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문제 정의
- 본 논문은 콘크리트 포장의 내구성 영향 인자를 찾고, 기존 콘크리트 배합 개선방법 제시를 최종 목적으로 하였다. 내구성 영향인자는 공용현장 파손상태 및 코어 물성 실내시험 데이터를 통해 도출하였으며 콘크리트의 물성개선은 기존배합과 비교배합의 성능 평가를 통해 내구성능 증가를 조사하여 방향성을 설정하였다.
- 본 연구는 포장 콘크리트에서 발생하는 내구성 파손의 원인을 파악하기 위해 실내시험을 실시하였고 및 내구성파손구간 선정을 통한 현장에서 채취한 공시체 물성시험을 수행하였으며 연구결과를 요약하면 다음과 같다.
- 실내 시험은 재료 및 환경 조건을 일정하게 할 수 있지만 현장 시공 및 공용상태를 모사할 수는 없기 때문이다. 본 연구에서는 현장 코어를 채취하여 실내 시험을 수행하여 포장 상태에 영향을 미치는 요인을 분석하였다.
- 현장 코어의 채취 목적은 페이버를 통해 포설하고 실제 환경 조건에 따라 양생되었으며 현장의 기후 및 교통하중 환경에 노출된 채 공용되어 온 포장 콘크리트가 현재 가지고 있는 물성을 파악하기 위함이다. 파손상태가 양호하거나 불량한 상태를 가지는 콘크리트 물성을 조사하여 어떠한 물성이 직접 또는 간접적으로 기여하고 있는지 파악하고 해당 물성을 보강하기 위한 재료 또는 시공방법 개선으로 연결되어야 하기 때문이다.
제안 방법
- 3. 공용현장 내구성 파손상태에 따른 콘크리트 코어의 물성을 비교하였다. 내구성 파손이 거의 없는 구간에서 채취한 코어의 염소이온 침투저항성, 흡수량 및 1차 흡수율이 내구성 파손이 심한 구간에 비해 모든 실험 군에서 좋은 결과를 나타내어 포장 콘크리트 파손발생에 영향을 미치는 인자 가운데 하나로서 고려할 수 있는 가능성을 나타내었다.
- 4가지 변수에 대한 배합을 결정하였으며 Table 2와 같다. 강도 상향 배합은 결합재 양을 늘리면서 물/결합재비(W/B)를 낮추어 기준을 충족하도록 하였으며, 플라이애시가 첨가된 경우 분말도와 투입량을 고려하여 물/결합재 비율을 조정하였다. 각 변수별 초기 슬럼프와 공기량 측정결과는 Table 2와 같다.
- 코어의 내부조직 영향을 관찰하기 위해 공기량 및 기포간격계수를 조사하였다. 고속도로 내구성 관리지표로 사용되는 기포간격계수가 포장 내구성 파손지점에서 어떠한 결과를 나타내는지 조사하였고 공기량의 조사를 병행하여 관찰하였다. 기존의 상식으로 기포간격계수는 상대적으로 작은 값을 나타내고 공기량은 높은 값을 가져야 내구성이 좋게 발현되지만 기포간격계수는 6개소, 공기량은 2개소에서 반대 결과를 나타냈으며 Fig.
- 공용성에 영향을 주는 인자를 도출하기 위한 실내실험변수를 선정하였다. 기존 콘크리트 포장에서 많은 파손이 발생하였기 때문에 기존배합을 먼저 선정하였고 콘크리트 조기 강도발현을 위해 분말도가 높은 시멘트를 사용하는 문제점 검토를 위해 저분말도 시멘트 배합을 선정하였다.
- 공용성에 영향을 주는 인자를 도출하기 위한 실내실험변수를 선정하였다. 기존 콘크리트 포장에서 많은 파손이 발생하였기 때문에 기존배합을 먼저 선정하였고 콘크리트 조기 강도발현을 위해 분말도가 높은 시멘트를 사용하는 문제점 검토를 위해 저분말도 시멘트 배합을 선정하였다. 그리고 기존 포장 콘크리트의 내구성 향상을 목적으로 적용하고 있는 강도 상향 배합과 플라이애시를 혼입한 강도 상향 배합을 선정하였다.
- 본 논문은 콘크리트 포장의 내구성 영향 인자를 찾고, 기존 콘크리트 배합 개선방법 제시를 최종 목적으로 하였다. 내구성 영향인자는 공용현장 파손상태 및 코어 물성 실내시험 데이터를 통해 도출하였으며 콘크리트의 물성개선은 기존배합과 비교배합의 성능 평가를 통해 내구성능 증가를 조사하여 방향성을 설정하였다.
