콘크리트 건조수축 균열을 제어하기 위하여 수축저감제(SRA)가 개발되었다. SRA는 콘크리트 미세공극의 표면장력을 작게 하여 수축량을 감소시키며, 콘크리트의 품질향상을 위하여 SRA의 사용이 증가되고 있다. 하지만 건조수축을 예측하기 위한 다양한 모델이 존재함에도 불구하고, SRA의 영향을 고려할 수 있는 예측방법이 아직까지 없는 실정이다. 따라서 SRA 콘크리트의 건조수축에 의해 발생하는 인장응력을 정확히 예측할 수 없고, 콘크리트 구조물의 정량적인 사용성 한계의 검토가 불가능하다. 본 연구에서는 SRA 콘크리트의 정량적인 건조수축 변형률 예측가능성을 제시하기 위하여, 건조수축실험값과 기존 모델에 의한 예측값을 비교하였다. 기존 모델에는 SRA의 영향을 고려할 수 없으므로, 실험결과에 근거하여 SRA 첨가율에 따른 수축저감계수를 도출하였고 기존 모델에 수축저감계수를 적용하여 예측값을 구하였다. 그 결과 AIJ 모델, ACI 모델, GL2000 모델은 ${\pm}10%$의 오차범위 내에서 예측값과 실측값이 전반적으로 양호한 상관관계를 보였지만, CEB-FIP 모델과 B3 모델은 예측값이 실측값을 과소평가 하는 것으로 나타났다.
콘크리트 건조수축 균열을 제어하기 위하여 수축저감제(SRA)가 개발되었다. SRA는 콘크리트 미세공극의 표면장력을 작게 하여 수축량을 감소시키며, 콘크리트의 품질향상을 위하여 SRA의 사용이 증가되고 있다. 하지만 건조수축을 예측하기 위한 다양한 모델이 존재함에도 불구하고, SRA의 영향을 고려할 수 있는 예측방법이 아직까지 없는 실정이다. 따라서 SRA 콘크리트의 건조수축에 의해 발생하는 인장응력을 정확히 예측할 수 없고, 콘크리트 구조물의 정량적인 사용성 한계의 검토가 불가능하다. 본 연구에서는 SRA 콘크리트의 정량적인 건조수축 변형률 예측가능성을 제시하기 위하여, 건조수축실험값과 기존 모델에 의한 예측값을 비교하였다. 기존 모델에는 SRA의 영향을 고려할 수 없으므로, 실험결과에 근거하여 SRA 첨가율에 따른 수축저감계수를 도출하였고 기존 모델에 수축저감계수를 적용하여 예측값을 구하였다. 그 결과 AIJ 모델, ACI 모델, GL2000 모델은 ${\pm}10%$의 오차범위 내에서 예측값과 실측값이 전반적으로 양호한 상관관계를 보였지만, CEB-FIP 모델과 B3 모델은 예측값이 실측값을 과소평가 하는 것으로 나타났다.
Shrinkage Reducing Agent(SRA) was developed in order to control drying shrinkage cracks in concrete, and the use of SRA is increasing since it can control drying shrinkage cracks and improve the quality of concrete structures. Although there are many types of prediction equations of drying shrinkage...
Shrinkage Reducing Agent(SRA) was developed in order to control drying shrinkage cracks in concrete, and the use of SRA is increasing since it can control drying shrinkage cracks and improve the quality of concrete structures. Although there are many types of prediction equations of drying shrinkage strain, there is no prediction method which can consider the effect of SRA up to the present. Therefore, it is impossible to predict the tensile stress generated by drying shrinkage of SRA concrete, and to investigate the quantitative serviceability limit state of SRA concrete. In this study, the drying shrinkage of SRA concrete was investigated by experiment and analysis in order to suggest the predictability of drying shrinkage of SRA concrete. As a result, AIJ model, ACI model, GL2000 model showed there was a correlation between the predicted values and the experimental values within the error range of ${\pm}10%$. However, CEB-FIP model and B3 model underestimated the experimental values.
