본 연구에서는 PSC 그라우트의 블리딩 예측을 위한 블리딩 시험에 사용되는 실린더의 직경과 강연선의 개수가 시멘트 페이스트(물-시멘트 비 0.42)의 블리딩에 미치는 영향을 파악하고자 하였다. 실험변수로 실린더의 직경과 강연선의 개수를 달리하였다. 실린더의 직경은 쉬스관의 직경 범위를 고려하여 25, 50, 75, 100, 150mm이며, 모든 직경변수에 대하여 강연선 유 무에 따른 블리딩 실험을 수행하였다. 또한 직경 50mm 실린더에 대해서는 강연선을 증가(0, 1, 2, 3(EA))시켜가며 실험을 수행하였다. 강연선이 없는 경우 블리딩률은 2% 이하로 매우 작게 발생하며 측정오차 범위 내에서 모든 실험체가 비슷한 수준으로 발생하였다. 강연선이 있는 경우 블리딩률이 최대 10%까지 발생하였으며, 실린더의 직경이 증가할수록 점차 감소하는 것으로 나타났다. 특히 실린더 직경 50-100mm 구간에서 블리딩률이 급격히 변화하였다. 또한 강연선의 개수가 증가함에 따라 블리딩률이 점차 증가하였으나, 측정오차를 고려할 때 무시할 수 있는 수준으로 나타났다. 따라서 블리딩 실험을 수행함에 있어 1가닥의 강연선을 배치하고 실제 쉬스관의 직경을 고려하여 직경 50-100mm 범위에서 실린더를 선택하는 것이 가장 합리적인 방법이라고 판단된다.
본 연구에서는 PSC 그라우트의 블리딩 예측을 위한 블리딩 시험에 사용되는 실린더의 직경과 강연선의 개수가 시멘트 페이스트(물-시멘트 비 0.42)의 블리딩에 미치는 영향을 파악하고자 하였다. 실험변수로 실린더의 직경과 강연선의 개수를 달리하였다. 실린더의 직경은 쉬스관의 직경 범위를 고려하여 25, 50, 75, 100, 150mm이며, 모든 직경변수에 대하여 강연선 유 무에 따른 블리딩 실험을 수행하였다. 또한 직경 50mm 실린더에 대해서는 강연선을 증가(0, 1, 2, 3(EA))시켜가며 실험을 수행하였다. 강연선이 없는 경우 블리딩률은 2% 이하로 매우 작게 발생하며 측정오차 범위 내에서 모든 실험체가 비슷한 수준으로 발생하였다. 강연선이 있는 경우 블리딩률이 최대 10%까지 발생하였으며, 실린더의 직경이 증가할수록 점차 감소하는 것으로 나타났다. 특히 실린더 직경 50-100mm 구간에서 블리딩률이 급격히 변화하였다. 또한 강연선의 개수가 증가함에 따라 블리딩률이 점차 증가하였으나, 측정오차를 고려할 때 무시할 수 있는 수준으로 나타났다. 따라서 블리딩 실험을 수행함에 있어 1가닥의 강연선을 배치하고 실제 쉬스관의 직경을 고려하여 직경 50-100mm 범위에서 실린더를 선택하는 것이 가장 합리적인 방법이라고 판단된다.
In this study, the bleeding tests were performed to investigate the effects of cement paste(w/c=0.42) on bleeding through varying the number of strand and the diameter of cylinder. The test variables were specified by differing the diameter of cylinder and the number of strand. The bleeding test was...
In this study, the bleeding tests were performed to investigate the effects of cement paste(w/c=0.42) on bleeding through varying the number of strand and the diameter of cylinder. The test variables were specified by differing the diameter of cylinder and the number of strand. The bleeding test was performed with respect to all diameter parameters by with or without strand. In addition, the number of strands were specified at four levels, 0, 1, 2, and 3 EA in case of 50 mm cylinder. In case of without strand, the bleeding rate was determined at low level under 2%. Moreover, all of the specimens had similar value in the measurement error. In case of with strand, maximum bleeding rate was 10%. As the diameter of cylinder decreased, the bleeding rate was decreased. The bleeding rate was altered rapidly in between 50 to 100mm of diameter. Even though bleeding rate was increased according to the increase in the number of strand, these tendency for bleeding rate was negligible with the measurement error.
