그라우트의 침하 및 블리딩이 수축에 미치는 영향을 최소화하고, 충분한 구속길이를 확보하기 위하여 텐던의 길이를 총 2100 mm로 제작하고, 펌프로 시편 하단에서 그라우트를 주입하여 실험을 수행하였다.
- 즉 유동성 실험은 그라우트를 배합한 후 첫 실험을 수행하고 30분이 지난 후 다시 실험을 수행하였다. 또한 블리딩 실험은 텐던을 삽입한 상태에서 실험을 수행하도록 되어 있고, 그라우트 타설 시부터 첫 1시간은 15분씩 블리딩량 및 체적변화량을 측정하고, 그 후 2시간, 3시간, 24시간 간격으로 각각 측정하였다. 그라우트 압축강도는 40×40×160 mm의 직사각형 공시체를 EN 196-1에 따라 제작 및 양생한 후 재령 7일, 28일에 실험을 수행하였다.
- 본 연구에서는 그라우트의 블리딩량을 저감하기 위해 W/B는 30%로 제한하고, 예비실험을 통하여 가장 양호한 성능을 발휘하는 플라이 애쉬와 지르코늄 실리카퓸을 병용 사용한 3성분계 그라우트를 플레인 배합으로 선정하였다. 이에 팽창재 a 혼입률 1.
- 본 연구에서는 온도와 습도가 일정하게 유지되는 항온 · 항습실에서 그라우트를 펌프를 이용하여 시편 하단에서 주입하고 수축량을 측정하였다.
- 본 연구에서는 우수한 고품질 그라우트 배합을 선정하고자, 플라이 애쉬, 지르코늄 실리카퓸을 사용한 3성분계 그라우트의 수축특성에 미치는 팽창재 a, b 및 수축저감제의 혼입률을 변화시켜 병용하여 실험을 수행하였다. 본 연구의 범위 내에서는 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 본 연구에서는 그라우트의 블리딩량을 저감하기 위해 W/B는 30%로 제한하고, 예비실험을 통하여 가장 양호한 성능을 발휘하는 플라이 애쉬와 지르코늄 실리카퓸을 병용 사용한 3성분계 그라우트를 플레인 배합으로 선정하였다. 이에 팽창재 a 혼입률 1.0, 2.0%의 2수준, 팽창재 b 혼입률 0.25, 0.50%의 2수준, 수축저감제 혼입률 0.25, 0.50%의 2수준으로 변화시켜 병용함으로써 총 7배치를 실험 변수로 계획하였는데, 단위시멘트량에 대한 비율로 치환하여 사용하였다. 그라우트의 배합상세는 Table 1과 같고, 각 그라우트 변수에 대하여 유동성, 블리딩, 체적변화량, 압축강도(재령 7, 28일), 수축(자유수축, 구속수축) 등 실험계획 하였다.
- 본 연구에서는 유럽규정 EN 445에 따라 그라우트의 유동성(Fluidity), 블리딩(Bleeding) 및 체적변화량(Volume change)을 측정하였다. 즉 유동성 실험은 그라우트를 배합한 후 첫 실험을 수행하고 30분이 지난 후 다시 실험을 수행하였다. 또한 블리딩 실험은 텐던을 삽입한 상태에서 실험을 수행하도록 되어 있고, 그라우트 타설 시부터 첫 1시간은 15분씩 블리딩량 및 체적변화량을 측정하고, 그 후 2시간, 3시간, 24시간 간격으로 각각 측정하였다.
- 텐던과 덕트의 직경은 도로설계편람(2010)에서 제시한 최대 텐던-덕트 면적비 0.45를 선택하였고, 이에 대응하는 텐던 ø12.7 1가닥과 ø19의 덕트(PVC파이프)를 사용하여 자유수축/팽창 및 구속수축/팽창실험을 수행하였다.
대상 데이터
- 본 연구의 사용재료로서, 국내산 보통 포틀랜드 시멘트와 플라이 애쉬를 사용하였고 지르코늄 실리카퓸은 호주산을 사용하였다. 팽창재 a는 일본산 CSA계(Table 3), 팽창재 b는 국내산 팽창성 그라우트제(Table 4), 수축저감제와 고성능 감수제는 국내산을 사용하였다(Table 2).
