The purpose of this study was to investigate the mechanical and durability characteristics of latex-modified concrete using ultra rapid hardening cement : four types of mechanical tests including compressive strength, modulus of elasticity, flexural strength and bond strength were performed; and seven types of durability tests including resistance of concrete to chloride ion penetration, freeze-thaw resistance, scaling resistance, coefficient of thermal expansion, cracking tendency, abrasion resistance and drying shrinkage were performed. Required material performance of each test was determined in accordance with the Korea specification for repair of concrete and pavement repairing materials. The test results satisfied the required material performances, and presented a good mechanical and durability characteristics. In particularly, the materials showed early development of compressive strength, flexural strength and bond strength at 3 and 4 hours after curing. SEM photos were also taken to investigate the micro structures of the materials after chloride ion penetration test.
라텍스개질 콘크리트는 라텍스의 첨가로 인하여 콘크리트의 내구성을 개선하는 것으로 알려져 있으며, 투수저항성이 크게 향상되는 것으로 연구되었다. 본 연구에서는 SBR 라텍스 혼입에 따른 콘크리트 내부 공극 구조의 변화를 연구하고자 화상분석법을 이용하여 라텍스개질 콘크리트의 W/C비, 라텍스 함량, 시멘트 종류에 변화를 주어 간격계수, 경화 후 공기량, 공극 직경에 따른 공극 분포 및 공극 구조 상태 분석 등을 파악하였다. 또한, 라텍스 첨가에 따른 내부 공극 구조 특성과 투수저항성과의 상관성을 비교하였다. 라텍스개질 콘크리트는 내부 공극 분석 결과, 동일 물-시멘트비 조건에서 AE감수제를 사용한 OPC에 비해 더 우수한 연행공극 효과가 있는 것으로 분석되었다. 초속경시멘트는 $100{\mu}m$ 미만의 연행공극의 수가 4배 이상 증가하였다. 조강 시멘트는 SBR 라텍스로 인하여 $50{\sim}500{\mu}m$ 범위의 미세 연행 공기량이 약 7배 이상 증가되는 현상을 나타내었다. 그러나 투수성에 있어서는 낮은 간격계수에도 불구하고 높은 투수저항 특성을 나타내었다. 내구성에 있어서 라텍스개질 콘크리트에서는 공극 구조의 영향보다는 라텍스 폴리머 필름에 의한 영향이 더 큰 것으로 판단되었다.
라텍스로 개질된 콘크리트는 높은 휨강도 뿐만아니라 부착강도 및 투수저항성이 좋은 재료특성을 제공한다. 이러한 이점을 활용한 초속경 라텍스개질 콘크리트(VES-LMC)에 관련된 연구결과는 재료에 관한 것이 대부분으로, VES-LMC로 덧씌우기 보강된 RC 보의 부착 경계면 거동특성에 대한 체계적인 연구는 미진하다. 따라서 본 논문에서는 VES-LMC로 보강된 철근콘크리트 보의 비선형 휨 거동에 대한 특성을 알아보고자 ABAQUS를 매개변수 연구를 수행한 결과 다음과 같은 결과를 얻을 수 있었다. 비선형 휨 해석을 위하여 본 논문에 적용된 모델의 적합성 여부를 확인한 결과 실험값과 비교적 유사한 경향을 보이는 것을 확인 할 수 있었다. 두께가 증가함에 따라 최대 저항강도가 증가하는 경향을 보여주었으며, 또한 강성 이 증가하여 내하력이 증진되는 결과를 확인할 수 있었다. 부착강도를 변수로 해석한 결과, 전단강도가 증가함에 따라 휨 저항능력이 향상되는 결과를 확인 하였으며, 두 이질재료의 부착능력이 구조물의 내하력에 지배적인 인자로 작용하는 것을 알 수 있었다.
최근 새로운 교면포장 재료로 사용되고 있는 라텍스 개질 콘크리트(LMC; Later Modified Concrete)는 부착강도 및 휨 강도가 우수하고 염분 및 수분침투에 방수효과가 있어 점차 활용이 증가될 전망이다. 또한, 초속경시멘트를 사용한 라텍스 개질 콘크리트(RSLMC; Rapid-Setting Latex Modified Concrete)는 3시간에 실용강도를 발휘하여 긴급을 요하는 공사나 보수재료로서 적합하나, 염화물의 침투 및 동결융해로 인한 내구성능 저하 등의 문제가 검증되지 않아 이에 대한 연구가 필요한 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 RSLMC의 내구특성을 평가하기 위해 염소이온 투과실험 및 동결융해 저항성 실험을 수행하여 투수특성과 동결융해 저항성을 분석하였다. 실험은 ASTM 규정과 KS 규정에 따라 실시하였으며, 실험변수는 라텍스 혼입률 0, 5, 10, 15, 20%와 소포제 혼입률 0, 1.6, 3.2, 4.8, 6.4%로 수행하였다. 실험결과 RSLMC는 라텍스 혼입률 15%에서 소포제 혼입량에 상관없이 모두 100이하의 전하량을 나타내어 매우 낮은 투수특성을 보였다. 또한, 소포제의 혼입률 3.2% 이상인 경우 동결융해 300 싸이클까지 상대동탄성계수가 90% 이상을 유지하여 소포제의 사용이 동결융해 저항성에 효과가 있는 것으로 나타났다.
