콘크리트 코어시편 분석실험을 통한 줄눈콘크리트 포장의 열화상태 평가

최선남 강원대학교 2009 국내석사

130MPa급 초고강도콘크리트 현장 적용

양동일 단국대학교 2006 국내박사

To identify the applicability of ultra high strength concrete to construction sites, first, indoor concrete specimen were made by varying concrete proportioning to achieve the compressive strength of more than 130MPa. Then a selected concrete of optimal mixing ratio in the lab was produced at a concrete mixing plant to be transported to a construction site and then delivered to the points of structural members by high pressurized concrete pumps. At these points samples were collected to test characteristics of consistency(flow or slump), strength and hydration heat. The best concrete mixing ratio of the 130MPa compressive strength could be achieved by using the mixing formula of silica fume 10%, fly ash 10%, water-binder-ratio 16.7%, unit water weight 155kg/㎥ and water-reducing agent 2.5%. As the test was conducted, it was recognized that a very delicate change of a concrete ingredient could cause a big difference in the strength and slump. Thus care should be taken to achieve a desired result from the moment of mixing through applying and then through curing. As water-binder-ratio increased, the amount of highly-efficient water reducing agent decreased with the same amount of unit water weight. In contrast, as water-binder-ratio decreased, the amount of highly-efficient water reducing agent increased. Presumably this was due to the fact that the mixing ratio of a highly-efficient water reducing agent and a water-binder-ratio affected most the increment and decrement of compressive strength, air-amount and slump-flow. Temporal change of concrete slump flow and air amount were measured for 120 minutes at the concrete mixing plant and also construction site. At both places slump flow reduced by 5cm and air amount increased by 0.3%, which satisfied quality control target value of 65±5cm and 2%, respectively. According to these results, it is recommended that the time period of 120 minutes taken from a concrete mixing plant to a construction site would be enough to finish concrete placing to maintain the desirable quality of 130MPa super concrete. Relative to the use of silica-fume and non-contractual gypsum with cement, the combination of silica-fume and fly-ash with cement showed better result of reducing hydration heat. In particular, concrete is placed while cold, it is required to protect concrete members, since the temperature difference between the inside of a member and the outside of massive member is large. Two kinds of concrete specimen were made to examine the behavior of temperature(hydration heat) in the concrete members by using the concrete proportioning of 80% cement, 10% silica fume and 10% fly ash. The lab scale (500x500x500mm) member showed the temperature of 82℃ when 32 hours elapsed from the concrete placing. The massive in-situ member showed 94℃ 36 hours later from the concrete placing. For both cases, the temperature difference between inside and outside of the members was 5℃. Members having larger cross-sectional area caused higher hydration heat. Since the member surface was covered with adiabatic material, the temperature difference was relatively small. The target compressive strength, 130MPa, was achieved when the control sample cores were cured in the standard water for 91 days. And samples were collected from mocking members such as adiabatic massive members and column members. The former reached the target strength of 130MPa within 28days, while the latter within 91days. The compressive strength of control cores cured under standard and adiabatic conditions was found to be the nearest to the core strength of mocking members. To examine the reproducibility of the ultra high strength concrete quality, the sample cores were prepared by using the same proportioning recipe and curing condition for the in-situ mocking members. Compressive strength for these cores was measured to be the mean of 123.4MPa with the standard deviation of 3.96MPa showing similarity to the case of mocking members(127MPa). As such, this study showed the applicability of the ultra high strength concrete of 130MPa-class to ultra high-rise buildings. For better concrete, it is recommended to improve the quality of cement and highly-effective water reducing agents. 건설기술의 발전에 따라 더 크고 높은 건축물을 건설하고자 하는 인류의 욕망은 더 커지고, 이를 실현하기 위한 건설재료 중의 하나인 콘크리트 강도증진에 대한 연구가 지속적으로 진행되어 왔다. 콘크리트 강도가 높아지면 건물의 내구성이 커지고 건축물의 초고층화, 대형화, 다양화가 가능하고 콘크리트 단면의 축소로 구조물 자중이 경감되어 보와 슬래브 두께를 얇게 함으로서 층고를 증감하거나 같은 높이에서 많은 층수를 축조할 수 있고 넓은 유효공간이 확보되며, 기초 저면 지정에 사용된 자재 및 철근과 콘크리트 양을 절감하는 효과를 기할 수 있다. 현장시공 및 품질측면에서는 낮은 물결합재비(water binder ratio) 배합으로 건조수축 발생 저감 효과와 콘크리트 표면의 블리딩 최소화 효과를 얻을 수 있으며, 고성능감수제 사용에 의한 유동성 증진으로 자체 충전성이 확보되어 현장시공이 용이해지며, 콘크리트의 조기 강도 발현으로 거푸집 탈형 기간을 단축시킬 수 있는 장점이 있다. 특히 근래에 들어 콘크리트와 관련한 건축기술의 비약적인 발전에 따라 초고층 건축물에서는 설계기준강도 80MPa급 이상의 초고강도콘크리트의 적용이 전 세계적으로 확대되고 있다. 그러나 최근 국내에서도 100층 이상의 초고층 건축물들이 발주 또는 발주 예정되어 있으나, 현장적용성이 고려된 130MPa급 이상의 초고강도콘크리트를 개발하여 현장에서 실제 적용 가능성 여부를 실험, 평가한 연구실적은 미흡하여 이에 대한 연구가 시급한 실정이다. 본 연구에서는 초고강도콘크리트의 현장적용 가능성을 확인하기 위하여 여러 가지 방법의 실내기초 실험으로 연구되어진 최적의 배합비를 찾아서 축소모의부재 예비실험을 실시하였다. 그 후 실물크기와 유사한 모의부재에 130MPa급 초고강도콘크리트를 레미콘 공장에서 생산하여 현장 펌프압송 타설을 통해 콘크리트의 유동특성, 강도특성, 수화열에 관한 실험 결과 다음과 같은 결론을 얻었다. 1. 최적배합비 결정 (1) 130MPa급 초고강도콘크리트 제조 시 공사비와 시공성을 고려할 때 실리카퓸 및 플라이애시 각각 10%, 물결합재비 16.7%, 단위수량 155kg/㎥, 고성능감수제 2.5% 배합이 최적의 배합으로 나타났다. 본 연구 결과 초고강도콘크리트 배합 시 적용배합의 미세한 오차에도 압축강도, 유동성 및 콘크리트 품질에 큰 영향을 미치므로 제조 배합에서 현장시공 및 재령에 이르기까지 전 단계에 대한 세심한 주의가 필요하다. (2) 동일한 단위수량에서 물결합재비가 증가하면 고성능감수제의 사용은 감소하였고, 물결합재비가 감소하면 고성능감수제의 사용이 증가 하였다. 이는 고성능감수제와 물결합재비의 배합비율이 콘크리트 압축강도, 공기량 및 슬럼프플로우 증감에 가장 큰 영향을 미친 것으로 사료된다. 2. 경시변화 측정 슬럼프플로우 및 공기량에 대한 경시변화 측정은 레미콘 공장과 현장에서 각각 120분 동안 측정하였는데 공장과 현장 모두 슬럼프플로우는 5cm 감소하여 관리목표 65±5cm를 만족하였으며, 공기량은 0.3% 증가하여 적용 목표치 2%이내로서 모두 목표값을 만족하였다. 따라서 130MPa급 초고강도콘크리트를 레미콘 공장을 출발하여 현장타설 완료 시 까지 120분 동안 현장시공이 가능하다고 판단된다. 3. 수화열 평가 (1) 초고강도콘크리트의 3성분계 배합에서 실리카퓸과 플라이애시의 적용이 실리카퓸과 무수석고 치환에 비해 수화열 저감 효과가 있는 것으로 나타났으며, 특히 한랭기 타설 시 모의부재 중심부와 표면의 수화열 차이가 크게 발생하는바 현장적용 시 보온대책이 필요한 것으로 사료된다. (2) 동일한 배합비로 실리카퓸 10%, 플라이애시 10%를 치환하여 축소모의부재(500x500x500mm)와 단열매스부재(1,000x1,000x1,000mm) 수화열을 비교 검토한 결과 축소모의부재에서는 콘크리트 타설 32시간 경과 후 최고온도 82℃를 나타냈고, 단열매스부재실험에서는 36시간 이후 94℃를 나타냈으며 각각 콘크리트의 최고, 최저 온도차는 약 5℃를 나타내었다. 이는 부재단면이 클수록 높은 수화열이 발생되었지만 거푸집 외부가 단열처리 되었기 때문에 단열두께, 재질의 선정이 콘크리트 표면온도와 중심부 수화열 온도차의 증감에는 크게 영향을 미치지 못한 것으로 사료된다. 4. 압축강도 130MPa급 적용 (1) 관리용 공시체의 목표 압축강도 130MPa는 표준수중 양생 시 91일에 달성되었고, 모의부재에서 채취한 코어의 경우 단열 매스부재는 28일, 기둥부재는 91일에 만족하였다 표준양생 및 단열양생의 관리용 공시체 압축강도는 모의부재의 코어의 압축강도와 가장 근접하게 나타났다. (2) 초고강도콘크리트 품질의 재현을 위하여 현장모의부재 실험 배합비와 동일 조건하에 콘크리트 압축강도를 측정한 결과 평균 123.4MPa, 표준편차는 3.96로 나타나 당초 현장 적용을 위한 모의부재 실험결과 압축강도(127MPa)와 유사하게 나타났으므로 이는 균일한 초고강도콘크리트가 제조되었기 때문으로 판단된다. 이상과 같은 연구를 통해 최적의 배합으로 균일한 130MPa급 초고강도콘크리트를 대량생산하여 초고층건축물 현장적용 가능성을 확인하였다. 특히 본 연구를 통하여 향후 보다 더 높은 초고강도콘크리트 개발을 위해서는 국내산 시멘트 및 고성능감수제의 품질 향상이 시급하며 더 높은 콘크리트 강도 개발과 더불어 구조 및 내화성능에 관한 연구가 병행된다면 초고강도콘크리트 실용화에 큰 진전이 있을 것으로 기대된다.

