최근 들어 염해, 콘크리트의 탄산화, 동결융해 등의 열화요인 의하여 발생할 수 있는 콘크리트의 내구성에 대한 다양한 연구가 진행되고 있는데, 이러한 열화요인은 독립적이 아닌 복합열화의 형태로 작용하게 되는데, 열화현상을 저감하는 한 방편으로 플라이애쉬와 같은 혼화재를 사용하디도 한다. 플라이애쉬는 유동성 증진을 통한 내구성의 향상과, 수화열 저감을 통한 균열감소 및 장기강도 증진 등의 효과가 있으며, 시멘트를 대체함으로써 경제적인 효과를 유발하는 장점도 가지고 있다. 그러나 플라이애쉬는 품질편차가 크고, 경우에 따라서 미연탄소분에 의한 AE제 흡착 등으로 인한 콘크리트의 내구성 및 강도를 저하시킬 수 있는 요소를 내포하고 있으므로 사용 시 주의가 필요하다. 본 연구에서는 열화를 저감하고, 내구성을 갖는 고강도 콘크리트를 제조하기 위하여 다양한 배합비의 플라이애쉬 혼입 콘크리트를 실험한 후 그 결과를 분석·고찰함으로써 내구성 콘크리트의 제작 시 혼화재로서의 적용성 및 타당성을 검증하고자 하며, 플라이애쉬를 내구성 재료로 그 활용을 극대화하고, 다양한 플라이애쉬의 사용량과 물/결합재비(W/B)에 대하여 내구성이 높은 고강도 콘크리트 제조방법을 범용화하며, 그 품질을 평가하는 것을 목적으로 한다.
지오그리드의 장기설계 인장강도는 크리프 변형, 시공시 손상 및 환경적 요인(온도, 화학적 손상, 생물학적 손상)에 영향을 받는다. 특히, 크리프 변형 및 시공 시 손상이 가장 크게 영향을 미치는 요인으로서 반영된다. 보강토구조물에 대한 대부분의 현행 설계법에서는, 이들 영향요인을 각각 산정하여 이를 장기인장강도 산정에 반영하고 있다. 즉, 이러한 방법에서는 지오그리드의 시공 중 손상과 크리프 변형의 복합효과가 장기 설계인장강도 산정에 어떤 영향을 미치는 가에 대한 검토가 되어 있지 않다. 본 연구에서는 지오그리드의 시공 중 손상과 크리프 변형의 복합효과가 지오그리드의 장기인장강도 산정에 영향을 미치는 영향을 평가하기 위한 일련의 실험적 연구를 수행하였다. 다양한 지오그리드를 대상으로 성토흙 종류에 따른 현장 내시공성시험을 수행하였고, 지오그리드 원시료와 시공중 손상을 입은 시료를 대상으로한 크리프시험을 수행하였다. 연구결과 두 영향인자의 복합효과를 고려하여 산정한 지오그리드의 인장강도 감소계수가 현행 설계법에 의해 산정된 감소계수보다 작은 것으로 나타났다.
본 논문에서는 비틀림을 받는 프리스트레스트 콘크리트 부채의 장기거동에 대한 합리적인 해석법을 연구하였다. 이를 위하여 콘크리트 균열 이전 이후의 인장강성을 합리적으로 고려하였다. 또한 이축(二軸) 응력상태하의 콘크리트의 압축강도와 인장강도에 대한 영향효과를 실제적으로 고려하였다. 장기 비틀림 하중을 받는 프리스트레스트 콘크리트 부재의 해석을 위하여 단계별 해석법에 의해 크리이프 변형도를 구하였으며, 이들 크리이프와 건조수축의 영향을 합리적으로 고려하였다. 또한 콘크리트의 재령에 따른 압축강도와 프리스트레스 강선의 리락세이션을 함께 고려하였다. 건조수축 및 크리이프에 대한 철근 및 프리스트레스 강선의 구속효과를 고려하기 위하여 그리고 장기 비틀림 하중에 의한 비역학적 비틈각률을 구하기 위하여 등가응력개념을 도입하였다. 본 연구의 이론에 따른 장기거동에 대한 해석 결과와 실험자료를 비교하여 본 결과 잘 일치하고 있는 것으로 나타났다.
