설계하중 사전재하 및 잔존강도 시험방법에 따른 고강도콘크리트의 고온특성 평가 - 제2보 변형특성을 중심으로 - Evaluation for mechanical properties of high strength concrete by stressed test and stressed residual strength test - part 2 strain properties -원문보기
본 연구는 40, 60, 80MPa급 고강도콘크리트의 변형특성에 있어서 $20{\sim}700^{\circ}C$ 범위로 상승되는 온도의 영향을 연구하는데 그 목적이 있다. 본 연구에서 시험의 종류는 설계하중 사전재하 및 잔존 강도 시험방법으로서 시험체를 가열하기 전에 극한강도의 25%하중을 사전재하한 후 가열을 실시하고, 가열하는 동안 하중을 유지하며, 목표온도에 도달한 후 고온상태 및 상온에서 24시간 냉각상태에서 시험체가 파괴될 때까지 재하를 실시했다. 시험은 W/B 46%, 32% 및 25%로 이루어진 콘크리트 시험체에 대하여 $20{\sim}700^{\circ}C$의 다양한 온도하에서 실시하였다. 시험결과 콘크리트 강도가 증가할수록 고온에서의 상대적인 탄성계수는 감소하였으며, 최대하중에서의 축방향 변형은 설계하중 사전 재하와 상관성이 높은 것으로 나타났다. 또한 온도상승에 따른 콘크리트의 열팽창변형은 압축강도뿐만 아니라 초기사전재하의 영향을 받는 것으로 나타났다.
본 연구는 40, 60, 80MPa급 고강도콘크리트의 변형특성에 있어서 $20{\sim}700^{\circ}C$ 범위로 상승되는 온도의 영향을 연구하는데 그 목적이 있다. 본 연구에서 시험의 종류는 설계하중 사전재하 및 잔존 강도 시험방법으로서 시험체를 가열하기 전에 극한강도의 25%하중을 사전재하한 후 가열을 실시하고, 가열하는 동안 하중을 유지하며, 목표온도에 도달한 후 고온상태 및 상온에서 24시간 냉각상태에서 시험체가 파괴될 때까지 재하를 실시했다. 시험은 W/B 46%, 32% 및 25%로 이루어진 콘크리트 시험체에 대하여 $20{\sim}700^{\circ}C$의 다양한 온도하에서 실시하였다. 시험결과 콘크리트 강도가 증가할수록 고온에서의 상대적인 탄성계수는 감소하였으며, 최대하중에서의 축방향 변형은 설계하중 사전 재하와 상관성이 높은 것으로 나타났다. 또한 온도상승에 따른 콘크리트의 열팽창변형은 압축강도뿐만 아니라 초기사전재하의 영향을 받는 것으로 나타났다.
The present study is aimed to study the effect of elevated temperatures ranging from 20 to $700^{\circ}C$ on the strain properties of high-strength concrete of 40, 60, 80MPa grade. In this study, the types of test were the stressed test and stressed residual test that the specimens are su...
The present study is aimed to study the effect of elevated temperatures ranging from 20 to $700^{\circ}C$ on the strain properties of high-strength concrete of 40, 60, 80MPa grade. In this study, the types of test were the stressed test and stressed residual test that the specimens are subjected to a 25% of ultimate compressive strength at room temperature and sustained during heating and when target temperature is reached, the specimens are loaded to failure. Or specimens are loaded to failure after 24hour cooling time. tests were conducted at various temperatures ($20{\sim}700^{\circ}C$) for concretes made with W/B ratios 46%, 32% and 25%. Test results showed that the relative values of elastic modulus decreased with increasing compressive strength grade of specimen and the axial strain at peak stress were influenced by the load before heating. thermal strain of concrete at high temperature was affected by the preload as well as the compressive strength.
The present study is aimed to study the effect of elevated temperatures ranging from 20 to $700^{\circ}C$ on the strain properties of high-strength concrete of 40, 60, 80MPa grade. In this study, the types of test were the stressed test and stressed residual test that the specimens are subjected to a 25% of ultimate compressive strength at room temperature and sustained during heating and when target temperature is reached, the specimens are loaded to failure. Or specimens are loaded to failure after 24hour cooling time. tests were conducted at various temperatures ($20{\sim}700^{\circ}C$) for concretes made with W/B ratios 46%, 32% and 25%. Test results showed that the relative values of elastic modulus decreased with increasing compressive strength grade of specimen and the axial strain at peak stress were influenced by the load before heating. thermal strain of concrete at high temperature was affected by the preload as well as the compressive strength.