水中不分離性 콘크리트의 現場 適用性에 대한 實驗的 硏究

최현 漢陽大學校 産業大學院 2001 국내석사

최근 몇 년간 국내 건설업계에는 성수대교 및 삼풍백화점의 붕괴 등과 같은 크고 작은 사건과 사고를 겪으면서 건설구조물의 부실시공에 대한 자성의 목소리가 높아지고 구조물의 유지관리분야의 중요성이 새롭게 부각되게 되었다. 뿐만 아니라 정부 또한 중요 구조물의 사용성과 안전성을 확보하기 위하여 정기적인 안전점검과 보수 보강을 법적으로 의무화시켜 시행하고 있는 실정이다. 그러나 수중콘크리트 구조물에 대해서는 상황이 좀 틀려진다. 수중콘크리트 구조물은 그 특성상 안전점검 자체가 상당히 곤란하고 보수 보강공사도 많은 제약이 따른다. 물론 최근에는 수중콘크리트 구조물의 보수 보강에 대한 신공법도 많이 소개되고있기는 하지만 그 보수 보강재료라는 것이 고가의 재료로 구성되어 있는 관계로 현장 적용에 많은 무리가 따르는 것이 사실이다. 또한 환경문제에 대한 국민적 관심의 증가로 이러한 수중콘크리트 구조물의 유지관리에 더 많은 어려움이 따르고 있다. 이에 본 연구에서는 수중콘크리트 구조물의 종류별 손상사례를 알아보고 기존에 소개된 보수 보강공법의 현장 적용성에 대한 고찰을 통하여 그 대체 재료로서 수중불분리성 콘크리트에 대한 메커니즘 및 물성특성을 실험을 통하여 알아보았다. 위의 수중불분리성 콘크리트의 메커니즘 및 물성특성에 관한 실험을 통하여 현장 적용성 평가를 실시한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다. 먼저 수중불분리성 혼화제를 사용시 수중에서의 재료분리에 대한 저항성이 향상되는 것을 알 수 있었다. 특히 수중타설시 유동성 및 충진성이 우수하였으며, 블리이딩이 발생하지 않았다. 수중타설시 재료분리에 대한 우수한 저항성으로 인하여 수밀성 내구성이 향상되었으며, 수중타설 콘크리트의 고강도화가 가능함을 알 수있었다. 그 외에 수중타설시 수질오염의 방지 효과가 기대되며, 수중타설 작업중 어떠한 특별한 장치나 기구가 필요없으므로 공기의 단축으로 인한 공사비용의 절감효과가 기대된다. 이와같은 수중불분리성 콘크리트의 우수한 물성특성으로 향후 수중콘크리트 구조물의 축조나 보수 보강공사시 수중불분리성 콘크리트의 적용이 증가될것이라고 생각된다.

