우리나라는 계절적 특성으로 인하여 겨울에서 봄에 이르기까지 도로포장의 동결 융해가 반복되어 도로 파손을 유발 시키고 있다. 동결 융해로 인한 피해를 줄이기 위하여 도로포장 설계시 동상방지층을 별도로 설치를 하고 있으나 실효성 검증 없이 무분별하게 적용되고 있어 국가적으로 예산을 낭비하고 있다. 본 연구에서는 효과적인 동상방지층의 설계를 목적으로 계측된 온도 및 함수비 데이터를 효율적으로 관리하고 모니터링하는 기반을 마련하고자 한다.
본 고는 동절기 이후 무근 콘크리트의 상부에서 쉽게 발생하는 스케일링 현상에 주목하여 무근 콘크리트의 동해 발생원인을 고찰하고, 이에 대한 내구성을 향상시키기 위한 방안을 기존문헌조사를 통하여 1) 강도향상, 2) 진공배수공법 적용, 3) 흡수방지재 시공의 방법을 선정하였다. 그 후 각 방법의 동결융해저항성 향상 평가를 정량적으로 평가하기위하여 동결융해 시험을 통한 상대동탄성계수를 측정하였다. 그 결과 1), 2)번의 경우 동탄성계수가 약 15% 향상, 3)의 경우 강도에 따라 7~13%향상됨을 실험적으로 확인하였다. 따라서 상기의 방법 모두 무근 콘크리트의 동결융해 저항성 향상에 유효한 방법으로 판단되며, 이를 통해 무근콘크리트의 빈번히 발생하는 품질저하 및 이로인한 유지보수비용 절감을 도모할 수 있을 것으로 사료된다.
다공성 시스템 내부 동결체의 생성과 성장은 온도경사와 화학적 에너지뿐만 아니라 열 물리학적 영향과 이동 물질에 의해서도 영향을 받는다. 더욱이 융해 화학물질의 확산율은 반복적인 동경융해 환경 하에서 매우 높은 값을 나타낸다. 결과적으로 콘크리트구조물의 열화는 해양환경과, 높은 고도 및 북쪽 지방에서 특히 크게 발생된다. 그러나 균열 성장과 누적된 손상에 의한 열화를 동반한 동결융해의 특성은 실험을 통해서 추정하기가 곤란하다. 이러한 손상을 예측하기 위해서 응답면기법 (RSM)을 이용한 회귀분석법을 사용하였다. 콘크리트구조물에서 반복되는 동결융해로 인한 열화의 주요 변수인 물-시멘트비, 연행공기, 동결융해의 반복 횟수 등은 응답면기법의 한계상태방정식을 구성하는데 중요한 입력 변수로 사용되었다. 누적변형률, 상대동탄성계수, 또는 등가 소성변형과 같은 주요한 열화 변수에 대한 회귀방정식은 열화된 구조물의 성능을 평가할 수 있다. 300번의 동결융해 반복 후의 상대동탄성계수와 잔류변형의 결과는 실험 결과와 매우 유사한 경향을 나타내었다. 응답면기법의 결과는 설계 시 한계값에 대한 초과 확률을 예측하는데 사용되어질 수 있다. 그러므로 개발된 예측 기법을 활용하여 반복적인 동결융해에 의해서 누적 손상을 받는 콘크리트구조물의 생애주기 관리에 사용될 수 있다.
한랭지역에 건설된 터널은 내 외부의 온도변화에 의해 갱구부 또는 환기구와 같이 특정한 구간에서 외부 온도변화의 영향으로 균열, 누수 등을 비롯한 심각한 결함이 발생할 수 있다. 이러한 동결-융해로 인한 터널의 결함을 방지하기 위해서는 동결 피해가 우려되는 구간에 대해서 적절한 동결 피해 방지 대책을 적용하여야 하지만 동결-융해 조건을 판단하는 구체적인 기준은 제시되어 있지 않다. 본 연구에서는 국내 터널의 정밀안전진단 결과를 통해 강원지역의 동결피해 현황을 분석하였으며 향후 한랭지역 터널의 동결피해 저감을 위한 설계 및 유지관리에 활용할 수 있도록 동결-융해 반복일수(F) 조건에 따른 국내 동결피해 가능지역을 분류하고자 한다. 따라서 한랭지역 터널의 동결피해 사례분석과 국내 외 동해환경 평가기준을 바탕으로 콘크리트 시험체의 온도변화에 대한 실내실험을 실시하였으며 실험적 검토결과를 기반으로 시간 및 온도변화에 따른 열류량(W) 분석을 실시하였다. 최종적으로 열류량(W) 분석결과와 국내의 기후특성을 고려하여 동결-융해 반복일(F)에 대한 조건을 제안하였으며, 동절기 동결피해에 대비하여 효율적인 설계 및 유지관리에 활용할 수 있도록 국내 한랭지역을 분류하였다.