보통포틀랜드시멘트(OPC)와 고로슬래그 및 플라이애시 만으로 설계기준압축강도 80MPa의 3성분계 고강도콘크리트(이하 고강도콘크리트)를 개발하기 위하여, 고로슬래그와 플라이애시의 대체율이 고강도콘크리트의 경화전 후 재료물성 변화에 미치는 영향을 평가하였다. 고강도콘크리트의 경화전후 재료물성 평가결과, 고로슬래그와 플라이애시 대체율이 최대 30%까지 증가할수록 유동성과 장기강도가 우수한 것으로 나타났다. 또한 OPC만으로 제작된 시험체와 비교하여 길이변화 특성이 우수하며, 혼화재 사용에 따른 탄산화는 없는 것으로 나타났다. 고강도콘크리트 재료물성 평가결과, 고로슬래그 대체율 25%, 플라이애시 대체율 15%일 경우, 경화전 후 재료물성이 가장 우수한 것으로 나타났다. 이 연구결과는 향후 고가의 실리카퓸을 대체할 수 있는 고강도콘크리트의 개발에 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
고로슬래그 미분말과 플라이 애쉬와 같은 재료들이 콘크리트의 내구성과 장기강도 증진을 목적으로 혼합재로서 사용되고 있다. 본 연구에서는 고로슬래그 사용 몰탈의 내구성 증진 특성을 활용하기 위하여 고로슬래그 미분말에 알칼리 자극제를 첨가한 알칼리 활성화 슬래그계 무기결합재 사용 몰탈의 내구성과 물리적 특성을 평가하였다. 실험결과, 몰탈의 초기 압축강도 발현에 알칼리 자극제가 큰 영향을 미치는 것을 확인하였다. 또한 알칼리 자극제가 첨가된 몰탈의 화학적 저항성을 평가하기 위하여 공시체를 재령 28 일 후, 5% 황산($H_2SO_4$) 용액에 침지하여 압축강도 및 질량 변화를 관찰하였다. 그 결과, 보통포틀랜드 시멘트로 제조한 몰탈의 경우, 황산용액 침지 후 압축강도가 54% 감소하였다. 반면 고로슬래그 미분말을 첨가한 몰탈의 경우, 약 10% 강도가 감소하였다. 질량변화의 경우, 보통포틀랜드 시멘트로 제조한 공시체는 17%, 고로슬래그 미분말을 첨가한 몰탈은 3%의 질량변화를 보였다. 이 결과로서 고로슬래그 미분말을 첨가한 몰탈의 경우, 화학적 저항성과 물리적 특성이 우수한 것을 확인하였다.
본 연구에서는 공동주택 바닥미장 모르타르의 균열을 저감하기 위하여 균열 방지제, 고성능 감수제, 수지 등의 재료혼입에 따른 균열촉진실험을 실시하였다. 그 결과 고성능 감수제와 수지를 혼입한 시편이 균열방지제를 사용한 시편보다 균열수와 압축강도에서 더 우수한 결과를 나타내었다. 그리고 가장 높은 압축강도를 나타낸 시편이 상대적으로 매우 적은 균열을 나타냈으며, 가장 낮은 압축강도를 나타낸 시편에서 많은 균열을 관찰할 수 있었다. 그러므로 압축강도가 우수한 시편이 균열 저항성도 우수한 것으로 나타나 압축강도와 균열저항성은 비례하는 것으로 측정되었다. 모의부재 실험을 바탕으로 실제 아파트 현장에 적용된 배합 3의 장기 모니터링 결과, 장기 재령에서 균열발생이 전혀 관찰되지 않았다.