中心軸力하의 高强度 鐵筋콘크리트 기둥의 非線型 解析

이희수 漢陽大學校 大學院 2002 국내석사

Recently, high-strength concrete(HSC) has been widely used building structure many countries. However, properties of HSC as a structural material are not sufficient, especially, for its confinement. monotonically, HSC columns under increasing concentric compression will show extremely brittle behavior unless confined with transverse reinforcement that can provide sufficiently high lateral confinement pressure. Nevertheless, the confinement steel requirements for HSC columns in the current ACI building code are intended for normal strength concrete(NSC) and obtained through an arbitrary extension of the requirements for circular spirals. Hence, the arrangement and the resulting efficiency of confinement reinforcement are not considered as design parameters. Also, this code is considering that lateral confinement affects in an enhancement of ductility but still not considering that confinement affects in an enhancement of strength against experimental results of several researchers. Since high-strength concrete are often used in constructing projects now, more than ever, refined stress-strain models for confined high-strength concrete are required to perform analysis or design of structures. Therefore, An study using FEM was conducted to investigate the effectiveness of transverse reinforcement in reinforced concrete tied columns subjected to monotonically increasing axial compression. 26 large-scale columns(260×260×1200mm) were analyzed to simulate similarly an actual structural members size. Effects of main variables such as the concrete compressive strength, the tie configuration, the transverse reinforcement ratio, the tie spacing, and the spalling of the concrete cover were studied in this research program. Also, FEM results were compared with previous Test results, simpled FEM model, - Test Variables Compressive strength of concrete : 225 ~ 800 kgf/cm2 Volumetric ratio of transverse tie : 80%, 100%, 120% of ACI Code Spacing of transverse tie : 40 ~ 150 mm Tie configuration : A, B, C, D, E, F Type Arrangement of longitudinal bar : 4, 8, 12 bars Ratio of longitudinal bar : 2.25 ~ 2.36 % - Test Variables 3D-Full Modeling 3D-Simple Modeling With the above variables, this study consist of six chapters as following. chapter 1. background, purpose and scope of study chapter 2. investigation of previous study chapter 3. FEA summary ; variables selection, Element character, FEA consideration chapter 4. FEM Results and comparison of test results chapter 5, conclusion The conclusions obtained from analyzing FEA and comparison of test results and predicted analytical models are followed. 1. Stress-Strain Curve of Confined Concrete obtained FEA was similarly behaviored that of test results. 2. All specimens analyzed FEM shown that The strength and ductility of the confined concrete obtained the transverse reinforcement, compression Strength, tie arrangement, then study of effectiveness of lateral steel, Nonlinear FEM Analysis could used 3. Increasing Volumetric ratio of lateral steel directly or indirectly improved the strength and ductility of confined concrete. lateral steel having more effective arrangement, the strength of confined concrete was increased. 4. The higher the yield strength of lateral steel, the higher stress contributed. the same arrangement obtained that much having lateral steel much contributed strength of confined concrete. 