경화중인 콘크리트의 수축계수 모델링 = Modeling of Shrinkage Coefficient of Hardening Concrete

국문 초록 (Abstract)

콘크리트의 건조수축은 대부분 콘크리트 타설 후 외부 환경에 의한 수분 손실에 의해 발생이 된다. 이때 내부구속 혹은 외부구속이 발생하여 콘크리트 구조물 내에 건조수축 응력이 발생하게 된다. 이때 발생한 인장응력이 콘크리트가 가지고 있는 인장강도를 초과하게 되면 콘크리트 표면에 균열을 발생시킨다. 발생한 균열은 콘크리트 내구성과 사용성을 저하시키기 때문에 건조수축에 대한 정밀한 평가가 필요하다.
수축계수는 내부상대습도의 변화에 따른 콘크리트의 체적 변화량으로 정의되며 건조수축응력 수치해석에 이용이 된다. 건조수축응력 유한요소해석은 내부상대습도 변화에 대한 자유건조수축의 구속도를 평가하는 것이다. 즉, 수축계수를 모델링하기 위해서는 콘크리트 내부상대습도의 측정이 필요하다. 그러나 기존 Code의 건조수축 모델은 콘크리트 내부상대습도 측정 없이 단순히 대기의 상대습도와 시간에 따른 길이변화를 측정함으로써 건조수축을 평가하였다. 또한 최근의 연구에서 제안된 수축계수들은 주로 경화된 콘크리트를 대상으로 실험적으로 추정되어 경화중인 콘크리트의 수축계수와 다를 것으로 예상된다.
이 연구를 통하여서 경화중인 콘크리트의 건조수축을 모델링하였다. 콘크리트 타설 이후부터 시간에 따라 건조수축과 내부상대습도의 변화를 지속적으로 측정하여 경화중인 콘크리트의 수축계수를 실험적으로 평가하였다. 실험 결과를 통해 기존의 연구에서 상수로 제시하였던 수축계수의 재령 의존성을 강하게 제시하였다. 또한 기존의 실험 방법과는 차별성 있는 새로운 실험 방법을 도입하여 1차원적으로 수축과 상대습도를 평가할 수 있는 환경을 구축하였다. 그리고 이론적으로만 평가되었던 극한건조수축을 실험적으로 측정하였으며, 측정 결과를 토대로 압축 강도의 함수로 모델링 하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Drying shrinkage of concrete is caused as moisture of concrete is lost by environment. Internal restraint or external restraint against free volume chage of concrete leads to drying shrinkage stress development in concrete structure. These stress may affects the cracking potential in early-age concrete. Early-age cracking tends to reduce the durability, serviceability, and performance of concrete structure. Therefore, accurate study related to drying shrinkage is necessary.
The shrinkage coefficient, that represents volume variation according to changes in relative humidity(RH), has been used in evaluating drying shrinkage stress in the numerical analysis. The numerical analysis for drying shrinkage stress evaluates the restraint of free drying shrinkage due to a change in RH. Therefore the modeling of shrinkage coefficient requires the measurement of RH. But the models of drying shrinkage which existing code has proposed were measured without measuring internal RH in concrete. These models have been evaluated with simply mesurement of the lenghth change of concrete over time in the controlled environment. Shrinkage coefficients in existing studies were experimentally modeled from drying behavior of hardened concrete, so that it may be discrepancy from drying behavior of hardening concrete.
This study experimentally suggested the modelling of shrinkage coefficient of hardening concrete. Variations of RH and drying shrinkage was continuously measured over time from concrete casting. The test results shows strongly age-dependency of shrinkage coefficient against existing studies. The new test method was proposed to estimating shrinkage coefficient efficiently. The ultimate shrinkage coefficient was experimentally modeled, which is expressed as a function of compressive strength.

목차 (Table of Contents)

• 1 장. 서 론 1
• 1.1. 연구의 배경 및 필요성 1
• 1.2. 기존 연구 동향 3
• 1.3. 연구의 차별성 6
• 2 장. 이론적 배경 7
• 2.1. 시멘트 페이스트의 구조 7
• 2.1.1. 시멘트 페이스트의 고체 7
• 2.1.2. 시멘트 페이스트의 공극 구조 11
• 2.1.3. 시멘트 페이스트 내부의 수분 15
• 2.2. 콘크리트의 건조수축 18
• 2.2.1. 콘크리트 건조수축의 메커니즘 18
• 2.2.2. 경화중인 콘크리트에서의 수축계수 22
• 3 장. 실험 27
• 3.1. 실험 방법 27
• 3.2. 실험 결과 31
• 3.3. 실험 결과 분석 36
• 3.3.1. 단면의 상대습도 평균을 사용한 등가재령과 탄성계수 36
• 3.3.2. 경화중인 콘크리트의 수축계수의 재령 의존성 43
• 3.4. 경화중인 콘크리트의 수축계수 모델링 49
• 4 장. 결론 54
• 참 고 문 헌 56
• 국 문 초 록 60
• ABSTRACT 62