신경망 이론을 이용한 60MPa급 고강도 콘크리트의 배합설계모델에 관한 연구

신상엽,이유진,김영수 대한건축학회지회연합회 2014 대한건축학회연합논문집 Vol.16 No.3

본 연구는 배합설계 도출 시 시행착오적인 방법으로 낭비되던 시간과 노력을 최소화하기 위해 신경망 이론을 적용한 60MPa급 고강도 콘크리트 배합설계모델을 제시하고자 하였다. 완성된 배합설계모델을 통해 압축강도 및 단위 수량, 혼화재량을 예측하여 압축강도 시험을 실시한 후 목표값과 실측값을 비교함으로써 그 타당성을 검증하였다. 결론적으로, 신경망 모델의 정확도를 나타내는 결정계수(R2)가 배합설계 1의 압축강도를 예측한 모델은 0.99314, 배합설계 2의 압축강도를 예측한 모델은 0.96796으로 나타나, 신경망 모델의 학습이 비교적 올바르게 수행되었음을 알 수 있었다. 단위 수량과 혼화재량을 출력변수로 둔 배합설계모델의 검증실험 결과, 압축강도 목표값과 실측값의 오차율이 플라이 애시를 혼화재로 사용한 배합은 2%, 실리카흄을 혼화재로 사용한 배합은 1.83%로 나타났으며, 목표 압축강도 60MPa에 부합하는 배합 인자들의 적정 수준을 예측할 수 있었다.

고강도 콘크리트의 성능기반형 배합설계방법

김장호(Kim Jang-Ho),오일선(Oh Il Sun),판덕형(Phan Duc Hung),이근성(Lee Keun Sung) 대한토목학회 2010 대한토목학회논문집 A Vol.30 No.6A

본 연구에서는 Bayesian 통계법을 이용한 성능기반형 배합설계방법(perfomance Based Mixture Design, 이하 PBMD)을 고강도 콘크리트 배합설계에 활용하여 요구성능을 만족하는 고강도 콘크리트 배합비를 찾는 것을 목표로 하고 있다. PBMD 방법은 Bayesian 통계법을 통해 얻어진 만족도 곡선을 활용한 성능중심의 콘크리트배합설계과정으로서 어떠한 조건이나 환경에서도 쉽게 적용이 가능하여 현재의 설계기준을 대체할 수 있는 하나의 대안으로 생각된다. 고강도 콘크리트의 여러 가지 재료 · 성능 변수들을 구하기 위해 수행한 여러 가지 실험들의 결과를 바탕으로 고강도 콘크리트 배합설계 시 PBMD 방법의 적용가능성에 대해 검토하였으며 지역에 따른 환경조건, 사용 가능한 재료, 적용 가능한 콘크리트생산기술 등을 고려하여 목표성능을 모욕시키는 최적의 콘크리트 배합비를 구하는 과정을 PBMD 방법을 적용한 예제를 통해 나타내었다. PBMD 과정을 적용한 고강도 콘크리트의 배합설계의 현장 적용성을 검토하기 위해 ACI에 기술된 결과와의 비교를 통해 그 유효성을 입증하였다. This paper is a study about application of recently proposed Performance Based Mixture Design (PBMD) for design of high strength concrete (HSC) to obtain HSC mix proportion that satisfies required performances. The PBMD method which uses Satisfaction curve based on a Bayesian method is a performance oriented concrete mix proportion design procedure easily applicable to any condition and environment for a possible replacement to the current prescriptive design standards. Based on extensive experimental results obtained for various materials and performance parameters of HSC, the application feasibility of the developed PBMD procedure for HSC has been verified. Also, the proposed PBMD procedure has been used to perform application examples to obtain desired target performances of HSC with optimum concrete mixture proportions using locally available materials, local environmental conditions, and available concrete production technologies. The validity and precision of HSC mix proportion design obtained using the PBMD method is verified with the experimental and ACI presented results to check the feasibility for actual design usage.