5. AsNonlinear FEM analysis, the more complex arrangement, the much having lateral steel, very matched FEM analysis results. because of material properties of concrete. widely spacing of lateral steel could not predicted. 6. Nonlinear 3D-SM(Simple Method) FEM analysis was similarly behaviored by test results and Nonlinear 3D-Full FEM analysis. 7. H-Series shown that results of nonlinear FEM analysis was higher obtained by those of test. U-Series very matched. because of material properties of concrete. the Higher Volumetric ratio of Lateral steel of U-Series than H-Series, the more U-Series was very matched. 국내외적으로 높은 압축강도와 탄성계수로 인한 철근 콘크리트 구조물 구조적 최적화, 그리고 부재단면축소 및 공기단축으로 인한 경제성 확보라는 측면에서 많은 이점을 가지고 있는 고강도 콘크리트에 대한 기술은 지난 10년에 걸쳐 많은 연구개발을 통해 발전되어 왔으며, 현재 실용화되고 있는 실정이지만, 여전히 매우 취성적이라는 고강도 콘크리트의 재료적 특성에서 기인되는 구조적인 문제점은 과제로 남아 있는 실정이다. 특히, 고강도 콘크리트의 장점을 최대한 활용할 수 있는 수직 압축구조부재의 경우, 변형능력의 확보측면에서 국내외적으로 이에 대한 연구가 많이 진행되고 있지만, 현재 각 국의 규준에서 반영하고 있는 모델식에서 요구되는 계수들은 콘크리트강도 400 kgf/cm2미만의 보통강도 콘크리트가 사용된 구조부재의 실험으로부터 얻어진 결과이므로 고강도 콘크리트가 일반적으로 사용되어지고 있는 현 시점에서 보통강도 콘크리트에 대한 기존의 모델식을 그대로 반영하여 구조물을 해석 또는 설계할 경우 구조물의 안전성측면에서 많은 문제점을 야기할 수 있다. 따라서 횡구속에 의한 고강도 콘크리트의 응력-변형률 관계를 정확하게 예측할 수 있는 구속모델의 개발은 절실하다 하겠다. 물론 이에 대한 연구가 전혀 이루어지지 않은 것은 아니지만, 구속모델에 영향을 끼치는 모든 변수를 고려한 연구, 특히 고강도 콘크리트를 사용한 실제 구조부재에 가까운 Large Scale에 대한 실험은 국내에서는 전무하며, 국외에서도 많지 않다. 따라서 본 연구에서는 콘크리트 강도, 횡보강근의 체적비, 횡보강근의 배근형태 및 간격, 주근의 배열 등을 주요변수로하여 고강도 콘크리트를 사용한 Large-Scale의 기둥을 대상으로 FEA을 수행하였으며, 이를 바탕으로 고강도 콘크리트 기둥의 구속에 의한 강도와 연성증진 효과와 각각의 변수들이 구속된 콘크리트의 거동에 미치는 영향을 평가하고 실험결과와 비교, 분석을 통하여 구속된 콘크리트에 영향을 미치는 변수들의 상관성 규명 및 ACI의 띠철근 요구량에 대한 규준의 타당성을 검토하고 FEM 해석결과와 단순화된 FEM 모델들의 비교, 분석을 통해 단순화된 횡구속 모델의 타당성을 검토하여 보다 합리적인 FEA 구속모델을 제안하여 향후 수학적 모델과의 비교하는 기초 자료를 제공하고자 한다. 본 연구에서의 주요 변수들은 다음과 같다. 실험상의 변수 Large Scale의 실험체 : 260×260×1200mm ㆍ콘크리트 강도 : 225~800 kgf/cm2 ㆍ횡보강근의 체적비 : ACI 규준의 80%, 100%, 120% ㆍ횡보강근의 간격 : 40~150 mm ㆍ횡보강근의 형태 : A, B, C, D, E, F 형태 ㆍ주근의 체적비 : 2.25~4.16% ㆍ주근의 배열 : 4개, 8개, 12개 해석상의 변수 ㆍ3D Full 모델링 ㆍ3D 단순 모델링 본 논문의 구성은 다음과 같이 5장으로 구성되어 있다. 제 1장은 연구의 배경, 목적, 범위, 내용을 기술하였다. 제 2장은 규준식 및 기존연구에 대하여 기술하였다. 제 3장은 해석개요, 실험체 모델링 상황 및 콘크리트/철근 요소, 해석시 상황시 유의사항 등을 기술하였다. 제 4장은 FEM 해석의 결과 및 실험치와 비교 및 분석을 기술하였다. 제 5장은 중심축력하의 고강도콘크리트 기둥의 비선형해석에서 얻어진 결론을 기술하였다. 중심축력하의 고강도 철근콘크리트 기둥의 비선형해석에서 얻어진 결론은 다음과 같다. 1. FEM해석으로 얻어진 구속된 콘크리트의 응력-변형률 곡선은 실험치와 유사한거동을 보였다. 2. FEM해석한 모든 실험체는 강도 및 연성증진에서 횡보강근의 영향을 받는 것으로 나타났으며, 이는 기존 실험 논문에서도 증명되었다. 그러나 FEM해석으로 횡보강근의 영향을 증명한 것은 많이 없으며, FEM해석으로 횡보강근의 영향을 증명할 수 있다고 판단된다. 3. 체적비의 증가는 구속된 콘크리트에 직접적으로 강도와 연성을 모두 향상시킬 수 있으며, 더 효과적인 횡보강근의 배근형태를 가질 경우, 강도증진에 더 우수한 것으로 판단된다. 4. 횡보강근의 항복강도가 높을수록 더 많은 응력을 받는 것으로 나타났으며, 동일한 Type에서 횡보강근량이 많을수록 더 많은 횡보강근의 응력을 받는 것으로 나타났다. 5. FEM해석은 타입이 복잡할수록, 횡보강근량이 많을수록 다시말해서, A-Type보다는 E, F-Type으로 갈수록 더 잘 일치하는 것으로 나타났다. 이는 FEM해석상 횡보강근의 간격이 넓으면 콘크리트의 재료적 성질이 강해 FEM해석으로 예측하기가 곤란한 것으로 판단된다. 6. 단순FEM-해석치는 실험치와 유사하나, 향후 사용시 값을 수정하여 사용하여야 된다고 판단된다. 왜냐하면, 주근의 영향으로 약간의 지연이 일어나는 것으로 판단된다. 그러나, 값은 실험치와 잘 일치하는 것으로 나타났다. 7. H-Series는 강도 및 연성증진에서 실험치보다 다 높은 값을 보였다, 그러나 U-Series는 강도 및 연성 증진에서 실험치와 거의 유사하였다. 왜냐하면, H-Series는 횡보강근의 철근량이 적어 콘크리트의 재료적인 성질에 많이 좌우되고 그러나 U-Series는 H-Series와 달리 횡보강근량이 많아 콘크리트의 재료적인 성질에 그렇게 크게 좌우되지 않은 것을 나타났다. 8. 지진발생 시 기둥의 소성힌지 구역에서 콘크리트가 횡보강근에 의해 구속될 경우 부재의 강도와 연성이 증가되어 기둥의 거동에 상당한 영향을 주는 것으로 알려졌다. 그러나 이러한 거동을 정확히 예측할 수 있는 구속 콘크리트의 모델은 많지 않으며, 고강도 콘크리트 대한 모델은 거의 없는 실정이다. 따라서 구속된 고강도 콘크리트의 거동을 정확히 예측하여 설계에 반영될 수 있는 합리적이면서 실용적인 모델의 개발이 요구된다 하겠다.