Shrinkage Reducing Agent(SRA) was developed in order to control drying shrinkage cracks in concrete, and the use of SRA is increasing since it can control drying shrinkage cracks and improve the quality of concrete structures. Although there are many types of prediction equations of drying shrinkage strain, there is no prediction method which can consider the effect of SRA up to the present. Therefore, it is impossible to predict the tensile stress generated by drying shrinkage of SRA concrete, and to investigate the quantitative serviceability limit state of SRA concrete. In this study, the drying shrinkage of SRA concrete was investigated by experiment and analysis in order to suggest the predictability of drying shrinkage of SRA concrete. As a result, AIJ model, ACI model, GL2000 model showed there was a correlation between the predicted values and the experimental values within the error range of ${\pm}10%$. However, CEB-FIP model and B3 model underestimated the experimental values.
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문제 정의
본 연구에서는 SRA 콘크리트의 건조수축 변형률 예측가능성을 제시하기 위하여 SRA 콘크리트의 건조수축 거동을 실험과 기존 모델과의 비교를 통하여 검토하였으며, 그 결과는 다음과 같다.
본 연구에서는 SRA 콘크리트의 정량적인 건조수축 변형률 예측 가능성을 제시하기 위하여 건조수축 실험값과 기존 모델에 의한 예측값과의 비교검토를 수행하였다. 기존 모델은 SRA의 영향을 고려할 수 없으므로, 실험결과에 근거하여 SRA 첨가율에 따른 보정값을 구하였고, 기존 모델에 보정값을 적용하여 건조수축변형률 실측값과 비교하였다.
제안 방법
모든 시험체는 시험체 제작 후 24시간 습윤양생을 실시하였고, 습윤양생 실시 후 항온 항습실(온도 20±1° C, 상대 습도 60±5%)에서 기건양생을 하였다.
Table 1에 콘크리트 배합을 나타내었다. SRA 첨가율에 따른 수축특성을 검토하기 위하여 SRA 첨가율을 변수로 하여 콘크리트를 제작하였고, 물-바인더비(W/B)는 48.5%로 하였다. 콘크리트 슬럼프와 공기량은 목표치(슬럼프 15±2.
SRA 콘크리트의 건조수축 특성을 검토하기 위하여 JIS A 1129[13] 규정에 따라 100×100×400mm의 각주형 시험체를 배합별로 3개씩 제작하였고(Figure 1), 시험편 내부에 매립형 변형률 게이지(Figure 2)를 설치하여 콘크리트의 건조수축 변형률을 자동 측정하였다.
SRA 콘크리트의 응력거동 및 균열저항 특성을 검토하기 위하여 1축구속 수축시험을 실시하였고, 그 결과를 Figure 7에 나타내었다. 1축구속 수축시험체에 발생한 인장응력은 힘의 평형조건에 의해 식(1)으로 구할 수 있다.
본 연구에서는 SRA 콘크리트의 정량적인 건조수축 변형률 예측 가능성을 제시하기 위하여 건조수축 실험값과 기존 모델에 의한 예측값과의 비교검토를 수행하였다. 기존 모델은 SRA의 영향을 고려할 수 없으므로, 실험결과에 근거하여 SRA 첨가율에 따른 보정값을 구하였고, 기존 모델에 보정값을 적용하여 건조수축변형률 실측값과 비교하였다. 본 연구에서는 ACI 모델[10], AIJ 모델[11], CEB-FIP 모델[12], B3 모델[10], GL2000 모델[10]에 의한 건조수축 예측값을 실측값과 비교하였다.
하지만 건조수축을 예측하기 위한 다양한 식들이 존재함에도 불구하고 SRA의 영향을 고려할 수 있는 보정값은 없는 실정이다. 따라서 SRA의 영향을 고려할 수 있는 보정값을 제시하기 위하여 본 연구에서 수행한 건조수축 실험결과에 근거하여 재령 120일에서의 SRA0.0의 건조수축 변형률에 대한 SRA 혼입 콘크리트의 건조수축 변형률의 비를 구하였고(식(3) 참조), 이로부터 회귀분석(Figure 8)을 통하여, 식(4)과 같이 SRA 영향을 고려할 수 있는 보정값을 도출하였다.
매립형 변형률 게이지는 최대 20000με까지 측정이 가능한 Tokyo Sokki Kenkyujo사의 PMFL-60-2LT 타입이며, 시험체 상하부의 불균등 건조수축을 방지하기 위해 시험체의 정중앙에 설치하였다. 또한 SRA 콘크리트의 균열저항 특성을 검토하기 위하여 1축구속 수축시험[14]을 실시하였다(Figure 3). 1축구속 수축시험체는 각주형 콘크리트(100×200×1500mm)의 내부에 배근된 D32 철근에 의한 건조수축의 구속으로 콘크리트에 인장응력을 유발시키는 시험체이다.
