하이볼륨 플라이애시 시멘트 페이스트의 수화 및 압축강도 특성

황철성,문은진,Hwang, Chul-Sung,Moon, Eun-Jin 한국구조물진단유지관리공학회 2017 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.21 No.5

국내 시멘트 산업은 시멘트 제조 시 발생되는 $CO_2$를 감축하기 위해 $CO_2$발생의 주요 요인인 클링커 대신 시멘트 대체재료 사용을 확대하기 위한 다양한 기술 개발을 위해 노력하고 있다. 이에, 최근 플라이애시를 다량 치환한 하이볼륨 플라이애시 시멘트(HVFC)에 대한 연구 가 활발히 진행되고 있다. 하지만, 플라이애시의 다양한 장점에도 불구하고 낮은 조기강도 발현 특성이 플라이애시를 다량으로 활용한 바인더의 현장적용에 있어서 가장 큰 문제로 지적되고 있다. 본 연구는 이러한 한계를 극복하고자 플라이애시 혼입률에 따른 HVFC 페이스트의 수화 및 압축강도 특성을 파악하기 위해, 플라이애시 혼입률 0~80%의 배합을 이용하여 실험을 수행하였다. 실험결과 낮은 물-바인더 비에 의한 HVFC 페이스트 배합은 초기 재령에서의 낮은 압축강도의 한계점을 극복할 수 있을 것으로 판단된다. 또한 중량비의 50% 이상이 플라이애시로 치환된 페이스트의 응결시간이 증가하는 경향을 보아, 플라이애시 중량비 50%는 충진 효과의 임계점으로 판단된다. Recently, researches on High-Volume Fly ash Cement(HVFC), which is replacing high portion of cement to fly ash, have been actively conducted to reduce $CO_2$ formation. Though HVFC has various advantages, low strength development in early ages is pointed out as the biggest problem in the application of fly ash. In order to overcome such limitations, this study investigated the hydration and compressive strength characteristics of HVFC paste depending on the fly ash content with the mixing ratio varying from 0 to 80 %. Experimental results show that the HVFC paste with low water-binder ratio can overcome the limitation of low compressive strength at early ages. Also, from the result of heat flow delay, 50 % of fly ash weight ratio was the critical point of the filler effect.

양생온도에 따른 90 MPa 수준의 고강도 철근 콘크리트 보의 휨거동

황철성,Hwang, Chul-Sung 한국구조물진단유지관리공학회 2017 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.21 No.5

In this study, the flexural behavior of high strength concrete members with different curing condition of 90 MPa of compressive strength was investigated. Experimental parameters included normal and low temperature curing conditions, tensile steel amount and concrete compressive strength. 8 beam members were fabricated and flexural tests were carried out. Crack spacing, load-deflection relation, load-strain relation and ductility index were determined. Experimental results show that as the amount of rebar increases, the number of cracks increases and the crack spacing decreases. The higher the concrete strength, the smaller the number of cracks, but the effect is significantly smaller than the amount of rebar. As a result of comparison with the proposed average crack spacing in the design criteria, the experimental results are slightly larger than the results of the proposed formula, but the proposed formula does not reflect the concrete strength and curing conditions. The ductility index of normal temperature cured members was 3.36~6.74 and the ductility index of low temperature cured members was 1.51~2.82. The behavior of low temperature cured members was found to be lower than that of normal temperature cured members. As a result of comparing the ductility index with the existing studies similar to the experimental members, the ductility index of the high strength concrete member was larger than the ductility index of the ordinary strength concrete of the previous study. Further research is needed to understand more specific results. 본 연구에서는 양생조건이 다른 압축강도 90 MPa 수준의 고강도 콘크리트 부재의 휨거동 실험을 수행하였다. 실험변수는 정상 및 저온 양생 조건, 인장 철근량 및 콘크리트 압축강도 수준 등을 고려하였다. 8개의 보 부재를 제작하여 휨 실험을 수행하였으며 균열 간격, 하중-처짐 관계, 하중-변형률 관계 및 연성지수를 파악하였다. 실험결과는 철근량이 증가함에 따라 균열 개수는 증가하고 균열간격은 감소하는 경향을 나타내며, 콘크리트 강도가 높을수록 균열개수가 줄어들기는 하지만 그 효과는 철근량보다는 상당히 작은 것을 알 수 있었다. 설계기준에서 제안된 평균 균열 간격 식과 비교한 결과, 실험결과가 제안식의 결과보다 약간 크게 나타났으나, 제안식은 콘크리트 강도 및 양생조건을 반영하지 못하는 문제점이 있다. 정상 양생된 부재들의 연성지수는 3.36~6.74이며, 저온 양생된 부재들의 연성지수는 1.51~2.82으로 나타나, 저온 양생된 부재들의 거동은 정상 양생된 부재들에 비해서 연성도지수가 저감됨을 확인하였으며, 본 연구와 기존 연구의 연성지수를 비교한 결과, 고강도 콘크리트 부재의 연성지수는 선행연구의 보통강도 콘크리트의 연성지수 보다 크게 나타났으나, 더 구체적인 결과를 파악하기 위해서는 추가연구가 필요하다고 판단된다.

