[논문]2년 양생된 Fly Ash 콘크리트의 염화물 확산 특성 평가

윤용식; 황상현; 권성준

doi:10.14190/jrcr.2019.7.1.8

2년 양생된 Fly Ash 콘크리트의 염화물 확산 특성 평가
Evaluation of Chloride Diffusion Characteristics in Concrete with Fly Ash Cured for 2 Years 원문보기

Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute = 한국건설순환자원학회 논문집, v.7 no.1, 2019년, pp.8 - 15

윤용식 (한남대학교 토목환경공학과) , 황상현 (한남대학교 토목환경공학과) , 권성준 (한남대학교 토목환경공학과)

초록
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콘크리트 구조물이 극심한 열화 환경에 노출되는 경우 열화현상이 발생하게 되는데, 대표적인 열화 현상으로는 염해에 의한 철근부식이 있다. 본 연구에서는 3가지 수준의 물-결합재 비(0.37, 0.42, 0.47) 및 2가지 수준의 플라이애시 치환율(0%, 30%)을 고려하여 재령 2년 콘크리트 시편을 대상으로 염해 저항 성능을 평가하였다. Tang's method에 준하여 촉진 염화물 확산계수를, ASTM C 1202에 준하여 통과 전하량을, KS F 2405에 준하여 압축강도를 평가하였다. 또한 기존의 제안식들과 촉진 염화물 확산계수 결과를 활용하여 각 배합의 시간의존성 확산 특성을 분석하였다. 플라이애시 혼입 배합은 OPC 배합 대비 뛰어난 내구성능을 나타내는데, 통과 전하량 평가기준에 따르면 재령 49일부터 "Moderate" 등급 이하에 포함되는 반면 OPC 배합은 재령 1년에서야 모든 물-결합재 비에서 "Moderate" 등급 이하에 포함되었다. 각 배합의 시간의존성지수를 도출한 결과 모든 배합에서 물-결합 재비가 증가함에 따라 시간의존성지수가 감소하는 경향을 나타내었다. 또한, 플라이애시 혼입 배합에서 OPC 배합 대비 1.57배~2.74배의 시간의존성지수가 평가되었다. 이는 시간의존성지수가 확산계수가 감소하는 기울기를 나타내기 때문이며, 플라이애시의 포졸란 반응에 의해 FA 배합에서 OPC 배합 대비 높은 시간의존성지수를 나타내었다.

Abstract ▼ AI-Helper

When RC(Reinforced Concrete) structures are exposed to harsh environment, deterioration phenomenon occurs, and the corrosion in rebar due to chloride intrusion is known as representative deterioration, so called chloride attack. In this paper, chloride resistance performance of 2 years aged concrete is evaluated considering 3 levels of water to binder ratio(0.37, 0.42, and 0.47) and 2 levels of substitution ratio of fly ash(0% and 30%). Accelerated chloride diffusion coefficient tests referred to Tang's method, total passed charge tests referred to ASTM C 1202, and compressive strength tests referred to KS F 2405 are performed. With adaptation of the previous test results and the results from this study, time-dependent chloride diffusion characteristics are analyzed for each concrete. The FA(Fly Ash) concrete has higher chloride resistance performance than OPC(Ordinary Portland Cement) concrete. According to the evaluation standard of ASTM C 1202, the FA concrete has "Moderate" grade after 49 days while OPC concrete does "Moderate" grade after 365 days. As the results of time-parameter for chloride diffusion, OPC concrete and FA concrete show the decreasing behavior of time-parameters with increasing water to binder ratio. Also, FA concrete has 1.57~2.74 times of time-parameter than OPC concrete. That's cause is thought that the time-parameter indicates the gradient of decreasing of diffusion coefficient. FA concrete has higher time-parameters than OPC concrete by pozzolanic reaction of FA.

