고로슬래그 미분말의 혼입은 염해에 노출된 콘크리트 구조물에 효과적인 염해 저항성을 나타내며 이로 인해 높은 내구수명을 확보할 수 있다. 본 연구에서는 피복두께, 표면염화물량, 임계염화물량, 슬래그 치환율 등의 내구성 설계인자들을 고려하여 내구수명을 평가하였으며, 목표내구수명에 따른 최적의 슬래그 치환율을 도출하였다. 표면염화물량은 3.16~3.38배의 영향을, 피복두께는 3.02~3.34배의 영향을 나타내어 내구수명에 가장 영향을 많이 미치는 인자로 평가되었으며, 임계염화물량은 1.53~1.57배 수준으로 물-결합재 비에 따라 큰 차이를 보이지 않았다. 100년의 목표내구수명에 대해 표면염화물량이 $18.0kg/m^3$의 매우 혹독한 조건에서는 피복두께를 70mm 이상, 물-결합재 비를 0.37 수준으로 낮추어야 치환율 42% 이상이 요구되었으며, $13.0kg/m^3$에서는 35% 이상의 슬래그 치환율이 요구되었다. 합리적인 내구성 설계를 위해서는 명확한 환경조건의 설정과 임계염화물량이 정의되어야 하며, 국내의 임계염화물량 기준은 매우 엄격한 조건임을 알 수 있다.
고로슬래그 미분말의 혼입은 염해에 노출된 콘크리트 구조물에 효과적인 염해 저항성을 나타내며 이로 인해 높은 내구수명을 확보할 수 있다. 본 연구에서는 피복두께, 표면염화물량, 임계염화물량, 슬래그 치환율 등의 내구성 설계인자들을 고려하여 내구수명을 평가하였으며, 목표내구수명에 따른 최적의 슬래그 치환율을 도출하였다. 표면염화물량은 3.16~3.38배의 영향을, 피복두께는 3.02~3.34배의 영향을 나타내어 내구수명에 가장 영향을 많이 미치는 인자로 평가되었으며, 임계염화물량은 1.53~1.57배 수준으로 물-결합재 비에 따라 큰 차이를 보이지 않았다. 100년의 목표내구수명에 대해 표면염화물량이 $18.0kg/m^3$의 매우 혹독한 조건에서는 피복두께를 70mm 이상, 물-결합재 비를 0.37 수준으로 낮추어야 치환율 42% 이상이 요구되었으며, $13.0kg/m^3$에서는 35% 이상의 슬래그 치환율이 요구되었다. 합리적인 내구성 설계를 위해서는 명확한 환경조건의 설정과 임계염화물량이 정의되어야 하며, 국내의 임계염화물량 기준은 매우 엄격한 조건임을 알 수 있다.
GGBFS(Ground Granulated Blast Furnace Slag)-replacement is very effective for improving resistance to chloride attack and this can induce a long service life for RC(Reinforced Concrete) structures exposed to chlorides. In the work, the design parameters such as cover depth, surface chloride content,...
GGBFS(Ground Granulated Blast Furnace Slag)-replacement is very effective for improving resistance to chloride attack and this can induce a long service life for RC(Reinforced Concrete) structures exposed to chlorides. In the work, the design parameters such as cover depth, surface chloride content, critical chloride content, and replacement ratio of GGBFS are considered, and optimum replacement ratio of GGBFS are derived with intended service life. The changes of surface chloride content and cover depth show 3.16~3.38 and 3.02~3.34 times of service life variation, which are most influencing parameters. Critical chloride content shows 1.53~1.57 times of service life variation regardless of w/b(Water to Binder) ratios. In the case of surface chloride content $18.0kg/m^3$, the most severe condition, cover depth over 70 mm and GGBFS replacement ratio over 42% are required with concrete containing w/b ratio under 0.42 for 100 years of intended service life. The condition of $13.0kg/m^3$, GGBFS replacement over 35% is required. For reasonable durability design, quantitative exterior condition and critical chloride content should be determined, and the criteria in Domestic Specification is evaluated to be conservative.
