본 연구에서의 초고성능 콘크리트(Ultra High Performance Concrete, UHPC)는 모래, 시멘트, 실리카퓸, 석영미분말, 강섬유 및 고성능감수제 등으로 구성되며, 평균입경 약 0.5mm이하의 아주 작은 입자들로 구성된다. 일반적으로 석영미분말는 일정크기 이상의 공극을 메움으로써 물리적 성능개선의 효과가 있으며 또한 높은 $SiO_2$함량을 가지므로 고온 또는 고압의 양생조건에서 시멘트 수화물과의 화학반응을 통해서도 성능 향상효과가 있는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 상압, $90^{\circ}C$ 증기양생 조건에서 석영미분말의 입자크기가 초고성능 콘크리트의 역학적 특성에 어떠한 영향을 미치는지에 대해 알아보고자 하였으며, 평가항목으로는 굳지 않은 상태에서의 유동성과 굳은 상태에서의 압축강도, 극한변형률, 탄성계수 및 휨강도를 평가하였다. 석영미분말의 입경크기의 영향은 약 $2{\mu}m$에서 $26{\mu}m$까지의 범위에서 고려하였으며, 입경 크기가 작을수록 유동성 및 강도특성이 모두 향상되는 것으로 나타났다.
본 연구에서의 초고성능 콘크리트(Ultra High Performance Concrete, UHPC)는 모래, 시멘트, 실리카퓸, 석영미분말, 강섬유 및 고성능감수제 등으로 구성되며, 평균입경 약 0.5mm이하의 아주 작은 입자들로 구성된다. 일반적으로 석영미분말는 일정크기 이상의 공극을 메움으로써 물리적 성능개선의 효과가 있으며 또한 높은 $SiO_2$함량을 가지므로 고온 또는 고압의 양생조건에서 시멘트 수화물과의 화학반응을 통해서도 성능 향상효과가 있는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 상압, $90^{\circ}C$ 증기양생 조건에서 석영미분말의 입자크기가 초고성능 콘크리트의 역학적 특성에 어떠한 영향을 미치는지에 대해 알아보고자 하였으며, 평가항목으로는 굳지 않은 상태에서의 유동성과 굳은 상태에서의 압축강도, 극한변형률, 탄성계수 및 휨강도를 평가하였다. 석영미분말의 입경크기의 영향은 약 $2{\mu}m$에서 $26{\mu}m$까지의 범위에서 고려하였으며, 입경 크기가 작을수록 유동성 및 강도특성이 모두 향상되는 것으로 나타났다.
Ultra high performance concrete (UHPC) in this study is composed of sand, cement, silica fume, siliceous powder, superplasticizer and steel fiber. UHPC is composed of fine mineral particles below 0.5mm in diameter. In general, siliceous powder improves the mechanical properties of concrete by physic...
Ultra high performance concrete (UHPC) in this study is composed of sand, cement, silica fume, siliceous powder, superplasticizer and steel fiber. UHPC is composed of fine mineral particles below 0.5mm in diameter. In general, siliceous powder improves the mechanical properties of concrete by physical and chemical effect. Physical effect is related with filling interior voids which weaken the mechanical properties and chemical effect with reaction of $SiO_2$ with cement hydrates in a condition of high temperature and pressure. We evaluated the effect of siliceous powder's particle size on the mechanical properties of ultra high performance concrete in air pressure and $90^{\circ}C$ steam curing condition. siliceous powder's particle size in this study is in the range of $2{\mu}m$ to $26{\mu}m$. Fluidity in a fresh concrete, compressive strength, ultimate strain, elastic modulus and flexural strength in a hardened concrete was evaluated. We could find out that the smaller siliceous powder's particle size is, the better the fluidity and strength properties.
Ultra high performance concrete (UHPC) in this study is composed of sand, cement, silica fume, siliceous powder, superplasticizer and steel fiber. UHPC is composed of fine mineral particles below 0.5mm in diameter. In general, siliceous powder improves the mechanical properties of concrete by physical and chemical effect. Physical effect is related with filling interior voids which weaken the mechanical properties and chemical effect with reaction of $SiO_2$ with cement hydrates in a condition of high temperature and pressure. We evaluated the effect of siliceous powder's particle size on the mechanical properties of ultra high performance concrete in air pressure and $90^{\circ}C$ steam curing condition. siliceous powder's particle size in this study is in the range of $2{\mu}m$ to $26{\mu}m$. Fluidity in a fresh concrete, compressive strength, ultimate strain, elastic modulus and flexural strength in a hardened concrete was evaluated. We could find out that the smaller siliceous powder's particle size is, the better the fluidity and strength properties.
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문제 정의
본 연구에서는 상압, 90℃ 증기양생 조건에서 석영미분말의 입자크기가 초고성능 콘크리트의 역학적 특성에 어떠한 영향을 미치는지에 대해 알아보고자 하였으며, 평가항목으로는 굳지 않은 상태에서의 유동성과 굳은 상태에서의 압축강도, 극한변형률, 탄성계수 및 휨강도를 평가하였다.
본 연구에서는 석영미분말의 입경크기가 초고성능 콘크리트의 유동성 및 강도특성에 미치는 영향을 실험적으로 평가하였으며, 다음과 같은 결론을 도출하였다.
대상 데이터
6㎛를 사용하였으며, 물리․화학적 성질은 표 2와 같다. 강섬유는 인장응력 및 휨응력이 작용할 때 인성향상을 목적으로 사용되는 고탄성용 강섬유(밀도 7.8g/㎤, 길이 13mm, 직경 0.2mm, 인장강도 2,500MPa)를 콘크리트 체적비에 사용 혼입하였다. 본 연구의 실험에서 사용한 배합은 표 3과 같다.