음료병 파쇄 혼합 콘크리트강도 변화에 관한 실험적 연구

김수건 서울産業大學校 産業大學院 2003 국내석사

콘크리트에 사용되는 재료들은 진보와 함께 콘크리트의 경제성에 따른 고내 구성은 비교적 용이하게 되었고, 콘크리트 구조물도 대형화, 다양화, 고급화되어 특수한 용도로서의 사용이 늘어나고 있다. 여기에 주안점을 두어 음료병을 파쇄하여 콘크리트에 혼합했을 때 강도에 미치는 영향과 온도변화에 의한 강도 특성을 알아보기 위한 것이다. 현재 국내에서 발생되는 음료병은 해마다 증가하고 있으며, 재활용을 위해 많은 노력을 하고 있다. 하지만 그냥 버려지는 음료병들이 많이 있기에 환경오염에 원인이 되며 또한 비용이 많이 들기 때문에 재활용 방안을 착안해서 실험을 하였다. 음료병 배합 콘크리트 실험시 비록 실린더 몰드일지라도 보통 콘크리트의 경우와 화재로 인한 열화 콘크리트의 경우 다른 특성을 관찰하고자 하였고, 강도 측면에서 증진되는지 아니면 콘크리트가 부족한 인장 및 탄성 기타 특성을 관찰하고자 하였다. 일반적으로 콘크리트가 가열되면 강도 및 탄성계수는 감소한다. 이것은 콘크리트를 구성하는 각 성분의 열 특성 때문이며, 그 변화는 단순하지가 않지만 주로 콘크리트 내부의 수분 증발로 인한 시멘트 페이스트의 수축과 골재의 팽창에 의해 생기는 것이다. 콘크리트 재료 특성을 압축강도, 인장강도 만으로 결정, 단정할 수 없으나 여러 가지 제약을 받는 조건 하에서 가장 중요한 요소인 강도특성 변화를 알고자 하였다. 본 연구는 재활용 음료병 파쇄 입자를 첨가하였을 때 강도에 미치는 영향과 온도 변화에 따른 강도 특성을 알아보기 위한 실험이었으며, 강도 개선에는 많은 영향을 주지는 않았지만, 재활용 차원에서 바닥이나 기타 방안으로 활용을 한다면 유용한 것으로 판단되었다. A high-durability of the concrete materials has been comparatively and easily facilitating with its improvement according to the economical effect of concrete. Also, a concrete construction has been gradually increasing to use it accordance with its large-sized, varied, and high-qualified as a special use. In this test has the purpose to find out the effect to come up with its durability and the characteristic of its intensity by the temperature is changed when mixed with the particle of crashed drink-bottle into concrete. Domestic drink bottles are increasingly wasted, and are much disposed every year. Generally, strength and elastic modulous of concrete will be decreased when it is heated. This is the reason why its characteristic may occur due to mainly elongation of cement paste and aggregate even though it can not be simply described. Concrete material characteristic can not be determined with only compressive strength and tensile strength but these two would be main factors to do under the very restricted conditions. This study is to find out characteristic due to strength and temperature change when the crashed particle of drink bottle was mixed with concrete. And there bas not been any outstanding strength increase but it is concluded that this recycled material could be usefully applied to the floor concrete and so on.

폐콘크리트 미분말의 골재함유량에 따른 재생시멘트의 강도특성에 관한 연구

배종건 동아대학교 산업정보대학원 2012 국내석사

폐콘크리트 미분말의 골재함유량에 따른 재생시멘트의 강도특성에 관한 연구 The Study on the Strength of Recycled Cement by Content of Fine Aggregate from Waste Concrete Powder 건축공학과 배 종 건 지 도 교 수 강 병 희 최근, 순환골재가 추출된 후 배출되는 폐콘크리트내 시멘트 수화물로 구성되어 있는 미분말(cementitious powder)을 고부가가치적으로 재생 및 활용하고자 하는 연구가 다각적으로 이루어지고 있다. 특히, 폐콘크리트 미분말을 700℃로 소성하는 재생시멘트 기술은 저온 합성의 에너지 측면과 강도발현을 통한 효용성 측면에서 고부가가치 기술로서 가치가 크다. 그러나, 현재까지 수행된 연구에 따르면 잔골재 내부의 미립자 성분이 폐콘크리트 미분말 내에 포함됨에 따라 강도저하의 저품질화 문제가 심각하다. 이에 따라, 시멘트계 미분말 중 잔골재 미분의 혼입율에 따라 재생시멘트의 물성은 큰 차이가 나타났으며, 입자 밀도와 입도가 유사한 두 분말의 분리공정도 경제적․기술적 측면에서 용이하지 못하다. 본 연구에서는 폐콘크리트로부터 회수한 시멘트계 미분말 내부의 잔골재 혼입량에 따른 재생시멘트의 물성을 분석하고자 하였다. 이를 통하여 재생시멘트의 경제적인 고품질화를 위한 기초 자료를 제시하는 것을 목적으로 한다. 폐콘크리트 미분말의 잔골재 미분말 혼입에 따른 재생시멘트의 강도특성을 비롯한 제반 물성실험을 수행한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다. (1) 재생시멘트의 X선 회절분석 결과, 시멘트 구성화합물인 C2S와 잔골재 성분인 SiO2의 피크가 크게 나타났다. 이는 폐콘크리트 미분말을 이용한 재생시멘트는 약 700℃의 온도에서 C2S의 저온합성이 가능한 것으로 판단된다. (2) 재생시멘트를 이용한 재생 모르타르의 유동성 시험 결과, 성분조정재 첨가에 의해 재생시멘트의 소화로 인한 분화현상이 감소되는 것을 알 수 있었다. (3) 폐콘크리트 미분말 내부의 잔골재 성분은 재생시멘트의 수경력을 발생시키는 CaO 성분의 저하와 실제 물시멘트비 상승으로 인하여 강도감소에 큰 영향을 미치게 된다. (4) 플라이애쉬를 재생시멘트의 성분조정 원료로서 사용한 경우, 혼합하지 않은 재생시멘트에 비해 압축강도의 개선이 나타났다. 향후, 경제적이고 고품질의 재생시멘트 제조를 위해서는 저품질 실리카 원료물질로서 잔골재 미분말의 활용이 필요하다. 주요어 : 폐콘크리트 미분말, 재생시멘트, 잔골재 미분말, 물시멘트비 이론

