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문제 정의
- 본 연구에서는 댐 구조물의 구조적 중요성을 감안하여 CFRD 의 표면 차수벽 재료로 사용되는 콘크리트에 Fly Ash 및 Polypropylene 섬유를 혼입한 후, 이에 대한 콘크리트의 기본 물성 및 균열 제어 특성을 규명하고, 댐 콘크리트의 기본 물성과 경제성을 모두 향상시킬 수 있는 최적의 콘크리트를 개발하여 활용하고자 한다.
제안 방법
- 본 실험에서는 콘크리트 배합 시 목표 슬럼프(Slump)와 공기량을 확보하기 위하여 국내。社에서 생산되는 표준형 고성능 AE 감수제를 사용하였다.
- 본 연구에서는 양수 댐 표면 차수벽에 시공 예정인 콘크리트에 무기 혼화재인 Fly Ash 는 0, 15, 20, 2泌, Polypropylene 섬유는 0, 0.1% 혼입한 후 기본 물성 및 균열 제어 특성 실험을 수행하였으며, 그 결과를 요약하면 다음과 같다.
- 본 연구의 효율적인 수행을 위하여 실험은 기본 물성(압축강도, 탄성계수, 휨강도) 실험과 균열 제어 특성(소성수축, 건조수축) 실험 2가지로 구분하였으며, 각 실험항목에 대하여 8 Type의 콘크리트 배합(Fly Ash 치환율 0, 15, 20, 25%, Polypropylene 섬유 혼입율 0, 0.1%)에 각각 3개의 공시 체를 만들어 실험을 수행하였다. 각각의 실험 결과를 비교.
- 본 연구에서는 댐 콘크리트의 소성수축 균열 제어 특성을 평가하기 위하여 기존 연구에서 사용된 실험 방법에 따라 실험을 수행하였다(그림 1 참조). 실험은 28℃의 온도와 35%의 상대습도에서 콘크리트 표면에 4~4.6m/s의 바람을 24시간 동안 작용시키면서 균열 면적을 관찰하였다.
- 양수 댐 표면 차수벽에 시공 예정인 콘크리트 배합에 대하여 Fly Ash 는 0, 15, 20, 25%, Polypropylene 섬유는 0, 0.1%로 각각 혼입하고, 관련 규정에 따라 기본 물성 및 균열 제어 특성 실험을 수행하였다. 본 연구에 활용된 콘크리트 배합표는 표 4와 같다.
- 댐 콘크리트의 건조수축 균열에 대한 저항성 평가를 위흐H, 국내. 외에서 많은 연구자들이 사용하였던 그림 2와 같은 실험 시편을 제작하여 콘크리트 타설 후 28℃의 온도와 상대습도 45%를 유지하면서 42일간 균열의 발생과 균열 폭의 성장을 관찰하였다.
대상 데이터
- 시멘트는 한국공업규격(KS L 5201)에 적합한 국내 H社에서 생산된 1종 보통 포틀랜드 시멘트를 사용하였으며, 그 물리적 성질과 화학적 조성은 표 1과 같다.
- 잔골재 및 굵은 골재는 강원도 인제군 기린면 진동리 및 양양군 양양읍 연창리에서 생산되는 강모래 및 강자갈을 사용하였으며, 그 물리적 성질은 표 2와 같다.
데이터처리
- 1%)에 각각 3개의 공시 체를 만들어 실험을 수행하였다. 각각의 실험 결과를 비교. 분석하여 댐 콘크리트의 기본 물성, 균열 제어 특성 및 경제성을 모두 향상시킬 수 있는 콘크리트의 최적 배합비를 도출하였다.
이론/모형
- '콘크리트의 소성수축 균열제어 특성을 측정하기 위한 기존의 실험 방법은 콘크리트 내에 발생되는 구속응력을 실제 콘크리트 타설 시 구속조건과 형상, 재료 및 환경적 변화에 영향을 받도록 구속조건을 제공하여 소성수축 균열의 발생 과정을 관찰하는 것이다. 본 연구에서는 댐 콘크리트의 소성수축 균열 제어 특성을 평가하기 위하여 기존 연구에서 사용된 실험 방법에 따라 실험을 수행하였다(그림 1 참조). 실험은 28℃의 온도와 35%의 상대습도에서 콘크리트 표면에 4~4.
- 양수 댐 표면 차수벽에 시공 예정인 콘크리트 배합의 Fly Ash 및 Polypropylene 섬유 혼입율에 따른 압축강도의 특성을 분석하기 위하여, KS F 2405에 따라 실험을 수행하였다.
- 양수 댐 표면 차수벽에 시공 예정인 콘크리트 배합의 Fly Ash 및 Polypropylene 섬유 혼입율에 따른 탄성계수 특성을 분석하기 위하여, KS F 2403에 따라 실험을 수행하였으며, 측정은 공시체에 Compressometer 와 Extensometer를 설치하여 KS F 2438 에 따라 수행하였다.
- 양수 댐 표면 차수벽에 시공 예정인 콘크리트 배합의 Fly Ash 및 Polypropylene 섬유 혼입율에 따른 휨강도 특성을 분석하기 위하여, 본 연구에서는 각 변수에 따라 15xi5x55(cm) 공시 체를 제작하여 KS F 2408 에 따라 실험을 수행하였다.
성능/효과
- (1) 압축강도 실험 결과 Fly Ash 치환율이 15% 일 때 가장 우수한 결과를 보여주었다. 또한 보통 콘크리트보다는 Polypropylene 섬유를 첨가한 콘크리트의 압축강도가 약간 크게 나타났으나, 그 차이는 크지 않았다.
