급속시공을 위한 교면 포장 보수용 콘크리트의 적정배합비 도출 및 성능평가 = Mix Proportion and Performance Evaluation of High Early Strength Concrete for Bridge Deck Overlay Rehabilitation

국문 초록 (Abstract)

최근 콘크리트 교량의 교면 포장 손상 및 바닥판 노후화에 따른 보수공사가 증대되고 있는 추세이다. 교면 포장은 차량 통행을 최소화 하고 보수 후 빠른 시간 내에 교통량을 개방해야하기 때문에 조기에 높은 강도를 발현하여야 한다. 현재 대부분의 교면 포장에서는 긴급보수의 요구로 인해 아스팔트 콘크리트 교면 포장을 이용한 보수가 대부분이다. 아스팔트 콘크리트로 보수할 경우 신속한 차량 개방은 가능하지만 기존 바닥판 콘크리트의 보강 및 방수효과를 기대하기 힘들고 짧은 주기의 재보수가 요구된다. 기존 아스팔트 콘크리트 교면 포장 보수공사의 상기와 같은 문제점을 해결하고자 초속경시멘트에 라텍스를 혼합하여 사용한 초속경 라텍스 개질 콘크리트를 이용한 공용 중 교량바닥판콘크리트 보수 및 재포장 공법이 개발되어 사용하고 있다. 하지만 초속경시멘트를 사용하면서 조기강도 발현을 위한 높은 수화열의 발생으로 균열이 발생하는 등 문제점이 지적되고 있다. 이에 본 연구에서는 현재 상용중인 재료들의 단점을 극복하기 위해 조강 시멘트에 조강제를 사용하여 8시간에 강도발현이 되는 콘크리트를 개발하여 기존 3시간에 강도를 발현하는 초속경 시멘트가 가진 조기경화 및 공사면적이 제한되는 단점들의 문제점을 해결하고자 하였다. 이를 위해 8시간에 압축강도가 21MPa에 만족할 수 있는 조기 교통개방을 위한 교면 포장 콘크리트의 경화전 특성, 역학적 특성, 수축균열제어특성, 내구특성에 대하여 평가하였다. 그 결과 본 연구에서 제안된 조기 교통개방을 위한 교면 포장 콘크리트의 배합은 8시간 만에 교통 개방에 필요한 압축강도 21MPa, 휨강도 3.8MPa 이상을 획득할 수 있어 교면 포장의 보수재료로 충분히 사용될 수 있고 수축저감제와 섬유를 사용하여 문제시 되는 초기수축으로 인한 균열을 해결할 수 있었다. 또한 장·단기 내구특성을 평가하기 위해 물투수실험, 마모저항성 시험, 동결·융해 저항성 시험, 표면박리저항성 시험을 수행한 결과 우수한 내구특성으로 장기간의 공용성을 확보하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The maintenance work required for concrete bridges is increasing due to damage to the bridge deck overlay and deterioration of the deck plate. The bridge deck overlay requires minimum traffic and quick opening to traffic after repairs have been made, which requires high strength initially. Currently, most bridge deck overlays use asphalt concrete overlay for emergency repairs. Repairs made with asphalt concrete allow quick opening to traffic, but waterproofing and enhancement of the existing floor panel concrete are not possible, nor is the required regular, short-term maintenance. Existing methods of asphalt concrete overlay use bridge floor panel concrete repairs and repaving methods with very-early strength latex modified concrete in which ultra rapid-hardening cement is mixed with latex to overcome these problems. However, when using ultra rapid-hardening cement, the high heat of hydration that creates the initial strength can cause cracks. To solve these problems and overcome the shortcomings of the currently available ultra-rapid-hardening cement, such as early hardening and work area limitations, this research developed concrete using high early strength cement with an accelerator. For this purpose, we required a high early strength concrete for the bridge deck overlay with a compressive strength of 21 MPa within 8 hours, satisfactory mechanical properties, control of shrinkage cracks, and good durability. Our high-early strength concrete mixture proportion proposed in this study for bridge deck overlay attained the required compression strength of 21 MPa and a flexural