공용성 시방서 개발을 위한 공용성에 근거한 아스팔트 혼합물 배합 및 구조 설계 소개

이종섭,Nelson Gibson,Y Richard Kim 한국도로학회 2016 한국도로학회 학술발표회 논문집 Vol.2016 No.06

고속도로의 품질 보증을 위해 사용되는 시방서에는 크게 두 가지 종류 1) 방법론적 시방서와 2) 공용성 시방서가 있다. 방법론적 시방서는 목표 공용성 달성을 위해 필요한 방법의 기준과 기준의 목표치를 설정 하여 합격/불합격을 결정하는 반면, 공용성 시방서는 어떤 방법을 이용하든 최종 결과물의 품질을 평가하 여 Incentive/Dis-Incentive를 결정하는 방법이다. 방법론적 시방서는 경제적으로 방법의 기준을 맞추기 위해 노력하지만, 공용성 시방서는 시공업체들의 자체 연구를 통한 품질 향상을 기대할 수 있다. 미국의 경우 공용성 시방서는 2012년 오바마 대통령이 최종 사인한 법안인 MAP-21 (Moving Ahead for Progress in the 21st Century Act)에 의해 법적 근거를 마련하였고, 미국 몇몇 주들(뉴저지, 캘리포니 아, 텍사스, 루이지에나 등)에서 이미 사용하고 있다. 공용성 시방서를 실질적으로 고속도로 현장에 적용하기 위해 요구되어지는 것은 누가나 쉽고 빠르게 공용성 평가할 수 있는 툴을 만드는 것이다. 간단한 시험을 통해 재료의 기본 물성치를 측정하고, 측정된 값을 역학적 재료 모델과 구조해석 프로그램의 입력 값으로 사용하여 공용성을 평가함으로써 어떻게 재료 를 개발해야 하는지와 품질 관리를 할수 있을 것인가에 대한 가이드라인도 할 수 있다. 본 연구에서는 아 스팔트 재료의 피로균열과 소성변형의 공용성을 평가하기 위해 NCHRP 9-19와 9-29을 통해 개발된 간 단한 시험 장비인 Asphalt Mixture Performance Tester (AMPT)와 FHWA Hot Mix Asphalt Performance-Related Specification Based on Viscoelastoplastic Continuum Damage Models를 통 해 개발된 모델들과 3D FEM 구조해석 프로그램을 이용하였다. 개발된 모델과 구조해석 프로그램은 미 국, 캐나다, 브라질, 중국, 한국 등의 시험도로를 통해 검증되었다. 공용성 시방서를 현장에 적용하기 위하여 아스팔트 혼합물의 주요 부피 특성들 (Design VMA, Design Air Void, Density)과 공용성과의 관계를 배합 설계 단계에서 파악하였다. 이 관계를 파악하는 것을 공용 성에 근거한 배합 설계라고 하며, 현장에서 역학적 시험 없이 기존의 품질 보증 시방서에서 수행하던 부 피 특성을 측정하는 것으로 공용성을 예측할 수 있다. 골재의 입도가 공용성에 미치는 영향을 분석하기 위하여 Bailey Method를 사용하였다. Bailey Method는 골재의 Packing Principle을 이용하여 골재 입 도에 따른 VMA를 예측함으로써 배합설계의 시행착오를 줄일 수 있다. 12.5mm Superpave 고온 아스팔트 혼합물의 공용성에 근거한 배합 설계 결과, 아스팔트 혼합물의 골재 입도를 간접적으로 표현하는 Design VMA가 부피 특성들 (Volumetrics) 중 피로균열과 소성변형 공용성에 미치는 영향이 가장 큰 것으로 나타났다. Design VMA가 1% 증가할 때, 피로 균열이 73% 감소하고 소성변 형이 32% 증가하였다. 반면, Design Air Void가 1% 증가할 때, 피로균열이 40% 증가하고 소성변형이 22% 감소하였다. 마지막으로 In-Place Air Void (다짐도)가 1% 증가할 때 피로균열이 19% 증가하고 소성변형 또한 10% 증가 하였다. 공용성에 근거한 배합 설계는 Pay Factor와 Incentive/Dis-Incentive 산출에 사용 될 수 있으며 현장에서 아스팔트 혼합물의 부피 특성들을 어떻게 조정해야 하는 가이드라인을 제시 할 수 있다. 마지막으로 공용성에 근거한 배합 설계를 두 개의 아스팔트 층에 적용하여 피로균열과 소성변형의 공 용성이 최적화 될 수 있는 각층의 배합 설계 기준들을 제시하였다. 본 연구에서 소개된 공용성에 근거한 배 합설계 방법은 아스팔트 혼합물의 부피 특성을 공용성에 근거하여 어떻게 조정해야 하는지를 다양한 아스팔 트 포장의 구조에 맞게 제시한다. 추후 아스팔트 덧씌우기 (혹은 복합 포장) 공법과 포장의 두께를 산정할 때 근거자료로 활용할 수 있다.

