이 연구에서는 고강도 콘크리트의 역학적 특성을 파악하기 위한 실험연구를 수행하였다. 80~120 MPa 범위의 압축강도를 갖는 고강도 콘크리트를 대상으로 실험연구를 수행하였다. 물-결합재비의 압축강도에 대한 영향, 시간에 따른 압축강도의 발현 및 양생조건의 압축강도에 대한 영향을 분석하였다. 또한, 양생조건에 따른 콘크리트의 탄성계수, 쪼갬인장강도 및 파괴계수 특성을 파악하였다. 탄성계수, 쪼갬인장강도 및 파괴계수의 실험결과와 기존설계코드에 의한 예측결과를 비교하였다. 콘크리트구조기준의 탄성계수 제안식은 실험값을 합리적으로 예측한다. 반면에, 콘크리트구조기준은 파괴계수 실험값을 과소평가하고 있다. ACI 363R의 쪼갬인장강도와 파괴계수 예측값과 실험값은 잘 일치하고 있다. 따라서, ACI 363R의 쪼갬인장강도와 파괴계수 예측식은 120 MPa까지의 고강도 콘크리트에 효과적으로 활용될 수 있다.
이 연구에서는 고강도 콘크리트의 역학적 특성을 파악하기 위한 실험연구를 수행하였다. 80~120 MPa 범위의 압축강도를 갖는 고강도 콘크리트를 대상으로 실험연구를 수행하였다. 물-결합재비의 압축강도에 대한 영향, 시간에 따른 압축강도의 발현 및 양생조건의 압축강도에 대한 영향을 분석하였다. 또한, 양생조건에 따른 콘크리트의 탄성계수, 쪼갬인장강도 및 파괴계수 특성을 파악하였다. 탄성계수, 쪼갬인장강도 및 파괴계수의 실험결과와 기존설계코드에 의한 예측결과를 비교하였다. 콘크리트구조기준의 탄성계수 제안식은 실험값을 합리적으로 예측한다. 반면에, 콘크리트구조기준은 파괴계수 실험값을 과소평가하고 있다. ACI 363R의 쪼갬인장강도와 파괴계수 예측값과 실험값은 잘 일치하고 있다. 따라서, ACI 363R의 쪼갬인장강도와 파괴계수 예측식은 120 MPa까지의 고강도 콘크리트에 효과적으로 활용될 수 있다.
An experimental program was carried out to investigate the mechanical properties of high-strength concrete. High-strength concrete with compressive strengths of 80 to 120 MPa was tested. Test results are presented regarding effect of water-binder ratio on compressive strength and compressive strengt...
An experimental program was carried out to investigate the mechanical properties of high-strength concrete. High-strength concrete with compressive strengths of 80 to 120 MPa was tested. Test results are presented regarding effect of water-binder ratio on compressive strength and compressive strength gain. In addition, the effect of curing methods on compressive strength, elastic modulus, splitting tensile strength, and modulus of rupture is investigated. Test results of elastic modulus, splitting tensile strength, and modulus of rupture are compared with predictions from the current design recommendations. Predictions of elastic modulus by using KCI recommendation has good agreement with test results. However, predictions of modulus of rupture by using KCI recommendation underestimate the test results. ACI 363R recommendations predict well test results of splitting tensile strength and modulus of rupture. ACI 363R recommendations for predicting splitting tensile strength and modulus of rupture can be used for high-strength concrete with compressive strengths up to 120 MPa.
An experimental program was carried out to investigate the mechanical properties of high-strength concrete. High-strength concrete with compressive strengths of 80 to 120 MPa was tested. Test results are presented regarding effect of water-binder ratio on compressive strength and compressive strength gain. In addition, the effect of curing methods on compressive strength, elastic modulus, splitting tensile strength, and modulus of rupture is investigated. Test results of elastic modulus, splitting tensile strength, and modulus of rupture are compared with predictions from the current design recommendations. Predictions of elastic modulus by using KCI recommendation has good agreement with test results. However, predictions of modulus of rupture by using KCI recommendation underestimate the test results. ACI 363R recommendations predict well test results of splitting tensile strength and modulus of rupture. ACI 363R recommendations for predicting splitting tensile strength and modulus of rupture can be used for high-strength concrete with compressive strengths up to 120 MPa.