반복하중을 받는 철근콘크리트 기둥과 철골보 합성구조의 접합부 성능에 관한 연구

조필규 숭실대학교 1998 국내석사

고성능 철근콘크리트 보-기둥 접합부의 구조성능 평가 및 개선

조효식 경일대학교 산업대학원 1999 국내석사

(초)고층철근콘크리트 건축물이 지진하중 및 풍하중등과 같은 과도한 반복주기 하중을 받을 경우 보-기둥 접합부가 매우 취약하게 되므로 보-기둥 접합부 영역의 고성능화가 절실히 요구되고 있다. 따라서 본 연구에서는 철근큰크리트 보-기둥 접합부의 고성능화 기술 즉 콘크리트의 고강도화, 접합부 영역의 손상을 최소화하고 보의 소성힌지를 보의 내측으로 완전히 이동함과 동시에 내진성능을 향상시키는 내진설계 상세 및 접합부 영역의 띠철근 및 보의 스터럽을 강섬유보강 콘크리트로 대체하는 설계기술을 도입하여 실험을 수행하여 구조성능을 평가하였으며, 본 연구의 실험결과를 근거로 다음과 같은 결론을 얻었다. 1) 철근콘크리트 보-기둥 접합부의 내진성능을 향상시키고, 보-기둥 접합면에 인접하여 발생하는 소성힌지를 보의 내측으로 이동시킬 목적으로 새로운 접합부 설계상세를 도입한 정착형 중간철근(d, 1.5d)과 이중폐쇄스터럽 보강 시험체(HJAIl, HJAI2, HJCI)는 소성힌지의 이동은 물론 내진성능이 현저히 개선되었다. 특히 정착형 중간철근과 보의 코아 큰크리트를 폐쇄스터럽 보강한 시험체 HJCI는 매우 우수한 새로운 접합부 설계상세로 평가되었다. 2) 철근콘크리트 보-기둥 접합부의 철근배근 및 콘크리트 밀실타설의 문제점을 해소하고 띠철근 및 보의 스터럽을 강섬유보강 콘크리트로 대체한 시험체(HJRSI, HJRS2, HJRS3)의 경우 기준시험체 HJC에 비하여 안정적인 이력거동 및 충분한 내력확보, 만족스런 파괴형태를 나타내었다. 3) 정착형 중간철근 및 보의 코아 콘크리트의 구속을 위한 페쇄스터럽을 사용한 시험체 HJCI의 경우 기준시험체 HJC에 비하여 변위연성 1∼5 범위에서 최대 내력이 25%∼40% 증대되었으며, 변위연성 1∼5정도까지는 안정적인 거동을 나타내었다. 4) 보-기둥 접합부 영역의 철근배근 및 콘크리트 밀실 타설의 어려움을 해결하고자 접합부 영역의 보와 기둥의 전단보강근을 강섬유보강 콘크리트 시험체 HJRS3의 경우 변위연성 3에서 기준시험체 HJC에 비하여 최대내력이 18% 증가하였다. 5) 소성힌지의 이동 및 구조성능의 개선을 위한 시험체(HJAIl, HJAI2, HJCI)의 경우 중간철근의 배근(1.0d, 1,5d) 및 패쇄스터럽의 사용에 따라 소성힌지가 보의 내측으로 각각 20㎝, 30cm 범위로 충분히 이동하였다. 6) 보-기둥 접합부 영역의 손상을 최소화 할 목적으로 설계된 시험체(HJAIl HJAI2, HJCI)의 경우 소성힌지의 이동에 따라 접합면에서 보의 내측으로 20cm-30cm범위에서 균열이 집중되면서 안정적인 파괴형태를 나타내었다. 7) 보-기둥 접합부 영역에 강섬유보강 큰크리트를 적용한 시험체(HJSI1, HJSI2 HJSI3)의 경우 변위연성 5정도에서 접합면에 균열이 집중되면서 균열이 확산되었고, 변위연성 7에서 접합면에서 보의 내측으로 15-20cm범위에서 콘크리트의 탈력 및 압괴현상으로 파괴되었다. 또한 강섬유 혼입율의 증가에 따라 보의 내측으로 균열간격이 넓게 형성되었다. For high-rise reinforced concrete buildings, high-performance techniques are demanded in the joint region as beam-column joints are very weak under repeated reversed loading such as earthquake and wind loading. In this dissertation, experimental research was carried out to study the hysteretic behavior of reinforced high-strength concrete beam-column joints designed by high performance techniques, such as application of high-strength concrete, reducing of joint regions damage, moving of beam plastic hinge, and steel fiber concrete. And such joints was tested to evaluate the earthquake-resistant performance and to develop new design approaches for the actual design in high-rise reinforced concrete buildings. 1) Specimens(HJAI1, HJAI2, HJCI), designed by the development of earthquake-resistant performance, moving of beam plastic hinge, and new design approach, were attained the moving of beam plastic hinge and developed significantly earthquake-resistant performance of such joints. Especially, specimen HJCI, designed by the supplemental intermediate longitudinal reinforcement and the closed stirrup of confinement of concrete in beam, was evaluated very excellent new design details of reinforced beam-column joints. 2) Solving the congestion of reinforcement and throughly placing of concrete in reinforced beam-column joint, specimens(HJRS1, HJRS2, HJRS3), replaced shear reinforcement into steel fiber concrete were showed stable hysteresis behavior, sufficient maximum load carrying capacity, and satisfactory crack pattern. 3) Applying the anchorage type supplemental intermediate longitudinal reinforcement and the closed stirrup for the confinement of core concrete in beam. specimen HJCI was increased its maximum carrying capacity by 25-40% at displacement ductilities of 1-5, and showed satisfactory behavior for displacement ductilities of 5 or lower. 4) Specimen HJRS3, designed by solving the congestion of reinforcement, thoroughly placing of concrete and application of steel fiber concrete and application of steel fiber concrete, was increased its maximum carrying capacity ' by 18% in comparision with the standard specimen HJC for displacement ductility of 3. 5) Specimens(HJAI1, HJAI2, HJCI), designed by moving of beam plastic hinge and development of structural performance were sufficiently moved away 20cm, 30cm from the column face respectively due to adding supplemental intermediate longitudinal reinforcement over a specific length 1.0d and 1.5d and application of closed stirrup. 6) Specimens(HJAI1, HJAI2, HJCI), designed by the purpose of minimizing the damage of beam-column joints, were stablely failed with the concentrating crack in 20~30cm range away from the column face. 7) Specimens(HJRS1, HJRS2, HJRS3), designed by the application of steel fiber concrete in the beam-column joint region, were concentrated and spreaded cracking at the joint face for displacement ductility of 5. For displacement ductility of 7, these were falled and successively crushed the concrete of beam at the 15-20cm range of inside beam. Increasing the percent of steel fiber incorporated, spacing of crack were happened widely into inside beam.