양방향 DNN 해석을 이용한 삼성분계 콘크리트의 배합 산정에 관한 연구

최주희,고민삼,이한승 한국건축시공학회 2022 한국건축시공학회지 Vol.22 No.6

콘크리트의 배합설계와 압축강도 평가는 지속가능한 구조물의 내구성을 위한 기초적인 자료로서 활용되고 있다. 하 지만, 콘크리트 배합설계는 최근 배합요소의 다변화 등의 이유로 인하여 정확한 배합요소 산정이나 기준값 설정에 어 려움을겪고 있다. 본 연구에서는 인공지능 기법 중 하나인 딥러닝 기법을 사용하여 삼성분계 콘크리트의 배합요소를 산정하는 양방향 해석의 예측모델을 설계하는 것을 목적으로 한다. 콘크리트 배합요소 산정을 위한 DNN 기반 예측모 델은 층 수, 은닉뉴런 수를 변수로 한 총 8개의 모델을 사용하여 성능평가 및 비교를 실시하였으며, 이후 학습된 DNN 모델을 사용하여 소요압축강도에 따른 콘크리트 배합 산정 결과를 출력하였다. 모델의 성능평가 결과, 콘크리트 압축 강도 인자에 대하여 평균 약1.423%의 오류율을 나타내었으며, 삼성분계 콘크리트 배합인자 예측에 대하여 평균 8.22%의 MAPE 오차를 만족하였다. DNN 모델의 구조별 성능평가 비교 결과, 모든 배합인자에 대하여 DNN5L-2048 모델이 가장 높은 성능을 보였다. 학습된DNN 모델을 사용하여 30, 50MPa의 소요압축강도를 가지는 삼성분계 콘크 리트 배합표 예측을 진행하였으며, 추후 학습을위한 데이터 세트 확장과 실제 콘크리트 배합표와 DNN 모델 출력 콘 크리트 배합표 간의 비교를 통한 검증 과정이 필요할 것으로 판단된다.