In this study, the bleeding tests were performed to investigate the effects of cement paste(w/c=0.42) on bleeding through varying the number of strand and the diameter of cylinder. The test variables were specified by differing the diameter of cylinder and the number of strand. The bleeding test was performed with respect to all diameter parameters by with or without strand. In addition, the number of strands were specified at four levels, 0, 1, 2, and 3 EA in case of 50 mm cylinder. In case of without strand, the bleeding rate was determined at low level under 2%. Moreover, all of the specimens had similar value in the measurement error. In case of with strand, maximum bleeding rate was 10%. As the diameter of cylinder decreased, the bleeding rate was decreased. The bleeding rate was altered rapidly in between 50 to 100mm of diameter. Even though bleeding rate was increased according to the increase in the number of strand, these tendency for bleeding rate was negligible with the measurement error.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 실제 PSC 그라우트의 물-시멘트비를 갖는 페이스트를 대상으로 강연선의 유·무에 따른 블리딩 현상을 파악하고, 실린더의 직경과 블리딩 양의 상관관계를 분석하고자 한다.
따라서 본 연구에서는 실제 PSC 그라우트의 물-시멘트비를 갖는 페이스트를 대상으로 강연선의 유·무에 따른 블리딩 현상을 파악하고, 실린더의 직경과 블리딩 양의 상관관계를 분석하고자 한다. 또한 기존의 블리딩 시험 규격에서 강연선을 1가닥으로 제한하고 있는 것과 달리 강연선의 개수를 증가시켜 강연선 개수에 따른 블리딩 실험을 수행하고 이를 통해 강연선 개수와 블리딩 양 사이의 관계를 분석하고자 한다.
본 연구에서는 PSC 그라우트의 블리딩 예측을 위한 기존의 블리딩 시험방법의 문제점을 제시하였으며, 이를 개선하기 위한 기초단계의 연구로 물-시멘트 비 0.42인 시멘트 페이스트를 대상으로 강연선의 유·무, 실린더의 직경, 강연선의 개수가 블리딩에 미치는 영향을 검토하였다.
본 연구에서는 그라우트의 유동특성 파악을 위한 유동성 실험과 블리딩 현상 파악을 위한 블리딩 실험을 수행하였다.
제안 방법
2. 유동특성 측정 실험과 동일한 시간 조건에서 시간에 따른 블리딩을 측정하였으며 블리딩률로 계산하여 실험 결과를 분석하였다. 강연선이 있는 실험체의 경우 초기 블리딩률이 급격하게 증가하여 최대 9.
여기서 실린더 직경 50mm의 경우 미국의 시험규정에서 제시하고 있는 실린더의 크기와 유사하다. 강연선 사용에 따른 심지 효과를 확인하기 위해 강연선이 있는 경우와 없는 경우에 대한 실험을 모두 수행하였다. 또한 직경 50mm 실린더를 사용한 실험에서 강연선을 2, 3개로 증가시켜 강연선 개수에 따른 블리딩 영향을 측정하고자 하였다.
그라우트의 블리딩 실험방법을 결정하기에 앞서 국내·외 시험규정을 조사하였다.
미국의 시험규정에서 제안하고 있는 시험방법의 경우 강연선의 배치가 용이하고 실린더의 직경을 일정하게 제한하고 있으며, 시험방법이 비교적 쉽다. 따라서 미국의 블리딩 시험방법을 기준으로 실린더의 직경과 강연선의 개수를 변화시키며 블리딩 실험을 수행하였다.
강연선 사용에 따른 심지 효과를 확인하기 위해 강연선이 있는 경우와 없는 경우에 대한 실험을 모두 수행하였다. 또한 직경 50mm 실린더를 사용한 실험에서 강연선을 2, 3개로 증가시켜 강연선 개수에 따른 블리딩 영향을 측정하고자 하였다. 강연선은 미국 규정과 동일한 공칭지름 12.