초기재령 콘크리트의 온·습도 변화에 따른 수축변형 상관관계 분석

홍성기 강원대학교 산업대학원 2009 국내석사

콘크리트 구조물의 역학적 거동은 시공환경, 재료조건, 설계조건, 시공 직후 온·습도 조건 등의 외부환경에 의해 크게 좌우된다. 특히, 타설 직후 초기 재령 시 콘크리트 내부의 온도 및 습도의 분포와 변화는 내부 응력을 유발하게 되며, 발생한 응력의 크기가 콘크리트 인장응력을 초과하게 된다면 콘크리트에 균열이 발생하게 된다. 최근 원자로, 가스저장시설, 방사능 폐기물 처리장 등과 같은 고성능콘크리트(Hight Performance Concrete)구조물을 건설하기 위하여 초기재령 시 콘크리트의 결함을 제어하는 것이 필수적이며, 이를 제어하기 위해서는 초기재령에서의 거동을 정확히 측정 분석할 수 있는 측정기법이 요구된다. 이에 본 연구에서는 콘크리트 초기 재령 시 콘크리트 내부 온도 및 습도의 거동을 측정할 수 있는 새로운 계측시스템을 개발하였다. 개발된 시스템을 활용하여 배합 변수에 따른 각 콘크리트 시험체에 재령기간별 내부 온도 및 습도 거동을 측정하였으며, 시험체 내부 및 외부에 변형률게이지를 활용하여 변형 거동을 측정하여 상관관계를 분석하였다. 측정 결과 우각부 및 상부와 같은 콘크리트 구조물의 외각부에서 건조수축이 가장 활발하게 진행되었으며 구조물의 중부 및 하부의 경우 건조수축이 상대적으로 작게 발생되어 구조물의 위치에 따른 부등수축거동이 나타남을 확인할 수 있었다. 또한 시험체의 우각부 및 상부 표면에서는 건조수축의 영향이 지배적으로 발생되며, 중부 및 하부에서는 온도수축의 영향이 지배적인 것으로 나타났다. 그러나 중부 및 하부에서는 구조물의 내부구속 및 외부구속으로 인하여 온도 변화에 따라 예상된 수축변형률 보다 낮은 수축변형률이 측정되었다. 이는 내부 잔류응력으로 구조물에 지속적인 영향을 미칠 것으로 판단된다. 콘크리트 초기재령 결함을 제어하기 위하여 이러한 콘크리트의 부등수축거동을 정확히 예측할 수 있어야 한다. 그러나 콘크리트의 위치별 구속조건에 따라 달라지는 수축거동을 정확히 예측하기 위해서는 내부 온도 및 습도의 거동뿐만 아니라 내부구속 및 외부구속 등의 구속조건에 분석에 대한 연구가 진행되어져야 할 것으로 판단되며, 향후 연구를 통하여 콘크리트 구조물의 초기 재령시 위치별 부등수축거동을 예측하여 이로 인하여 발생되는 균열 및 내구성 저하를 감소시킬 수 있을 것으로 판단된다. Concrete is still one most common construction materials such as for bridges, pavement, and other civil infrastructures. As structures become massive and mega-sized, the importance of early age concrete quality control becomes more significant. Quality control of early age concrete significantly influences the long term performance. Among various factors, primary factors for early age concrete quality control should include the relative humidity and temperature variation. These are more important for massive scaled concrete, for example, nuclear reactor, LNG gas tank, nuclear waste storage facility that require high level of crack control. Temperature raise due to cement hydration causes stress, which can develop to cracking with internal and/or external restraints. Exposure conditions including ambient temperature, humidity and wind also significantly affect the cracking behavior of early age concrete. Among many of studies on the early age concrete behavior, investigation on the variation of temperature and relative humidity internal of concrete is not common. That is in part because the difficulties in measuring the relative humidity and temperature inside the concrete. This study used a digital sensor with an appropriate logger to measure internal temperature and relative humidity. This direct measuring method is expected to provide more reliable and comprehensive data acquisition on the early age behavior of concrete. In addition the behavior of concrete immediately after removal of forms were monitored through embedded strain gages, surface attached strain gages and LVDTs. From the measures results, it was seen that drying shrinkage developed more significantly at the outer corner of the specimen and the relative humidity profile showed a developed gradient of reative humidity through the depth of the specimen. At the outer corner of the specimen, the drying shrinkage governed the early age behavior but the temperature in the middle of concrete specimen and bottom where the moisture transfer was relatively restricted. However, in the middle and bottom part, the strain due to the temperature variation and restraints remains as a residual strain and this may continuously affect the cracking behavior of concrete. In order to control the cracking behavior of very early age concrete, the shrinkage/expansion behavior should be more accurately evaluated. The relationship between internal relative humidity and temperature should adequately evaluated and hence help understanding the early age cracking behavior of concrete. The study herein is believed to provide fundamentals for the early age cracking behavior analysis and further research may extended to verify the behavior based on the measured results.

