[논문]비말 지역에 노출된 FA 콘크리트의 균열을 고려한 겉보기 염화물 확산계수 및 표면 염화물량 평가

윤용식; 권성준

doi:10.11112/jksmi.2019.23.6.18

비말 지역에 노출된 FA 콘크리트의 균열을 고려한 겉보기 염화물 확산계수 및 표면 염화물량 평가
Evaluation of Apparent Chloride Diffusion Coefficient and Surface Chloride Contents of FA concrete Exposed Splash zone Considering Crack Width 원문보기

한국구조물진단유지관리공학회 논문집 = Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection, v.23 no.6, 2019년, pp.18 - 25

윤용식 (한남대학교 건설시스템공학과) , 권성준 (한남대학교 건설시스템공학과)

초록
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콘크리트는 인장력에 취약한 재료적 특징을 갖기 때문에 콘크리트 구조물의 사용기간 중에 발생하는 균열은 내구성능 평가 시 필히 고려되어야 한다. 본 연구에서는 두 수준의 강도를 고려한 플라이애시 콘크리트를 배합하여 옥외 폭로 시험을 실시하였다. 노출 환경은 비말 조건으로 설정하였으며, 균열 폭이 콘크리트의 염화물 확산 거동에 미치는 영향을 평가하고자 각 배합의 시편에 0.1 mm 간격으로 최대 1.0 mm 까지의 균열 폭을 야기하였다. 그 후 3가지 수준의 노출기간(180일, 365일, 730일)을 고려하여 겉보기 염화물 확산계수 및 표면 염화물량을 산출하였다. 균열 폭의 증가에 따라 두 배합 모두 확산계수가 증가하였으며, 노출기간이 증가함에 따라 확산계수는 감소하였다. 또한 노출 기간이 증가함에 따라 균열 폭이 확산계수에 미치는 영향이 감소하였는데, 이는 염소 이온 기반 수화물이 콘크리트의 확산성을 저감시키기 때문으로 사료된다. 표면 염화물량 거동은 겉보기 염화물 확산계수 거동 대비 균열 폭의 증가에 따른 뚜렷한 변화 거동이 발생하지 않았으며, 고강도 배합에서 보통 강도 배합 대비 78.9 % ~ 90.7 %의 표면 염화물량을 나타내어 강도와의 상관관계를 갖는 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

The cracks occurred during service life of concrete structure should be considered in durability design, because of the concrete's material property which is weak in tensile strength. In this study, the fly ash concrete mixtures considering 2 levels of strength is designed and outdoor exposure tests are conducted for those concrete specimens. The exposure environment is set to a splash zone, and in order to evaluate the effect of crack width on the behavior of chloride diffusion, the crack width of up to 1.0 mm is generated at intervals of 0.1 mm at each concrete mixture. After that, apparent chloride diffusion coefficient and surface chloride contents are deducted considering 3 levels of exposure periods(180 days, 365 days, 730 days). The diffusion coefficients of two types of mixture increase with the increase of crack width, and the diffusion coefficients decrease with the increase of exposure periods. In addition, the effect of the crack width on the diffusion coefficient is reduced as the exposure periods increase, which is attributed to the extra hydrate by chloride ion reducing the diffusivity of concrete. The behavior of the surface chloride contents does not significantly change by the increase in crack width, compared to the behavior of apparent chloride diffusion coefficient. Also, In the high strength FA concrete mixture, the surface chloride contents are 78.9 % ~ 90.7 % than the normal FA strength concrete mixture. Thus, Surface chloride contents have correlation with the strength of concrete.