본 연구는 체외수정란올 손쉽고, 간편하게 장기간 동결보존 할 수 있는 초자화 동결방법을 검토하기 위하여, 초자화 동결 보존용액의 구성성분과 dextrose가 우 체외수정란의 동결보존 융해후 체외 발육율과 생존성에 미치는 영향에 대하여 조사하였다. 1. ETP 용액에서 초자화 동결 시킨후 융해하여 24∼48시간 체외배양하여 얻은 생존율에 있어서 체외배양일에 따라 생산된 배반포 및 확장배반포기 수정란의 체외생존율은 6일, 7일, 8일 및 9일에 각각 11.9% 19.8%, 23.4% 및 15.3%로서 처리구간에 커다란 차이는 없었으나, 발육단계별 성적은 배반포기가 15.2% 로서 확장배반포기의 23.3% 보다 유의하게 낮았다 (P<0.05). 2. ETP 초자화 동결 보존액에 당의 청가 (0.375M dextrose)가 초자화 동결 융해후 생존성에 미치는 효과을 검토한 결과, 체외배양일에 따른 동결 융해후 생존성은 7일에 생산된 수정란이 54.5%로서 여타구 (6일, 34.6% ; 8일, 37.9% ; 9일, 13.0%)보다 높은 성적을 얻었으며, 발육단계별 동결융해후 생존성에서는 확장배반포기 수정란이 45.8%로서 배반포기 수정란의 25.0% 보다 통계적으로 유의하게 높아 (P<0.05), 실험 1의 결과와 유사한 경향을 보였으며, 당을 첨가할 경우 다소 높은 생존율을 나타냈다. 3. ETP 초자화 동결용액에서 PVP 농도가 생존성에 미치는 영향을 검토한 결과, 12% PVP 첨가구(20.0%) 와 20% PVP 첨가구 (19.8%)에서 동결 융해하여 24∼48 시간 체외배양한 후 생존성에는 커다란 차이가 인정되지 않았으며, 발육단계별 성적에서도 차이가 인정되지 않았다. 4. GESD 동결용액을 이용한 초자화 동결에 있어서 7일∼9일 사이에 생산된 체외수정란을 동결융해하여 24∼48시간 체외배양하여 얻은 생존율은 8일째에 생산된 수정란의 동결 융해후 생존성이 94.6%로서 7일 (71.4%)와 9일 (40.5%)에 생산된 수정란보다 유의하게 높은 성척을 얻었다(P<0.05). 한편 초자화 동결 수정란을 융해하여 체외배양시킨 후 hatching 까지 배양된 체외 발육율은 8일째에 생산된 수정란이 35.1%로서 7일의 28.6% 와 9일의 16.2% 보다 우수한 결과를 얻어 24∼48시간 체외배양 성적과 동일한 경향을 보였다. 5. GETP 동결용액을 이용한 초자화 동결에 있어서 체외배양일 (7일∼9일)에 따라 생산된 수정란을 동결융해하여 일정시간 동안 체외배양시킨 후 생존성과 hatching 배반포기까지의 체외발육율은 배양일에 따라 생산된 수정란들간에 커다란 차이가 포기가 37.0%로서 배반포기 인정되지 않았으나 (P>0.05), 발육단계별 성적에서는 확장배반수정란의 9.6% 보다 유의하게 높은 성적을 얻었다(P<0.05).
