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[국내논문] 슬러리형 급결제를 활용한 현장적용 숏크리트의 역학적 성능 및 염해저항성 평가
Evaluation on Mechanical Performance and Chloride Ion Penetration Resistance of On-Site Shotcrete Made with Slurry-Type Accelerator 원문보기

한국건축시공학회지 = Journal of the Korea Institute of Building Construction, v.18 no.6, 2018년, pp.507 - 515  

김현욱 (R&D Center, POSCO E&C) ,  유용선 (Chemius Korea) ,  한진규 (Chemius Korea) ,  정철우 (Department of Architectural Engineering, Pukyong National University)

초록
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본 연구의 목표는 숏크리트 타설시의 분진 발생 문제, 낮은 알칼리도의 유지를 통한 환경부하 감소 및 시멘트 광물계가 가지는 빠른 초기강도 발현의 특성을 동시에 가지는 슬러리형 급결제를 개발하고, 이를 활용하여 고성능 내염해성 숏크리트의 현장 타설에 적용하는 것이다. 본 연구에서는 물결합재비 0.44 및 0.338의 두 종류의 숏크리트 배합에 대하여 슬러리형 급결제를 현장 적용시켰으며, 현장에서 얻은 숏크리트 및 숏크리트용 베이스 콘크리트 시험체의 강도 및 내염해성을 비교 분석하였다. 실험 결과에 따르면, 슬러리형 급결제는 두 종류의 숏크리트 배합에 모두 성공적으로 적용 되었으며, 이를 이용하면 1일 강도 10MPa 28일 강도 40MPa급의 고성능 숏크리트의 제조가 가능한 것을 확인하였다. 물결합재 0.338의 숏크리트 배합에서, 고로슬래그 미분말의 활용시 1일강도는 물결합재비 0.44의 숏크리트 배합보다 다소 낮게 나타났으나, 28일 재령에서의 강도가 현저히 역전되었으며, 염해저항성이 크게 개선되는 것을 확인하여, 고로슬래그 미분말이 고성능 내염해성 숏크리트의 개발에 성공적으로 활용될 수 있음을 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The purpose of this research is to develop a slurry-type accelerator that contains various beneficial properties such as reduction of dust generation, lower alkalinity, early age strength development, etc., and uses such slurry type accelerator to produce high performance shotcrete that present exce...