- 그리고 기존 포장 콘크리트의 내구성 향상을 목적으로 적용하고 있는 강도 상향 배합과 플라이애시를 혼입한 강도 상향 배합을 선정하였다. 또한, 양생방법 영향을 고려하기 위해 습윤, 기건, 기건+바람, 피막양생을 변수로 선정하였으며 실험변수는 Table 1과 같다.
- 변수들 가운데 비교적 일관된 경향을 보이는 압축강도, 염소이온 침투저항성, 흡수량 및 흡수율 사이의 상관성을 분석하였다. Fig.
- 코어의 구조적인 성질을 파악하기 위해서 압축강도, 탄성계수 및 열팽창계수 시험을 실시하였다. 파손이 생기지 않은 내구성 양호 구간 코어의 시험 결과에서 내구성 불량 구간 코어의 시험 결과를 빼서 내구성 양호 구간의 결과로 나누어 백분율을 구한 결과, 탄성계수는 모든 구간에서 높은 것으로 나타났고 압축강도는 1개소, 열팽창계수는 3개소에서 반대의 결과를 나타냈으며 Fig.
- 코어의 내부조직 영향을 관찰하기 위해 공기량 및 기포간격계수를 조사하였다. 고속도로 내구성 관리지표로 사용되는 기포간격계수가 포장 내구성 파손지점에서 어떠한 결과를 나타내는지 조사하였고 공기량의 조사를 병행하여 관찰하였다.
- 코어채취 구간의 선정을 위해 고속도로 포장관리시스템원시 데이터로부터 얻어진 다양한 정보로부터 파손정보를 수집하였다. 이 중 내구성 파손으로 보기 힘든 종방향 균열, 횡방향 균열, 모서리 파손은 분석에서 제외하였다.
- 본 연구는 변수 최소화를 위해 동일노선 및 유사환경조건에서 파손 양호 및 불량 구간을 선정하였다. 환경조건에 따른 영향을 비교하기 위해 동일의 노선 제설제의 상대적인 사용량에 따른 물성을 비교하였고 콘크리트 슬래브 내에서의 위치에 따른 내구성 저하 비교를 위하여 중앙 및 단부에 따른 콘크리트의 물성차이를 비교하였다.
대상 데이터
- 기존 콘크리트 포장에서 많은 파손이 발생하였기 때문에 기존배합을 먼저 선정하였고 콘크리트 조기 강도발현을 위해 분말도가 높은 시멘트를 사용하는 문제점 검토를 위해 저분말도 시멘트 배합을 선정하였다. 그리고 기존 포장 콘크리트의 내구성 향상을 목적으로 적용하고 있는 강도 상향 배합과 플라이애시를 혼입한 강도 상향 배합을 선정하였다. 또한, 양생방법 영향을 고려하기 위해 습윤, 기건, 기건+바람, 피막양생을 변수로 선정하였으며 실험변수는 Table 1과 같다.
- 본 연구는 변수 최소화를 위해 동일노선 및 유사환경조건에서 파손 양호 및 불량 구간을 선정하였다. 환경조건에 따른 영향을 비교하기 위해 동일의 노선 제설제의 상대적인 사용량에 따른 물성을 비교하였고 콘크리트 슬래브 내에서의 위치에 따른 내구성 저하 비교를 위하여 중앙 및 단부에 따른 콘크리트의 물성차이를 비교하였다.
- 코어는 고속도로의 4개 지사 관내에서 채취하였다. 개소마다 25개 전후의 코어를 채취하고 코어가 일부 콘크리트에 집중되지 않도록 평균 78m(13개 슬래브)에 걸쳐 채취하였으나 파손상태에 따라 연장의 변동이 있었다.
성능/효과
- 여기에서 의미하는 값은중앙 코어 시험결과를 기준으로 단부 코어 시험결과를 비교한 것으로 Eq. (1)를 통해 비교하였고 결과가 양인경우 중앙부의 시험결과가 크게 나타났음을 의미하고, 음인 경우 중앙부의 시험결과가 작게 나타났음을 의미하게 된다.
- 1. 콘크리트의 배합에 따른 재료물성을 비교하였고 저분말도 시멘트 배합 및 강도 상향 배합의 압축강도와 흡수 성능은 기존의 배합보다 좋은 결과를 나타냈다. 콘크리트의 양생방법에 따른 물성을 비교하였고 습윤 양생의 압축강도, 탄성계수, 열팽창계수, 흡수성능 및 하부 염화물량이 기건 및 피막양생보다 좋은 결과를 나타냈다.
