부순모래를 사용한 습식 숏크리트의 광물성 혼화재료 혼입에 따른 내구성 평가 :Durability Assessment for Crushed Sand Wet-mix Shotcrete mixed with Mineral Admixtures

이겨레

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자료유형: 학위논문

저자정보: 이겨레 (강원대학교, 강원대학교 대학원)

지도교수: 윤경구

발행연도: 2013

저작권: 강원대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

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이 논문의 연구 히스토리 (5)

2018

광물성 혼화재료를 혼입한 고성능 모르타르의 염해저항성 평가

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광물성 혼화재료를 혼입한 고성능 모르타르의 염해 및 화학저항성 평가

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광물성 혼화재료를 혼입한 고성능 모르타르의 화학저항성 평가

이겨레 , 윤경구 , 김이준 외 2명 한국콘크리트학회 학술대회 논문집 2018.05 학술대회자료

2014

부순모래를 사용한 습식 숏크리트의 광물성 혼화재료 혼입에 따른 내구성 평가

이겨레 , 한승연 , 남궁경 외 1명 콘크리트학회 논문집 2014.10 학술저널

2013

부순모래를 사용한 습식 숏크리트의 광물성 혼화재료 혼입에 따른 내구성 평가

이겨레 토목공학과 2013.01 학위논문

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1차 지보재인 숏크리트는 별도의 거푸집을 사용하지 않고 숏크리트 장비를 사용하여 굴착된 원지반에 공기압으로 콘크리트를 뿜어붙이는 공법으로 지반의 이완을 방지하여 원지반의 강도를 유지하고, 콘크리트 아치로서 하중을 분담하는 역할을 한다. 최근 숏크리트의 고강도 및 고성능화에 대한 연구는 진행되고 있으나, 숏크리트의 구성재료 중 80 % 이상을 차지하는 골재에 대한 분석이 미비하다. 천연골재의 고갈 문제, 생산지에 따른 물리적 성질 변화에 따른 품질확보가 어려운 실정이다. 이에 본 논문에서는 품질확보를 위하여 혼합골재 입도분포를 적용한 부순모래 숏크리트에 혼화재료의 종류 및 혼입률의 변동을 주어 혼입하여 숏크리트의 기초특성과 내구특성에 미치는 영향을 고찰하였다. 또한 각 혼화재료의 주요 혼입률을 선정하여 실제 숏팅을 하여 숏팅 전·후의 기초특성과 내구특성을 분석하였다.
혼화재료의 혼입에 따른 부순모래 숏크리트의 기초특성 및 내구특성 평가 위하여 실내실험과 실제 숏팅로 나누어 실험을 실시하였다. 배합설계는 목표슬럼프 100±20 mm, 목표공기량 5.0±2.0 %를 기준으로 시멘트는 1종 포틀랜드 시멘트, 골재는 굵은골재 최대치수 10 mm인 쇄석과 부순모래를 혼합골재 입도분포를 적용하여 혼합골재를 사용하였다. 혼화재료는 플라이애시, 실리카퓸, 메타카올린, 고로슬래그 미분말을 사용하였고, 혼화제로는 고유동화제를 사용하였다. 실내실험에서는 혼화재 미혼입, 플라이애시 혼입률 10, 20, 30 %, 실리카퓸 혼입률 5, 10, 15 %, 메타카올린 5, 10, 15 %, 고로슬래그 미분말 30, 40, 50 %를 변수로 실험을 수행하였다. 실험은 강제식 믹서를 이용하였고 굳기 전 콘크리트 시험항목은 슬럼프, 공기량 시험을 실시하였고, 굳은 후 콘크리트 시험항목은 압축강도, 염소이온 침투 저항성, 황산저항성, 화상분석, 끓는 물 흡수시험을 실시하였다. 숏팅에서는 혼화재 미혼입, 플라이애시 혼입률 20 %, 실리카퓸 혼입률 10%, 메타카올린 혼입률 10 %, 고로슬래그 미분말 혼입률 40 %를 변수로 실험을 수행하였다. 실험은 숏크리트 머신 Allentown Magnum 장비를 이용하여 숏팅하였고 펌핑 전·후 시험항목은 슬럼프, 공기량 시험을 실시하였고, 숏팅 후 시험항목은 실내실험과 마찬가지로 압축강도, 염소이온 침투 저항성, 황산저항성, 화상분석, 끓는 물 흡수시험을 실시하여 숏크리트 펌핑 전·숏팅 후의 내구특성을 비교·분석 하였다.
실내실험 결과 광물성 혼화재료 혼입률이 증가할수록 압축강도가 증가하는 경향을 보였다. 특히 메타카올린을 혼입한 경우 가장 우수한 강도 증진효과를 보였으며, 숏팅 후 압축강도 역시 코어링에 의한 강도감소 현상을 감안하여도 강도 발현이 우수한 혼화재료로 판단된다. 염소이온 침투저항성 시험과 황산저항성 시험 결과 광물성 혼화재료 혼입은 염소이온과 황산에 대한 저항성이 증진되는 경향을 보인다. 화상분석을 통한 공극구조 분석 결과 공기연행제를 사용하지 않아 소요의 간격계수와 비표면적을 얻는데 실패하였으며, 향후 공기연행제의 도입 후 실험이 진행될 필요성을 보이고 있다.