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문제 정의
본 연구에서는 배합별로 양생조건을 다르게 하여 콘크리트의 역학적 특성을 분석하고자 하였다. H80 배합의 콘크리트는 양생막을 이용한 양생을 수행하였다.
이 연구에서는 낮은 물-결합재 비를 이용하여 배합한 압축강도 80~120 MPa 수준의 고강도 콘크리트의 압축강도, 탄성계수,쪼갬인장강도 및 파괴계수 등의 역학적 특성을 평가하기 위한 실험연구를 수행하였다. 양생방법이 고강도 콘크리트의 역학적 특성에 미치는 영향을 분석하였다.
이 연구에서는 압축강도 80~120 MPa 범위의 고강도 콘크리트의 역학 특성을 파악하기 위한 실험연구를 수행하였으며, 주요결론은 다음과 같다.
제안 방법
이후, 실험일까지 대기온도에 시편을 노출한 후 양생을 실시하였다(Tables 2와 3의 배합명에서 AC로 표기). H100 배합의 콘크리트는 3일 습윤양생, 28일 습윤양생 및 양생막을 이용한 양생을 수행하였다. 3일 습윤양생은 콘크리트 타설 후 시편을 2일 동안 젖은 양생막으로 보호한 후 몰드를 탈형하고 20±3°C의 온도 조건의 수조에서 3일 동안의 양생과정과 이후 실험 재령일까지의 실험실의 대기 조건에 노출시키는 양생과정으로 진행되었다(Tables 2와 3의 배합명에서 3W로 표기).
본 연구에서는 배합별로 양생조건을 다르게 하여 콘크리트의 역학적 특성을 분석하고자 하였다. H80 배합의 콘크리트는 양생막을 이용한 양생을 수행하였다. 즉, 콘크리트를 타설한 후 7일동안 젖은 양생막(sheet)으로 실험시편을 덮어 양생하였다.
각 배합의 양생 조건에 따라 실험시편을 제작하여 콘크리트의 압축강도, 탄성계수, 쪼갬인장강도 및 파괴계수를 측정하였다.
또한, 크기가 100×100×400 mm의 프리즘 형상 시편을 이용하여 4점하중재하실험을 통해 고강도 콘크리트의 파괴계수를 측정하였다.
여러 번의 실험 배합을 통해 고강도 콘크리트를 제조하기 위한 3가지의 배합을 결정하였다. 배합 설계 시에 콘크리트의 목표압축강도 등급별로 3가지의 물-결합재 비(w/b)를 고려하였으며, 물-결합재 비는 각각 0.23, 0.20 및 0.15이다. 각 배합의 콘크리트 목표 압축강도는 80, 100 및 120 MPa이고, 각 배합을 H80, H100 및 H120으로 나타내었다.
본 연구에서는 고강도 콘크리트의 압축강도, 탄성계수, 쪼갬인장강도 및 파괴계수 측정실험을 진행하였다.
또한, 크기가 100×100×400 mm의 프리즘 형상 시편을 이용하여 4점하중재하실험을 통해 고강도 콘크리트의 파괴계수를 측정하였다. 실험은 만능재료실험기(UTM)을 사용하여 변위제어방식으로 하중을 재하하였다.
1과 같이 직경 100 mm이고 높이가 200 mm인 실린더 공시체를 이용하여 측정하였다. 압축강도 실험 시에 탄성계수 측정을 위한 LVDT(변위계)를 거치하기 위해, 두 개의 원형 치구를 공시체 중앙 100 mm 구간에 설치하였다. 원형 치구사이에 실린더 공시체 원주방향 120°간격으로 3개의 LVDT를 설치하였으며, 하중을 재하하는 동안 변위를 측정하였다.
압축강도 실험에서 측정한 하중과 변위를 이용하여 압축강도-변형률 곡선을 측정하였으며, 압축응력-변형률 곡선에서 변형률이 0.00005인 점과 최대 하중의 40%에 해당하는 점의 선분의 기울기를 이용하여 탄성계수를 산정하였다.
이 연구에서는 낮은 물-결합재 비를 이용하여 배합한 압축강도 80~120 MPa 수준의 고강도 콘크리트의 압축강도, 탄성계수,쪼갬인장강도 및 파괴계수 등의 역학적 특성을 평가하기 위한 실험연구를 수행하였다. 양생방법이 고강도 콘크리트의 역학적 특성에 미치는 영향을 분석하였다. 또한, 기존 설계코드를 이용한 탄성계수, 쪼갬인장강도 및 파괴계수 예측결과를 실험결과와 비교분석하였다.