지반 그라우팅에 의한 상부구조물의 안전성 분석

황철성 ( Chul Sung Hwang ) 한국안전학회(구 한국산업안전학회) 2013 한국안전학회지 Vol.28 No.4

Transportation and further expansion of social infrastructure was needed along the development of urbanization and population concentration. To use the underground space due to the lack of availability of land, it is inevitable to intersect between present structure and tunnel during construction. Soil grouting is one of the ground improvement methods to reinforce weak soil around the underground structures by injection of grouting liquid. Some of central columns of an upper structure are damaged during injection of grouting liquid by injection pressure. To investigate and improve the stability of the tunnel, three dimensional analysis are performed with full construction stages which includes the construction of present underpass, damaging columns of the underpass, reinforcing the columns by H-pile and shear walls, and excavation and construct tunnel. The arrangement of grouting holes such as curtain and horizontal type affects largely to the stability of upper structure and horizontal arrangement diminish the shear forces which is the cause of damage of central columns. The liquid injection type of reinforcement for tunnel is not recommended while the presence of upper structure with columns. Wall type reinforcing is utilize for permant support of upper structures which is affected by grouting injection pressure. H-pile is utilize for temporary support, but not for permanent since the sharing of shear forces is not much to shear wall during tunnel construction.

PSSC 거더 교량의 사용한계 상태에 대한 신뢰도 분석

황철성 ( Hwang Chul-sung ),백인열 ( Paik In-yeol ),김준식 ( Kim Jun-sik ),상희정 ( Sang Hee-jung ) 한국구조물진단유지관리공학회 2006 한국구조물진단유지관리공학회 학술발표대회 논문집 Vol.10 No.2

Reliability analysis of prestressed steel and concrete(PSSC) girders is conducted for the serviceability limit state. PSSC girder has strong advantages in terms of construction cost and vertical clearance for the span length of over 40 meters. In this paper, example PSSC girders, which have different sections and different design stress levels, are selected to calculate the midspan deflection due to truck live load. Serviceability limit state is defined with respect to the allowable deflection limit specified in the current bridge design code. Reliability indexes are obtained by Monte-Carlo simulation. The results show that the reliability of PSSC girder for deflection limit state is appropriate for current design code.

PSSC 거더 교량의 사용한계 상태에 대한 신뢰도 분석

황철성(Hwang Chul-Sung),백인열(Paik In-Yeol),김준식(Kim Jun-Sik),상희정(Sang Hee-Jung) 한국구조물진단유지관리학회 2006 한국구조물진단학회 학술발표회논문집 Vol.10 No.2

Reliability analysis of prestressed steel and concrete(PSSC) girders is conducted for the serviceability limit state. PSSC girder has strong advantages in terms of construction cost and vertical clearance for the span length of over 40 meters. In this paper, example PSSC girders, which have different sections and different design stress levels, are selected to calculate the midspan deflection due to truck live load. Serviceability limit state is defined with respect to the allowable deflection limit specified in the current bridge design code. Reliability indexes are obtained by Monte-Carlo simulation. The results show that the reliability of PSSC girder for deflection limit state is appropriate for current design code.