Shotcrete is the method to spray a concrete using a machinery with high air pressure, not using an another mold. While a many study on high strength and high performance of shotcrete has been done recently, a research on aggregate grade, which composes more than 80% in the components of shotcrete, is very rare. Also, there are insufficient studies on the durability properties of shotcrete using high quality admixture, which is very important on the durability by actual shotcreting. The purpose of this dissertation was to investigate the effect of mineral admixtures, such as fly ash, blast furnace slag powder, meta kaolin and silica fume, on the basic properties and durability of crushed sand shotcrete, selecting a series of shotcrete mixtures with a variable admixture.
A series of experimental works were conducted at a laboratory together with actual shotcreting. The mix design of shotcrete had a target slump of 100 ± 20 mm and a target air content of 10.0 ± 3.0 % before shotcreting with an ordinary portland cement. A mixed aggregate was used with a maximum size of 10mm coarse aggregate and a crushed sand. Silica fume, fly ash, blast furnace slag powder and meta kaolin were chosen as mineral admixtures for shotcrete mixture. The incorporation ratio of mineral admixture were 5%, 10% and 15% with silica fume, 10%, 20% and 30% with fly ash, 30%, 40% and 50% with ground granulated blast furnace slag, and 5%, 10% and 15% with meta kaolin in a series of laboratory tests. Both of fresh and hardened shotcrete were tested. Fresh concrete tests included slump and air content, while hardened concrete tests included compressive strength, rapid chloride ion permeability, sulfuric acid resistance test, image analysis for air void structure and boiled water absorption test. Shotcreting was conducted on the shotcrete mixture without mineral admixture and with silica fume having 10% of cement by weight, fly ash having 20%, ground granulated blast furnace slag having 40%, and metakaolin having 10%. Experiment items were the same as laboratory test.
Compressive strength increased as the content of mineral admixtures increased, specially it was the most effective when using meta kaolin both at sample specimen and core after shotcreting. Rapid chloride ion permeability test and sulfuric acid resistance test showed that both durability increased as the substitute rate of mineral admixture increased. In air void analysis with image analysis, the targeted the spacing factor and specific surface were not satisfied because air-entrained agent was not used.

#습식 #내구성 #광물성

제 1 장 서론 1
1.1 연구배경 및 목적 1
1.2 국내·외 연구 동향 2
1.2.1 국내 연구 동향 2
1.2.2 국외 연구 동향 4
1.3 연구내용 및 범위 6
1.4 논문 구성 6
제 2 장 내구성 평가에 대한 이론적 고찰 8
2.1 개요 8
2.2 숏크리트 정의 9
2.2.1 건식 숏크리트 공법(Dry-Mix Process) 10
2.2.2 습식 숏크리트 공법(Wet-Mix Process) 10
2.3 광물성 혼화재료의 종류 13
2.3.1 플라이애시(Fly Ash) 13
2.3.2 실리카퓸(Silica Fume) 14
2.3.3 메타카올린(Metakaolin) 16
2.3.4 고로슬래그 미분말(GGBFS) 17
2.4 숏크리트의 내구성 항목 및 이론 19
2.4.1 구조물의 성능저하 개념 19
2.4.2 염해와 철 부식 20
2.4.3 동결융해 20
2.4.4 중성화(탄산염) 24
2.4.5 화학적 침식 25
2.4.6 복합열화 26
제 3 장 실험계획 및 방법 27
3.1 개요 27
3.2 실험 계획 28
3.3 실험 재료 29
3.3.1 시멘트 29
3.3.2 골재 29
3.3.3 혼화재료 30
3.4 숏크리트 배합 35
3.4.1 배합설계 35
3.4.2 습식 숏크리트 생산 장비 및 시편제작 방법 37
3.5 실험방법 40
3.5.1 공기량 시험 40
3.5.2 슬럼프 시험 40
3.5.3 압축강도 시험 41
3.5.4 염소이온 침투 저항성 시험 43
3.5.5 내약품성 시험 46
3.5.6 화상분석 시험 48
3.5.7 끓는 물 흡수 시험 49
제 4 장 실험결과 및 고찰 50
4.1 개요 50
4.2 플라이애시 혼입에 따른 특성 51
4.2.1 공기량 및 슬럼프 시험 51
4.2.2 압축강도 52
4.2.3 염소이온 침투저항성 시험 53
4.2.4 황산 저항성 시험 54
4.2.5 화상분석 시험 55
4.2.6 끓는 물 흡수 시험 56
4.3 실리카퓸 혼입에 따른 특성 58
4.3.1 공기량 및 슬럼프 시험 58
4.3.2 압축강도 59
4.3.3 염소이온 침투저항성 시험 60
4.3.4 황산 저항성 시험 61
4.3.5 화상분석 시험 62
4.3.6 끓는 물 흡수 시험 63
4.4 메타카올린 혼입에 따른 특성 65
4.4.1 공기량 및 슬럼프 시험 65
4.4.2 압축강도 66
4.4.3 염소이온 침투저항성 시험 67
4.4.4 황산 저항성 시험 68
4.4.5 화상분석 시험 69
4.4.6 끓는 물 흡수 시험 70
4.5 고로슬래그 미분말 혼입에 따른 특성 72
4.5.1 공기량 및 슬럼프 시험 72
4.5.2 압축강도 73
4.5.3 염소이온 침투저항성 시험 74
4.5.4 황산 저항성 시험 75
4.5.5 화상분석 시험 76
4.5.6 끓는 물 흡수 시험 77
4.6 1.1. 펌핑 전과 숏팅 후 혼화재료 변화에 따른 특성 79
4.6.1 압축강도 79
4.6.2 염소이온 침투저항성 시험 80
4.6.3 황산 저항성 시험 81
4.6.4 화상분석 시험 82
4.6.5 끓는 물 흡수 시험 83
4.7 종합 비교고찰 85
4.7.1 압축강도 비교 고찰 85
4.7.2 염소이온 침투저항성 비교 고찰 86
4.7.3 황산저항성 비교 고찰 87
4.7.4 화상분석 비교 고찰 88
4.7.5 끓는 물 흡수시험 비교 교찰 90
제 5 장 결론 92

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