Table 1에 콘크리트 배합표를 나타내었다. 여러 번의 실험 배합을 통해 고강도 콘크리트를 제조하기 위한 3가지의 배합을 결정하였다. 배합 설계 시에 콘크리트의 목표압축강도 등급별로 3가지의 물-결합재 비(w/b)를 고려하였으며, 물-결합재 비는 각각 0.
원형 치구사이에 실린더 공시체 원주방향 120°간격으로 3개의 LVDT를 설치하였으며, 하중을 재하하는 동안 변위를 측정하였다.
즉, 콘크리트를 타설한 후 7일동안 젖은 양생막(sheet)으로 실험시편을 덮어 양생하였다. 이후, 실험일까지 대기온도에 시편을 노출한 후 양생을 실시하였다(Tables 2와 3의 배합명에서 AC로 표기). H100 배합의 콘크리트는 3일 습윤양생, 28일 습윤양생 및 양생막을 이용한 양생을 수행하였다.
콘크리트의 재령에 따른 압축강도 발현을 분석하기 위하여 H100과 H120 배합의 일부 배치(batch)의 재령 28일과 56일에 콘크리트 압축강도를 측정하였다.
대상 데이터
15이다. 각 배합의 콘크리트 목표 압축강도는 80, 100 및 120 MPa이고, 각 배합을 H80, H100 및 H120으로 나타내었다. 또한, 낮은 물-결합재에 의한 콘크리트 비빔 시의 유동성 확보를 위해 고성능유동화제(super-plasticizer)를 사용하였다.
고강도 콘크리트를 제조하기 위한 재료는 보통강도 콘크리트를 제조하기 위한 재료와 대부분 동일하다. 고강도 콘크리트를 제조하기 위하여 포틀랜드 시멘트, 고품질의 굵은 골재와 잔골재, 배합수 및 고성능 감수제 등을 사용한다. 포틀랜드 시멘트 이외에 시멘트 대체 재료로서 플라이애시, 실리카퓸, 메타카올린 또는 고로슬래그 등이 사용된다.
보통 포틀랜드 시멘트 이외에 배합별로 고로슬래그, 플라이애시 및 실리카퓸을 결합재로 사용하였다. 굵은 골재는 부순자갈로서 최대직경 25 mm, 최소직경 5 mm의 골재를 사용하였다. 잔골재는 부순 모래와 해사를 4:6의 비율로 섞은 혼합잔골재를 사용하였다.
각 배합의 콘크리트 목표 압축강도는 80, 100 및 120 MPa이고, 각 배합을 H80, H100 및 H120으로 나타내었다. 또한, 낮은 물-결합재에 의한 콘크리트 비빔 시의 유동성 확보를 위해 고성능유동화제(super-plasticizer)를 사용하였다.
보통포틀랜드시멘트를 기본 결합재로 사용하였다. 보통 포틀랜드 시멘트 이외에 배합별로 고로슬래그, 플라이애시 및 실리카퓸을 결합재로 사용하였다. 굵은 골재는 부순자갈로서 최대직경 25 mm, 최소직경 5 mm의 골재를 사용하였다.
보통포틀랜드시멘트를 기본 결합재로 사용하였다. 보통 포틀랜드 시멘트 이외에 배합별로 고로슬래그, 플라이애시 및 실리카퓸을 결합재로 사용하였다.
압축강도실험은 Fig. 1과 같이 직경 100 mm이고 높이가 200 mm인 실린더 공시체를 이용하여 측정하였다. 압축강도 실험 시에 탄성계수 측정을 위한 LVDT(변위계)를 거치하기 위해, 두 개의 원형 치구를 공시체 중앙 100 mm 구간에 설치하였다.
굵은 골재는 부순자갈로서 최대직경 25 mm, 최소직경 5 mm의 골재를 사용하였다. 잔골재는 부순 모래와 해사를 4:6의 비율로 섞은 혼합잔골재를 사용하였다.
지름이 100 mm이고 높이가 200 mm인 원주형 시편을 이용하여 쪼갬인장강도실험을 수행하였다. 또한, 크기가 100×100×400 mm의 프리즘 형상 시편을 이용하여 4점하중재하실험을 통해 고강도 콘크리트의 파괴계수를 측정하였다.