주제어

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AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 ASTM C 1202법에 의한 통과전하량 실험결과를 시멘트-골재 매트릭스의 미세구조를 통해 이루어지는 실제 염소이온의 침투량과 직접적으로 연관시키기 어렵게 된다. 따라서 본 실험에서는 ASTM C 1202 방법을 보완하고자, NT Build 492 “Chloride Migration Coefficient from Non-Steady-State Migration Experiments(for Concrete, Mortar and Cement-Based Repair Materials)” 실험도 동시에 수행하여, 종합적으로 염소이온 침투저항성을 파악하고자 하였다.
  • 본 연구에서는 고성능 내염해성 숏크리트의 개발을 위해, 슬러리형 급결제를 활용한 숏크리트를 현장 타설하고, 이의 적용성을 평가하기 위하여 숏크리트의 제작에 사용된 베이스 콘크리트 및 숏크리트의 압축강도, 휨강도, 휨인성 등의 역학적 성능을 비교 평가하였다. 또한 현장타설 숏크리트의 내염해성을 확인하기 위해, ASTM C 1202에서 제시한 통과 전하량 및 NT-build 492 시험법에서 제시한 염화물 확산계수 측정을 진행하였다.
  • 본 연구에서는 고성능 숏크리트의 제조를 위해 개발된 슬러리형의 급결제를 활용하여, 시공현장에서 숏크리트를 타설하였고, 이의 베이스 콘크리트 및 숏크리트의 역학적 성능 및 내염해성을 평가하여, 슬러리형 급결제의 고성능 숏크리트 제조 가능성을 확인하고자 하였다. 본 연구의 결과에 따르면 다음과 같은 결론을 얻었다.
  • 또한 현장타설 숏크리트의 내염해성을 확인하기 위해, ASTM C 1202에서 제시한 통과 전하량 및 NT-build 492 시험법에서 제시한 염화물 확산계수 측정을 진행하였다. 이를 통해, 슬러리형 급결제가 고성능 내염해성 숏크리트에 적용될 수 있는지의 여부를 확인하고, 슬러리형 급결제를 이용해 제작된 숏크리트의 물성을 분석하는 것을 본 연구의 목적으로 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
숏크리트용 급결제로 어떤 물질이 사용되는가? 숏크리트용 급결제로는 실리케이트계, 알루미네이트계및 알칼리프리계의 액상 급결제와 시멘트광물계로 분류되는 분말급결제가 사용되고 있다[8]. 일반적으로 알루미네이트 계열의 급결제를 사용하는 경우 높은 알칼리도로 인해 주변 환경오염에 관련된 문제가 종종 발생하는 것으로 알려져 있으며, 실리케이트 계열의 경우 초기강도의 발현이 느린 것으로 보고되었다[8].
숏크리트는 어디에 사용되는가? 숏크리트는 굴착 직후 지반의 이완을 억제하고 표면의 요철을 매끄럽게 마무리하여 응력집중에 의한 원지반의 균열을 방지하는 등 NATM (New Austrian Tunnelling Method) 공법의 주요 지반 보강 재료로 널리 사용되고 있다 [1]. NATM은 현재 국내 대부분의 터널에 기본 개념으로 적용되고 있어 터널공사 시 숏크리트의 사용은 필수적인 것으로 여겨지며, 특히 숏크리트의 영구적 지반보강재료로서의 활용을 위해, 숏크리트의 고성능화 및 고내구성화를 위한 다수의 연구들이 진행되고 있는 상황이다[2,3,4,5,6,7].
슬러리형의 급결제는 주로 무엇으로 구성되어있는가? 슬러리형의 급결제는 시멘트광물계의 장점인 우수한 초기 강도 발현을 그대로 가지면서도 액상의 형태로 제조되어 보편적인 숏크리트용 장비에서도 적용이 가능하며, 분진발생의 문제를 획기적으로 줄인 급결제이다[9,10]. 주로 비정질 또는 결정질의 C12A7 (12CaO·7Al2O3) 분말 및 응결지연제로 구성되어져 있으며, 분말형 급결제를 물에 혼합하여 슬러 리형으로 만든 후 활용하여야 한다. 이는 C12A7 의 급격한 수화반응을 지연시킬 수 있는 응결지연제를 첨가한 물에 분말형 급결제를 혼입하여 슬러리형으로 제작한 후 이를 wet-mix 콘크리트에 뿌려 급결제로 활용하게 된다[9,10].
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참고문헌 (23)

  1. Lee SP, Kim DH, Ryu JH, Lee SD, Choi MS. Development of high performance shotcrete for PCL method. Conference of Korean Society of Civil Engineers; 2004 Oct 21-22; Pyungchang, Korea. Seoul (Korea): Korean Society of Civil Engineers; 2004. p. 3665-70. 

  2. Song YS, Ryu JH, Lim HD. An experimental study on early strength of shotcrete. Journal of Korean Tunnelling Association. 2010 Jul;12(4):285-94. 

  3. Won JP, Sung SK, Park CK, Cho YJ, Choi SW, Park HG. Evaluation of durability performance of wet-mixed shotcrete with powder types cement mineral accelerator. Conference of Korean Concrete Institute; 2004 Nov 6; Suwon, Korea. Seoul (Korea): Korean Concrete Institute; 2004. p. 254-7. 

  4. Lee SP, Ryu JH, Lee SD, Jeon SW, Lee CI. Performance improvement and durability evaluation of shotcrete for permanent tunnel support. Tunnel & Underground Space. 2007 Aug;17(4):266-84. 

  5. Choi HS, Kim DM, Jang PS, Seo SS. A experimental study on the ready-mixed shotcrete using granulated blast furnace slag. Journal of the Korean geotechnical society. 2009 Jun;25(6):31-45. 