주제어

표/그림 (16)

표 Table 1 Mix proportions for 2 types of Fly Ash concrete
표 Table 2 Properties of OPC and FA
표 Table 3 Properties of sand and gravel
그림 Fig. 1 Inducing crack to fly ash concrete specimens
그림 Fig. 2 Mimetic diagram of outdoor exposure test for this study
그림 Fig. 3 Photos of outdoor exposure test site
그림 Fig. 4 Process of getting chloride profile
그림 Fig. 5 Procedure of drawing apparent chloride diffusion coefficient and surface chloride contents
그림 Fig. 6 Apparent chloride diffusion coefficient in 2 types of FA concrete
그림 Fig. 7 Changing ratio of Apparent chloride diffusion coefficient in 2 types of FA concrete
표 Table 4 Results of linear regression analysis to evaluate crack effect
그림 Fig. 8 Contour for Changing ratio of apparent chloride diffusion coefficient by exposure period and crack width
그림 Fig. 9 Surface chloride content in 2 types of FA concrete
그림 Fig. 10 Surface chloride content of 2 types of FA concrete
그림 Fig. 11 Contour for Changing ratio of surface chloride contents by exposure period and crack width
그림 Fig. 12 Compressive strength in 2 types of FA concrete

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 2가지 수준의 강도 특성을 갖는 FA 콘크리트를 대상으로 균열 폭과 노출 기간을 고려하여 겉보기 염화물 확산계수 및 표면 염화물량을 평가하였다. 노출 조건은 비말 지역으로 설정하였으며 본 연구의 결론은 다음과 같다.
본 연구에서는 경기도 안산시 시화 방조제 인근의 해양 옥외 폭로 시험장의 비말 지역에 시편을 존치시켜 각 배합의 염화물 거동을 평가하였다. 비말 지역에서는 파도의 영향을 직접받고 육풍을 차단하여 해풍의 영향만을 받을 수 있도록 하였다.
본 연구에서는 비말 지역에서 균열 폭 및 노출 기간에 따른 겉보기 염화물 확산계수와 표면 염화물량 거동을 평가하고자 2가지 수준의 강도를 갖는 플라이애시 콘크리트 배합을 설계 및 제작하였다. 노출 기간은 180일, 365일, 730일 총 3수준으로 설정하였으며, 균열 폭은 0.
본 연구에서는 수중 양생 730일을 거친두 배합의 압축강도를 평가하였다. 이전 재령일에 대한 압축강도결과는 기존의 연구에서 인용하였으며(Jeong et al.

제안 방법

본 연구에서는 비말 지역에서 균열 폭 및 노출 기간에 따른 겉보기 염화물 확산계수와 표면 염화물량 거동을 평가하고자 2가지 수준의 강도를 갖는 플라이애시 콘크리트 배합을 설계 및 제작하였다. 노출 기간은 180일, 365일, 730일 총 3수준으로 설정하였으며, 균열 폭은 0.05 mm부터 약 0.1 mm 간격으로 최대 1.0 mm까지 고려하여 실험을 수행하였다. 배합의 강도 특성, 균열 폭, 노출 기간에 따라 변화하는 겉보기 염화물 확산계수와 표면 염화물량의 거동을 비교 분석하였다.
콘크리트 배합 시 배치 플랜트를 활용하여 재료 계량을 한 후 믹서기를 활용하여 실시하였다. 배합 후 24 시간 경과 후 탈형을 실시하였으며, 일 방향 침투를 유도하기 위해 에폭시로 시편의 측면과 하단부를 코팅하였다. 20 ± 2 ℃에서 수중 양생을 수행하였으며, 재령 56일에 균열을 야기한 뒤 옥외 환경에 노출시켰다.
0 mm까지 고려하여 실험을 수행하였다. 배합의 강도 특성, 균열 폭, 노출 기간에 따라 변화하는 겉보기 염화물 확산계수와 표면 염화물량의 거동을 비교 분석하였다.
본 연구에서는 보통 강도 범위에 속하는 28 MPa(A type)과 고강도 범위에 속하는 41 MPa(B type)의 설계 강도(f_ck)를 갖는 두 가지 플라이애시 치환 배합을 설정하였다. Table 1에는 본 연구의 배합표를, Table 2에는 사용된 OPC(Ordinary Portland Cement) 및 플라이애시의 물성을, Table 3에는 배합에 사용된 골재의 물리적 특성을 나타내었다.
본 절에서는 3가지 수준의 비말 지역 노출 기간(180일, 365일, 730일) 및 균열 폭을 고려한 두 가지 강도 수준의 플라이애시 콘크리트의 표면 염화물량을 평가한 결과를 다루고자 하며, 그 결과를 Fig. 9에 나타내었다.
본 연구에서는 수중 양생 730일을 거친두 배합의 압축강도를 평가하였다. 이전 재령일에 대한 압축강도결과는 기존의 연구에서 인용하였으며(Jeong et al., 2017), 재령일의 증가에 따라 변화하는 압축강도 거동을 분석하였다. 재령56일, 180일, 365일, 730일의 압축강도 평가 결과를 Fig.
Table 1에는 본 연구의 배합표를, Table 2에는 사용된 OPC(Ordinary Portland Cement) 및 플라이애시의 물성을, Table 3에는 배합에 사용된 골재의 물리적 특성을 나타내었다. 콘크리트 배합 시 배치 플랜트를 활용하여 재료 계량을 한 후 믹서기를 활용하여 실시하였다. 배합 후 24 시간 경과 후 탈형을 실시하였으며, 일 방향 침투를 유도하기 위해 에폭시로 시편의 측면과 하단부를 코팅하였다.
시편의 균열 방향에 수직을 이루도록 시편의 표면에 Crack gauge를 부착하였으며, 그 후 하중을 목표 균열 폭이 발생할 때까지 증가시킨 후 제하하였다. 하중을 제하한 후 균열 폭이 일부 감소하였기 때문에 일정 시간 후 균열폭을 재측정하여 최종균열 폭으로 판단하였다. 시편에 균열을 인가하는 전경을 Fig.