확대기초의 신구 콘크리트 접합 모형실험

황철성(Chul-Sung Hwang),유성원(Sung-Won Yoo) 한국건설순환자원학회 2018 한국건설순환자원학회 논문집 Vol.6 No.1

일반적으로 소구경 말뚝을 이용한 기존교각의 확대보강을 시행하는 경우 접합부의 일체성을 유지하기 위해 후 설치 앵커중에서 이형철근을 사용한 부착식 앵커를 사용한다. 그러나 부착식 앵커의 경우 접합재의 종류 등에 따라 성능이 크게 좌우됨에도 불구하고 기계식 앵커와는 달리 설계방법의 표준화와 함께 적절한 성능평가를 위한 표준적인 실험방법도 제시되지 않고 있는 실정이다. 이에 따라 본 연구에서는 철근의 겹이음 및 앵커철근을 이용한 모형실험을 실시하여 부착식 앵커의 성능에 대한 평가를 수행하였다. 실험 결과, 접합하지 않은 시험체의 구조 성능이 가장 우수하게 나타났으며, 파괴양상은 펀칭전단 파괴로 나타났다. 연결되지 않은 부재가 연결된 부재보다는 부재 끝단의 처짐이 더 작게 발생되며, 큰 크기로 연결된 부재의 처짐이 작게 연결된 부재의 처짐보다는 크게 나타나, 하중이 증가할수록 앵커 철근 또는 겹이음 철근의 미끌림 등의 현상이 발생될 가능성이 큰 것으로 나타났다. In general, when an existing pier is enlarged and reinforced using a small diameter pile, bonded anchor with deformed reinforcing bars is used to maintain the integrity of the joint. However, in the case of bonded anchors, the performance depends largely on the type of joint material. Nevertheless, unlike mechanical anchors, there is no standard method for designing appropriate design methods and proper performance evaluation. Therefore, in this study, the performance of the anchoring anchor was evaluated by performing a model experiment using the reinforcing bars and anchor reinforcing bars. Experimental results show that the structural performance of the unbonded specimen is the best, and the failure mode is the punching shear failure. The deflection of the end of the member is smaller than that of the unconnected member, The deflection of the connected member is larger than the deflection of the small connected member. As the load increases, the possibility of slippage of the anchor steel or fold connection rebar is high.

고강도 콘크리트의 역학적 특성에 대한 실험 연구

양인환,황철성,Yang, In-Hwan,Hwang, Chul-Sung 한국구조물진단유지관리공학회 2017 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.21 No.6

An experimental program was carried out to investigate the mechanical properties of high-strength concrete. High-strength concrete with compressive strengths of 80 to 120 MPa was tested. Test results are presented regarding effect of water-binder ratio on compressive strength and compressive strength gain. In addition, the effect of curing methods on compressive strength, elastic modulus, splitting tensile strength, and modulus of rupture is investigated. Test results of elastic modulus, splitting tensile strength, and modulus of rupture are compared with predictions from the current design recommendations. Predictions of elastic modulus by using KCI recommendation has good agreement with test results. However, predictions of modulus of rupture by using KCI recommendation underestimate the test results. ACI 363R recommendations predict well test results of splitting tensile strength and modulus of rupture. ACI 363R recommendations for predicting splitting tensile strength and modulus of rupture can be used for high-strength concrete with compressive strengths up to 120 MPa. 이 연구에서는 고강도 콘크리트의 역학적 특성을 파악하기 위한 실험연구를 수행하였다. 80~120 MPa 범위의 압축강도를 갖는 고강도 콘크리트를 대상으로 실험연구를 수행하였다. 물-결합재비의 압축강도에 대한 영향, 시간에 따른 압축강도의 발현 및 양생조건의 압축강도에 대한 영향을 분석하였다. 또한, 양생조건에 따른 콘크리트의 탄성계수, 쪼갬인장강도 및 파괴계수 특성을 파악하였다. 탄성계수, 쪼갬인장강도 및 파괴계수의 실험결과와 기존설계코드에 의한 예측결과를 비교하였다. 콘크리트구조기준의 탄성계수 제안식은 실험값을 합리적으로 예측한다. 반면에, 콘크리트구조기준은 파괴계수 실험값을 과소평가하고 있다. ACI 363R의 쪼갬인장강도와 파괴계수 예측값과 실험값은 잘 일치하고 있다. 따라서, ACI 363R의 쪼갬인장강도와 파괴계수 예측식은 120 MPa까지의 고강도 콘크리트에 효과적으로 활용될 수 있다.

