콘크리트의 동결융해 작용에 의한 내구성능 저하는 콘크리트 내부의 수분이 동결융해 작용을 반복적으로 받아 균열이 발생하거나 표층부가 박리함으로서 표면부분으로 부터 점차적으로 떨어져나가 콘크리트의 내구성능이 저하되는 현상을 말한다. 우리나라에의 경우 겨울철에 대부분 일평균기온이 0$^{\circ}C$이하로 되는 경우가 많으므로 거의 모든 지역이 매년 동결융해의 피해를 받고 있다고 볼 수 있으며, 다소 정도의 차이는 있으나 전국적으로 대부분의 콘크리트 구조물이 동결융해 및 제설제의 염해 피해 함께 받아 복합적인 열화를 받고 있다고 볼 수 있다. 그중 콘크리트포장 고속도로의 경우 기상작용 및 자동차에 의한 지속적인 피해를 받기 때문에 콘크리트구조물에 비해 더욱 많은 피해를 입고 있으며, 이로 인한 보수 및 보강에 대한 비용이 해마다 증가하는 추세이다. 본 연구에서는 고속도로 구조물의 용도로 가장 많이 사용되고 있는 40, 27, 21 MPa, 포장용 콘크리트로 현행 표준 배합비를 바탕으로 포장콘크리트의 동결융해 특성을 평가하기 제설제에 따른 동결융해 시험을 통해 동결융해저항성 및 중량감소율을 비교 분석하였다.
콘크리트의 동결융해 작용에 의한 내구성능 저하는 콘크리트 내부의 수분이 동결융해 작용을 반복적으로 받아 균열이 발생하거나 표층부가 박리함으로서 표면부분으로 부터 점차적으로 떨어져나가 콘크리트의 내구성능이 저하되는 현상을 말한다. 우리나라에의 경우 겨울철에 대부분 일평균기온이 0$^{\circ}C$이하로 되는 경우가 많으므로 거의 모든 지역이 매년 동결융해의 피해를 받고 있다고 볼 수 있으며, 다소 정도의 차이는 있으나 전국적으로 대부분의 콘크리트 구조물이 동결융해 및 제설제의 염해 피해 함께 받아 복합적인 열화를 받고 있다고 볼 수 있다. 그중 콘크리트포장 고속도로의 경우 기상작용 및 자동차에 의한 지속적인 피해를 받기 때문에 콘크리트구조물에 비해 더욱 많은 피해를 입고 있으며, 이로 인한 보수 및 보강에 대한 비용이 해마다 증가하는 추세이다. 본 연구에서는 고속도로 구조물의 용도로 가장 많이 사용되고 있는 40, 27, 21 MPa, 포장용 콘크리트로 현행 표준 배합비를 바탕으로 포장콘크리트의 동결융해 특성을 평가하기 제설제에 따른 동결융해 시험을 통해 동결융해저항성 및 중량감소율을 비교 분석하였다.
Concrete scaling is the progressive surface deterioration of susceptible subjected to freeze-thaw cycling in the presence of moisture. Particularly, it has been recognized that chlorides present in deicing agents can significantly increase concrete surface scaling. Domestic area of most be happened ...
Concrete scaling is the progressive surface deterioration of susceptible subjected to freeze-thaw cycling in the presence of moisture. Particularly, it has been recognized that chlorides present in deicing agents can significantly increase concrete surface scaling. Domestic area of most be happened chloride deicer damage. Because daily mean temperature is below 0$^{\circ}C$ from the area of domestic most. Use of deicing chemicals has been and will continue to be a major part of highway snow and ice control methods. Chloride-containing chemicals such as calcium chloride or rock salt are main deicers for the road. Extensive use of chloride deicers is, however, not only the source of substantial cost penalties due to their corrosive action and ability to deterioration roadway surface materials but also the source of environmental damages. In this study, Use of (40, 27, 21MPa) pavement concrete analyze freeze-thaw test and scaling on the chlorides present.
Concrete scaling is the progressive surface deterioration of susceptible subjected to freeze-thaw cycling in the presence of moisture. Particularly, it has been recognized that chlorides present in deicing agents can significantly increase concrete surface scaling. Domestic area of most be happened chloride deicer damage. Because daily mean temperature is below 0$^{\circ}C$ from the area of domestic most. Use of deicing chemicals has been and will continue to be a major part of highway snow and ice control methods. Chloride-containing chemicals such as calcium chloride or rock salt are main deicers for the road. Extensive use of chloride deicers is, however, not only the source of substantial cost penalties due to their corrosive action and ability to deterioration roadway surface materials but also the source of environmental damages. In this study, Use of (40, 27, 21MPa) pavement concrete analyze freeze-thaw test and scaling on the chlorides present.
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문제 정의
본 연구에서는 포장콘크리트의 열화에 대한 대비책을 연구하고자 고속도로 구조물의 용도로 가장 많이 사용되고 있는 40, 27, 21 MPa, 포장용콘크리트의 현행 시방서에 명시된 배합비를 바탕으로 제설제에 따른 동결융해 및 중량감소율 특성을 비교․분석하였다.
제안 방법
내구성 시험으로는 제설제로 가장 많이 사용되고 있는 염화나트륨(NaCl), 염화칼슘(CaCl2), 습염 (NaCl+CaCl2(7:3))의 농도 4% 수용액으로 동결융해 시험 전후의 염소이온 투과성과 동결융해 싸이클에 따른 상대 동탄성계수 및 중량감소율을 측정하였다.