5mm이하의 모래를 사용하였고, 굵은 골재는 사용하지 않았다. 고성능 감수제는 폴리칼본산계의 고성능 감수제(밀도 1.01g/㎤, 암갈색)를 사용하였다. 충전재로 사용한 석영미분말은 입자들의 평균 크기를 30㎛ 이하 범위 내에서 크기에 따라 5가지로 분류하여 각각 평균입경 2.
본 연구의 실험에서 사용한 시멘트는 보통 포틀랜드 시멘트이며 반응성 분체는 실리카퓸을 사용하였다. 이들의 물리·화학적 성질은 표 1과 같다.
이들의 물리·화학적 성질은 표 1과 같다. 잔골재는 밀도 2.62g/㎤, 평균입경이 0.5mm이하의 모래를 사용하였고, 굵은 골재는 사용하지 않았다. 고성능 감수제는 폴리칼본산계의 고성능 감수제(밀도 1.
01g/㎤, 암갈색)를 사용하였다. 충전재로 사용한 석영미분말은 입자들의 평균 크기를 30㎛ 이하 범위 내에서 크기에 따라 5가지로 분류하여 각각 평균입경 2.2, 4.2, 8.2, 14.1 및 26.6㎛를 사용하였으며, 물리․화학적 성질은 표 2와 같다. 강섬유는 인장응력 및 휨응력이 작용할 때 인성향상을 목적으로 사용되는 고탄성용 강섬유(밀도 7.
이론/모형
초고성능 콘크리트의 유동성 평가를 위하여 KS L 5105에서 제시된 방법을 사용하였으며, 재료의 흐름이 멈춘 후 퍼진 최대직경과 그에 수직한 방향의 직경을 측정하여 평균값을 플로우 값으로 하였다. 석영미분말의 입자크기에 따른 유동성 평가실험의 결과는 그림 1과 같다.
성능/효과
(1) 강도특성에 미치는 석영미분말의 입경크기 영향에 관한 실험을 수행한 결과, 입경이 작을수록 강도특성이 좋은 것으로 나타났으며, 이와 같은 결과는 작은 입경의 입자가 공극을 메우는데 더 효과적이기 때문으로 판단된다.
(1) 석영미분말의 입경크기의 영향은 약 2㎛에서 26㎛까지의 범위에서 고려하였으며, 입경 크기가 작을수록 유동성이 향상되는 것으로 나타났다.
시멘트 입자는 상대적으로 큰 표면적 때문에 더많은 배합수를 필요로 하는 것이 아니라, 표면장력이 굵은 입자에서보다 미세 입자에서 더 크게 작용하기 때문이다. 따라서 석영미분말에 고성능감수제를 첨가하게 되면 미세한 석영미분말 표면에 전기 이중층(electiric double layer)을 형성하여 석영미분말의 분산을 돕고 시멘트 입자 사이를 채우는데 훨씬 효과적으로 작용하게 되고, 그 결과 시멘트 페이스트의 유동성이 증가한다. Nehdi(1998)의 연구결과에 따르면 가장 조밀한 입자구성에서 작업성이 가장 좋은 것으로 나타났는데 이와 같은 결과는 흡수된 물이 공극을 메울 뿐만 아니라, 입자주위의 흡착수층 두께를 증가시켜 점성을 감소시키고 유동특성을 향상시키기 때문이라고 밝히고 있다.
본 연구에서의 초고성능 콘크리트(Ultra High Performance Concrete, UHPC)는 압축강도 180MPa 이상을 확보하며, 콘크리트의 압축강도와 더불어 고강도 콘크리트에서 일반적으로 문제가 되는 연성과 인성을 증가시키기 위하여 강섬유를 혼입 보강함으로써 휨강도와 인장강도가 크게 향상된 특징을 보인다. 초고성능 콘크리트는 구성입자 중 가장 큰 입경을 가지는 모래의 평균입경이 약 0.
이와 같은 경향은 휨강도 실험결과에서도 동일하게 나타나고 있다. 실험결과를 살펴 볼 때 작은 입자크기의 석영미분말을 사용할수록 공극을 메우는 효과가 더 좋으며, 일정크기 이상의 입경에서는 그 효과가 크지 않은 것으로 판단된다.
Nehdi(1998)의 연구결과에 따르면 가장 조밀한 입자구성에서 작업성이 가장 좋은 것으로 나타났는데 이와 같은 결과는 흡수된 물이 공극을 메울 뿐만 아니라, 입자주위의 흡착수층 두께를 증가시켜 점성을 감소시키고 유동특성을 향상시키기 때문이라고 밝히고 있다. 이와 같은 기존의 연구 결과는 본 연구에서 수행한 실험결과와 잘 일치함을 확인할 수 있으며, 평균입경 4㎛이하의 입경에 대해서는 크게 차이가 없는 것으로 나타났다.
석영미분말의 입자크기에 따른 유동성 평가실험의 결과는 그림 1과 같다. 입경이 가장 작은 F2와 F4의 경우에는 플로우 값이 약 200mm로 비슷하게 나타났으며, 이보다 큰 입경에 대해서는 입경이 클수록 플로우 값이 작게 나타나는 경향을 보 였다. 따라서 석영미분말 입경이 작을수록 유동성은 더 크게 나타나는 것을 알 수 있다.
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