- 2. 공용현장에서 채취한 코어의 실내시험 결과 압축강도 및 염소이온 침투저항성 통과전하량과 흡수량 및1차 흡수율 사이에 비교적 높은 상관성이 나타났다. 그러나 공기량 및 기포간격계수와 동결융해저항성 및 염화물량 사이의 상관성은 높지 않게 나타났으나 다양한 원인을 고려한 분석과 추가 시험이 필요한 것으로 판단되었다.
- 실험결과는 압축강도와 흡수성능은 기존의 배합보다 좋은 성능을 보이지만 나머지는 차이가 크지 않았거나 성능이 떨어지는 결과를 나타내어 배합 사이의 성능 변별력을 확인하기 힘들었다. 그렇지만 압축강도와 흡수성능은 배합간의 성능차이가 크게 나타나 콘크리트의 품질평가 비교에 좋은 지표로 사용될 가능성을 보였다. Fig.
- 고속도로 내구성 관리지표로 사용되는 기포간격계수가 포장 내구성 파손지점에서 어떠한 결과를 나타내는지 조사하였고 공기량의 조사를 병행하여 관찰하였다. 기존의 상식으로 기포간격계수는 상대적으로 작은 값을 나타내고 공기량은 높은 값을 가져야 내구성이 좋게 발현되지만 기포간격계수는 6개소, 공기량은 2개소에서 반대 결과를 나타냈으며 Fig. 9와 같다. 이러한 결과는 파손상태에 영향을 미치는 요인이 여러 가지가 존재하기 때문이며 후속 연구를 통해서 보강이 필요한 부분으로 판단된다.
- 공용현장 내구성 파손상태에 따른 콘크리트 코어의 물성을 비교하였다. 내구성 파손이 거의 없는 구간에서 채취한 코어의 염소이온 침투저항성, 흡수량 및 1차 흡수율이 내구성 파손이 심한 구간에 비해 모든 실험 군에서 좋은 결과를 나타내어 포장 콘크리트 파손발생에 영향을 미치는 인자 가운데 하나로서 고려할 수 있는 가능성을 나타내었다.
- 동결융해저항성의 경우 내구성 양호구간이 파손구간에 비해 높은 경향을 보였으나 LMO A는 양호구간 중앙에서 동결융해 저항성이 낮게 나타났고 LMO D는 양호구간과 파손구간의 차이가 크게 나타나지 않는 것으로 나타났다. 이 결과의 원인을 검토하기 위해 염화물량을 조사하였고 파손 구간 염화물량이 양호 구간에 비해 높게 나타났으나 Fig.
- 양의 값은 습윤 양생보다 시험결과 값이 큼을, 음의 값은 작음을 의미한다. 실험결과 습윤 양생을 실시한 경우 열팽창계수, 흡수성능 및 염화물량(5~15mm)이 좋은 성능을 보이지만 나머지 결과는 차이가 크지 않거나 반대 성능을 나타내는 결과를 나타냈고 흡수성능은 양생 방법 사이의 성능차이가 크게 나타났다.
- 그러므로 양의 값은 기존 배합보다 결과 값이 큼을 의미하고 음의 값은 작음을 의미한다. 실험결과는 압축강도와 흡수성능은 기존의 배합보다 좋은 성능을 보이지만 나머지는 차이가 크지 않았거나 성능이 떨어지는 결과를 나타내어 배합 사이의 성능 변별력을 확인하기 힘들었다. 그렇지만 압축강도와 흡수성능은 배합간의 성능차이가 크게 나타나 콘크리트의 품질평가 비교에 좋은 지표로 사용될 가능성을 보였다.
- 압축강도, 탄성계수, 열팽창계수, 공기량 및 2차 흡수계수는 포장의 파손상태와 관계없이 평균적으로 중앙이 단부에 비해 높은 결과를 나타내고 나머지는 단부가 높은 값을 나타내고 있으나 모든 결과가 일관된 방향성을 나타내는 물성은 1차 흡수계수를 제외하고 나타나지 않았다.
- 코어의 물성시험 결과는 Table 4와 같이 정리되며 모든 구간에 대한 압축강도와 탄성계수 평균값은 내구성 파손이 적은 곳(양호구간)에서 더 높게 나타났다. 염소이온 침투 저항성은 양호구간의 통과 전하량이 낮게 나타났고 흡수량 및 흡수계수도 건전구간이 더 작은 값을 나타내었다. 평균염화물량은 파손부에서 더 크게 나타났으며 평균 동탄성 계수는 건전구간이 더 높은 것으로 나타났다.
