유동화 콘크리트의 건조수축 및 크리프 특성을 검토하기 위하여 유동화제 2종류와 일반감수제 1종류를 사용하여 재하 하중조건(압축강도의 15% 및 30%)별, 양생조건별로 압축강도 및 건조수축을 측정하고 기건상태하의 크리프 및 크리프변형을 측정하여 유동화 콘크리트의 장기 변형특성을 검토하였다. 그 결과, 유동화 콘크리트는 보통 콘크리트에 비하여 재령 28일의 압축강도는 약 22% 증가하였고, 건조수축은 15% 감소하였으며, 크리프변형은 약 11% 감소하였고 28일간의 크리프회복은 보통 콘크리트에 비하여 작음을 알 수 있었다. 따라서 사용목적에 따른 적절한 유동화제의 선택과 적정량의 유동화제 사용은 건조수축 및 크리프변형에 효과적인 것으로 판단된다.
캔틸레버 공법으로 시공되는 프리스트레스트 콘크리트 박스거더 교량의 구조적 거동은 단계적 시공에 따른 구조물의 순차적 변화 및 콘크리트의 재료적 특성에 의해 시간 의존적 거동을 나타낸다. 콘크리트의 시간의존적 특성, 즉 콘크리트의 크리프 및 건조수축 특성은 현장타설 세그멘탈 캔딜레버공법으로 가설되는 콘크리트 교량의 설계 및 시공에서 매우 중요한 역할을 한다. 본 연구에서는 콘크리트의 크리프 및 건조수축 특성이 교량의 시간의존적 거동, 특히 처짐 및 텐던응력예측에 미치는 영향을 연구하였다. 교량해석은 본 연구진에 의해 개발된 프리스트레스트 콘크리트 교량해석기법 및 프로그램을 이용하여 크리프의 ACI 모델, CEB-FIB모델, 그리고 국내 도로교 시방서 모델을 고려하여 해석하였다. 해석결과 최종크리프 값의 크기에 따라 장기처짐의 발생량이 차이가 큰 것으로 나타나고 있으며, 최종건조수축량과 상대습도도 영향을 주는 것으로 나타났다. 또한 ACI 모델과 CEB-FIB모델간에도 차이가 큰 것으로 나타나 실제교량의 크리프 특성 및 건조수축 특성의 정확한 예측이 교량의 정밀시공 및 거동예측에 매우 중요한 것으로 나타나고 있다.
콘크리트가 구조용 재료로써 활용되기 시작한 이래 크리프와 건조수축의 특성규명을 위한 연구는 많은 연구자들에 의해 수행되어 왔다. 그러나 그 거동은 아직도 명확히 규명된 것은 아니며 이는 고강도 콘크리트의 경우 더욱 그러하다. 따라서 본 연구는 현재 국내에서 그 사용이 늘어나고 있는 고강도 콘크리트의 크리프 및 건조수축특성에 대한 기본적인 자료를 제공하기 위해 수행되었다. 본 연구의 주된 변수는 고강도 콘크리트, 배근유무, 철근비, 건조조건, 재하재령 등이며 이들의 영향에 대한 크리크 및 건조수축특성을 규명하였다. 이것은 앞으로 고강도콘크리트구조물 설계에 중요한 자료가 될 것으로 사료된다.
본 연구는 잠실제2롯데월드에 적용된 50, 60, 70MPa 콘크리트 강도에 대한 크리프 및 건조수축 특성 파악을 위한 재료연구의 일환으로 진행된 콘크리트 테스트 프로그램의 준비 단계에 대한 일련의 체계화된 과정을 나타내고 있다. 콘크리트 테스트 프로그램의 준비단계는 국내와 국외에서 진행되었다. S사 실험실에서 진행된 국내 진행일정은 총 5일간 진행되었으며 그 진행과정은 공시체 제작, 몰드탈형, 공시체 마킹, 수중양생, 포장, 및 운송으로 이루어져 있다. 국외에서는 PCA(Portland Cement Association)산하 CTL사에서 진행되고 있으며 테스트 항목은 탄성계수 측정테스트(정탄성 & 동탄성), 압축강도 테스트, 크리프 건조수축 테스트, 및 할렬인장강도 테스트가 진행되고 있다. 크리프 및 건조수축 실험의 경우에는 하중 재령일에 따라 총 18개월간 테스트가 진행될 예정이다.
콘크리트가 구조용 재료로써 활용되기 시작한 이래 크리프와 건조수축의 특성 규명을 위한 연구는 많은 연구자들에 의해 수행되어 왔다. 그러나 그 거동은 아직도 명확히 규명된 것은 아니며 이는 고강도 콘크리트의 경우 더욱 그러하다. 따라서 본 연구는 현재 국내에서 그 사용이 늘어나고 있는 고강도 콘크리트의 크리프 및 건조수축특성에 대한 기본적인 자료를 제공하기 위해 수행되었다. 본 연구의 주된 변수는 고강도 콘크리트, 배근유무, 철근비, 건조조건, 재하재령 등이며, 이들의 영향에 대한 크리프 및 건조수축특성을 규명하였다. 이것은 앞으로 고강도콘크리트구조물 설계에 중요한 자료가 될 것으로 사료된다.