주제어

표/그림 (13)

표 Table 1. Concrete mixture for this study
표 Table 2. Properties of sand and gravel
표 Table 3. Properties of super plasticizer
그림 Fig. 1. Mimetic diagram and test condition for Tang’s method
표 Table 4. Evaluation standard for chloride resistance by ASTM C 1202
그림 Fig. 2. Test results for diffusion coefficient considering W/B and substitution ratio of FA
그림 Fig. 3. Decreasing ratio in accelerated diffusion coefficient by curing effect
그림 Fig. 4. Test results for passed charge considering W/B and substitution ratio of FA
그림 Fig. 5. Decreasing ratio in passed charge by curing effect
그림 Fig. 6. Test results for compressive strength considering W/B and substitution ratio of FA
그림 Fig. 7. Increasing ratio in compressive strength by curing effect
그림 Fig. 8. Results for time-parameter by regression analysis
그림 Fig. 9. Comparative evaluation of time-parameter

AI 본문요약
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문제 정의

또한 재령 49일을 기준 재령일로 설정하여 회귀분석할 경우 FA 배합에서 매우 낮은 시간의존성지수 값이 평가되었는데,이는 재령 28일과 49일 사이에 플라이애시의 포졸란 반응에 의해 확산계수 저감이 크게 발생하기 때문이다. 따라서 본 연구에서는 FA 배합의 포졸란 반응이 시간의존성지수에 미치는 영향과 전체적인 시간의존성지수의 일관성을 위하여 시간의존성지수 산정 시재령 49일 확산계수를 제외하고 나머지 재령일의 확산계수로 회귀분석을 실시하였다.

제안 방법

5M의 염화나트륨 수용액(NaCl)을 Cell Ⅱ(+ 극)에는 포화 수산화칼슘(Ca(OH)₂⁾ 수용액을 적용하여 8시간 동안 30V의 전압을 인가하였다(Tang and Nilson 1992). 그 후 시편을 할렬하여 쪼개진 면에 질산은(AgNO₃) 수용액(0.1N)을 분무하여 은색으로 변하는 부분을 염화물 이온의 침투 영역으로 판단하였다. Fig.
본 연구의 선행 연구에서는 재령 28일에 통과 전하량 실험을 수행하지 못하였다. 따라서 재령 28일 통과 전하량은 식(4)와 같은 기존에 제안된 촉진염화물 확산계수와 통과 전하량 간의 상관식과 재령 28일 촉진 염화물 확산계수 결과를 활용하여 도출하였다(Berke and Hicks 1994).
47)와플라이애시 혼입률(30%)을 고려하여 콘크리트의 염해 내구성능(촉진 염화물 확산계수, 통과 전하량)과 압축강도를 평가하였다. 또한 평가된 촉진 염화물 확산계수와 기존의 이론들을 활용하여각 배합의 시간의존성지수를 도출하였다. 본 연구의 결론은 아래와 같다.
본 절에서는 기존의 연구를 참고하여 각 배합의 시간의존성지수를 산출하였다(Thomas and Bentz 2002). 본 연구에서 사용한 Life-365 모델에서는 시간의존성지수 산정 시 겉보기 염화물 확산계수를 사용하므로 본 연구의 재령 28일, 180일, 365일, 730일 촉진 염화물 확산계수를 촉진 염화물 확산계수와 겉보기 염화물 확산계수 간의 상관관계에 적용시켜 겉보기 염화물 확산계수로 변환한 후 사용하였다. 겉보기 염화물 확산계수와 촉진 염화물 확산계수 간의 상관관계를 식(5)에 나타내었다(Polder et al.
본 연구에서는 3가지 수준의 물-결합재 비(0.37, 0.42, 0.47)와플라이애시 치환율(30%)을 고려하여 촉진 염화물 확산계수, 통과 전하량, 압축강도를 재령 730일에 대하여 평가하였다. 또한 실험 결과 및 기존의 제안식을 활용하여 각 배합의 시간의존성지수를 실험적으로 산출하여 비교 평가하였다.
본 연구에서는 3가지 수준의 물-결합재 비(0.37, 0.42, 0.47)와플라이애시 혼입률(30%)을 고려하여 콘크리트의 염해 내구성능(촉진 염화물 확산계수, 통과 전하량)과 압축강도를 평가하였다. 또한 평가된 촉진 염화물 확산계수와 기존의 이론들을 활용하여각 배합의 시간의존성지수를 도출하였다.
본 연구에서는 OPC 콘크리트 시편과 플라이애시 30% 치환 혼입 콘크리트 시편을 3가지 수준의 물-결합재 비(0.37, 0.42, 0.47)를 고려하여 제작하였다. Table 1에 본 연구에서 사용한 배합표를 나타내었으며 Table 2와 Table 3에는 본 연구에서 사용한 골재 및 고성능 감수제의 특성을 나타내었다.
위의 과정으로 측정한 염화물 이온의 침투깊이와 식(1) 및 식(2)를 활용하여 각 배합의 촉진 염화물 확산계수를 도출하였다.