고성능 하이볼륨 슬래그 시멘트 페이스트의 고로슬래그 미분말 분말도에 따른 수화 및 강도 특성

최영철,신동철,황철성,Choi, Young Cheol,Shin, Dongcheol,Hwang, Chul-Sung 한국구조물진단유지관리공학회 2017 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.21 No.5

최근 온실가스 감축을 위해 시멘트 클링커를 대체하여 고로슬래그 미분말을 다량 치환한 하이볼륨 슬래그 시멘트에 대한 연구 활발히 진행되고 있다. 하지만, 수화열 및 내구성 등 다양한 장점에도 불구하고 초기 재령에서의 낮은 강도 발현 등의 문제점으로 인해 실제 현장의 적용에 한계점을 가지고 있다. 본 연구는 이러한 점을 극복하고자 GGBFS 혼입률에 따른 페이스트의 압축강도, 수화열 등의 특성을 분석하였다. GGBS 분말도에 따른 4종류와 치환율 35%, 50%, 65%, 80% 4수준으로 하여 총 16개의 배합에 대해 실험을 수행하였다. 실험결과 낮은 물-바인더 비에 의한 고성능 하이볼륨 슬래그 시멘트 페이스트 배합은 초기 재령에서의 낮은 압축강도의 한계점을 극복할 수 있을 것으로 판단된다. 또한 GGBS의 분말도는 고성능 하이볼륨 슬래그 시멘트 페이스트의 초기 재령에서의 압축강도 증진에는 효과가 있지만, 28일 이후의 장기 강도에는 큰 영향이 없는 것으로 나타났다. Recently, lots of researches on concrete with high volume mineral admixtures such as ground granulated blast-furnace slag(GGBS) have been carried out to reduce greenhouse gas. The high volume GGBS concrete has advantages such as low heat, high durability, but it has a limitation in practical field application, especially low strength development in early ages. This study investigated the compressive strength and hydration characteristics of high performanc and volume GGBS cement pastes with low water to binder ratio. The effects of fineness($4,330cm^2/g$, $5,320cm^2/g$, $6,450cm^2/g$, $7650cm^2/g$) and replacement(35%, 50%, 65%, 80%) of GGBS on the compressive strength, setting and heat of hydration were analyzed. Experimental results show that the combination of high volume slag cement paste with low water to binder ratio and high fineness GGBS powder can improve the compressive strength at early ages.

하수관로 돌출부 절삭을 위한 로봇장치 개발 및 절삭성능 평가

양인환(In-Hwan Yang),황철성(Chul-Sung Hwang) 한국건설순환자원학회 2018 한국건설순환자원학회 논문집 Vol.6 No.1

본 연구에서는 하수관의 접합부 돌출부 절삭용 로봇을 개발하고, 이의 성능평가를 수행하였다. 하수관로 절삭 성능평가를 위해 주하수관의 재질 및 직경, 가지관의 재질을 실험변수로 설정하였다. 주하수관의 재질은 콘크리트 흄관과 PE관을 사용하고, 직경은 300 및 500mm를 적용하였다. 가지관의 재질은 PE 및 PVC로 설정하고, 직경은 100mm로 설정하였다. 절삭로봇을 개발된 이용하여 절삭성능 실험을 수행하였다. 절삭실험 후의 가지관의 잔여 돌출 길이는 5mm 이하로서 목표 절삭 잔여 길이를 모두 만족하고 있다. 따라서 개발된 하수관로 절삭로봇을 이용하여 하수관 접합부 돌출관을 효과적으로 절삭할 수 있다. In this study, cutting robot system which could cut lateral protrusion into main pipes at the connection of sewer pipes was developed. In addition, the cutting test of the robot for the lateral protrusions were performed. The test parameters included materials used in the main pipes and diameters of the pipes, and materials used in the protruded pipes. The materials type of the main pipes were concrete and PE, and the diameters of the pipes were 300 and 500 mm. The materials type used in the protruded pipes were PE and PVC, and the diameter of the pipes was 100 mm. Remaining length of each lateral protruded pipe was less than 5 mm which was an target value of cutting performance. It showd that test results were within the target value. Therefore, in the repair of sewer pipes, the lateral protruded pipes can be cut by using the robot system developed in this paper.

독립형 단위 구조물 형태의 흙막이 가시설(IU 공법) 개발

윤종남(Yun, Jong Nam),황철성(Hwang, Cheol Seong) 대한토목학회 2016 대한토목학회 학술대회 Vol.2016 No.10