- 동결융해저항성의 경우 내구성 양호구간이 파손구간에 비해 높은 경향을 보였으나 LMO A는 양호구간 중앙에서 동결융해 저항성이 낮게 나타났고 LMO D는 양호구간과 파손구간의 차이가 크게 나타나지 않는 것으로 나타났다. 이 결과의 원인을 검토하기 위해 염화물량을 조사하였고 파손 구간 염화물량이 양호 구간에 비해 높게 나타났으나 Fig. 12와 같이 일부의 경우 양호 구간과 불량 구간의 차가 크지 않은 것으로 나타났다. 코어의 염화물량이 많아지면 파손이 증가하고 내구성 파손이 적은 곳은 상대동탄성계수가 크게 나타날 가능성이 많아 염화물량은 음의 값을, 상대 동탄성 계수는 양의 값을 나타낼 것으로 예상되었고 시험결과 Fig.
- 코어의 내부조직이 치밀할수록 물이 흡수되는 양이 적기 때문에 내구성 양호구간의 흡수량은 파손구간에 비해 작은 값을 가질 것으로 예상되고 실험결과는 2차 흡수율을 제외하고 8개 구간 모두에서 흡수율이 동일한 경향을 나타내었다. 2차 흡수율의 경우 2개 구간은 반대 경향을 나타내고 1개 구간은 차이가 없는 것으로 나타났으며, Fig.
- 12와 같이 일부의 경우 양호 구간과 불량 구간의 차가 크지 않은 것으로 나타났다. 코어의 염화물량이 많아지면 파손이 증가하고 내구성 파손이 적은 곳은 상대동탄성계수가 크게 나타날 가능성이 많아 염화물량은 음의 값을, 상대 동탄성 계수는 양의 값을 나타낼 것으로 예상되었고 시험결과 Fig. 12와 같이 염화물량은 8개소 가운데 7개소, 상대동탄성계수는8개소 가운데 5개소가 예상과 같은 경향을 나타내었다.
- 콘크리트의 배합에 따른 재료물성을 비교하였고 저분말도 시멘트 배합 및 강도 상향 배합의 압축강도와 흡수 성능은 기존의 배합보다 좋은 결과를 나타냈다. 콘크리트의 양생방법에 따른 물성을 비교하였고 습윤 양생의 압축강도, 탄성계수, 열팽창계수, 흡수성능 및 하부 염화물량이 기건 및 피막양생보다 좋은 결과를 나타냈다.
- 코어의 구조적인 성질을 파악하기 위해서 압축강도, 탄성계수 및 열팽창계수 시험을 실시하였다. 파손이 생기지 않은 내구성 양호 구간 코어의 시험 결과에서 내구성 불량 구간 코어의 시험 결과를 빼서 내구성 양호 구간의 결과로 나누어 백분율을 구한 결과, 탄성계수는 모든 구간에서 높은 것으로 나타났고 압축강도는 1개소, 열팽창계수는 3개소에서 반대의 결과를 나타냈으며 Fig. 8과 같다.
- 염소이온 침투 저항성은 양호구간의 통과 전하량이 낮게 나타났고 흡수량 및 흡수계수도 건전구간이 더 작은 값을 나타내었다. 평균염화물량은 파손부에서 더 크게 나타났으며 평균 동탄성 계수는 건전구간이 더 높은 것으로 나타났다. 이외 물성은 코어 위치에 따라서 다른 경향을 나타내었다.
후속연구
- 공용현장에서 채취한 코어의 실내시험 결과 압축강도 및 염소이온 침투저항성 통과전하량과 흡수량 및1차 흡수율 사이에 비교적 높은 상관성이 나타났다. 그러나 공기량 및 기포간격계수와 동결융해저항성 및 염화물량 사이의 상관성은 높지 않게 나타났으나 다양한 원인을 고려한 분석과 추가 시험이 필요한 것으로 판단되었다.
- 6 및 7과 같다. 다만, 기존에 공기량이 크고 기포간격계수가 작을수록 동결융해저항성이 강한 것으로 예상되어 왔기 때문에 현재보다 더 넓은 범위의 기포간격계수 데이터를 가지고 비교하는 것이 필요할 것으로 판단되었다.
- 9와 같다. 이러한 결과는 파손상태에 영향을 미치는 요인이 여러 가지가 존재하기 때문이며 후속 연구를 통해서 보강이 필요한 부분으로 판단된다.
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