무시멘트 상온재활용 기층포장의 배합설계기준 개발에 관한 연구

최준성,이찬희,이한 한국도로학회 2016 한국도로학회 학술발표회 논문집 Vol.2016 No.06

1. 서론 최근 상온재활용 포장공법과 관련한 연구들이 국내외적으로 활발히 진행되고 있다. 그러나 배합설계 기준의 경우 각국마다 서로 다른 기준들을 제시하고 있으며, 또한 재활용 아스팔트골재의 치환율에 따른 범용적인 기준제시가 되고 있지 않다. 따라서 기존 배합설계 기준들에 대한 분석이 필요하며, 국내 요구 조건에 따른 기준제시도 필요한 현실이다. 2. 양생방법 및 양생기간 정립 본 연구에서는 기존 연구에서 제시된 배합설계 시 양생방법의 현장상황을 고려한 적용성을 고려하기 위해 아스팔트포장 내 함수비에 따른 변화를 고찰하고, 양생기간 결정을 위한 증발산 시험을 실시하였다. 또한 2일, 3일, 5일, 7일 마샬안정도(60℃ 수침)실험, 밀도 및 공극률 실험을 실시하여 양생기간별 영향 을 분석하였다. 3. 기층 상온 재활용 아스팔트 혼합물 배합설계 품질기준 검증 배합설계 특성치를 결정하기 위해 국내 가열재활용아스팔트 혼합물 지침 및 해외 상온재활용 아스팔트 포장의 문헌조사를 통하여 마샬안정도, 흐름값, 밀도, 공극률 및 ITS의 특성치 기준값 활용성을 검토하였다. 또한 기존채움재와 무기질 채움재의 고성능 기층 성능구현을 위한 역할특성을 분석하였다. 4. 결론 1. 고성능 기층 무시멘트 상온 재활용 기층포장 배합설계방법론을 정립하였고, 이를 통한 80% 치환율의 경우 배합설계 일례 결과, 개질 유화 아스팔트함량을 밀도 및 공극률을 고려하여 3% 최적 개질유화 아 스팔트 양을 결정하였다. 2. 본 연구진의 기존 제안한 40℃ 1일 양생이 꼭 필요함을 재확인하였고, 현장포설환경등과 밀도 및 공극 율을 감안하여 양생기간을 수정제안하였다. 3. 배합설계 시 재활용아스팔트골재의 입도 한계성을 확인하였으며, 신골재의 단입도 사용이 필요하며, 고성능기층을 위해 채움재 특성에 따른 증발효과와 강도증진 효과가 필요함을 알 수 있었다. 4. 본 연구결과와 기존 지침 및 문헌조사한 특성치의 기준값 선정가능성에 대한 실험을 진행하여 특성치 를 정립하였다.

신경망 이론을 이용한 100MPa급 초고강도 콘크리트의 최적 배합설계모델에 관한 연구

김영수,신상엽,정의창 대한건축학회지회연합회 2018 대한건축학회연합논문집 Vol.20 No.6

The purpose of this study is to suggest 100MPa class ultra high strength concrete mix design model applying neural network theory, in order to minimize an effort wasted by trials and errors method until now. Mix design model was applied to each of the 70 data using binary binder, ternary binder and quaternary binder. Then being repeatedly applied to back-propagation algorithm in neural network model, optimized connection weight was gained. The completed mix design model was proved, by analyzing and comparing to value predicted from mix design model and value measured from actual compressive strength test. According to the results of this study, more accurate value could be gained through the mix design model, if error rate decreases with the test condition and environment. Also if content of water and binder, slump flow, and air content of concrete apply to mix design model, more accurate and resonable mix design could be gained. 본 연구는 신경망이론을 적용하여 100MPa 초고강도 콘크리트 배합설계를 개발하기 위한 연구로써 다수의 시험배합을 거침에 따라 상당한 시간과 경비를 최소화하기 위한 연구이다. 2성분계, 3성분계 및 4성분계 등의 70개 배합을 적용하여 배합설계 모델을 만들고자 하였으며, 신경망 모델의 역전파 알고리즘모델을 반복하여 적용함으로써 최적의 데이터를 얻을 수 있었다. 그리고 완성된 배합설계를 만들기 위해 예상된 배합설계와 실제 배합설계를 비교 평가 하였다. 본 실험의 결과에 따르면 시험조건 및 환경에 따른 시험 오차를 줄이고 정확도가 높은 더 많은 양의 데이터를 가지고 학습을 수행한다면 보다 정확한 예측 값을 얻을 수 있을 것으로 판단된다.