대상 데이터
본 실험에서는 KS L 5101에서 규정한 1종 보통 포틀랜드 시멘트(비중: 3.15)를 사용하였으며, 잔골재는 비중이 2.57, 굵은골재는 비중이 2.60인 최대 치수 25mm인 것을 각각 사용하였다. 혼화제는 폴리카본산계 고성능 AE제감수제를 사용하였다.
콘크리트 동결융해시험은 KS F 2456 급속동결융해에 대한 콘크리트 저항시험방법(A법 :수중동결 수중융해)에 따라 급속동결융해시험기( Model: HWS S-7500, 1 싸이클 : -16～4℃ 4시간)에서 300 싸이클까지 적용하였으며 30 싸이클 주기로 동탄성계수시험기로 공명진동에 의한 콘크리트 동탄성계수(Model LDS V-101)를 측정하였다. 이때 콘크리트의 양생은 온도 22±2.5℃되는 수조에서 28일간 양생한 후 다시 28일간 온도 20±2℃, 상대습도 65±5%의 양생실에서 보관한 시험체를 대상으로 시험을 하였다.
이론/모형
콘크리트 동결융해시험은 KS F 2456 급속동결융해에 대한 콘크리트 저항시험방법(A법 :수중동결 수중융해)에 따라 급속동결융해시험기( Model: HWS S-7500, 1 싸이클 : -16～4℃ 4시간)에서 300 싸이클까지 적용하였으며 30 싸이클 주기로 동탄성계수시험기로 공명진동에 의한 콘크리트 동탄성계수(Model LDS V-101)를 측정하였다. 이때 콘크리트의 양생은 온도 22±2.
60인 최대 치수 25mm인 것을 각각 사용하였다. 혼화제는 폴리카본산계 고성능 AE제감수제를 사용하였다. 배합비는 표 1과 같다.
성능/효과
이러한 원인은 콘크리트의 양생기간이 56일로 길었기 때문이라고 판단되며 40MPa 콘크리트는 물에서 뿐만 아니라 제설제로 사용되는 NaCl, CaCl2, NaCl+CaCl2(7:3) 4% 농도의 용액에 의한 동결융해 시험 300 싸이클에서도 동결융해 저항성이 우수한 것으로 나타났다. 27 MPa 콘크리트는 물에서 만이 300 싸이클에서 상대 동탄성계수 값이 60%를 약간 상회하는 정도였고, NaCl, CaCl2, NaCl+CaCl2(7:3)에서는 210 싸이클 이후에서 60% 이하로 떨어지는 것으로 나타났다. 따라서 동결융해와 제설제 염화물을 받는 환경에서는 내구성이 확보될 수 없는 콘크리트인 것으로 판단된다.
40 MPa 콘크리트는 동결융해 시험결과 300 싸이클 까지 85%～96% 수준으로 양호한 결과를 보여주고 있다. 이러한 원인은 콘크리트의 양생기간이 56일로 길었기 때문이라고 판단되며 40MPa 콘크리트는 물에서 뿐만 아니라 제설제로 사용되는 NaCl, CaCl2, NaCl+CaCl2(7:3) 4% 농도의 용액에 의한 동결융해 시험 300 싸이클에서도 동결융해 저항성이 우수한 것으로 나타났다.
40 MPa 콘크리트는 동결융해 시험결과 300 싸이클 까지 85%～96% 수준으로 양호한 결과를 보여주고 있다. 이러한 원인은 콘크리트의 양생기간이 56일로 길었기 때문이라고 판단되며 40MPa 콘크리트는 물에서 뿐만 아니라 제설제로 사용되는 NaCl, CaCl2, NaCl+CaCl2(7:3) 4% 농도의 용액에 의한 동결융해 시험 300 싸이클에서도 동결융해 저항성이 우수한 것으로 나타났다. 27 MPa 콘크리트는 물에서 만이 300 싸이클에서 상대 동탄성계수 값이 60%를 약간 상회하는 정도였고, NaCl, CaCl2, NaCl+CaCl2(7:3)에서는 210 싸이클 이후에서 60% 이하로 떨어지는 것으로 나타났다.
그러나 27 MPa 콘크리트, 21 MPa 콘크리트, 포장 콘크리트의 경우, 물을 제외한 NaCl, CaCl2, NaCl+CaCl2(7:3)에서 동결융해 싸이클 초기에서부터 콘크리트 시편의 표면 스켈링이 크게 발생하였으며, 동결융해 싸이클이 증가함에 따라 표면 스켈링이 시편의 전면에 걸쳐 발생하였다. 특히, NaCl, NaCl+CaCl2(7:3)에 시험한 27 MPa, 21 MPa 콘크리트, 포장 콘크리트에서는 굵은골재가 많이 노출되었고, 굵은골재 탈리 현상이 발생하였다.
현재 고속도로 공사용 표준 배합비로 동결융해와 염화물을 받는 조건을 모사한 동결융해 시험에 의한 상대 동탄성계수 및 중량 감소율 내구성 평가 결과 21 MPa 및 27 MPa 콘크리트, 포장 콘크리트는 동해와 제설제에 의한 염해를 동시에 받는 복합열화 환경에서는 내구성이 확보될 수 없는 콘크리트인 것으로 판단된다.
후속연구
자동차에 의한 지속하중인 활하중과 매연으로 인한 중성화, 동결융해 및 제설재에 의한 염해 피해 등에 의한 콘크리트의 손상 및 주변 환경 피해로 인한 유지관리 비용이 지속 적으로 크게 증가하고 있는 실정이다. 이러한 이유로 콘크리트포장도로의 피해를 줄이고 보수 및 보강을 위해 일반콘크리트와 비교하여 현재 사용되고 있는 포장콘크리트의 역학적인 특성 및 내구성을 확인하고 이에 대한 대비책을 강구하는 연구가 필요하다.
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