본 연구에서는 ACI 모델[10], AIJ 모델[11], CEB-FIP 모델[12], B3 모델[10], GL2000 모델[10]에 의한 건조수축 예측값을 실측값과 비교하였다. 또한 SRA 콘크리트의 역학특성을 검토하였고, 응력거동 및 균열저항 특성을 검토하기 위하여 1축구속 수축시험도 실시하였다
매립형 변형률 게이지는 최대 20000με까지 측정이 가능한 Tokyo Sokki Kenkyujo사의 PMFL-60-2LT 타입이며, 시험체 상하부의 불균등 건조수축을 방지하기 위해 시험체의 정중앙에 설치하였다.
기존 모델은 SRA의 영향을 고려할 수 없으므로, 실험결과에 근거하여 SRA 첨가율에 따른 보정값을 구하였고, 기존 모델에 보정값을 적용하여 건조수축변형률 실측값과 비교하였다. 본 연구에서는 ACI 모델[10], AIJ 모델[11], CEB-FIP 모델[12], B3 모델[10], GL2000 모델[10]에 의한 건조수축 예측값을 실측값과 비교하였다. 또한 SRA 콘크리트의 역학특성을 검토하였고, 응력거동 및 균열저항 특성을 검토하기 위하여 1축구속 수축시험도 실시하였다
철근이 받는 힘의 불균일성을 최소화하고 단부에만 구속을 주어 중앙부에 인장이 걸리게 하기 위하여 중앙 300mm 구간의 리브와 마디를 제거하였다[15]. 철근 변형률을 측정하기 위해 FLA-5-11-5L 타입의 철근변형률 게이지를 중앙부에 2개 부착하여 자동 계측하였다. SRA 콘크리트의 역학특성(압축강도, 탄성계수, 할렬인장강도)을 평가하기 위하여 각각 JIS A 1108[16], JIS A 1149[17], JIS A 1113[18]에 준하여 시험을 수행하였다.
대상 데이터
5%)를 만족하였으며, Table 2에 콘크리트 배합에 사용된 재료를 정리하였다. Table 3과 같이 본 연구에서 사용된 SRA는 글리콜 타입의 액상형 혼화제이며, 콘크리트 미세공극의 표면장력을 작게 하여 수축량을 감소시키는[5,6,7,8] 특징이 있다.
이론/모형
SRA 콘크리트의 역학특성(압축강도, 탄성계수, 할렬인장강도)을 평가하기 위하여 각각 JIS A 1108[16], JIS A 1149[17], JIS A 1113[18]에 준하여 시험을 수행하였다.
성능/효과
1) SRA 첨가율에 따른 콘크리트의 역학특성의 편차는 거의 없었으며, SRA 첨가율 1.5% 이하의 범위에서는 콘크리트의 역학특성(강도, 탄성계수, 할렬인장강도)에 큰 영향을 미치지 않는다는 기존 연구결과와 동일한 결과를 나타내었다.
2) SRA 첨가율이 증가할수록 건조수축 변형률은 감소하였으며 SRA 0.5% 첨가로 17% 정도, SRA 1.0% 첨가로 30% 정도 건조수축량을 감소시킬 수 있는 것으로 나타났다. SRA 0.
4) SRA 콘크리트의 수축특성 예측가능성을 검토하기 위하여 기존 건조수축 모델(AIJ 모델, ACI 모델, CEB -FIP 모델, B3 모델, GL2000 모델)에 실험결과에 근거하여 구해진 수축저감제 첨가율에 따른 보정값을 적용하여 예측값과 실측값을 비교하였으며, 그 결과 AIJ 모델, ACI 모델, GL2000 모델은 ±10%의 오차 범위 내에서 예측값과 실측값이 전반적으로 양호한 상관관계를 보였다.
AIJ 모델, ACI 모델, GL2000 모델은 ±10%의 오차범위 내에서 전반적으로 양호한 상관관계를 보였지만, CEB-FIP 모델과 B3 모델은 예측값이 실측값을 과소평가 하는 것으로 나타났다.
SRA 0.5% 첨가로도 일본건축학회에서 제안하고 있는 고급 사양의 콘크리트(건조수축 최종값 500∼600με )을 만족시킬 수 있는 것으로 나타났다.