  6. Han SY, Yun KK, Nam KG, Lee KR, Eum YD. Mechanical properties and chlorde penetration resistance of shotcrete according to mineral admixture types and supplemental ratio. Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society. 2015 Jul;16(7):4960-8. 

  7. Kim DY, Lee HK, Jung JH, Her CM. Applicability of slag shotcrete by field test. Conference of Korean Society of Civil Engineers; 2014 Oct 22-24; Daegu, Korea. Seoul (Korea): Korean Society of Civil Engineers; 2014. p. 343-4. 

  8. Prudencio Jr. LR. Accelerating Admixtures for Shotcrete. Cement and Concrete Composites. 1998;20(2-3):213-9. 

  9. Kim HW, Moon H, Kim JH, Chung CW. Influences of slag replacement on the properties of shotcrete using a slurry-type accelerator. Journal of the Korea Institute of Building Construction. 2014 Oct;14(5):389-96. 

  10. Kim HW, Moon H, Kim JH, Chung CW. Using modified ASTM C403 test procedure to evaluate set time and admixture compatibility of shotcrete mortar. Advances in Civil Engineering Materials. 2017 Jul;6(2):38-52. 

  11. Saito T. A study on concrete retardation using organic and inorganic retarders [Dissertation]. [Okayama (Japan)]: Okayama University; 2014. 156 p. 

  12. Heble AS, Viswanathan K, Chatterjee AK. Blends of basic cements of different phase compositions: hydraulic behaviour study. Proceedings 10th ICCC; 1997 June 2-6; Gothenburg, Sweden. Gothenburg (Sweden): 10th International Congress on the Chemistry of Cement; 1997. p. 2ii039. 

  13. Lee HH, Kwon SJ. Evaluation of chloride penetration in concrete with ground granulated blast furnace slag considering fineness and replacement ratio. Journal of Recycled Construction Resources. 2013 Jun;1(1):26-34. 

  14. Song HW, Kwon SJ, Lee SW, Byun KJ. A study on resistance of chloride ion penetration in ground granulated blast-furnace slag concrete. Journal of the Korea Concrete Institute. 2003 Jun;15(3):400-8. 

  15. Kim HW, Lee CJ, Shon CS, Moon H, Chung CW. Mechanical performance and chloride ion penetration of polyolefin fiber reinforced concrete designed for shotcreting at marine environment. Accepted for the publication in Journal of the Structural Integrity and Maintenance. 2018. 

  16. Wee TH, Suryavanshi AK, Tin SS. Influence of aggregate fraction in the mix on the reliability of the rapid chloride permeability test. Cement and Concrete Research. 1999 21(1):59-72. 

  17. Oh BH, Cha SW, Jang BS, Jang SW. Development of high-performance concrete having high resistance to chloride penetration. Nuclear Engineering and Design. 2002 Mar;212(1-3):221-31. 

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  19. Moon H, Jang BK, Kim JH, Chung CW. Using copper and steelmaking slag as sources of heavy weight aggregates for marine concrete structure. Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute. 2017 Dec;5(4):345-53. 

  20. Hirao H, Yamada K, Takahashi H, Zibara H. Chloride binding of cement estimated by binding isotherms of hydrates. Journal of Advanced Concrete Technology. 2005 3(1):77-84. 

  21. Suryavanshi AK, Scantlebury JD, Lyon SB. Mechanism of friedel's salt formation in cements rich in tri-calcium aluminate. Cement and Concrete Research. 1996 May;26(5):717-27. 

  22. Balonis M, Lothenbach B, Le Saout G, Glasser FP. Impact of chloride on the mineralogy of hydrated Portland cement systems. Cement and Concrete Research. 2010 Jul;40(7):1008-22. 

  23. Chung CW, Jung HY, Kwon JH, Jang BK, Kim JH. Use of calcium aluminum layered double hydroxide to control chloride ion penetration of cement based materials. Accepted for the publication in Journal of the Structural Integrity and Maintenance. 2018. 

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