1에 그 형상을 나타내었다(KS L 51112012). 미니 슬럼프 콘을 유리 평판에 놓은 뒤 페이스트를 다짐없이 채운 후 낙하운동 없이 미니 슬럼프 콘을 들어올려 페이스트의 최종 퍼짐 직경을 측정하였다. 유하 시험은 Fig.
페이스트 주입 후 수분의 증발을 막기 위해 파라핀 오일을 사용하여 시료의 상단을 마무리 하였다. 시간에 따른 블리딩 양을 측정하기 위해 20분 간격으로 180분까지 각 실험체의 페이스트 침하량을측정하였다.
2에 나타낸 고깔형 시험기를 사용하여 수행하였다. 시험기에 부피 1,725mL의 페이스트를 채운 후 바닥의 구멍을 개방한 시점부터 시료가 모두 빠져나왔을 때의 시간을 초시계를 사용하여 측정하였다(KS F 4044 2014).
유동성 실험은 KS L 5111(2012)에 규정된 콘을 사용한 플로우실험, KS F 4044(2014)에 규정된 깔대기를 사용한 유하시험, 점도계를 사용한 유동특성 측정 실험을 수행하였다.
5에 나타낸 바와 같이 실린더의 단면 중앙에 설치하였으며, 2개 이상의 강연선을 사용할 경우 서로 간에 이격이 없도록 고정하였다. 페이스트 주입 후 수분의 증발을 막기 위해 파라핀 오일을 사용하여 시료의 상단을 마무리 하였다. 시간에 따른 블리딩 양을 측정하기 위해 20분 간격으로 180분까지 각 실험체의 페이스트 침하량을측정하였다.
페이스트의 정량적인 유동특성을 측정하기 위해 점도계를 사용하였다. 본 연구에 사용한 점도계는 Fig.
3에 나타낸 베인형 축을 회전하여 얻는 토크와 회전속도 관계를 전단응력과 전단속도 관계로 변환하고, 이 실험 결과를 Bingham fluid 모델에 적용하여 점도와 항복응력을 계산하였다. 페이스트의 정치시간에 따른 유동특성변화를 측정하기 위해 혼합이 끝난 시점으로부터 20분 간격으로 180분까지 반복하여 수행하였다.
대상 데이터
강연선 유·무에 상관없이 높이 400mm까지 페이스트를 주입하여 실험을 수행하였다.
또한 직경 50mm 실린더를 사용한 실험에서 강연선을 2, 3개로 증가시켜 강연선 개수에 따른 블리딩 영향을 측정하고자 하였다. 강연선은 미국 규정과 동일한 공칭지름 12.7mm 7연선을 사용하였다.
본 연구에서 사용한 재료는 1종 보통 포틀랜드 시멘트로 분말도 3,513cm2/g이며, 자세한 물리적 특성과 화학성분 구성을 Table 2에 나타내었다.
시멘트 반죽의 혼합 시 국내 시험규정에서 제시하는 기계 반죽용 혼합기를 사용하였으며, 시멘트와 물을 1분간 혼합한 뒤패들에 묻은 페이스트 덩어리를 시료 주걱으로 저어 떨어뜨렸다. 추가적으로 혼합기를 사용하여 2분간 혼합하였다.
플로우 실험은 국내 시험규정에서 제시하는 미니 슬럼프 콘을 사용하여 수행하였으며, Fig. 1에 그 형상을 나타내었다(KS L 51112012). 미니 슬럼프 콘을 유리 평판에 놓은 뒤 페이스트를 다짐없이 채운 후 낙하운동 없이 미니 슬럼프 콘을 들어올려 페이스트의 최종 퍼짐 직경을 측정하였다.
이론/모형
페이스트의 정량적인 유동특성을 측정하기 위해 점도계를 사용하였다. 본 연구에 사용한 점도계는 Fig. 3에 나타낸 베인형 축을 회전하여 얻는 토크와 회전속도 관계를 전단응력과 전단속도 관계로 변환하고, 이 실험 결과를 Bingham fluid 모델에 적용하여 점도와 항복응력을 계산하였다. 페이스트의 정치시간에 따른 유동특성변화를 측정하기 위해 혼합이 끝난 시점으로부터 20분 간격으로 180분까지 반복하여 수행하였다.