건조수축 변형률은 3개의 시험체에 대한 평균값으로 정리하였다. SRA 첨가율이 증가할수록 건조수축 변형률은 감소하였으며, SRA 0.5% 첨가로 17% 정도, SRA 1.0% 첨가로 30% 정도 건조수축량을 감소시킬 수있는 것으로 나타났다(Figure 6). 일반적으로 SRA 1.
1축구속 수축시험체에 발생한 인장응력은 힘의 평형조건에 의해 식(1)으로 구할 수 있다. SRA0.3의 응력값은 재령 25일 이후에 SRA0.0과 거의 동일해졌으나 SRA0.5, SRA1.0의 인장응력은 SRA0.0보다 각 14%, 25% 정도씩 감소하였다. Figure 7에는 콘크리트 할렬인장강도 실측값도 함께 나타내었다.
후속연구
특히 AIJ 2006에서는 CEB-FIP 모델 예측값이 실측값을 과소평가하는 것으로 보고되고 있다[11]. 예측값과 실측값의 비교결과로부터 AIJ 모델, ACI 모델, GL2000 모델에 수축저감특성을 고려할 수 있는 적절한 보정값을 고려한다면 SRA 콘크리트의 수축특성을 예측하는 것이 가능할 것으로 판단된다. 하지만 건조수축, 크리프와 같은 콘크리트 시간 의존특성에 대한 모델들은 재료 및 환경적 차이의 영향으로 인하여 실측값과 차이를 보이기 쉬우므로[11] 국내 조건에 적합한 재료와 환경조건을 변수로 하여 보다 많은 실험적 검증이 필요할 것으로 판단된다.
예측값과 실측값의 비교결과로부터 AIJ 모델, ACI 모델, GL2000 모델에 수축저감특성을 고려할 수 있는 적절한 보정값을 고려한다면 SRA 콘크리트의 수축특성을 예측하는 것이 가능할 것으로 판단된다. 하지만 건조수축, 크리프와 같은 콘크리트 시간 의존특성에 대한 모델들은 재료 및 환경적 차이의 영향으로 인하여 실측값과 차이를 보이기 쉬우므로[11] 국내 조건에 적합한 재료와 환경조건을 변수로 하여 보다 많은 실험적 검증이 필요할 것으로 판단된다.
향후 연구에서는 다양한 변수(수축저감재 종류, 혼입율, Size effect 등)을 고려한 많은 실험적 검증이 필요할 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
건조수축이란?
콘크리트 미세공극 내의 수분증발에 의해 콘크리트의 체적은 감소하게 되며 이러한 현상을 건조수축이라 한다. 건조수축이 내부의 철근 또는 다른 구조 부재에 의해 구속을 받게 되면 콘크리트에 인장응력이 발생하게 되고, 콘크리트는 인장강도가 낮기 때문에 건조수축에 의해 발생한 응력은 균열을 유발시킬 수 있다[1,2,3,4].
건조수축은 무엇을 야기하는가?
콘크리트 미세공극 내의 수분증발에 의해 콘크리트의 체적은 감소하게 되며 이러한 현상을 건조수축이라 한다. 건조수축이 내부의 철근 또는 다른 구조 부재에 의해 구속을 받게 되면 콘크리트에 인장응력이 발생하게 되고, 콘크리트는 인장강도가 낮기 때문에 건조수축에 의해 발생한 응력은 균열을 유발시킬 수 있다[1,2,3,4]. 이러한 균열은 구조물의 지속 가능성, 내구성, 사용성 등에 영향을 미칠 수 있으므로 건조수축 균열을 제어하기 위한 대책 방안이 필요하다.
건조수축 인장응력의 측정과 콘크리트 구조물의 정량적인 사용성 한계 검토가 불가능한 이유는?
SRA는 콘크리트 미세공극의 표면장 력을 작게 하여 수축량을 감소시키며[5,6,7,8], 첨가율에 따라 20∼40%까지 수축저감효과가 있는 것으로 보고되고 있다[9]. 따라서 건조수축 균열제어를 통한 콘크리트구조물의 품질을 향상시키기 위하여 SRA의 사용이 증가되고 있지만, 건조수축을 예측하기 위한 다양한 식들이 존재함에도 불구하고 SRA의 영향을 고려할 수 있는 예측방법은 아직까지 없는 실정이다. 따라서 SRA 콘크리트의 건조수축에 의해 발생하는 인장응력을 정확히 예측할 수 없고, 콘크리트 구조물의 정량적인 사용성 한계의 검토가 불가능하다.
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