초기재령 콘크리트의 온·습도 변화에 따른 수축변형 상관관계 분석 = Analysis of Internal Stress and Deformation of Early Age Concrete with Respect to Changes in Relative Humidity and Temperature

국문 초록 (Abstract)

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.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

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.

목차 (Table of Contents)

• 제 1장. 서론 = 1
• 1. 연구배경 및 목적 = 1
• 2. 연구동향 = 3
• 2.1 국외 = 3
• 2.1 국내 = 4
• 3. 초기재령 콘크리트 거동 특성 = 7
• 3.1 초기재령 콘크리트의 열전도 특성 = 7
• 3.2 초기재령 콘크리트의 수분이동 및 수축거동 특성 = 10
• 4. 연구범위 = 12
• 제 2장. 온습도 계측 시스템 = 13
• 1. 온습도 계측 시스템 개요 = 13
• 2. 센서부 = 14
• 3. 데이터로거부 = 15
• 4. 컨트롤프로그램 = 16
• 5. 온습도 계측시스템 검증 = 17
• 제 3장. 실험조건 및 방법 = 19
• 1. 실험조건 = 19
• 2. 실험방법 = 21
• 2.1 압축강도 및 탄성계수 = 21
• 2.2 할렬인장강도 = 21
• 2.3 휨강도 = 22
• 2.4 길이변화 = 22
• 2.5 콘크리트 내·외부 변형 및 변형률 = 23
• 2.6 콘크리트내부 온도 및 습도 = 25
• 제 4장. 초기재령 콘크리트의 역학적 특성 시험 결과 = 26
• 1. 배합별 콘크리트 기초 물성시험 = 26
• 1.1 콘크리트 압축강도 및 탄성계수 특성 = 26
• 1.2 콘크리트 인장(할렬)강도 특성 = 30
• 1.3 콘크리트 휨강도 특성 = 32
• 1.4 콘크리트 길이변화 특성 = 33
• 2. 콘크리트 내·외부 변형 및 변형률 특성 = 34
• 2.1 콘크리트 내부 변형률 거동 특성 = 35
• 2.1.1 Control 배합 = 35
• 2.1.2 C-375 배합 = 41
• 2.1.3 C-400 배합 = 47
• 2.2 콘크리트 외부 변형률 거동 특성 = 53
• 2.2.1 콘크리트 표면 변형률 거동 = 54
• 2.2.2 LVDT 측면길이방향 변위 거동 = 57
• 3. 초기재령에 따른 배합별 온·습도 거동 특성 = 60
• 3.1 온도 거동 분석 = 60
• 3.1.1 Control 배합 = 60
• 3.1.2 C-375 배합 = 63
• 3.1.3 C-400 배합 = 67
• 3.2 습도 거동 분석 = 70
• 3.2.1 Control 배합 = 70
• 3.2.2 C-375 배합 = 72
• 3.2.3 C-400 배합 = 74
• 제 5장. 온습도 거동에 따른 수축변형 상관관계 분석 = 76
• 1. 온도 거동에 따른 수축변형 분석 = 76
• 1.1 Control 배합 = 77
• 1.2 C-375 배합 = 81
• 1.3 C-400 배합 = 86
• 2. 콘크리트 부등 건조수축 예측모형 비교 = 92
• 제 6장. 결론 = 94
• 참고문헌 = 96
• Abstract = 102