성능/효과
1. 점도계를 사용한 유동특성 측정실험 결과 항복응력은 시간에 따라 점차 증가(0-40Pa)하며, 점도는 감소(3.2-0Pa)하는 경향을 나타내었다. 특히 실험 시작 40분 경과 시점부터 유동특성의 변화가 급격해지는 것을 확인하였다.
3. 강연선 유·무에 따른 블리딩률은 최대 6.7배(D25 실험체)의 차이를 보이며 강연선이 있는 경우 크게 발생하였다.
4. 강연선이 없는 경우 실린더의 직경에 따른 블리딩률은 경향이 없는 것으로 확인되었다. 그러나 강연선이 있는 경우 실린더의 직경이 증가할수록 블리딩률이 점차 감소하는 경향을 보였으며, 특히 직경 50-100mm 구간에서 블리딩률이 급격히 감소하였으며 100mm 이후에는 거의 변화가 나타나지 않았다.
5. 강연선이 증가함에 따라 블리딩률이 점차 증가하는 것을 확인하였다. 그러나 실험시 발생하는 측정오차에 의한 오차범위(±0.
강연선 유·무에 따른 블리딩률의 차이는 D25 실험체에서 최대 6.7배까지 발생하는 것으로 나타났다.
강연선이 없는 ‘S0’의 경우 강연선이 있는 경우와 비교하여 매우 작은 블리딩이 발생하였으며, 강연선의 개수가 증가함에 따라 블리딩률이 점차 증가하는 것으로 확인되었다.
10에 최종 실험 시간인 3시간 후의 강연선 유·무에 따른 블리딩률 평균값을 비교하여 나타내었다. 강연선이 있는 경우와 없는 경우를 비교하였을 때 강연선이 있는 경우의 실험에서 블리딩률이 증가하는 것으로 측정되었다. 강연선 유·무에 따른 블리딩률의 차이는 D25 실험체에서 최대 6.
유동특성 측정 실험과 동일한 시간 조건에서 시간에 따른 블리딩을 측정하였으며 블리딩률로 계산하여 실험 결과를 분석하였다. 강연선이 있는 실험체의 경우 초기 블리딩률이 급격하게 증가하여 최대 9.22%(D50-S3)의 블리딩률을 보였으며, 실험 시작 40분 경과 시점에서 변화폭이 점차 감소하는 것을 확인하였다. 이러한 현상은 직경이 작은 실린더를 사용한 실험에서 두드러지게 나타났다.
강연선이 없는 경우 실린더의 직경에 따른 블리딩률은 경향이 없는 것으로 확인되었다. 그러나 강연선이 있는 경우 실린더의 직경이 증가할수록 블리딩률이 점차 감소하는 경향을 보였으며, 특히 직경 50-100mm 구간에서 블리딩률이 급격히 감소하였으며 100mm 이후에는 거의 변화가 나타나지 않았다. 따라서 PSC 그라우트의 블리딩을 예측하는데 있어 실제 쉬스관의 직경이 고려되어야 할 것이며, 50-100mm 사이의 실린더를 사용 하는 것이 적절할 것으로 판단된다.
그러나 강연선이 있는 경우 실린더의 직경이 증가할수록 블리딩률이 점차 감소하는 경향을 보였으며, 특히 직경 50-100mm 구간에서 블리딩률이 급격히 감소하였으며 100mm 이후에는 거의 변화가 나타나지 않았다. 따라서 PSC 그라우트의 블리딩을 예측하는데 있어 실제 쉬스관의 직경이 고려되어야 할 것이며, 50-100mm 사이의 실린더를 사용 하는 것이 적절할 것으로 판단된다.
그러나 실험자에 따라 강연선의 배치 상태가 다를 수있고 이로 인해 강연선 사이의 이격이 달라질 수 있다. 따라서 블리딩 실험을 수행하는데 있어 1가닥의 강연선을 사용하는 것이 실험자에 따른 오차를 방지하는데 유리하며, 실험결과 또한 블리딩 예측을 위한 자료로써 충분히 의미가 있을 것으로 판단된다.