염해에 노출된 콘크리트의 내구수명 확보를 위한 최적 배합 도출에 대한 연구 - 유전자 알고리즘의 적용

권성준(Kwon Seung-Jun),이성칠(Lee Sung Chil) 대한토목학회 2010 대한토목학회논문집 A Vol.30 No.5A

콘크리트의 염화물 확산계수의 제어는 염해에 노출된 콘크리트 구조물의 내구수명 확보에 필수적이며, 이를 위해 많은 연구가 진행되어 왔다. 본 연구는 목표 내구수명을 만족하는 목표확산계수를 도출하고 유전자 알고리즘을 통하여, 최적배합을 도출하는데 있다. 이를 위하여, 동일한 골재 및 혼화재를 사용한 30개의 배합과 그에 따른 염화물 확산계수를 분석하였으며, 27개를 대상으로 확산계수 예측식을 도출하였다. 확산계수 예측식의 변수로는 물-결합재비, 단위 혼화재량(슬래그, 플라이 애쉬, 실리카퓸), 단위 시멘트량, 단위 잔골재 및 굵은 골재량을 포함하도록 하였으며 나머지 3개의 배합에 대하여 검증을 수행하였다. 최적 함수식은 27개의 배합에 대하여 평균 18.7%의 오차와 16.0%의 변동계수를 보이고 있었다. 주어진 3개의 확산계수에 대하여, 유전자 알고리즘을 통하여 도출된 배합은 0.3%~12.2%의 오차범위를 가지며 각각의 배합인지를 도출하였다. 최종적으로 서로 다른 내구성 설계변수(목표내구수명, 피복두께, 표면염화물량, 흔화재량)와 노출환경(온도 및 습도)을 가정하여 목표 확산계수를 도출하였으며, 이에 만족하는 최적화된 콘크리트 배합을 제안하였다. 본 연구에서는 유전자 알고리즘을 이용하여, 내구성 콘크리트 배합도출에 대한 적용성을 평가하였으며, 제안된 기법은 다양한 확산계수의 범위를 가지는 광범위한 자료구축을 통하여 개선될 것이다. A control of chloride diffusion coefficient is very essential for service life of reinforced concrete (RC) structures exposed to chloride attack so that much studies have been focused on this work. The purpose of this study is to derive the intended diffusion coefficient which satisfies intended service life and propose a technique for optimum concrete mixture through genetic algorithm(GA). For this study, 30 data with mixture proportions and related diffusion coefficients are analyzed. Utilizing 27 data, fitness function for diffusion coefficient is obtained with variables of water to binder ratio(W/B), weight of cement, mineral admixture(slag, flay ash, and silica fume), sand, and coarse aggregate. 3 data are used for verification of the results from GA. Average error from fitness function is observed to 18.7% for 27 data for diffusion coefficient with 16.0% of coefficient of variance. For the verification using 3 data, a range of error for mixture proportions through GA is evaluated to 0.3~9.3% in 3 given diffusion coefficients. Assuming the durability design parameters like intended service life, cover depth, surface chloride content, and replacement ratio of mineral admixture, target diffusion coefficient, where exterior conditions like relative humidity(R.H.) and temperature, is derived and optimum design mixtures for concrete are proposed. In this paper, applicability of GA is attempted for durability mixture design and the proposed technique would be improved with enhancement of comprehensive data set including wider range of diffusion coefficients.

재활용 아스팔트 혼합물의 점도를 이용한 배합설계 연구

정규동,권수안,이문섭,손정탄 한국도로학회 2017 한국도로학회 학술대회 발표논문 초록집 Vol.2017 No.10

국내 법적 기준에 따라 2016년부터 거의 모든 도로 포장에 아스팔트 혼합물 물량의 40% 이상을 재활용 아스팔트 혼합물로 사용하게 되었다. 이에 따라 폐아스팔트 콘크리트를 이용한 재활용 아스팔트 혼합물의 품질확보가 중요한 이슈로 부각되고 있다. 아스팔트 콘크리트 포장은 아스팔트 플랜트에서 아스팔트 혼합물이 생산되어 현장에 시공된 후 공용 중에 환경하중, 교통하중 등에 의하여 물성이 변화되고, 누적된 피로에 의해 결국은 파손에 이르게 된다. 이에 따라 도로에서 발생된 폐아스팔트 콘크리트는 아스팔트 혼합물 생산시의 품질, 공용기간, 환경하중이나 교통하중 등에 따라 노화정도가 다르며 물성이 다양하다. 그러므로 폐아스팔트 콘크리트를 이용한 아스팔트 콘크리트 순환골재(이후 순환골재라고 함)의 품질은 폐아스팔트 콘크리트 발생 당시의 물성과 밀링 방법, 순환골재 생산과정에서의 파쇄 및 선별 방법 등에 따라 영향을 받아 변동된다. 따라서 재활용 아스팔트 포장의 조기 균열 등의 문제가 발생하지 않기 위해서는 배합설계시 순환골재의 물성에 따라 노화된 아스팔트를 회복시켜 줄 수 있는 재생 첨가제 등의 적합한 함량을 결정하고, 생산된 아스팔트 혼합물에 포함된 아스팔트의 점도 회복이 중요하다. 본 연구의 목적은 재활용 아스팔트 혼합물 배합설계시 아스팔트 점도를 회복시키기 위한 설계 방안을 제시하는 것이다. 국내 기준에서 재활용 아스팔트 혼합물에서 추출한 아스팔트의 점도는 5,000 Poise 이하이어야 한다. 이에 따라 국내에서는 혼합물 생산 및 운반의 단기노화 과정에서의 점도변화를 감안하여 대부분 설계점도를 2,000 Poise로 설정하고 배합설계를 수행한다. 그런데, 해외 연구 결과 재생 첨가제의 특성에 따라 단기노화 과정에서의 점도 변화율이 다른 것으로 나타났다. 이에 따라 본 연구에서는 혼합 전의 설계점도, RFTO 단기 노화 후의 점도, 제작된 아스팔트 혼합물에서 추출된 아스팔트 점도 등을 비교하여 적합한 배합설계 방안을 검토하였다

