[논문]단면확대 보강 적용을 위한 콘크리트의 자기충전 성능 평가

황용하; 양근혁; 송금일; 송진규

doi:10.14190/jrcr.2019.7.3.235

단면확대 보강 적용을 위한 콘크리트의 자기충전 성능 평가
Evaluation of Self-Compaction Property of Section Enlargement Strengthening Concrete 원문보기

Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute = 한국건설순환자원학회 논문집, v.7 no.3, 2019년, pp.235 - 242

황용하 (경기대학교 일반대학원 건축공학과) , 양근혁 (경기대학교 건축공학과) , 송금일 (전남대학교 건축학부) , 송진규 (전남대학교 건축학부)

초록
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이 연구의 목적은 단면확대 보강을 위해 개발된 폴리머와 초속경 시멘트를 혼입한 콘크리트의 자기 충전성 확보를 위한 배합상세 수정이다. 보강용 콘크리트의 자기충전성은 일본토목학회(JSCE 1999)와 유럽통합기준(EFNARC 2002)에서 제시된 자기충전 콘크리트의 굳기 전 물성시험 및 성능기준을 통해 평가하였다. 실험결과, 동일한 물-결합재 비에서 단위 결합재양을 증가(페이스트 부피비 증가)시키면, 점성이 증가 하지만, 단위수량도 증가하여 점성에 의한 유동성 저하는 없었다. 단면확대 보강용 콘크리트를 위해 개발된 결합재를 이용한 일반강도 콘크리트 배합 시 자기다짐 성능을 확보하기 위한 배합조건은 물-결합재비 38%에서 단위결합재양은 $430kg/m^3{\sim}470kg/m^3$, 잔골재율은 40%~46% 수준이 추천될 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

The objective of this study is to modify the mixture proportions of concrete that were developed for section enlargement strengthening elements using a specially designed binder composed of 5% ultra-rapid hardening cement, 10% polymer, and 85% ordinary portland cement in order to assign the self-compaction property to such concrete. The self-compaction abilities of concrete were estimated by the performance criteria specified in JSCE and EFNARC provions. Test results showed that the increase in the unit binder content at the consistent water-to-bider ratio led to increase in viscosity of fresh concrete but did not exhibit the decrease in the fluidity due to a greater viscosity. The mixture proportioning of self-compaction section enlargement concrete could be considered at the following conditions: unit binder contents of $430kg/m^3{\sim}470kg/m^3$ and fine aggregate-to-total aggregate ratios of 40%~46% at the water-to-binder ratio of 38%.

주제어

표/그림 (17)

그림 Fig. 1. Particle distribution of fine and coarse aggregates
표 Table 1. Chemical compositions of cementitious materials
표 Table 2. Properties of polymer
표 Table 3. Properties of aggregate
표 Table 4. Mix proportions
표 Table 5. Classification of self-compacting concrete
그림 Fig. 2. Tests for self-compaction properties of fresh concrete
그림 Fig. 3. Effect of the unit binder on slump flow values
그림 Fig. 4. Effect of the unit binder on slump flow values
그림 Fig. 5. Effect of the unit binder on T50 time in slump flow
표 Table 6. Summary of test results on fresh concrete
그림 Fig. 6. Effect of the unit binder on V-funnel flow time
그림 Fig. 7. Effect of the unit binder on U-box filling height
그림 Fig. 8. Effect of the unit binder on J-ring flow values and height
그림 Fig. 9. Stress-strain curves of concrete
그림 Fig. 10. Aggregate distribution observed in splitting failure planes
표 Table 7. Summary of test results on hardened concrete

AI 본문요약
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문제 정의

이 연구의 목적은 단면확대 보강을 위해 개발된 폴리머와 초속경 시멘트를 혼입한 콘크리트의 자기 충전성 확보를 위한 배합 상세수정이다. 보강용 콘크리트의 자기충전성은 일본토목학회 (JSCE 1999)와 유럽통합기준(EFNARC 2002)에서 제시된 자기충전 콘크리트의 굳기 전 물성시험 및 성능기준을 통해 평가하였다.