대상 데이터

시편의 크기는 직경 100 mm, 높이 200 mm의 원주형 공시체로 설정하였으며, 재령56일에 UTM(Universal Test Machine)을 활용하여 쪼갬인장시험을 통해 균열을 야기하였다. 수 회의 실험을 통해 균열을 야기하였으며, 약 0.

데이터처리

측정한 염화물 프로파일을 Fick's 2nd law에 적용시켜 선형회귀분석방법으로 겉보기 염화물 확산계수 및 표면 염화물량을 도출하였다.

이론/모형

균열 폭을 고려하여 비말 지역에 노출된 두 가지 배합의 플라이애시 콘크리트 시편의 겉보기 염화물 확산계수 및 표면 염화물량을 평가하고자 산가용성 시험 방법(KS F 2714)으로 시편의 깊이별 염화물량을 측정하였다. 일반적으로 수경성 시멘트 조직내에 있는 산-가용성 염화물량은 시멘트 조직내의 총 염화물량과 같다고 알려져 있기 때문에 본 방법을 채택하였다Fig.

성능/효과

1) 2가지 배합 모두 균열 폭의 증가에 따라 염화물 확산계수가 증가하였으며 노출기간이 증가함에 따라 확산계수가 감소하였다. 또한 고강도 배합인 A 배합에서 보통강도 배합인 B 배합 대비 27.
2) 균열 폭 및 노출 기간을 고려하여 표면 염화물량을 평가한 결과, 겉보기 염화물 확산계수 거동 대비 균열의 영향을 받지 않는 것으로 사료된다. 고강도 배합인 A 배합에서 B 배합 대비 78.
3) 2가지 배합의 압축강도 평가 결과, 고강도 배합인 A 배합에서는 보통 강도 배합인 B 배합 대비 약 132.7 % ~142.9 %의 강도를 나타내었다. 재령 56일 대비 730일에서의 강도 증진률을 평가하면 A 배합에서는 약 111.
노출 기간에 따른 표면 염화물 증가율 역시 균열 폭에 의해 뚜렷한 거동이 발생하지 않았으며, 보통 강도를 갖는 B 배합에서 고강도 배합인 A 배합 대비 큰 변동성을 나타내었다. 노출 기간의 증가에 따라 노출 기간 180일 기준 노출 기간 730일에서 A 배합의 경우 최대 134.2 %, B 배합의 경우 최대 142.9%의 표면 염화물량 증가율을 나타내었다. Fig.
7 %의 표면 염화물량을 나타내어 기존의 연구와 마찬가지로 강도와의 상관관계를 나타내었다. 또한 노출 기간이 2년으로 증가함에 따라 180일 대비 A 배합의 경우 최대 134.2 %, B 배합의 경우 최대 142.9 %의 표면 염화물량 증가율을 나타내었다.
5 %의 확산계수감소율을 나타내었다. 또한 노출 기간이 증가할수록 균열에 의한 확산계수 증가율이 낮아졌는데 이는 염소 이온 기반 수화물의 추가적인 생성이 원인으로 보이며 이러한 균열 치유 효과는 B 배합에서 A 배합 대비 더 뚜렷하게 나타났다.
모든 배합에서 균열 폭이 증가할수록 겉보기 염화물 확산계수가 증가하는 경향을 나타내었다. 보통 강도(28 MPa) 배합인 B 배합에서는 염화물 확산계수가 비교적 선형적으로 증가하는 경향을 나타내었으며, 고강도(41 MPa) 배합인 A 배합에서는 염화물 확산계수가 비선형적으로 증가하였다.
