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문제 정의
- 따라서 본 연구는 30MPa 수준의 HSCC를 실제 구조물에 적용하기 위해서 HSCC 보를 제작하여 일반 콘크리트(이하, CC로 약함) 보와 휨에 대한 구조적 거동특성을 비교 분석하였다.
제안 방법
- HSCC 배합은 현재까지 국내규정이 정립되지 않아 일본토목학회(JSCE) 기준안 2등급에 준하여 간편 배합인 골재 채움율(PF)을 사용하여 배합설계를 실시하였으며, CC배합은 현장에서 주로 사용되는 콘크리트 배합을 고려하여 슬럼프 150±10㎜로 배합을 실시하였다.
- 72이다. 전단파괴를 방지하기 위해 전단철근(D10)을 100㎜간격으로 배치하여 전단보강 하였다. 모든 실험체 인장철근 중앙부에 스트레인 게이지를 부착하였다.
- 실험 데이터는 데이터 로거가 연결된 컴퓨터의 Smart Strain 프로그램을 통해 실험 자료를 기록하였으며, 매 3초마다 자동으로 데이터를 기록하였다. 처짐 거동을 측정하기 위해서 실험체 중앙지점 상부에 2개의 LVDT(Linear Variable Differential Transformer)를 설치하였으며, 지점부 침하여부를 측정하기 위해서 각 지점부에 LVDT를 설치하였다.
- HSCC 배합은 현재까지 국내규정이 정립되지 않아 일본토목학회(JSCE) 기준안 2등급에 준하여 간편 배합인 골재 채움율(PF)을 사용하여 배합설계를 실시하였으며, CC배합은 현장에서 주로 사용되는 콘크리트 배합을 고려하여 슬럼프 150±10㎜로 배합을 실시하였다. 콘크리트 타설시 CC는 철근 간격이 진동기 보다 작아, 진동기를 사용할 수 없으므로 거푸집 500㎜ 간격으로 충분히 다짐봉으로 다짐을 실시하였으며, HSCC는 무진동․무다짐으로 타설을 실시하였다.
대상 데이터
- 각각의 물리․화학적 특성은 표 1과 같다. 굵은골재는 밀도 2.68g/㎤, 최대치수(Gmax) 20㎜인 부순골재를 사용하였으며, 잔골재는 밀도 2.57g/㎤, 낙동강산 강모래를 사용하였다. 혼화제는 국내 H사에서 생산되는 밀도 1.
- 시멘트는 밀도 3.15 g/㎤인 보통포틀랜드 시멘트(이하, OPC로 약함)를 사용하였으며, OPC에 대체한 분체는 석회석미분말(이하, LSP로 약함) 및 플라이애쉬(이하, FA로 약함)를 사용하였다. 각각의 물리․화학적 특성은 표 1과 같다.
- 005㎜/sec속도의 변위제어방법(Displacement Control Method)으로 4점 가력 하였다. 실험 데이터는 데이터 로거가 연결된 컴퓨터의 Smart Strain 프로그램을 통해 실험 자료를 기록하였으며, 매 3초마다 자동으로 데이터를 기록하였다. 처짐 거동을 측정하기 위해서 실험체 중앙지점 상부에 2개의 LVDT(Linear Variable Differential Transformer)를 설치하였으며, 지점부 침하여부를 측정하기 위해서 각 지점부에 LVDT를 설치하였다.
- 실험체의 단면치수는 160×250㎜이고 피복두께를 40㎜로 하였으며, 지지점 사이의 경간은 1,800㎜이며 전단경간비(a/d)는 3.72이다.
- 혼화제는 국내 H사에서 생산되는 밀도 1.1±0.02 g/㎤인 액상 폴리칼본산계 고성능 감수제(이하, SP로 약함)를 사용하였다.
이론/모형
- HSCC의 철근 콘크리트 보의 휨성능을 실험하기 위하여 3,000kN용량의 만능시험기(UTM)를 이용하여 0.005㎜/sec속도의 변위제어방법(Displacement Control Method)으로 4점 가력 하였다. 실험 데이터는 데이터 로거가 연결된 컴퓨터의 Smart Strain 프로그램을 통해 실험 자료를 기록하였으며, 매 3초마다 자동으로 데이터를 기록하였다.
성능/효과
- 1. HSCC 및 CC의 휨 실험 결과 최대하중 수준을 오랫동안 지속하면서 더 큰 처짐능력을 나타내는 연성적 파괴양상을 보였으며, 유사한 강성 및 연성능력이 나타났다.
- 2. HSCC 및 CC의 균열폭을 비교한 결과 HSCC가 CC보다 하단부 및 인장철근부 모두 낮은 균열폭을 보였으며, 하단부에 대한 인장 철근부의 균열폭의 비는 HSCC가 더 낮게 나타났다.
- 그림 3은 인장 철근의 하중-변형률 곡선을 나타낸 것이다. HSCC 및 CC 모든 철근의 항복시 변형률은 0.002 부근에 나타났으며, 철근의 항복하중은 보 실험체들의 항복하중과 일치하여 보 실험체의 항복은 철근의 항복과 밀접한 관계가 있음을 알 수 있다.
- HSCC 및 CC의 최초 휨 균열은 순수 휨 구간내에서 발생하였다. 균열폭을 비교한 결과 HSCC가 CC보다 하단부 및 인장철근부 모두 낮은 균열폭을 보였으며, 하단부에 대한 인장 철근부의 균열폭의 비는 HSCC가 낮게 나타났음을 알 수 있다. 이러한 원인은 HSCC의 경우 많은 분체량과 높은 점성때문에 콘크리트와 철근의 계면을 밀실하게 채워 인장철근부의 부착력을 향상시킴으로 CC에 비해 균열제어 효과를 보여 주고 있는 것으로 판단된다.
- 그림 2는 HSCC 및 CC 보의 하중-처짐 곡선을 나타낸 것이다. 시험체의 파괴양상은 하중 증가에 따라 보의 중앙부 가력점 하부에서 초기 휨 균열이 생긴 후 보의 중앙부 및 지점부 안쪽에서 여러개의 휨균열이 발생하고 하중이 증가할수록 균열이 보의 상부 쪽으로 진행 동시에 균열폭이 넓어지며, 최종 파괴에 이르는 양상을 보였다. 최대하중 수준을 오랫동안 지속하면서 더 큰 처짐능력을 나타내는 연성적 파괴양상을 보였으며, HSCC 및 CC는 유사한 강성 및 연성능력을 보였다.
- 시험체의 파괴양상은 하중 증가에 따라 보의 중앙부 가력점 하부에서 초기 휨 균열이 생긴 후 보의 중앙부 및 지점부 안쪽에서 여러개의 휨균열이 발생하고 하중이 증가할수록 균열이 보의 상부 쪽으로 진행 동시에 균열폭이 넓어지며, 최종 파괴에 이르는 양상을 보였다. 최대하중 수준을 오랫동안 지속하면서 더 큰 처짐능력을 나타내는 연성적 파괴양상을 보였으며, HSCC 및 CC는 유사한 강성 및 연성능력을 보였다. 그림 3은 인장 철근의 하중-변형률 곡선을 나타낸 것이다.
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