제안 방법

et al.(2018)의 배합을 참고하여 일반시멘트와 초속경시멘트 및 폴리머를 중량비 85:5:10 으로 혼합하였다. 일반 시멘트는 KS L 5201(KATS 2016)의 1종 보통 포틀랜드 시멘트(OPC)를, 초속경 시멘트(URHC: Ultra Rapid Hardening Cement)는 3 종 조강 포틀랜드 시멘트를 사용하였다.
7에 나타내었다. B390 배합은 콘크리트의 간극 충전성능을 만족시키기 못했지만 B430, B450 및 B470 배합은 간극 충전성능을 만족하였다 U-box 채움 높이 시험은 충전높이(300mm 이상)와 좌우 충전된 높이 차이(120mm 이하)로 간극 충전성을 평가한다. B430, B450 및 B470 배합의 충전높이는 각각 325mm, 320mm 및 330mm이었으며, U-box의 좌우 콘크리트의 높이 차는 모두 35mm 이하를 나타내었다.
본 연구에서는 U-box 시험을 실시하였으며, 중앙부에 철근과 격리판을 설치한 U형 장치를 이용하였다. U-box 시험은 U형 장치의 한쪽에 콘크리트를 채운 후 격리 판을 제거하여 콘크리트가 철근 사이를 통과하여 상승된 높이 또는 양쪽의 콘크리트 높이의 단차(mm)를 측정하여 충전성을 평가하였다 (Fig. 2 (c)).
보강용 콘크리트의 자기충전성은 일본토목학회 (JSCE 1999)와 유럽통합기준(EFNARC 2002)에서 제시된 자기충전 콘크리트의 굳기 전 물성시험 및 성능기준을 통해 평가하였다. 배합조건에 따라 굳은 콘크리트에서 압축강도 발현을 평가하였으며, 할렬 실험을 통하여 파괴면에서의 재료분리 유 . 무도 확인하였다.
수정하였다. 수정된 단위결합재량은 각각 430kg/m3, 450kg/m3 및 470kg/m3으로 설정하였다(Table 4). 따라서 Table 4에 나타낸 시험체 명은 단위 결합재양을 의미한다.
시험용 공시체는 씨00X200mm의 원주형 몰드에 다짐을 하지 않고 성형하여 24 시간 후 몰드를 탈형하였으며, 소정의 재령까지 20±2°C 의 수조에서 양생을 실시하였다. 압축강도는 재령 3, 7, 28일에 측정하였으며, 재령 28일에는 응력-변형률 관계를 측정하였다. 할렬 인장강도는 재령 28일 만 측정하였으며, 할렬 단면의 육안조사를 통해 재료(골재)분리 여부를 함께 평가하였다.
자기충전 콘크리트의 성능은 배근된 철근의 간격과 철근량의 조건에 의해서 결정되며, 일반적으로 JSCE(1999)에서 1 등급 또는 2 등급에 해당된다(Table 5). 자기충전 성능 시험은 콘크리트 배합 직후 굳지 않은 콘크리트 상태에서 수행하였으며, 압축강도 및 할렬강도는 소정의 재령까지 수중 양생한 후 측정하였다.
EFNARC(2002)의 간극 통과 성 시험인 J-ring 시험은 직경 300mm의 J-ring 장치의 중앙에 슬럼프 콘을 넣고 콘크리트를 채워 넣은 후 다짐작업 없이 슬럼프 콘을 들어 올려 콘크리트를 자중만으로 J-ring의 직경 16mm 봉 사이를 통과시키는 시험이다. 콘크리트가 J-ring을 통과하여 흘러 퍼졌을 때 J-ring 단부 4지점에서 높이를 측정하여 평균을 낸 후 중앙부와의 단차를 측정한다(Fig. 2 (d)).
콘크리트의 점성은 T50 플로우와 V-funnel 시험을 이용하여 평가하였다. T50 플로우 시험은 슬럼프 플로우가 500mm까지 도달하는 시간(sec)을 측정하는 시험(Fig.
s이다(Table 2). 폴리머의 분산성 확보 및 공기연행 방지를 위해 분산제 및 소포제를 사용하였으며, 폴리머 질량의 각각 0.5%를 첨가하였다.
압축강도는 재령 3, 7, 28일에 측정하였으며, 재령 28일에는 응력-변형률 관계를 측정하였다. 할렬 인장강도는 재령 28일 만 측정하였으며, 할렬 단면의 육안조사를 통해 재료(골재)분리 여부를 함께 평가하였다.