데이터처리

47)와플라이애시 치환율(30%)을 고려하여 촉진 염화물 확산계수, 통과 전하량, 압축강도를 재령 730일에 대하여 평가하였다. 또한 실험 결과 및 기존의 제안식을 활용하여 각 배합의 시간의존성지수를 실험적으로 산출하여 비교 평가하였다.

이론/모형

3가지 수준의 물-결합재 비 및 플라이애시 혼입률을 고려하여 촉진 염화물 확산계수를 평가하고자 Tang’s method에 준하여 실험을 수행하였다.
이로 인해 초기재령에서 시편의 운반 및 양생 문제로 재령 28일에 촉진 염화물 확산계수 및 통과 전하량을 평가하지 못하였다. 따라서 재령 28일의 촉진 염화물 확산계수는 기존에 수행된 동일 배합 연구(SERI 2003)에서 인용하였다.
본 절에서는 기존의 연구를 참고하여 각 배합의 시간의존성지수를 산출하였다(Thomas and Bentz 2002). 본 연구에서 사용한 Life-365 모델에서는 시간의존성지수 산정 시 겉보기 염화물 확산계수를 사용하므로 본 연구의 재령 28일, 180일, 365일, 730일 촉진 염화물 확산계수를 촉진 염화물 확산계수와 겉보기 염화물 확산계수 간의 상관관계에 적용시켜 겉보기 염화물 확산계수로 변환한 후 사용하였다.
염해 내구수명 해석에 활발하게 이용되고 있는 Life-365 소프트웨어는 Fick’s 2nd law에 준하여 결정론적 방법으로 RC 구조물의 내구수명을 해석한다(Thomas and Bentz2002).
재령 730일에 각 배합에 대상으로 ASTM C 1202에 따라 통과 전하량을 평가하였다. 이 실험 방법으로 콘크리트 시편의 염화물이온 침투저항성을 정성적으로 평가할 수 있다.
재령 730일에 물-결합재 비 및 플라이애시 혼입률을 고려하여 KS F 2405에 준하여 압축강도를 평가하였으며 기존의 동일배합에서 평가된 1년 이하의 압축강도 값과 비교 평가하였다(Yoon and Kwon 2018).