- (2) 휨강도 실험 결과 Fly Ash의 치환율이 20%인 콘크리트가 가장 우수한 결과를 보여주었다. 또한 Polypropylene 섬유를 첨가한 콘크리트가 보통 콘크리트보다 모두 휨강도가 크게 나타났으나, 그 차이는 크지 않았다’
- (3) 소성수축 균열 실험 결과 Fly Ash의 치환율이 증가할수록 최대 균열 면적이 감소하는 경향을 보여주었다. 그러나 Fly Ash의 치환율이 15% 이상이 되면 그 감소 폭은 크지 않았다.
- (4) 건조 수축 실험 결과 Fly Ash 의 첨가는 건조수축 균열제어에 큰 효과가 없는 것으로 나타났으며, Polypropylene 섬유의 첨가 역시 건조 수축 균열제어에 큰 효과를 발휘하지 못하였다. 이러한 현상은 굵은 골재의 최대 치수를 40mm인 골재를 사용함으로써 상대적으로 25mm의 골재를 사용할 때보다 시멘트 페이스트와의 부착 계면이 감소하여 보다 우수한 균열제어 효과가 발생했기 때문인 것으로 판단된다.
- 실험 결과 Fly Ash의 첨가량이 증가할수록 균열 최대 면적이 감소하는 경향을 보여주었다. Fly Ash 치환율 15%와 20%에서 가장 우수한 균열제어 특성을 보여주었으며, Polypropylene 섬유를 첨가한 콘크리트가 Polypropylene 섬유를 첨가하지 않은 콘크리트에 비해 더 우수한 균열제어 특성을 보여주었다.
- 실험 결과 Fly Ash를 첨가하였을 때의 탄성계수는 보통 콘크리트의 탄성계수와 비교하여 약간 큰 결과를 보여주었으나, 그 차이는 크지 않았다. Polypropylene 섬유의 첨가에 따른 탄성계수의 실험 결과는 Polypropylene 섬유의 사용에 따라 탄성계수가 약간 증가하는 경향을 보여주었다.
- 실험 결과 Fly Ash의 치환율이 15%일 때 가장 우수한 결과를 보여주었다. 또한 Polypropylene 섬유 보강 콘크리트가 보통 콘크리트보다 압축강도가 약간 우수함을 보여주었으나, 그 차이는 크지 않았다.
- 휨강도 실험 결과 Fly Ash의 치환율이 20% 일 때 가장 우수한 결과를 보여주었다. 또한 Polypropylene 섬유보강 콘크리트가 보통 콘크리트보다 휨강도가 약간 우수함을 보여주었으나, 그 차이는 크지 않았다.
- 각각의 실험 결과를 비교. 분석하여 댐 콘크리트의 기본 물성, 균열 제어 특성 및 경제성을 모두 향상시킬 수 있는 콘크리트의 최적 배합비를 도출하였다.
- 건조수축 균열 실험 결과는 그림 7과 같다. 실험 결과 Fly Ash 치환율이 증가할수록 균열의 최대 폭은 감소하는 경향을 보여주었으며, Polypropylene 섬유의 첨가에 따른 건조수축 균열의 폭은 감소하는 경향을 보여주었다.
- Fly Ash 첨가량 및 Polypropylene 섬유의 사용 여부에 따른 탄성계수 실험 결과는 그림 4와 같다. 실험 결과 Fly Ash를 첨가하였을 때의 탄성계수는 보통 콘크리트의 탄성계수와 비교하여 약간 큰 결과를 보여주었으나, 그 차이는 크지 않았다. Polypropylene 섬유의 첨가에 따른 탄성계수의 실험 결과는 Polypropylene 섬유의 사용에 따라 탄성계수가 약간 증가하는 경향을 보여주었다.
- Fly Ash 첨가량 및 Polypropylene 섬유의 사용 여부에 따른 소성수축 균열 실험 결과는 그림 6과 같다. 실험 결과 Fly Ash의 첨가량이 증가할수록 균열 최대 면적이 감소하는 경향을 보여주었다. Fly Ash 치환율 15%와 20%에서 가장 우수한 균열제어 특성을 보여주었으며, Polypropylene 섬유를 첨가한 콘크리트가 Polypropylene 섬유를 첨가하지 않은 콘크리트에 비해 더 우수한 균열제어 특성을 보여주었다.
- Fly Ash 첨가량 및 Polypropylene 섬유의 사용 여부에 따른 압축강도 실험 결과는 그림 3과 같다. 실험 결과 Fly Ash의 치환율이 15%일 때 가장 우수한 결과를 보여주었다. 또한 Polypropylene 섬유 보강 콘크리트가 보통 콘크리트보다 압축강도가 약간 우수함을 보여주었으나, 그 차이는 크지 않았다.
- 이상의 연구결과를 통하여 Fly Ash 는 20%, Polypropylene 섬유는 흔입하지 않은 경우, 댐의 기본 물성뿐만 아니라 경제성 측면에서 가장 우수한 연구결과를 얻을 수 있었다.
- Fly Ash 첨가량 및 Polypropylene 섬유의 사용 여부에 따른 휨강도 실험 결과는 그림 5와 같다. 휨강도 실험 결과 Fly Ash의 치환율이 20% 일 때 가장 우수한 결과를 보여주었다. 또한 Polypropylene 섬유보강 콘크리트가 보통 콘크리트보다 휨강도가 약간 우수함을 보여주었으나, 그 차이는 크지 않았다.
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