대상 데이터

폴리머의 사용으로 인해 단면확대 보강용 결합재 자체의 점성은 일반 OPC 콘크리트보다 높기 때문에 추가적인 증점제를 사용하지 않았다. 고성능 감수제는 폴리카르본산계(PC계 Polycarboxylate type)를 사용하였다. 각 재료는 중량비로 계량한 후 중력식 믹서를 이용하여 배합하였다.
나타내었다. 배합실험에 사용된 잔골재는 해사로써 최대 입자크기는 5mm이며, 절건밀도와 조립률은 각각 2.55와 2.68이다. 굵은 골재는 유동성 확보와 재료분리 방지를 위해 최대치수 13mm의 쇄석을 사용하였으며, 절건밀도와 조립률은 각각 2.
URHC의 Al^Q 및 SO3의 구성 비율은 OPC에 비해 각각 10% 및 13% 높았다. 보강 콘크리트의 접착력 증진을 위한 폴리머(Polymer)는 에틸렌 초산 비닐(EVA)계재유화형 분말을 사용하였다. 폴리머의 밀도와 점성도는 각각 0.
시험을 이용한다. 본 연구에서는 U-box 시험을 실시하였으며, 중앙부에 철근과 격리판을 설치한 U형 장치를 이용하였다. U-box 시험은 U형 장치의 한쪽에 콘크리트를 채운 후 격리 판을 제거하여 콘크리트가 철근 사이를 통과하여 상승된 높이 또는 양쪽의 콘크리트 높이의 단차(mm)를 측정하여 충전성을 평가하였다 (Fig.
시험용 공시체는 씨00X200mm의 원주형 몰드에 다짐을 하지 않고 성형하여 24 시간 후 몰드를 탈형하였으며, 소정의 재령까지 20±2°C 의 수조에서 양생을 실시하였다. 압축강도는 재령 3, 7, 28일에 측정하였으며, 재령 28일에는 응력-변형률 관계를 측정하였다.
(2018)의 배합을 참고하여 일반시멘트와 초속경시멘트 및 폴리머를 중량비 85:5:10 으로 혼합하였다. 일반 시멘트는 KS L 5201(KATS 2016)의 1종 보통 포틀랜드 시멘트(OPC)를, 초속경 시멘트(URHC: Ultra Rapid Hardening Cement)는 3 종 조강 포틀랜드 시멘트를 사용하였다. OPC 및 URHC의 물리적 특성 및 화학적 조성은 Table 1에 나타내었다.

이론/모형

간극통과성 시험은 JSCE(1999)에서 제시되고 있지 않아, EFNARC(2002)에서 제시된 방법을 따랐다. EFNARC(2002)의 간극 통과 성 시험인 J-ring 시험은 직경 300mm의 J-ring 장치의 중앙에 슬럼프 콘을 넣고 콘크리트를 채워 넣은 후 다짐작업 없이 슬럼프 콘을 들어 올려 콘크리트를 자중만으로 J-ring의 직경 16mm 봉 사이를 통과시키는 시험이다.
보강용 콘크리트의 자기충전성은 일본토목학회 (JSCE 1999)와 유럽통합기준(EFNARC 2002)에서 제시된 자기충전 콘크리트의 굳기 전 물성시험 및 성능기준을 통해 평가하였다. 배합조건에 따라 굳은 콘크리트에서 압축강도 발현을 평가하였으며, 할렬 실험을 통하여 파괴면에서의 재료분리 유 .
본 연구에서 콘크리트 자기충전성의 평가는 JSCE(1999) 의 성능기준을 기준으로 하였으며, EFNARC(2002)의 간극 통과성능(J-ring) 시험을 추가로 수행하였다. 자기충전 콘크리트의 성능은 배근된 철근의 간격과 철근량의 조건에 의해서 결정되며, 일반적으로 JSCE(1999)에서 1 등급 또는 2 등급에 해당된다(Table 5).
압축강도 시험방법은 KS F 2405(KATS 2017)에 준하여 실시하였다. 시험용 공시체는 씨00X200mm의 원주형 몰드에 다짐을 하지 않고 성형하여 24 시간 후 몰드를 탈형하였으며, 소정의 재령까지 20±2°C 의 수조에서 양생을 실시하였다.
유동성 평가 시험은 슬럼프 콘(slump-cone)을 이용하여 KS F 2594(KATS 2015)에 따라 수행하였다(Fig. 2 (a)).
06 이다. 잔골재 및 굵은 골재의 입도분포는 KS F 2527(KATS 2018)규격에서 제시하는 표준 입도와 유사한 범위를 나타내었다(Fig. 1).