폐기물을 첨가한 경량혼합토의 강도특성 분석

Yoon-Shin Bae 한국재난정보학회 2012 한국재난정보학회 논문집 Vol.8 No.3

경량혼합토는 건설잔토나 준설토 및 현장에서 발생하는 점토나 실트질 흙을 사토처리 하지 않고 현장에서 유용할 수 있는 매우 경제적이고 환경친화적인 재료이다. 최근에는 페자원(폐타이어가루, 왕겨)을 경량혼합토에 첨가하는 건설재료 재활용에 관한 연구가 진행 중에 있다. 본 연구에서는 경량혼합토를 제작하기 위해 필요한 배합설계변수인 원료토의 중량, 함수비 및 기포재와 첨가할 물의 양, 그리고 강도를 발현하기 위하여 필요한 고화재로서 시멘트첨가량에 대한 최적의 배합설계에 대한 분석을 하였다. 이를 위하여 일축압축시험에 의한 응력-변형 거동과 양생기간 및 성분비에 따른 강도분석, 폐기물 성분비에 대한 실험강도 비교분석을 수행하였다. 마지막으로, 합리적이고 경제적인 배합비 산출을 위하여 경량혼합토의 목표강도를 결정하고 최적의 배합설계 변수를 제시하였다.

투수성 콘크리트의 배합조건에 따른 강도 및 투수성 분석

김경남,조신행,김낙석 한국방재학회 2015 한국방재학회 학술발표대회논문집 Vol.14 No.-

우리나라는 연 강수량의 60% 이상이 여름철인 6∼9월에 집중되며 국지적 집중호우로 인해 치수에 상당한 어려움을 겪고 있다. 또한 1960년대부터 급속한 산업화와 도시화에 따라 도시 지역에서 불투수성의 도로 포장면의 비율이 증가하고 있어 방재 성능이 크게 약화되는 문제가 발생하였다. 지표 불투수로 인한 문제를 해결하기 위해 국내·외 지자체에서 사회·환경적 문제에 대한 해결방안으로 투수성 콘크리트 포장을 시행하고 있으나, 투수성능을 증진시키기 위하여 잔골재가 적게 들어가는 투수성 콘크리트 포장은 일반 콘크리트 포장에 비해 내구성이 약화되는 문제가 발생한다. 본 연구에서는 국·내외 투수성 콘크리트 배합설계 및 기준을 조사하고, 투수성능 증진을 위해 잔골재를 첨가하지 않은 콘크리트 배합을 진행하였으며, 공극률 및 시멘트 페이스트량 결정을 위해 아스팔트 마샬 배합설계법의 최적 아스팔트함량 결정방법을 착안하여 배합설계를 수행하였다. 배합별 혼합물의 투수성능 및 내구성 평가를 위해 압축강도, 실내 투수시험 등을 진행하였으며, 최종적으로 투수성능을 유지하는 고내구성의 투수성 콘크리트 배합설계(안)을 제시하는데 그 목적이 있다.