GGBFS(Ground Granulated Blast Furnace Slag)-replacement is very effective for improving resistance to chloride attack and this can induce a long service life for RC(Reinforced Concrete) structures exposed to chlorides. In the work, the design parameters such as cover depth, surface chloride content, critical chloride content, and replacement ratio of GGBFS are considered, and optimum replacement ratio of GGBFS are derived with intended service life. The changes of surface chloride content and cover depth show 3.16~3.38 and 3.02~3.34 times of service life variation, which are most influencing parameters. Critical chloride content shows 1.53~1.57 times of service life variation regardless of w/b(Water to Binder) ratios. In the case of surface chloride content $18.0kg/m^3$, the most severe condition, cover depth over 70 mm and GGBFS replacement ratio over 42% are required with concrete containing w/b ratio under 0.42 for 100 years of intended service life. The condition of $13.0kg/m^3$, GGBFS replacement over 35% is required. For reasonable durability design, quantitative exterior condition and critical chloride content should be determined, and the criteria in Domestic Specification is evaluated to be conservative.
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문제 정의
본 연구에서는 겉보기 확산계수 및 내구성 설계인자를 고려하여 목표내구수명에 따른 최적의 슬래그 치환율을 평가하였다. 본연구를 통하여 도출된 결론은 다음과 같다.
동일한 외부조건 및 피복두께에서는 혼화재료 사용을 통한 시간 의존성 확산계수의 감소가 염화물 해석방정식의 주된 변수이기 때문이다. 본 연구에서는 노출환경과 설계변수에 따른 내구수명을 평가하고 이에 따른 최적의 슬래그 치환율을 도출한다. 이를 위해 표면염화물량을 3 수준, 물-결합재 비를 3 수준, 피복두께를 4 수준, GGBFS의 치환율을 4 수준, 임계염화물량을 2 수준으로 고려하여 다양한 해석을 수행하였으며, 목표내구수명 확보를 위한 최적의 GGBFS 치환율을 도출하였다.
본 절에서는 내구성 설계를 위한 조건을 현재 사용 중인 토목구조물 배합을 참고하여 나타내었다. 물-결합재 비를 0.
가설 설정
국내의 임계염화물량인 1.2kg/m3은 기존의 연구에서 알 수 있듯이 매우 보수적인 설계이므로 일본기준과 국내기준의 평균값을 가정하여 해석을 수행하였다(JSCE 2013). Table 1에는 해석조건을 나타내고 있다.
제안 방법
본 절에서는 내구성 설계를 위한 조건을 현재 사용 중인 토목구조물 배합을 참고하여 나타내었다. 물-결합재 비를 0.37~0.47로,피복두께를 50~80mm로, 슬래그 치환율을 30~60%로, 표면염화물은 5.0~18.0kg/m3으로 설정하였다. 임계염화물량은 국내 기준인 1.
본 연구에서는 노출환경과 설계변수에 따른 내구수명을 평가하고 이에 따른 최적의 슬래그 치환율을 도출한다. 이를 위해 표면염화물량을 3 수준, 물-결합재 비를 3 수준, 피복두께를 4 수준, GGBFS의 치환율을 4 수준, 임계염화물량을 2 수준으로 고려하여 다양한 해석을 수행하였으며, 목표내구수명 확보를 위한 최적의 GGBFS 치환율을 도출하였다.
이론/모형
본 해석을 수행하기 위해 일반적으로 사용되는 Life 365 프로그램을 사용하였는데, 지배방정식은 Fick’s 2nd Law를 이용하여 식(1)과 같이 나타낼 수 있다(Thomas and Bentz 2002; Thomas and Bamforth 1999).
성능/효과
1. 고로슬래그 치환율이 30%에서 60%로 증가함에 따라 물-결합재 비 0.37에서는 내구수명이 2.69~2.77배, 0.42에서는 2.66~2.76배, 0.47에서는 2.69~2.75배가 증가하여 치환율에 따른 내구수명 변화는 큰 차이를 나타내지 않았다. 피복두께가 50mm에서 80mm로 증가함에 따라 내구수명의 변화는 물-결합재 비 0.
2. 목표내구수명과 표면염화물량이 증가할수록 목표내구수명을 만족하는 슬래그 치환량은 증가하게 된다. 물-결합재 비가 0.
3. 국내 시방기준에서 제시하고 있는 임계염화물량은 일본 시방서보다 낮은 값을 제안하고 있다. 일본의 경우 결합재 종류를 고려하여 물-결합재 비의 함수로 임계염화물량을 규정하고 있는데, 국내의 경우 1.