- 본 연구의 사용재료로서, 국내산 보통 포틀랜드 시멘트와 플라이 애쉬를 사용하였고 지르코늄 실리카퓸은 호주산을 사용하였다. 팽창재 a는 일본산 CSA계(Table 3), 팽창재 b는 국내산 팽창성 그라우트제(Table 4), 수축저감제와 고성능 감수제는 국내산을 사용하였다(Table 2).
이론/모형
- 본 연구에서는 7-wired 텐던을 사용하여 실험을 수행하였다. 7-wired 텐던의 경우 중심에 1가닥의 텐던을 주변에 6가닥의 텐던이 감싸고 있는 형태이며(Fig.
- 본 연구에서는 유럽규정 EN 445에 따라 그라우트의 유동성(Fluidity), 블리딩(Bleeding) 및 체적변화량(Volume change)을 측정하였다. 즉 유동성 실험은 그라우트를 배합한 후 첫 실험을 수행하고 30분이 지난 후 다시 실험을 수행하였다.
성능/효과
- 1) 그라우트의 유동성은 분체로 구성된 팽창재 및 수축저감제의 혼입으로 인하여 플레인 변수보다 다소 감소하였으나, 결과적으로 모든 변수들은 유럽규정 EN 445를 만족하였다. 또한 플레인 변수는 과대한 블리딩 및 체적변화량으로 유럽규정을 만족하지 못하였으나, 팽창재 및 수축저감제를 혼입한 변수들은 최소 블리딩 및 체적변화량을 각각 45%, 26%의 저감특성을 나타났다.
- 2) 압축강도는 낮은 W/B와 플라이 애쉬, 지르코늄 실리카퓸 혼입으로 인하여 재령 7일에 50 MPa 이상을 나타냈으며 유럽규정을 만족하였다. 결과적으로 팽창재 a2.
- 3) 혼화제 혼입률별 재령 경과에 따른 자기수축은 변수0.0E-0.0R 변수보다 최소 29%이상의 수축저감특성을 나타났다. 팽창재 및 수축저감제의 혼입률이 증가할수록 그라우트의 수축이 감소하고 재령 22일에는 완만한 수축거동을 나타났다.
- 4) 혼화제 혼입률별 재령 경과에 따른 구속수축은 팽창재 a 및 수축저감제의 혼입률이 증가할수록 텐던 구속에 의한 수축균열은 뒤늦게 발생하고, 팽창재 b의 혼입률이 증가할수록 극초기 팽창으로 인하여 수축균열은 조기에 발생함을 알 수 있다. 유독 팽창재 a 2.
- 결과적으로 팽창재 a 2.0%와 수축저감제 0.50%를 병용한 변수에서 우수한 블리딩 및 체적저감 성능이 나타났다.
- 결과적으로 팽창재 a 2.0%와 수축저감제 0.50%를 병용한 변수에서 재령 28일에 최고 강도 74.55 MPa를 타나냈다.
- 2) 압축강도는 낮은 W/B와 플라이 애쉬, 지르코늄 실리카퓸 혼입으로 인하여 재령 7일에 50 MPa 이상을 나타냈으며 유럽규정을 만족하였다. 결과적으로 팽창재 a2.0%, 수축저감제 0.50%를 혼입한 변수에서 재령 28일에 최고 강도 74.55 MPa를 나타냈다.
- 결과적으로 플레인 변수는 –510 εμ으로 최대 수축량을 보여 주었고 팽창재 a 2.0%, 수축저감제 0.50%를 혼입한 변수 –148 με로 최소 수축량을 나타났다.
- A 점은 그라우트를 주입한 시점이다. 그라우트를 주입 후 열전대(Thermocouple)에 측정된 온도가 감소되면서 매립게이지의 변형률도 감소됨을 볼 수 있다. 이는 배합 시 그라우트의 내부 온도가 항온 · 항습실(20°C)의 온도보다 높기 때문이다.