성능/효과

1. 단면확대 보강용 콘크리트를 위해 개발된 결합재(OPC 85%, 초속경 시멘트 5%, 폴리머 10%)를 이용한 일반강도 콘크리트배합 시 자기다짐 성능을 확보하기 위한 배합조건은 물-결합재비 38%에서 단위결합재양은 430〜 470kg/m3, 잔골재율은 40%〜46% 수준이 추천될 수 있었다.
2. 위 조건으로 실시한 배합들은 일본토목학회 및 유럽통합기준의 자기충전 콘크리트의 물성 기준을 모두 만족했다.
3. 이 연구에서 사용된 결합재는 폴리머의 높은 점도로인해 증점제를 따로 사용하지 않고서도 재료분리 저항성을 확보하는 것으로 나타났다.
4. 동일한 물-결합재 비에서 단위 결합재양을 증가(페이스트 부피 비 증가)시키면, 점성이 증가 하지만, 단위수량도 증가하여 점성에 의한 유동성/간극 통과성 저하는 없는 것으로 나타났다.
5에 나타내었다. B390 및 B430의 T50 시험결과는 10초 및 7초로 JSCE기준을 만족하였다. 자기충전 콘크리트의 T50 시험 결과는 단위 결합재량이 많을수록 짧아지는 경향을 보였다.
V-funnel 통과시간은 자기충전 콘크리트의 통과성능을 만족시키기 위해서 20초 이하로 제한하고 있다. B390 배합의 시험결과를 제외한 B430, B450 및 B470 배합의 V-funn이 통과시간은 각각 11초, 8초 및 5초로 JSCE기준인 20초 이내로 나타났다(Fig. 6). B390 배합은 유동성 측면에서 슬럼프 콘 플로우를 만족시키지만, V-funnel 유하시간은 만족시키지 못한다 이 연구에서 사용한 결합재는 OPC 배합에 비해 상대적으로 높은 점성 때문으로 자기충전성능을 달성하기 위해서는 단위 결합 재량을 420kg/m3이상으로, 굵은 골재의 부피비를 38%5 이내로 추천될 수 있다.
J-ring 시험에서도 B390 배합을 제외한 모든 배합에서 EFNARC(2002)의 성능을 만족하였다. J-ring 시험 결과는 V-funnel 과 U-box 시험 결과와 달리 시험 결과 값과 단위 결합재양의 관계가 거의 직선으로 매우 긴밀한 관계를 나타내었다. 이는 J-ring 시험이 다른 시험에 비해 현장에서 단위결합재량에 따른 콘크리트의 자기다짐 성능을 손쉽게 예측할 수 있음을 의미하기도 한다.
8에 나타내었다. 간극 통과성 시험에서도 B390 배합을 제외한 모든 배합에서 기준에 만족하는 것으로 나타났다. J-ring 시험은 간극 통과성과 유동성을 동시에 평가 할 수 있는 시험방법으로 EFNARC(2002)에따랐다.
이는 J-ring 시험이 다른 시험에 비해 현장에서 단위결합재량에 따른 콘크리트의 자기다짐 성능을 손쉽게 예측할 수 있음을 의미하기도 한다. 시험 결과 단위 결합재량이 많을수록 콘크리트 중 골재의 부피 비는 감소하고, 이로 인해 콘크리트가 J-ring의 리브 사이를 통과할 수 있는 간극 통과성이 높아짐을 알 수 있다.
B390 및 B430의 T50 시험결과는 10초 및 7초로 JSCE기준을 만족하였다. 자기충전 콘크리트의 T50 시험 결과는 단위 결합재량이 많을수록 짧아지는 경향을 보였다. 페이스트의 양이 많아지면, 상대적으로 골재의 양이 줄어들고 이는 콘크리트 중 골재의 맞물림 현상에 의한 점성이 줄어들어, 유동성이 커짐을 뜻한다.
4). 즉 단위 결합재량 390kg/m3〜470kg/m3 사이에서 자기충전 콘크리트의 유동성은 모두 만족한 것으로 나타났다.

후속연구

(2018)은 폴리머와 초속경 시멘트를 사용하여 고접착 강도를 갖는 단면확대 보강용 콘크리트의 배합설계를 제시하였다. 제시된 배합설계는 단면확대 보강에서의 자기 충전성 확보를 위해 골재 양 및 페이스트 양 등의 상세가 수정될 필요가 있다.

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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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