전 세계적으로 이상기후 현상의 빈도와 강도는 높아지고 있는 추세이다. 이는 인명과 재산에 직접적인 피해를 줄 수 있으므로 이상기후에 대응하여 적정한 유지관리 전략을 수립하고 실천하는 것이 중요하다. 한파 또는 폭설이 빈번하게 발생하는 한랭지역에 건설되는 시설물의 경우에는 다른 지역에 위치하고 있는 시설물에 비하여 동결-융해에 의한 피해를 많이 받을 수 있으며, 해를 거듭할수록 그 피해 정도는 증가할 가능성이 매우 높다. 그러나 동결-융해의 피해를 정량적으로 확인할 수 있는 명확한 기준과 이에 대한 대응방안은 아직 제시되고 있지 않은 실정이다. 따라서 실내 동결시험 결과를 기반으로 지역별 기후특성을 고려한 동결조건을 -14℃에서 1일, -7℃에서 2일 또는 -5℃에서 3일 지속될 경우로 선정하였으며, 그 결과, 강원지역의 대관령(8.3회), 철원(5.3회), 태백(4.9회)의 순으로 동결-융해 환경에 노출되어 있는 것으로 판단되었다. 이러한 연구결과를 기반으로 도로터널의 동결-융해 평가기준을 새롭게 제시하였다. 본 연구에서 제시된 도로터널의 동결-융해 평가기준은 추후 한랭지역 터널의 정량적 평가와 유지관리 전략의 수립 시 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
사암과 안산암에 대한 풍화특성을 살펴보기 위하여 동결융해 반복시험을 실시한 후, 두 암석에 대한 중량 감소율, 탄성파속도, 일축압축강도 등의 물성 변화를 측정하였다. 중량 변화의 경우 두 암석 모두에서 동결 융해 반복 횟수가 증가함에 중량이 감소하는 경향을 보였다. 특히 안산암에서는 중량 감소 경향이 시험편에 따라 매우 불규칙하게 나타났다. 탄성파속도 변화에 있어서 사암은 5%이상의 감소 경향을 보였으며, 안산암은 동결융해 반복시험 500 사이클까지 탄성파속도 변화가 거의 없다가 1000 사이클부터 5%이상의 감소 현상을 보였다. 이것은 안산암이 비교적 풍화에 강한 암석인 반면, 사암은 풍화받기 쉬운 암석인 것을 의미한다. 또한 안산암의 탄성파속도 변화 양상은 안산암의 중량 변화와 일치한다. 사암의 일축압축시험 결과에서 일축압축강도는 동결융해 반복시험 초기 사이클 구간에서 미미한 강도저하를 보이다 64 사이클부터는 불규칙한 경향을 나타냈다. 결과적으로, 중량 감소가 적은 암석 시험편일수록 강도저하율도 작게 나타났다.
이 연구의 목적은 고로슬래그 미분말을 혼입한 순환골재 콘크리트의 압축강도 및 동결융해 저항성을 평가하는 것이다. 이를 위하여 순환골재 대체율에 따라 고로슬래그 미분말 혼입률을 변수로 콘크리트 공시체를 제작한 후 이들의 압축강도 및 동결융해 저항성을 평가하였다. 고로슬래그 미분말 20% 혼입한 순환골재 콘크리트의 재령 28일 압축강도는 플레인 콘크리트보다 훨씬 우수하였고, 동결융해 300 사이클 시험 결과, 콘크리트의 공기량을 4~6% 유지하였을 때, 순환골재 대체율 및 고로슬래그 미분말 혼입률이 동결융해 저항성에 미치는 영향은 거의 없는 것으로 나타났다.
동절기에 암반의 절리면 내의 지하수의 동결 시 부피팽창으로 인해 절리면내 응력이 증가할 것이며, 융해 시 부피감소로 인해 응력이 감소되어 원상태로 회복된다. 동결융해과정이 지속적으로 반복되면서 발생되는 응력이력현상으로 인해 암반사면 내의 피로현상이 누적되면서 암반사면 절리면 내 누적 변위가 증가할 뿐만 아니라 전단강도 역시 지속적으로 감소될 것이다. 동결융해로 인한 응력의 이력현상은 대기의 온도의 영향에 의한 것으로, 일반적으로 점탄성 거동을 하게 된다. 그러므로, 일반적으로 점탄성 거동해석에 사용되는 Kelvin 모델을 적용할 수 있다. 동절기의 동결융해에 따른 암반사면의 거동을 해석하기 위하여, 계측깊이에 따라 얕은 절리면 깊이의 3지점과 깊은 절리면의 2지점으로, 총 5곳의 실측자료를 분석하였다. 얕은 절리면의 경우 많은 절리면을 가져, 다수의 Kelvin model이 연결된 상태이므로 거동이 복잡한 형태로 나타났다. 암반이 양호한 깊은 절리면의 경우 단순한 Kelvin model이 연결된 상태이므로, 절리면 거동이 단순한 형태로 나타남을 볼 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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