- 1) 그라우트의 유동성은 분체로 구성된 팽창재 및 수축저감제의 혼입으로 인하여 플레인 변수보다 다소 감소하였으나, 결과적으로 모든 변수들은 유럽규정 EN 445를 만족하였다. 또한 플레인 변수는 과대한 블리딩 및 체적변화량으로 유럽규정을 만족하지 못하였으나, 팽창재 및 수축저감제를 혼입한 변수들은 최소 블리딩 및 체적변화량을 각각 45%, 26%의 저감특성을 나타났다. 특히 팽창재 a 2.
- 이상을 종합하여 볼 때, 플라이 애쉬와 지르코늄 실리카퓸을 사용한 3성분계 고품질 그라우트에 대하여, 팽창재 a 2.0%, 수축저감제 0.50%를 병용하게 되면 우수한 블리딩 및 침하 저감특성과 압축강도를 얻는 동시에, 텐던 구속에 의한 수축균열을 억제하는 고품질 3성분계 그라우트 배합으로 제안한다.
- 0R에서는 활발한 수화반응이 시작하는 동시에 급격한 수축거동을 보여주었으며, 재령 22일에 수축량은 –510 εμ이 나타났다. 이에 비해 팽창재와 수축저감제를 혼입한 변수들은 최소 29% 이상의 수축저감 특성을 나타났다. 특히 수축저감제의 혼입량이 증가할수록 수축저감 성능이 우수하게 나타났으며 재령 경과에 따라 다소 완만한 수축거동을 나타났다.
- 그라우트 모든 변수들에 대하여 믹스 후 측정 시 150 mm 이상의 플로우를 만족하도록 고성능 감수제 혼입량을 현장에서 조정을 수행하였다. 전반적으로, 동일한 고성능 감수제 0.50%를 혼입한 모든 변수들은 규정 EN 445에서 제안한 기준을 만족하였고, 혼화제를 혼입한 변수들은 0.0E-0.0R 변수에 비해 유동성이 떨어졌다. 이는 모든 혼화제는 분체로 구성되어 기인한 것으로 사료된다.
- 이에 비해 팽창재와 수축저감제를 혼입한 변수들은 최소 29% 이상의 수축저감 특성을 나타났다. 특히 수축저감제의 혼입량이 증가할수록 수축저감 성능이 우수하게 나타났으며 재령 경과에 따라 다소 완만한 수축거동을 나타났다. 이는 수축저감 제가 그라우트 내부 모세관수의 표면장력을 저감하였기 때문으로 판단된다.
- 이는 모든 혼화제는 분체로 구성되어 기인한 것으로 사료된다. 특히 수축저감제의 혼입률이 증가할수록 유동성이 감소하는 반면 팽창재의 혼입률이 증가할수록 다소 증가하는 경향을 확인할 수 있었다.
- 또한 플레인 변수는 과대한 블리딩 및 체적변화량으로 유럽규정을 만족하지 못하였으나, 팽창재 및 수축저감제를 혼입한 변수들은 최소 블리딩 및 체적변화량을 각각 45%, 26%의 저감특성을 나타났다. 특히 팽창재 a 2.0%, 수축저감제 0.50%를 혼입한 변수에서는 우수한 그라우트 블리딩 및 침하저감 특성을 보여 주었다.
- 팽창재 및 수축저감제 혼입률별 재령 경과에 따른 초기온도 거동을 통하여, 팽창재와 수축저감제의 혼입률이 증가할수록 그라우트를 타설한 후 활발한 수화반응이 일어나는 시간이 지연됨을 알 수 있으나 최고 온도는 다소 큰 차이가 없었다. 팽창재와 수축저감제 혼입률에 따른 최고 온도 값은 각각 21.
- 0R 변수보다 최소 29%이상의 수축저감특성을 나타났다. 팽창재 및 수축저감제의 혼입률이 증가할수록 그라우트의 수축이 감소하고 재령 22일에는 완만한 수축거동을 나타났다. 결과적으로 플레인 변수는 –510 εμ으로 최대 수축량을 보여 주었고 팽창재 a 2.
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