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문제 정의
고강도콘크리트를 위한 W/B는 46%, 32% 및 25%의 3수준으로 설정하였으며, 초기하중수준은 설계하중 fc의 25%로 설정하여 상온(20), 100, 200, …, 600 및 700℃에 있어서 온도별 탄성계수시험 및 잔존탄성계수 시험을을 실시하였다. 또한, 각 시험을 위한 가열중에 있어서 시험체의 변형을 측정하여 열팽창변형 데이터로 활용하고자 하였다.
제안 방법
고강도콘크리트를 위한 W/B는 46%, 32% 및 25%의 3수준으로 설정하였으며, 초기하중수준은 설계하중 fc의 25%로 설정하여 상온(20), 100, 200, …, 600 및 700℃에 있어서 온도별 탄성계수시험 및 잔존탄성계수 시험을을 실시하였다.
따라서 본 연구에서는 고강도 콘크리트의 역학적 고온특성 중 변형특성을 중심으로 콘크리트의 설계기준강도로서 40, 60, 80MPa, 간접가열방식에 의해 설정온도는 상온의 20℃, 100, 200, ……, 700℃, 가열재하 방법으로서는 축방향재하로서 설계하중 사전재하 및 잔존강도시험방법을 사용하여 고강도 콘크리트의 영계수 및 최대하중에서의 변형 및 열팽창변형 등을 평가한 후 그 결과를 검토 · 분석했다.
본 연구에서 사용한 가열로의 상세내용인 가열로의 온도측정 · 기록 및 조절장치, 가력장치, 변형계 및 열절달커버의 사용 및 운영방법은 선행연구논문「설계하중 사전재하 및 잔존강도 시험방법에 따른 고강도콘크리트의 고온특성 평가, 제1보 강도특성을 중심으로」와 동일하게 실시하였다.
본 연구에서 사용한 재료, 콘크리트 배합 및 시험체 제작방법은 선행연구논문「설계하중 사전재하 및 잔존강도 시험방법에 따른 고강도콘크리트의 고온특성 평가, 제1보 강도특성을 중심으로」에 기술한방법과 동일하게 실시하였으며, 시험방법의 경우 고온하에서 압축강도 시험중 측정된 데이터를 활용하여 최대하중에서의 변형값과 가열온도에 따른 열팽창변형데이터를 축적하였다. 또한, 가열 전․후의 시험체 길이는 1/100의 버니어켈리퍼스를 활용하여 4회씩 평가를 실시하여 그 평균값을 이용했다.
본 연구에서 사용한 재하 · 가열 시험장치 및 가열로는 Fig. 1에 나타낸바와 같이 금속히터를 활용한 전기가열방식의 가열로를 사용하였으며, 가열로의 상부와 하부에 위치한 가력판을 가열하여 시험체에 열을 전달하는 간접가열방식을 사용하였다.
데이터처리
본 연구에서 사용한 재료, 콘크리트 배합 및 시험체 제작방법은 선행연구논문「설계하중 사전재하 및 잔존강도 시험방법에 따른 고강도콘크리트의 고온특성 평가, 제1보 강도특성을 중심으로」에 기술한방법과 동일하게 실시하였으며, 시험방법의 경우 고온하에서 압축강도 시험중 측정된 데이터를 활용하여 최대하중에서의 변형값과 가열온도에 따른 열팽창변형데이터를 축적하였다. 또한, 가열 전․후의 시험체 길이는 1/100의 버니어켈리퍼스를 활용하여 4회씩 평가를 실시하여 그 평균값을 이용했다.
성능/효과
1) 최대하중에서의 변형은 설계하중사전재하 및 가열에 의한 열팽창변형과 관계가 있음을 확인하였고, 열팽창변형은 압축강도가 높을수록 내력저하의 수축변형이 크게 되는 경향을 나타냈다.