데이터처리
양생방법이 고강도 콘크리트의 역학적 특성에 미치는 영향을 분석하였다. 또한, 기존 설계코드를 이용한 탄성계수, 쪼갬인장강도 및 파괴계수 예측결과를 실험결과와 비교분석하였다.
성능/효과
1) H100 배합의 28일 이전 압축강도 발현율은 H120 배합의 28일 이전 압축강도 발현율보다 큰 반면에, H100 배합의 28일이후 압축강도 발현율은 H120 배합의 28일 이후 압축강도발현율보다 작다. 이는 각 배합의 실리카퓸 배합량이 달라 압축강도 발현에 영향을 미친 것으로 판단된다.
2) H100 배합에서 3일 습윤양생은 고강도 콘크리트의 압축강도 발현에 유리한 영향을 미친다. 또한, H120 배합에서 증기양생을 수행한 콘크리트의 압축강도는 양생막을 이용하여 양생한 콘크리트의 압축강도보다 크게 나타난다.
3) 콘크리트구조기준 제안식과 ACI 363 제안식에 의한 탄성계수 예측값은 실험값과 잘 일치한다. 반면에, ACI 318 제안식을 이용한 탄성계수 예측값은 실험값을 과다평가한다.
4) 본 연구에서 대상으로 하고 있는 80~120 MPa의 압축강도 범주에서 ACI 318의 쪼갬인장강도 예측값이 실험값을 과소평가하며, ACI 363의 예측값이 실험값을 더욱 잘 예측한다.
5) 콘크리트구조기준과 ACI 318 제안식보다 ACI 363의 제안식에 의한 파괴계수 예측값이 실험값과 더욱 잘 일치한다.ACI 363의 파괴계수 예측결과는 ±15%의 오차범위 내에서 실험값을 합리적으로 예측하고 있다.
습윤양생한 시편의 압축강도는 실링상태 및 기건양생한 시편의 압축강도보다 더 크게 나타났다. 기건양생한 시편의 압축강도는 습윤양생한 시편의 80% 및 실링시편의 85%의 압축강도를 나타내었다.
ACI 363의 파괴계수 예측결과는 ±15%의 오차범위 내에서 실험값을 합리적으로 예측하고 있다. 따라서, 80 MPa 이하의 압축강도를 갖는 콘크리트 실험결과를 주로 이용하여 제안된 ACI 363의 쪼갬인장강도와 파괴계수 예측식은 압축강도 120 MPa까지의 고강도 콘크리트에도 확장하여 적용할 수 있다고 판단된다.
따라서, Carrasquillo 제안식에 의한 파괴계수 예측결과는 본 연구의 압축강도 대상 범위에서 약±15%의 오차범위 내에서 실험값을 잘 예측하고 있다.
1% 크게 나타난다. 따라서, 본 연구의 실험결과는 H120 배합의 압축강도 증가를 위해서 증기양생을 수행하는 것이 효과적인 것을 나타낸다.
따라서, 콘크리트구조기준 제안식에 의한 탄성계수 예측결과는 본 연구의 압축강도 대상 범위에서 약±15%의 오차범위내에서 실험값을 잘 예측한다.
따라서,Carrasquillo 제안식에 의한 쪼갬인장강도 예측결과는 본 연구의 압축강도 대상 범위에서 약±15%의 오차범위 내에서 실험값을 잘 예측하고 있다.
(1989)의 실험결과는 7일 동안 습윤양생한 시편의 압축강도와 지속적으로 습윤양생한 시편의 압축강도는 재령 28일에서 거의 비슷하고, 또한 이들은 타설 후부터 기건양생한 시편의 압축강도보다 16% 크게 나타났다. 또한 이들의 실험결과에서, 28일 동안 습윤양생한 시편의 재령 56일 압축강도는 콘크리트 타설 후 지속적으로 습윤양생한 시편 및 기건양생한 시편의 56일 압축강도보다 각각 8% 및 22% 크게 나타났다.
또한, 콘크리트 시편 내부와 외부의 습도분포의 큰 차이는 콘크리트 압축강도에 영향을 준다고 보고하였다. 또한 콘크리트의 건조는 시편 표면에 수축을 유발하고 압축강도를 증가시키는 것으로 나타났다.