성능/효과

1) 모든 배합에서 재령이 증가함에 따라 촉진 염화물 확산계수가 감소하였는데 플라이애시 치환 배합에서는 포졸란 반응에 기인하여 OPC 배합보다 높은 감소율을 나타내었다. 재령 28일 대비 재령 730일에서의 촉진 염화물 확산계수 감소율을 평가하면 OPC 배합의 경우 41.
3) 압축강도 평가 결과 물-결합재비가 낮을수록 높은 값이 평가되었으며 재령 28일에서부터 FA 30 배합이 OPC 배합 동등이상의 강도를 나타내었다. 재령 28일 대비 730일에서의 강도 증진율을 평가하면, OPC 배합의 경우 142.
3.1절의 촉진 염화물 확산계수 결과 동향과 마찬가지로 물-결합재 비가 낮을수록 낮은 통과 전하량이 나타났으며 FA 배합에서 OPC 배합 대비 낮은 통과 전하량이 나타났다. 이는 두 시험 모두 강 전위 상태에서 염화물 이온의 이동을 원리로 하는 실험 방법이기 때문이다.
4) 각 배합의 시간의존성지수를 평가한 결과, 모든 배합에서 물-결합재 비가 증가할수록 시간의존성지수가 감소하는 경향을 나타내었다. FA 30 배합에서는 OPC 배합 대비 1.
모든 배합에서 물-결합재 비가 높아질수록 시간의존성지수가 감소하는 경향을 나타내었으며 물 결합 재비의 영향은 OPC 배합에서 FA 30 배합보다 크게 나타났다. OPC 배합은 물-결합재비에증감에 따라 최대 약 49.8%, FA 30 배합의 경우 최대 약 86.7%의 시간의존성지수 감소율을 나타냈다. 또한 기존의 산정식의 경우 물-결합재비의 증감을 고려하지 않기 때문에 실험에 의한 시간의존성지수 값을 배합별로 평균으로 하여 산정식에 의한 시간의존성 지수 값과 비교평가하면, OPC 배합의 경우 산정식보다 실험값이 1.
재령이 증가할수록, 물-결합재 비가 낮을수록 강도가 높게 평가되었다. 또한 기존에 알려진 바와 다르게 초기 재령일(28일)에서부터 FA 배합에서 OPC 배합 대비 동등이상의 강도를 나타냈다. 특히 재령 365일과 730일 사이의 증가율이 FA 배합에서는 105.
7%의 시간의존성지수 감소율을 나타냈다. 또한 기존의 산정식의 경우 물-결합재비의 증감을 고려하지 않기 때문에 실험에 의한 시간의존성지수 값을 배합별로 평균으로 하여 산정식에 의한 시간의존성 지수 값과 비교평가하면, OPC 배합의 경우 산정식보다 실험값이 1.15배로, FA 30 배합의 경우 산정식에 의한 값 대비 실험값이 1.03배로 평가되어 기존의 제안식에 의한 시간의존성지수와 실험값에 의한 시간의존성지수 간의 차이가 크게 발생하지 않았다. 또한 OPC 배합의 경우 실험값에 따르면 물-결합재 비의 증감에 따라 시간의존성지수가 크게 변화하는데 기존의 제안식에서는 이를 고려하지 않고 있으므로 내구성 설계 시 이에 대한 반영이 필요하다고 보인다.
FA 배합은 재령 49일에서부터 “Moderate” 이하의 등급에 속하는 반면에 OPC 배합은 재령 49일의 경우 모든 배합에서 “High” 등급을 나타내 플라이애시 혼입 배합이 적절한 양생기간을 확보한다면 뛰어난 내구성능을 나타낼 수 있는 것으로 보인다. 또한 플라이애시의 포졸란 반응에 기인하여 재령 28일 대비 730일에서의 감소율은 OPC 배합에서는 34.4%~41.9%, FA 30 배합에서는 13.7%~19.3%로 평가되었다. Fig.
모든 배합에서 물-결합재 비가 높아질수록 시간의존성지수가 감소하는 경향을 나타내었으며 물 결합 재비의 영향은 OPC 배합에서 FA 30 배합보다 크게 나타났다. OPC 배합은 물-결합재비에증감에 따라 최대 약 49.
)을 재령 28일로 설정하였다. 본 연구에서는 재령 28일 시험 결과를 동일 배합 연구(SERI 2003)에서 인용하였기 때문에 모든 재령일을 포함하여 시간의존성지수를 산출할 경우 FA 배합에서 상관계수가 크게 떨어지는 문제가 발생하였다. 또한 재령 49일을 기준 재령일로 설정하여 회귀분석할 경우 FA 배합에서 매우 낮은 시간의존성지수 값이 평가되었는데,이는 재령 28일과 49일 사이에 플라이애시의 포졸란 반응에 의해 확산계수 저감이 크게 발생하기 때문이다.