또한 강연선의 유·무에 따른 블리딩 효과가 매우 크게 나타나는 D25, D50, D75 실험체에서는 측정시간 40분 이후 블리딩률 증가 폭이 점차 감소하는 것으로 나타났다.
5mm로 측정되었다. 유하 시험 또한 5회 수행하였으며, 최소 32초, 최대 40초, 평균 36초로 측정되었다.
2-0Pa)하는 경향을 나타내었다. 특히 실험 시작 40분 경과 시점부터 유동특성의 변화가 급격해지는 것을 확인하였다. 이러한 현상은 시멘트 페이스트의 응결에 의한 것으로 판단된다.
플로우 실험은 총 5회에 거쳐 수행하였으며, 최소 165mm, 최대 180mm, 평균 172.5mm로 측정되었다. 유하 시험 또한 5회 수행하였으며, 최소 32초, 최대 40초, 평균 36초로 측정되었다.
후속연구
따라서 1가닥의 강연선을 사용하더라도 그라우트의 블리딩을 예측하는데 충분히 의미있는 실험 결과를 얻을 수 있을 것으로 판단되며, 강연선 사이의 이격에 의한 실험 오차를 제거하고 실험과정을 단순화 할 수 있을 것이다.
이와 같이 기존의 시험규정은 실제와 다른 불명확성을 포함하고 있으며, 향후 국내의 그라우트 블리딩 시험규정을 개선하는데 있어 위에서 언급한 강연선의 영향, 실린더 직경에 따른 영향, 강연선의 개수에 따른 영향을 파악하는 기초적인 연구가 필요하다.
앞서 설명한 유럽의 블리딩 시험규정에서 실린더의 직경을 60-80mm 사이로 제한한 것도 이러한 현상을 반영한 것으로 판단된다. 추후 국내 시험규정을 개정함에 있어서 쉬스관의 직경에 따른 블리딩 현상을 고려할 수 있도록 50-100mm 범위에내에서 실린더의 직경을 결정할 필요가 있을 것으로 생각된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
포스트텐셔닝 방식으로 제작되는 구조물에는 무엇이 있는가?
포스트텐셔닝(post-tensioning) 방식으로 제작되는 PSC(prestressedconcrete) 구조물은 시공 단계에서 강연 선을 긴장하여 발생하는 압축력을 통해 콘크리트의 균열을 제어하고, 구조적인 안전성을 확보하게 된다. 강연 선은 쉬스관 내부에 삽입되고, 그라우팅 과정을 통해 구조물과의 일체화를 이루게 된다.
PSC(prestressedconcrete) 구조물은 어떻게 구조적인 안정성을 확보하게 되는가?
포스트텐셔닝(post-tensioning) 방식으로 제작되는 PSC(prestressedconcrete) 구조물은 시공 단계에서 강연 선을 긴장하여 발생하는 압축력을 통해 콘크리트의 균열을 제어하고, 구조적인 안전성을 확보하게 된다. 강연 선은 쉬스관 내부에 삽입되고, 그라우팅 과정을 통해 구조물과의 일체화를 이루게 된다.
PSC 구조물에서 강연선은 어떤과정을 통해 구조물과 일체화를 이루게 되는가?
포스트텐셔닝(post-tensioning) 방식으로 제작되는 PSC(prestressedconcrete) 구조물은 시공 단계에서 강연 선을 긴장하여 발생하는 압축력을 통해 콘크리트의 균열을 제어하고, 구조적인 안전성을 확보하게 된다. 강연 선은 쉬스관 내부에 삽입되고, 그라우팅 과정을 통해 구조물과의 일체화를 이루게 된다. 그라우트가 쉬스관내부를 밀실하게 채우지 않을 경우 외부의 유해물질에 의해 강연 선이 부식될 수 있으며, 극단적인 경우에는 강연선 파단으로 인한 구조물의 붕괴를 야기할 수 있다.
참고문헌 (9)
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Koh, K.T., Ryu, G.S., Ahn, K.H., Kang, S.T. (2014). Effects of mineral admixture on the characteristics of grout for PSC bridge, Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute, 2(1), 26-33 [in Korean].
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