공극구조 분석 방법은 ASTM C 457의 리니어트레버스 포인트카운트법이 있으나, 이러한 방법들은 분석하는데 시간과 노력이 너무 많이 소요되어 현재에는 거의 사용되어지지 않고 있다. 근래에는 현미경과 디지털 카메라, 컴퓨터의 프로그램 발달로 화상분석법이 많은 연구자에 의해 연구되고 있다. 본 연구에서는 화상분석법을 통하여 라텍스개질 콘크리트의 공극 구조 특성을 분석하고자 시멘트 종류(보통포틀랜드시멘트, 초속경시멘트)와 라텍스 혼입율(0,15%)에 따라 실험을 수행하였다. 실험결과, 라텍스는 경화 후 콘크리트에서 AE제의 공기연행효과보다 더 우수한 연행공기 량을 갖는 것으로 나타났다. 또한, 화상분석법을 이용할 경우 경화 후 콘크리트 내부 공극 구조에 대한 다양한 정보를 분석할 수 있을 것으로 판단되었다.
Latex modification of concrete provides the material with higher flexural strength, as well as high bond strength and reduced water permeability. However, If the thermal expansion properties of overlay concrete (latex-modified concretes) are big different from that of substrate (ordinary portland cement concrete), these would cause a big interfacial stresses and result in premature failure. Therefore, the purposes of this study were to investigate thermal expansion characteristics of latex-modified concrete with cement types. The result of thermal expansion showed the coefficient of thermal expansion of concretes increased with latex inclusion. The coefficient of thermal expansion of RSLMC was a little smaller than that of LMC, which might be due to the finer cement grain, compacter internal, and stiffer properties of concrete. However, the coefficients of LMC and RSLMC were quite similar to that of ordinary cement concrete. Thus, this would not cause an interfacial stresses and will enable to ensure long-term performance of concrete bridge deck overlays.
Many concrete bridge decks develop transverse cracking shortly after construction. These cracks accelerate corrosion of reinforcing steel and lead to concrete deterioration, damage to components beneath the deck, unsightly appearance. These cracks shorten the service life and increase maintenance costs of bridge structures. In this study, VES-LMC overlay, which provides the same benefits as a conventional overlay, is designed to cure very quickly. Although the materials for VES overlays are more expensive, the cost is more than offset by the savings on traffic control and work zone safety measures. Otherwise, reaction of hydration occurs very rapidly in beginning step(concrete placing). As a results, thermal cracking can be occur by thermal stress in accordance with hydration-heat The purpose of this study was to estimate diagnosis of crack occurrence of VES-LMC through field tests at early-age.
The purpose of this study was to remove the excessive air foaming which was produced in mixing the RSLMC(latex-modified concrete with rapid- setting cement) by choosing the best antifoam agent type and the optimized quantity for performance improved RSLMC. A series of RSLMM(latex-modified mortar with rapid-setting cement) experiments were carried out as the basic for RSLMC with the main experimental variables such as antifiamer types(A, B, C, D), antifoamer contents(0, 1, 2, 3%). Air content test and compressive, flexural tests were carried out to measure the improved properties of RSLMM and RSLMC. Chloride ion permeability test was carried out to estimate water permeability resistance. The results of RSLMM showed that the decrease of 50% air content was obtained by admixturing a antifoam agent by 1%. The compressive strength and flexural strength at 3 hours after RSLMC placement were 235kgf/cm$^2$ and 49kgf/cm$^2$, respectively, which exceeded the flexural strength criterion of 45kgf/cm$^2$ in order to open the RSLMC placed to traffic. The chloride permeability using A and C antifoamer at 28 days were below 100 coulombs, which was the permeability rating of negligible according to ASTM.
초속경 라텍스개질 콘크리트(VES-LMC)는 공용중 교량바닥판 콘크리트 긴급 덧씌우기를 목적으로 개발되었으며, 콘크리트타설 후 3시간 만에 교통개방이 가능하도록 작업성, 내구성 및 강도특성을 만족하도록 특성화된 콘크리트이다. VES-LMC 배합은 고유의 급속경화 특성으로 인해 콘크리트 타설 초기에 높은 수화열을 수반하고, 상대적으로 낮은 물시멘트비로 인해 자기수축에 민감하게 반응할 수 있다. 본 논문에서는 간이수화열과 초기수축 실험을 수행하여 동일슬럼프 조건과 서로 다른 슬럼프 조건에서 라텍스함량 변화가 VES-LMC의 자기수축에 미치는 영향을 평가하였다. 실험결과는 다음과 같다. 라텍스는 콘크리트 내구성 향상에만 기여할 뿐 수화열에 미치는 영향이 매우 작게 나타났다. 서로 다른 슬럼프 조건에서 자기수축은 라텍스함량 증가에 따라 증가하였고, 증가추세는 로그함수의 형태로 나타났다. 그러나 동일 슬럼프조건에서 라텍스함량 변화는 두 가지 실험변수가 동시에 변화하므로 자기수축 특성에 미치는 상관성이 작게 나타났다.
Durability of concrete structures is seriously compromised by cracking at early-age concretes, particularly in high-strength or high-performance concrete structures. Since early-age cracking is influenced by various factors that affect the hydration process, early-age shrinkage and stress/strain development, the behavior at early-age is highly complex and no rational methodologies for its control have yet been established. Concrete structures often present volumetrical changes particularly due to thermal and moisture related shrinkages. Volumetric instability is detrimental to the performance and durability of concrete structures because structural elements are usually restrained. These restrained shrinkages develope tensile stresses which often results in cracking in combination with the low fracture resistance of concrete. Early-age defects in high-performance concrete due to thermal and autogenous deformation shorten the life cycle of concrete structures. Thus, it is necessary to examine the behavior of early-age concrete at the stages of design and construction. The purpose of this study was to propose a shrinkage models of VES-LMC (very-early strength latex-modified concrete) at early-age considering thermal deformation and autogenous shrinkage.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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