2) 설계하중사전재하 및 잔존강도시험에 있어서 콘크리트의 고온특성은 영계수, 최대하중에서의 변형, 열팽창변형 등 각각 차이가 발생하는 것으로 나타나, 설계하중 조건을 고려한 상태에서 고온특성 평가의 필요성이 확인되었다.
그림 2 및 그림 3은 가열온도에 따른 최대하중에서의 축방향 변형 및 고온시/상온시의 변형비를 나타낸 것이다. S시험체의 경우 온도 200℃까지는 상온시의 축방향 변형과 유사한 최대하중에서의 변형 값을 나타내고 있으나, 이후의 온도범위에 있어서는 변형률이 일정량 증가하다 계속적으로 감소하는 경향을 나타냈으며, 압축강도가 작을수록 일정량 변형이 증가하다 감소하는 시점의 온도가 높아지는 것으로 나타났다. 반면, R40, U40 및 U80시험체의 경우는 기존연구결과와 같이 가열온도가 증가함에 따라 최대하중에서의 축방향 변형률은 증가하는 것으로 나타났다.
또한, 동일한 사전재하율에 있어서 변형곡선은 압축강도가 클수록 가열온도가 상승함에 따라 더욱 급격히 수축하는 것으로 나타나, 가열전 동일하게 설계하중의 25%를 재하했을 지라도 압축강도에 따라 실제 가해지는 하중량이 달라 콘크리트의 열팽창 변형은 다르게 나타나는 것을 알 수 있었다.
S시험체의 경우 온도 200℃까지는 상온시의 축방향 변형과 유사한 최대하중에서의 변형 값을 나타내고 있으나, 이후의 온도범위에 있어서는 변형률이 일정량 증가하다 계속적으로 감소하는 경향을 나타냈으며, 압축강도가 작을수록 일정량 변형이 증가하다 감소하는 시점의 온도가 높아지는 것으로 나타났다. 반면, R40, U40 및 U80시험체의 경우는 기존연구결과와 같이 가열온도가 증가함에 따라 최대하중에서의 축방향 변형률은 증가하는 것으로 나타났다. 이는 설계하중사전재하에 의해 발생한 경향차이로서 가열전 재하를 실시하지 않을 경우 그림 5에 나타낸 바와 같이 가열온도가 높아짐에 따라 변형이 계속 증가하는 경향을 나타내고 있으나, 가열전 재하를 실시한 경우 팽창하는 변형이 사전재하에 구속됨에 따라 가열온도가 높아질수록 수축 변형량이 증가하는 것으로 나타났다.
이후 400℃에서는 약 1mm로 급격히 수축한 후 500℃부터 온도가 증가함에 따라 미미하게 수축량이 증가하는 경향이 나타났다. 상술한 400℃에서 나타나는 급격한 수축경향은 R40시험체의 영계수값이 400℃에서 급격히 저하되는 결과에 중요한 원인의 일부라고 생각되며, 목표가열온도 700℃를 기준으로 가열온도에 따른 압축강도 및 영계수 시험 결과를 분석시 R40시험체의 경우 상온에 비해 약 1.2mm수축한 상태이지만, S40시험체의 경우 상온에 비해 약 0.29mm팽창된 상태로 가열온도 700℃에서 시험전 시험체의 상태의 차이가 압축강도 및 영계수 결과값의 차이에 큰 영향을 주었을 것으로 판단되며, 종합적으로 가열 및 재하에 의해 유발되는 변형은 고온시 콘크리트의 역학적 특성과 함수관계가 있는 것으로 판단된다.
2mm수축하여 100℃에 비해 팽창하는 경향을 나타냈다. 이후 400℃에서는 약 1mm로 급격히 수축한 후 500℃부터 온도가 증가함에 따라 미미하게 수축량이 증가하는 경향이 나타났다. 상술한 400℃에서 나타나는 급격한 수축경향은 R40시험체의 영계수값이 400℃에서 급격히 저하되는 결과에 중요한 원인의 일부라고 생각되며, 목표가열온도 700℃를 기준으로 가열온도에 따른 압축강도 및 영계수 시험 결과를 분석시 R40시험체의 경우 상온에 비해 약 1.
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