또한 OPC 배합의 경우 실험값에 따르면 물-결합재 비의 증감에 따라 시간의존성지수가 크게 변화하는데 기존의 제안식에서는 이를 고려하지 않고 있으므로 내구성 설계 시 이에 대한 반영이 필요하다고 보인다. 실험값에 의한 시간의존성지수의 경우, FA 30 배합에서 OPC 배합 대비 약 1.57배~2.74배로 나타났다. 이는 시간의존 성지수가 겉보기 염화물 확산계수가 감소하는 기울기를 나타내기 때문인데, FA 30 배합의 경우 포졸란 반응에 기인하여 OPC 배합보다 큰 폭의 확산계수 감소가 나타나기 때문이다.
3) 압축강도 평가 결과 물-결합재비가 낮을수록 높은 값이 평가되었으며 재령 28일에서부터 FA 30 배합이 OPC 배합 동등이상의 강도를 나타내었다. 재령 28일 대비 730일에서의 강도 증진율을 평가하면, OPC 배합의 경우 142.9%~167.1%,FA 30 배합에서는 164.1%~178.1%로 플라이애시 치환 배합에서 더 높은 증가율을 나타내었다.
4% 높은 확산계수를 나타냈다. 재령 49일에서부터 플라이애시 콘크리트는 OPC 콘크리트보다 낮은 확산계수를 나타내기 시작하였으며 최종 재령일(730일)에서는 OPC 콘크리트 대비 42.7%~71.1%의 값을 나타내었다. 이는 시멘트의 수화반응 외에 플라이애시의 포졸란 반응에 의해 생성되는 안정한규산화칼슘수화물이 염화물 확산을 제어하기 때문으로 사료된다(Metha and Monteiro 2009).
재령이 증가할수록, 물-결합재 비가 낮을수록 강도가 높게 평가되었다. 또한 기존에 알려진 바와 다르게 초기 재령일(28일)에서부터 FA 배합에서 OPC 배합 대비 동등이상의 강도를 나타냈다.
또한 기존에 알려진 바와 다르게 초기 재령일(28일)에서부터 FA 배합에서 OPC 배합 대비 동등이상의 강도를 나타냈다. 특히 재령 365일과 730일 사이의 증가율이 FA 배합에서는 105.0%~110.2%, OPC 배합에서는 101.7%~107.9%로 평가되었다. 플라이애시의 포졸란 반응으로 인해 장기재령에서도 OPC 배합 대비 높은 강도 증가가 발생한 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	콘크리트의 염화물 확산 거동을 평가하는 방법은 대표적으로 두 가지는 무엇인가?	콘크리트의 염화물 확산 거동을 평가하는 방법은 대표적으로 두 가지가 있는데 시편을 염수에 침지시켜 Fick’s 2nd law의 일반 해에 의한 겉보기 염화물 확산계수를 평가하는 방법과 전위차 구배를 원동력으로 염화물 이온의 확산을 촉진시키는 전기적 촉진시험 방법이 있다. 겉보기 염화물 확산계수를 도출하여 염화물 확산 거동을 평가하는 방법은 실제 환경에서의 확산 거동을 평가할 수 있고 콘크리트 내부 염화물량을 직접적인 해로 확인할 수 있다는 장점이 있으나, 수개월의 실험기간을 요한다는 단점이 있다.
	대표적인 열화 현상은 무엇인가?	콘크리트 구조물이 극심한 열화 환경에 노출되는 경우 열화현상이 발생하게 되는데, 대표적인 열화 현상으로는 염해에 의한 철근부식이 있다. 본 연구에서는 3가지 수준의 물-결합재 비(0.
	전위차 구배를 원동력으로 염화물 이온의 확산을 촉진시키는 전기적 촉진시험 방법의 장단점은 무엇인가?	겉보기 염화물 확산계수를 도출하여 염화물 확산 거동을 평가하는 방법은 실제 환경에서의 확산 거동을 평가할 수 있고 콘크리트 내부 염화물량을 직접적인 해로 확인할 수 있다는 장점이 있으나, 수개월의 실험기간을 요한다는 단점이 있다. 전기적 촉진 시험을 이용하면 실제 환경에서의 염화물 확산 거동을 평가할 수는 없으나, 수 시간 내에 확산계수를 평가하여 여러 콘크리트 배합의 염해 저항성능을 비교 평가할 수 있다(Yoo 2010).Tang’s method와 ASTM C 1202 등이 대표적인 전기적 촉진 시험 방법으로서 활발히 사용되고 있다(Tang and Nilson 1992; ASTMC 1202 2005).

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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