9 %의 강도를 나타내었다. 재령 56일 대비 730일에서의 강도 증진률을 평가하면 A 배합에서는 약 111.3 %, B 배합에서는 약 124.9 %로 나타났으며 수중 양생 56일 이후 높은 강도 증진률이 발생하지는 않았다.
두 배합은 재령 56일에 설계 강도 대비 약 140 %의 강도를 나타내었다. 재령 56일 대비 730일에서의 강도 증진률을 평가하면 A 배합의 경우 111.3 %, B 배합의 경우 124.9 %로 B 배합에서 다소 높게 평가되었으며, 재령 56일 이후의 강도 증진율은 비교적 적은 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	콘크리트 구조물에서 열화 정도에 영향을 미치는 인자는?	8 %에 이른다고 보고되고 있다(JSCE, 2007). 특히 해양 환경의 콘크리트 구조물에서는 노출 조건(침지, 간만, 비말, 해상 대기 중)에 따라 구조물의 열화 정도가 달라진다고 알려져 있다(Park andKim, 2013; Lee et al., 2017).
	플라이애시 콘크리드를 옥외 폭로 시험 실시 결과 균열 폭과 노축시간은 확산계수와 어떤 관계가 나타나는가?	그 후 3가지 수준의 노출기간(180일, 365일, 730일)을 고려하여 겉보기 염화물 확산계수 및 표면 염화물량을 산출하였다. 균열 폭의 증가에 따라 두 배합 모두 확산계수가 증가하였으며, 노출기간이 증가함에 따라 확산계수는 감소하였다. 또한 노출 기간이 증가함에 따라 균열 폭이 확산계수에 미치는 영향이 감소하였는데, 이는 염소 이온 기반 수화물이 콘크리트의 확산성을 저감시키기 때문으로 사료된다. 표면 염화물량 거동은 겉보기 염화물 확산계수 거동 대비 균열 폭의 증가에 따른 뚜렷한 변화 거동이 발생하지 않았으며, 고강도 배합에서 보통 강도 배합 대비 78.
	플라이애시는 무엇인가?	플라이애시는 화력 발전소에서 석탄을 연소시킬 때 발생하는 특정 입도 범위(1 um ~ 100 um)의 입장 잔사이며(KS L5405, 2016), 플라이애시를 콘크리트에 혼입하여 사용하면 플라이애시의 포졸란 반응에 의해 내부 공극 구조가 치밀해져 장기 강도 등의 역학적 성질이 개선될 뿐만 아니라 염해 저항성능이 개선된다(Nath and Sarker, 2011). 또한, 굳지 않은 콘크리트 상태에서는 부배합 효과에 의한 워커빌리티 개선, 구형의 입형으로 인한 블리딩 개선 등을 기대할 수 있으며, 시멘트 사용량이 줄어듬에 따른 수화열 저감 효과도 플라이애시의 주요 장점 중 하나이다(Bilodeau et al.

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