콘크리트의 초기재령에 미치는 중성화 영향에 대한 실험적 연구

朴德基 삼척대학교 2002 국내석사

철근 콘크리트 구조물은 공학적인 면과 경제적인 면에서 많은 장점을 가진 건설재료로서 철강재와 더불어 그 사용량이 점차로 증대되어 오늘날에는 전체 건설시장에서 거의 절대적인 비중을 차지하고 있다. 이러한 콘크리트는 주재료인 시멘트의 pH값이 13~15정도의 강알카리성으로서 일반적인 노출환경 아래에서 콘크리트에 매입된 철근이 부식에 대하여 강한 내구성을 갖도록 하고 있으나, 대기중의 CO₂에 의하여 콘크리트가 중성화 될 경우 철근이 부식되고 이는 철근의 단면손실 및 부피팽창으로 인한 콘크리트의 균열을 발생시켜 결국에는 콘크리트의 내구연한을 단축시키는 주요원인으로 작용하게 된다. 따라서 중성화에 대한 연구는 과거부터 계속 진행되어고 있다. 그러나 중성화는 장기간에 걸친 반응이 필요하므로 단시간의 중성화 저항성을 판단하기 위하여 촉진중성화 시험을 실시하고 있다. 이 촉진중성화 시험 방법은 여러 가지가 있으나 대부분 수중에서 28일을 양생한 이후 기중 상태에서 14일 이상을 방치한 후에 중성화시험을 하게 되므로 최소 2개월 이상의 시간이 걸리게 된다. 따라서 기존의 촉진중성화시험에 의한 연구는 양생이 어느 정도 진행된 상태에서 실시한 것이며 재령 초기에 중성화가 미치는 영향에 대한 연구는 현재 별로 이루어지지 않고 있다. 따라서 본 연구는 기존의 촉진중성화 시험에서 제시하는 재령보다 빠른 초기 재령에서 중성화가 콘크리트의 역학적 특성에 미치는 영향을 측정하고, 기존의 촉진중성화 시험과 비교하여 그 상관관계를 도출함으로써 보다 빠른 촉진중성화 시험의 가능성을 제안하고자 하였다. 본 연구의 방법으로는 중성화에 대한 기존 문헌 및 자료를 수집하고, 콘크리트에 중성화가 미치는 영향을 연구하기 위하여 콘크리트의 역학적 특성과 중성화반응의 관계를 비교하고자 현재 범용적으로 사용되고 있는 설계기준강도 210kgf/㎠과 240kgf/㎠의 두가지 배합을 대상으로 재령 3, 7, 14, 28일의 초기재령과 수중양생 28일 이후 기중에서 14일 방치하는 기존의 중성화 시험으로 구분하여 역학적 실험과 촉진중성화 시험을 실시하였다. 그 결과는 다음과 같다. 1) 콘크리트의 슬럼프를 시험한 결과, 단위수량이 동일할 경우 물시멘트비가 4% 감소함에 따라 슬럼프가 1cm 감소하는 것으로 나타났다. 또한 공기량을 시험한 결과, 공기량이 0.8% 정도 증가하였을 때 압축강도는 34kgf/㎠ 감소하는 것으로 나타났으며 단위용적중량은 설계기준강도와 재령에 상관없이 거의 동일하게 나타났다. 2) 압축강도를 시험한 결과, 재령 3일에서 재령 42일의 압축강도가 설계기준강도가 210kgf/m2인 경우 120~265kgf/㎠으로 나타났으며, 240kgf/㎠인 경우는 177~307kgf/㎠으로 나타났다. 또한 인장강도에 대한 압축강도비인 취도계수는 설계기준강도 210kgf/㎠인 경우는 10.7이고 240kgf/㎠인 경우는 8.4로 나타나 일반적인 범위인 10~13보다 작게 측정되었다. 3) 콘크리트의 중성화를 시험한 결과 설계기준강도 210kgf/㎠인 배합은 재령 3일의 경우 중성화깊이는 15.1mm, 재령 42일인 경우 1.91mm로 매우 낮게 나타 났으며, 설계기준강도 240kgf/㎠인 배합은 재령 3일의 경우 11.08mm, 재령 42일인 경우 0.43mm로 나타났다. 또한 압축강도가 증가할수록 중성화깊이는 낮게 나타났으며, 반대로 공기량이 증가할수록 중성화깊이는 증가하는 것으로 나타났다. 4) 기존의 촉진중성화시험과 초기재령의 촉진중성화시험을 비교한 결과, 중성화 속도계수를 이용하여 재령 28일 이전의 초기 재령에서 실시한 촉진중성화시험 적용이 가능한 것으로 판단된다. The Reinforced concrete is very important construction material having many merits in the aspect of engineering and economy today. This concrete has high durability against corrosion of embeded bar because the cement is high alkaline, component main material of concrete. but CO₂in the atmosphere brings out carbonation of concrete, and embeded bar is corroded. this corrosion is a cause of crack because volume of embeded bar is expanded, and finally concrete building is destoried. So Many studies about carbonation have been proceeding from past. But the carbonation test needs long time, so most of carbonation tests are done according to acceleration test method. The acceleration test method are many type. Most of test keep test piece in air for 14 days or more after cure in water for 28 days. this acceleration test takes more than 2 month. So established test methods is executed with somewhat cured test pieces, a study of carbonation in early time has not been progressed yet. The purpose of this study is that how carbonation in earlier age than established test time has an effect on mechanical property of concrete, and compare with established accelerative carbonation test and take a mutual relation and propose possibility of faster accelerative carbonation test. As method of this study first gathered existing documents and data and second peformed mechanical test and accelerative carbonation test with design strength 210 and 240kgf/㎠ in two parts - one was early curing age of 3, 7, 14, 28 days and the other was keeping in air for 14days after curing 28days in water - for the purpose of relation between mechanical property and carbonation depth. The result was as follows. 1) As a result of concrete slump test, slump decreased by 1cm when W/C decreased by 4% in same water content. And as a result of air content test when air content increased by 0.8% compressive strength decreased by 34kgf/㎠, and unit volume weight was almost same without relation for strength and age. 2) As a result of compressive strength test, compressive strength was 120~265kgf/㎠ for 210kgf/㎠ of design strength and 177~307kgf/㎠ for 240kgf/㎠ for curing time from 3days to 42days. Brittleness number was 10.7 for 210kgf/㎠ of design strength and 8.4 for 240kgf/㎠ of design strength, was small than 10~13 of general brittleness number scope. 3) As a result of carbonation test, carbonation depth was 15.1mm for 3days curing, 1.91mm for 42days curing for 210kgf/㎠ of design strength and 11.08mm for 3days curing, 0.43mm for 42days curing for 240kgf/㎠ of design strength. Also as compressive strength increased carbonation depth decreased and on the contrary as air content increased carbonation depth increased. 4) As as result of comparison established accelerative carbonation test with faster accelerative carbonation test, using carbonation velocity coefficient we could use faster accelerative carbonation test.