압축강도가 70 MPa 이하의 보통강도 콘크리트의 경우, Carrasquilo의 예측값이 제일 크고, Mokhtarzadeh의 예측값이 제일 작게 나타난다.반면에 본 연구에서 대상으로 하고 있는 80~120 MPa의 압축강도 범주에서 ACI 318 예측값이 제일 작게 나타나며, ACI 363의 예측값이 실험값을 더욱 잘 예측한다. Fig.
습윤양생 시편과 실링 시편 사이의 압축강도 최대 차는 120 MPa수준의 고강도 콘크리트에서 나타났다. 13%의 차이는 낮은 물시멘트 비(w/b=0.
기건양생 시편은 콘크리트 타설 후 대기 조건에서 지속적으로 양생하였다. 습윤양생한 시편의 압축강도는 실링상태 및 기건양생한 시편의 압축강도보다 더 크게 나타났다. 기건양생한 시편의 압축강도는 습윤양생한 시편의 80% 및 실링시편의 85%의 압축강도를 나타내었다.
4 MPa를 나타낸다. 실험결과는 3일 습윤양생은 콘크리트의 쪼갬인장강도 발현에 매우 효과적임을 의미한다. H120 배합의 경우, 증기양생 시편 및 기건양생한 시편의 쪼갬인장강도는 각각 6.
0MPa를 나타낸다. 실험결과는 3일 습윤양생이 콘크리트의 파괴계수 발현에 효과적임을 의미한다. H120 배합의 증기양생 시편및 기건양생한 시편의 파괴계수는 각각 10.
양생막 양생 시편의 압축강도는 3일 습윤양생 시편의 압축강도와 유사한 값을 나타낸다. 실험결과는 7일 동안의 양생막을 이용한 콘크리트의 보온과 습도 상태 유지가 콘크리트 강도 발현에 유리한 영향을 미친 것을 나타낸다.
8% 증가하였다. 실험결과는 본 연구 압축강도 범주에서 물시멘트 비가 증가함에 따라 고강도 콘크리트의 압축강도는 거의 선형적으로 감소하는 것을 나타낸다.
후속연구
또한, ACI363(2010)에서 고강도 콘크리트의 재료 특성을 예측하거나 구조부재를 설계하기 위해 제안된 여러 예측식은 대부분 55~70MPa의 압축강도를 갖는 콘크리트의 실험결과를 토대로 제안되었다. 따라서, ACI 363은 70 MPa 이상의 압축강도를 갖는 콘크리트의 재료 및 구조 특성을 예측하기 위해 기존 제안식을 적용할 경우 주의가 필요하며, 가능하다면 재료 특성 관계식을 결정하기 위한 추가의 실험을 요구하고 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
고강도 콘크리트를 제조하기 위하여 어떠한 것들을 사용하는가
고강도 콘크리트를 제조하기 위한 재료는 보통강도 콘크리트를 제조하기 위한 재료와 대부분 동일하다. 고강도 콘크리트를 제조하기 위하여 포틀랜드 시멘트, 고품질의 굵은 골재와 잔골재, 배합수 및 고성능 감수제 등을 사용한다. 포틀랜드 시멘트 이외에 시멘트 대체 재료로서 플라이애시, 실리카퓸, 메타카올린 또는 고로슬래그 등이 사용된다.
고강도 콘크리트를 제조하기 위해 필요한 재료인 포틀랜드 시멘트의 대체 재료는 무엇이 있는가
고강도 콘크리트를 제조하기 위하여 포틀랜드 시멘트, 고품질의 굵은 골재와 잔골재, 배합수 및 고성능 감수제 등을 사용한다. 포틀랜드 시멘트 이외에 시멘트 대체 재료로서 플라이애시, 실리카퓸, 메타카올린 또는 고로슬래그 등이 사용된다. 보통강도 콘크리트와 구분되는 고강도 콘크리트 배합 특성은 낮은 물-결합재 비이다.
보통강도 콘크리트와 비교되는 고강도 콘크리트 배합 특성은 무엇인가
포틀랜드 시멘트 이외에 시멘트 대체 재료로서 플라이애시, 실리카퓸, 메타카올린 또는 고로슬래그 등이 사용된다. 보통강도 콘크리트와 구분되는 고강도 콘크리트 배합 특성은 낮은 물-결합재 비이다. 통상적으로 고강도 콘크리트를 제조하기 위해 0.
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