콘크리트의 건조수축과 크리프는 노출환경, 물성치 및 하중조건 등의 여러 변수에 따라 결정되어 그 예측이 어렵다. 본 연구에서는 국내 8개 FCM 교량 적용 고성능 콘크리트의 실험 데이터를 활용하여 대표적인 5개 건조수축 및 크리프 제안식의 신뢰성를 평가하였다. 예측 모델과 실측 데이터의 합리적인 평가를 위해 5가지 통계학적 평가방법이 이용되었다.
지속하중을 받는 철근콘크리트 휨부재는 크리프, 건조수축 등 장기거동에 의하여 처짐이 증가된다. ACI318-08, KCI 2007 등 현행 구조설계기준의 장기처짐 평가방법은 인장 및 압축 철근비, 배근상세, 재료 강도 등 설계변수에 따른 장기처짐의 변화를 합리적으로 고려하기 어렵다. 본 연구에서는 장기거동에 의한 힘의 평형조건과 변형률 적합조건을 사용하여 크리프와 건조수축에 의한 철근콘크리트 균열단면의 장기변형을 예측하는 간략 평가식을 제안하였다. 장기변형 평가 시 콘크리트와 철근은 선형탄성거동을 가정하였고, 시간에 따른 콘크리트와 철근 사이의 응력재분배를 고려하기 위하여 재령보정탄성계수법을 적용하였다. 변수연구 및 검증 결과, 철근콘크리트 휨재의 장기처짐은 설계변수의 영향으로 달라질 수 있고, 제안된 방법은 이러한 장기처짐의 변화를 비교적 정확하게 예측하는 것으로 나타났다.
개발된 저열 시멘트 콘크리트의 장기거동 특성인 비구속 건조수축과 크리프가 양생온도를 주요 변수로 측정하였다. 저열 콘크리트의 목표 압축강도인 42MPa를 고려하여 양생온도 5, 20, $40^{\circ}C$에서 물-결합재비는 각각 27.5, 30, 32.5%를 선택하였다. 콘크리트의 건조수축 변형률은 양생온도가 낮을수록 모세관 수 및 겔 공극수의 증발지연으로 인해 감소하는 경향을 보였다. 반면 크리프 변형률은 전이 온도 크리프의 발생으로 인하여 초기 양생온도가 낮은 실험체에서 높았다. 콘크리트 구조설계기준(KCI) 예측모델은 ACI 209 예측모델에 비해 실험결과와 잘 일치하였지만 개발된 저열 시멘트에 대한 보정계수의 제안이 필요하였다.
현대 교량이 연속화, 장대화되어 가는 추세에 따라 강-콘크리트 합성거더교의 내구성 및 안전성 확보를 위해 콘크리트의 건조수축과 크리프 등 장기거동에 의한 영향이 정확히 평가 산정되어야 한다. 그러나, 현 도로교 설계기준에 주어진 최종 건조수축 변형률은 $180^{1\;2}$인데 이는 실험적 연구 등을 통해서 밝혀진 값보다 현저히 작은 값으로 여러 시공사례에서 문제점이 발견되고 있는 등 건조수축에 의한 영향이 과소평가 되고 있어 이에 대한 수정이 필요한 시점에 있다. 이에 본 논문에서는 바닥판으로 콘크리트 슬래브를 적용한 플레이트 거더교 박스 거더교, 플리플렉스빔교를 대상으로 콘크리트 구조설계기준에 제시된 건조수축 및 크리프에 대한 규정을 적용하여 시간단계별 비선형 해석을 수행하였고, 얻어진 결과를 도로교 설계기준에 따라 산정된 값들과 비교 분석하여, 최종적으로 비선형 해석의 결과와 동일한 응력을 발생시키는 선형등가 건조수축 변형률을 산정하였다. 그 결과 도로교 설계기준에서 제시한 $180^{1\;2}$ 보다 대략 2배의 값을 적용하는 것이 실제의 건조수축의 영향을 반영하는 것으로 나타났다.
실제 FCM 교량에 적용되는 고강도 콘크리트의 시간의 다양한 양생 환경에서의 시간 의존적 거동을 평가하기 위해, 기건 및 도포, 습윤 환경에서의 100${\times}$100${\times}$400mm 각주형 공시체의 수축량을 측정하였다. 또한 상수와 10% CaCl$_2$ 수용액에 노출된 콘크리트의 3일 및 28일 재령에서의 압축크리프를 측정하였고, 일반적인 기건 및 도포 공시체의 실험 결과와 비교하였다. 도포와 습윤 양생 환경에 노출된 콘크리트의 시간 의존적 거동은 건조수축과 크리프 모두 상당한 차이를 보였다. 따라서 기존의 크리프 실험 방법으로 실제 콘크리트 구조물의 크리프와 건조수축을 측정하는 것에 대한 재고가 필요하다고 판단된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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