strength of 3.8 MPa, which allowed it to be opened to traffic within 8 hours. This demonstrated its possible use as a repair material for bridge deck overlays, while solving the problem of temperature cracks due to the high heat of hydration by using a shrinkage-reducing agent and PVA fiber. In addition, we conducted water permeability, abrasion resistance, freezing and thawing tests, and determined the scaling resistance to evaluate the long- and short-term durability. The results were acceptable for long-term usage.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서론 = 1
• 1.1 연구배경 = 1
• 1.2 연구 개발 목표 및 논문의 구성 = 3
• 제2장 연구사 = 5
• 2.1 개요 = 5
• 2.2 조기 교통개방 콘크리트 포장의 연구 동향 및 국내·외의 배합설계 = 5
• 2.2.1 조기 교통개방 콘크리트 포장의 연구 동향 = 5
• 2.2.2 국내·외의 배합설계 = 13
• 2.3 조기 교통개방 콘크리트 포장의 교통개방 기준 = 19
• 2.3.1 국내의 교통개방에 대한 기준 = 19
• 2.3.2 국외의 교통개방에 대한 기준 = 19
• 2.4 교면 포장의 요구조건 및 보수용 재료의 특성 = 22
• 2.4.1 개요 = 22
• 2.4.2 교면 포장의 요구조건 = 23
• 2.4.3 교면 포장 재료의 조건 = 26
• 2.4.4 보수용 재료의 특성 = 26
• 2.5 교면 포장 콘크리트의 균열 = 27
• 2.5.1 균열발생의 원인과 대책 = 29
• 2.5.2 굳지 않은 콘크리트의 균열 = 33
• 2.5.2.1 소성수축 균열 = 33
• 2.5.2.2 수화열에 의한 온도균열 = 35
• 2.5.3 굳은 콘크리트의 균열 = 37
• 2.5.3.1 건조수축 균열 = 37
• 제3장 조기 교통개방을 위한 교면 포장 콘크리트의 사용재료 = 40
• 3.1 3종 포틀랜드 시멘트 = 40
• 3.2 조강제 = 41
• 3.2.1 질산칼슘의 성능 = 41
• 3.2.2 질산칼슘의 반응 메카니즘 = 43
• 3.3 고성능 감수제 = 48
• 3.4 PVA섬유(Poly Vinylacohol fiber) = 51
• 3.4.1 개요 = 51
• 3.4.2 PVA섬유의 기본물성 = 51
• 제4장 조기 교통개방을 위한 교면 포장 콘크리트의 적정배합비 도출 = 53
• 4.1 개요 = 53
• 4.2 사용재료 = 54
• 4.2.1 시멘트 및 골재 = 54
• 4.2.2 혼화재료 = 55
• 4.3 배합설계 = 55
• 4.4 시험방법 = 56
• 4.4.1 공기량 및 슬럼프 경시변화 = 56
• 4.4.2 응결시간 = 56
• 4.4.3 압축강도 = 57
• 4.4.4 휨강도 = 57
• 4.5 시험결과 = 59
• 4.5.1 공기량 및 슬럼프 경시변화 = 59
• 4.5.2 응결시간 = 60
• 4.5.3 압축강도 = 61
• 4.5.4 휨강도 = 64
• 4.6 요약 및 결론 = 66
• 제5장 조기 교통개방을 위한 교면 포장 콘크리트의 경화 전 특성 및 역학적 특성 = 69
• 5.1 개요 = 69
• 5.2 배합설계 = 69
• 5.3 공기량 및 슬럼프 경시변화 = 70
• 5.3.1 시험결과 = 70
• 5.4 응결시간 = 71
• 5.4.1 시험결과 = 71
• 5.5 압축강도 = 72
• 5.5.1 시험결과 = 72
• 5.6 휨강도 = 74
• 5.6.1 시험결과 = 74
• 5.7 쪼갬인장강도 = 76
• 5.7.1 시험방법 = 76
• 5.7.2 시험결과 = 76
• 5.8 부착강도 = 78
• 5.8.1 직접인장강도 시험방법 = 79
• 5.8.2 직접인장강도 시험결과 = 80
• 5.9 요약 및 결론 = 83
• 제6장 조기 교통개방을 위한 교면 포장 콘크리트의 수축균열제어특성 = 85
• 6.1 개요 = 85
• 6.2 모르타르 소성수축 = 86
• 6.2.1 시험방법 = 86
• 6.2.2 시험결과 = 87
• 6.3 콘크리트 소성수축 = 90
• 6.3.1 시험방법 = 90
• 6.3.2 시험결과 = 92
• 6.4 모르타르 건조수축 = 92
• 6.4.1 시험방법 = 92
• 6.4.2 시험결과 = 93
• 6.5 콘크리트 건조수축 = 95
• 6.5.1 시험방법 = 95
• 6.5.2 시험결과 = 96
• 6.6 자기수축 = 97
• 6.6.1 시험방법 = 97
• 6.6.2 시험결과 = 98
• 6.7 요약 및 결론 = 100
• 제7장 조기 교통개방을 위한 교면 포장 콘크리트의 내구성능 = 102
• 7.1 개요 = 102
• 7.2 물투수실험 = 103
• 7.2.1 실험방법 = 103
• 7.2.2 실험결과 = 105
• 7.3 마모저항성 = 106
• 7.3.1 시험방법 = 106
• 7.3.2 시험결과 = 107
• 7.4 동결·융해 반복시험 = 109
• 7.4.1 시험방법 = 109
• 7.4.2 시험결과 = 110
• 7.5 표면박리저항성 = 112
• 7.5.1 시험방법 = 112
• 7.5.2 시험결과 = 114
• 7.6 요약 및 결론 = 116
• 제 8장 결론 = 118
• 참고문헌 = 122
• Abstract = 128
• APPENDIX = 130