고로슬래그 치환율이 높을수록, 피복두께가 증가할수록 높은 내구수명이 평가되었으며, 표면염화물량이 증가할수록 내구수명이 감소하는 경향이 나타났다. 고로슬래그 치환율이 30%에서 60%로 증가함에 따라 물-결합재 비 0.
구조 해석 시 외력에 해당하는 표면염화물량이 18.0kg/m3에서5.0kg/m3으로 감소함에 따라 내구수명은 물-결합재 비 0.37에서는 2.62~3.69배, 0.42에서는 2.68~3.77배, 0.47에서는 2.83~3.93배 증가하였다.
2와 같이 나타낼 수 있다. 물-결합재 비에 따른 큰 경향은 보이지 않았으며, 표면염화물량, 피복두께, 슬래그 혼입량 등이 큰 영향인자로 평가되었다. 내구수명 해석결과를 컨투어로 Fig.
37배의 증가율을 보였다. 임계염화물량이 1.2kg/m3에서 1.87kg/m3으로 증가할 경우는 1.27~1.82배의 내구수명 증가를 나타내었는데, 표면염화 물량, 피복두께, 슬래그 혼입량 등이 내구수명에 큰 영향인자로 평가되었다.
물-결합재 비 조건에서 고로슬래그 치환율의 변화에 따른 내구수명 증가는 비슷한 증가율을 나타냈다. 피복두께가 50mm에서 80mm로 증가함에 따라 내구수명은 물-결합재 비 0.37에서는 2.65~3.02배, 0.42에서는 2.66~3.18배, 0.47에서는 2.67~3.37배의 증가율을 보이고 있으므로, 피복두께가 매우 큰 영향인자임을 알 수 있다. 또한, 임계염화물량이 1.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
1990년 이후 혼화재료로 사용되는 것은?
1990년 이후로 플라이애쉬(FA: Faly Ash), 실라카 퓸(SF: Silica Fume), 왕겨재(RHA: Rice Husk Ash)와 같은 혼화재료가 콘크리트에 사용되고 이를 통해 내구성을 개선하려는 연구가 많이 수행되고 있다. FA를 사용한 콘크리트에서는 볼-베어링 효과로 작업성이 개선되고 단위 발열량이 매우 낮아 수화열 제어에 큰 도움이 된다.
부식이 발생된 콘크리트는 어떤 현상이 발생하는가?
염해에 노출된 콘크리트는 염화물 이온의 침투를 통하여 부식이 쉽게 발생하므로 이에 대한 대책이 항상 필요하다. 부식이 발생된 콘크리트는 초기에 균열이 진전되고 이후 피복콘크리트의 박락이 발생한다. 이렇게 표면이 열화된 RC(Reinforced Concrete) 구조체에서는 염화물 및 산소의 확산이 더욱 빠르게 진전되므로 부식이 더욱 활성화되고 철근의 슬립이 발생하여 구조체로서의 사용성 및 안전성을 기대할 수 없다(Kwon et al.
고로슬래그 미분말을 혼입한 콘크리트의 장점은 무엇인가?
혼화재료로 사용되는 산업부산물(By-product) 중, 가장 대표적인 재료는 고로슬래그 미분말(GGBFS: Ground Granulated Blast Furnace Slag)을 들 수 있다. GGBFS를 혼입한 콘크리트는 잠재수경성 반응을 통하여 공극구조가 밀실해지고 화학 저항성 개선 및 내구성 향상에 매우 효과적이다. 또한 자유염화물의 흡착량이 OPC(Ordinary Portland Cement)보다 매우 크므로 염화물 침투로 인한 철근부식제어에 큰 장점이 있다(Song and Saraswathy 2006; Antiohos et al. 2007).
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Antiohos, S.K., Papadakis, V.G., Chaniotakis, E., Tsimas, S. (2007). Improving the performance of ternary blended cements by mixing different types of fly ashes, Cement and Concrete Research, 37(6), 877-885.
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Jeong, J.Y., Jang, S.Y., Choi, Y.C., Jung, S.H., Kim, S.I. (2015b). Effect of limestone powder and silica fume on the hydration and pozzolanic reaction of high-strength high-volume GGBFS blended cement mortars, Journal of the Korea Concrete Institute, 27(2), 127-136.
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