도로의 기층재료로 사용된 생석회 혼합토는 흙 속의 황산염과 반응하여 ettringite, thaumasite 및 석고와 같은 팽창성 반응생성물을 생성하며, 도로 균열 등의 악영향을 미친다. 따라서, 본 연구에서는 생석회와 염화칼슘, 생석회와 황산칼슘을 혼합하여 산성화된 우수와 공장지대의 오염된 폐수 속에 포함된 황산염에 대한 지반 공학적 영향을 조사하였다. 연구결과, 황산염은 생석회 혼합토의 강도 및 팽창특성을 변화시키는 것으로 나타났다. 강도특성은 강도증가가 큰 화학 첨가제를 첨가한 생석회 혼합토에 대하여, 간극수의 pH가 낮을수록 장기적으로 강도감소비가 큰 것으로 나타났으며, pH가 낮은 경우에서는 생석회 혼합토의 반응성이 감소하여 pH 변화가 뚜렷하게 나타나지 않았다. 팽창특성은 간극수의 pH가 낮을수록 팽창성이 증가하였으며, 황산칼슘을 첨가한 생석회 혼합토의 팽창성이 큰 것으로 나타났다. 팽창성의 증가와 장기강도의 감소는 황산염과 반응하여 생성된 침상의 황산염수화물의 생성에 기인한 것임을 X-선 회절분석 및 주사 전자 현미경 관찰을 통하여 확인할 수 있었다.
콘크리트 충전강관(CFT)은 강관의 내부에 콘크리트로 채워진 기둥이다. CFT는 강재와 콘크리트로 구성되며, 강재는 콘크리트를 내부에서 구속시켰고, 내부 콘크리트는 기둥의 압축하중을 감당한다. 본 실험에서 73~100MPa급 고강도 콘크리트에 관해 유동성실험, 압축강도실험, 압송압력실험을 실시하였으며, CFT용 고강도 콘크리트의 물리적 성질을 알아보기 위해 슬럼프, 슬럼프 플로우, 공기량, U-box시험, O-Lot시험, L-flow시험이 진행되었다. 이러한 연구의 결과를 바탕으로 Mock-up테스트에서 콘크리트 충전성 시험, 수화열 측정 시험, 응력계측 시험을 수행하였다. 현장적용은 상암동 및 서강대 현장의 두 곳에 각각 ${\Box}-566{\times}566{\times}10$, ${\Box}-400{\times}400{\times}25$의 대상기둥을 선정하여 현장계측을 진행하였다. CFT기둥의 장기거동 예측에 관하여 설계하중에 대해 콘크리트의 탄성변형과 건조수축, 크리프 수축을 고려한 ACI 209 재료모델을 사용한 결과는 계측결과와 거의 일치하였다.
최근 도심지 건축 및 콘크리트 구조물은 인구집중 및 산업 집중화에 따라 주거, 상업 및 주상복합 건축물의 밀집화가 더욱 가중화 되고 있으며 건축물의 고층화를 통한 토지 및 공간의 효율적 이용이 더욱 절실해 지고 있는 실정이다. 따라서 효율적인 공간 활용을 목적으로 하는 건축물의 고층화와 구조물의 고강도화 현상은 향후 지속적으로 증가될 전망이다. 아직 국내에서는 27MPa 이하의 콘크리트가 일반적으로 폭넓게 쓰이고 있으며 고강도 콘크리트에 대한 수요는 크지 않은 실정이다. 그러나 현재 건축물의 양상인 고층화 및 고내구성화가 일반화 되는 추세이며 이를 반영하듯 KS F 4009 '레디믹스트 콘크리트' 규격에서도 60MPa 규격의 콘크리트 기준을 신설 반영하였다. 이에 따라 고강도 콘크리트 제조에 대한 기술개발과 현장적용 등을 통한 기술축적이 시급하다 할 수 있다. 본 연구에서는 60MPa 이상의 고강도 콘크리트에 대하여 중용열시멘트를 모사한 벨라이트계 시멘트를 이용하여 강도영역별 적정 사용재료 및 배합에 대한 기초자료를 제시하였으며 연구의 결과는 다음과 같다. 초기재령의 강도의 확보를 위해서는 보통포틀랜드시멘트가 유리하나 장기강도, 유동성, 수화열 등 콘크리트의 제조 및 품질 향상을 위해서는 벨라이트계 시멘트의 사용이 요구되며 벨라이트계 시멘트 사용을 통해 콘크리트 압축강도 60${\sim}$100MPa 영역에서는 광물질 혼화재인 플라이애쉬 및 고로슬래그미분말을 이용하여 보통포틀랜드시멘트를 사용한 콘크리트 대비 유동성, 압축강도, 수축특성 등에서 유리한 품질 확보가 가능할 것으로 판단되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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