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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 이광명
- 발행연도
- 2015
- 저작권
- 성균관대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수7
이 논문의 연구 히스토리 (5)
2011
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시멘트는 수화 반응을 거치면서 여러 가지 체적변화를 거치게 된다. 이러한 체적 변화는 콘크리트에 균열을 유발하여 콘크리트 구조물의 사용성 및 내구성에 큰 영향을 끼친다. 따라서 콘크리트의 균열 저감 방법은 콘크리트의 체적을 안정되게 유지시키려는 방법이라고 할 수 있다. 최근에는 콘크리트에 팽창성을 부여하여 콘크리트의 수축 보상을 통한 균열 저감 노력이 시도되고 있다. 저온 소성한 MgO는 콘크리트에 유해한 영향 없이 장기적인 팽창성능을 가지고 있는 것으로 알려져 있다. 중국에서는 저온소성한 MgO를 이용하여 장기팽창성 콘크리트를 제조하여 이를 댐과 같은 매스콘크리트에 적용하여 왔다. 이러한 MgO의 팽창성은 콘크리트의 수축을 효과적으로 보상할 수 있으며, 균열감소 및 시공 속도의 향상효과를 얻을 수 있는 것으로 보고되었다.
이 연구에서는 MgO 콘크리트의 특성 평가를 위해 저온 소성한 MgO 분말을 5% 수준으로 치환한 다양한 물-결합재 비(65, 48, 35%)의 콘크리트에 대해 실험을 수행하였다. 실험결과, MgO 치환이 굳지 않은 콘크리트의 특성에 거의 영향을 미치지 않는 것을 확인하였다. 또한 MgO 콘크리트가 일반 콘크리트와 비교하여 초기 재령에서 낮은 압축강도를 보이지만 장기 재령에서 일반 콘크리트보다 다소 높은 압축강도를 나타냈다. 내구성능 또한 초기재령에서 MgO 콘크리트가 일반 콘크리트에 비해 다소 낮았으나, 장기재령에서 일반 콘크리트보다 높은 내구성능을 보였다. 이는 장기재령에서는 MgO의 수화가 충분히 진해되어 콘크리트의 총 공극률이 감소하기 때문에 MgO 콘크리트가 상대적으로 밀실한 미세구조를 가지기 때문이다.
콘크리트의 변형률을 900일까지 측정한 결과, MgO 콘크리트에서 유해한 영향 없이 재령 900일까지 팽창성능이 유지되는 것을 확인하였다. 또한 다양한 양생온도(20, 30, 40℃)에서 양생한 결과, 고온에서 양생할수록 MgO의 팽창효과가 더 크게 나타났으며, 팽창효과가 초기 재령에 집중하는 형태를 보였다. 이는 고온에서 MgO의 수화 속도 및 수화율이 크게 증가하기 때문으로 판단된다. 측정된 MgO의 팽창 변형률을 바탕으로 콘크리트의 물-결합재 비와 양생온도를 고려한 MgO의 팽창 예측 모델을 제안하였으며, 모델이 본 연구에서 수행한 실험 결과와 잘 부합하는 것을 확인하였다. 또한 일반 콘크리트와 MgO 콘크리트의 시험 시공을 실시한 결과, MgO 콘크리트에서 팽창 변형을 확인할 수 있었다. 마지막으로 제안된 모델을 이용한 시험시공 구조물의 해석을 통해 MgO 콘크리트 적용으로 응력이 감소를 통한 균열지수 증가 효과를 얻을 수 있었다.
따라서 콘크리트 구조물의 수축 보상을 위해 적정한 수준의 저온 소성한 MgO 분말을 시멘트의 장기팽창용 혼화재로 사용하여도 될 것으로 판단된다. 하지만 양생온도 및 콘크리트의 물-결합재 비에 따라 팽창성능이 달라지기 때문에 MgO 콘크리트 적용 시 이에 대한 고려가 필요하다. 또한 이 연구에서 제안된 예측식을 통해 MgO 콘크리트의 자기 팽창 효과의 검토가 필요할 것으로 판단되며, 예측식을 통해 콘크리트 구조물에 MgO 콘크리트의 적용이 가능할 것으로 사료된다.
이 연구에서는 MgO 콘크리트의 특성 평가를 위해 저온 소성한 MgO 분말을 5% 수준으로 치환한 다양한 물-결합재 비(65, 48, 35%)의 콘크리트에 대해 실험을 수행하였다. 실험결과, MgO 치환이 굳지 않은 콘크리트의 특성에 거의 영향을 미치지 않는 것을 확인하였다. 또한 MgO 콘크리트가 일반 콘크리트와 비교하여 초기 재령에서 낮은 압축강도를 보이지만 장기 재령에서 일반 콘크리트보다 다소 높은 압축강도를 나타냈다. 내구성능 또한 초기재령에서 MgO 콘크리트가 일반 콘크리트에 비해 다소 낮았으나, 장기재령에서 일반 콘크리트보다 높은 내구성능을 보였다. 이는 장기재령에서는 MgO의 수화가 충분히 진해되어 콘크리트의 총 공극률이 감소하기 때문에 MgO 콘크리트가 상대적으로 밀실한 미세구조를 가지기 때문이다.
콘크리트의 변형률을 900일까지 측정한 결과, MgO 콘크리트에서 유해한 영향 없이 재령 900일까지 팽창성능이 유지되는 것을 확인하였다. 또한 다양한 양생온도(20, 30, 40℃)에서 양생한 결과, 고온에서 양생할수록 MgO의 팽창효과가 더 크게 나타났으며, 팽창효과가 초기 재령에 집중하는 형태를 보였다. 이는 고온에서 MgO의 수화 속도 및 수화율이 크게 증가하기 때문으로 판단된다. 측정된 MgO의 팽창 변형률을 바탕으로 콘크리트의 물-결합재 비와 양생온도를 고려한 MgO의 팽창 예측 모델을 제안하였으며, 모델이 본 연구에서 수행한 실험 결과와 잘 부합하는 것을 확인하였다. 또한 일반 콘크리트와 MgO 콘크리트의 시험 시공을 실시한 결과, MgO 콘크리트에서 팽창 변형을 확인할 수 있었다. 마지막으로 제안된 모델을 이용한 시험시공 구조물의 해석을 통해 MgO 콘크리트 적용으로 응력이 감소를 통한 균열지수 증가 효과를 얻을 수 있었다.
따라서 콘크리트 구조물의 수축 보상을 위해 적정한 수준의 저온 소성한 MgO 분말을 시멘트의 장기팽창용 혼화재로 사용하여도 될 것으로 판단된다. 하지만 양생온도 및 콘크리트의 물-결합재 비에 따라 팽창성능이 달라지기 때문에 MgO 콘크리트 적용 시 이에 대한 고려가 필요하다. 또한 이 연구에서 제안된 예측식을 통해 MgO 콘크리트의 자기 팽창 효과의 검토가 필요할 것으로 판단되며, 예측식을 통해 콘크리트 구조물에 MgO 콘크리트의 적용이 가능할 것으로 사료된다.
목차
제 1 장 서 론 11.1 연구 배경 11.2 연구 현황 31.3 연구의 목표 및 범위 5제 2 장 MgO 콘크리트의 특성 72.1 MgO 콘크리트 72.2 MgO 분말의 성질 82.2.1 MgO 분말의 제조 방법 82.2.2 MgO의 물리 · 화학적 특성 82.2.3 MgO의 수화 반응 92.2.4 MgO의 팽창 메커니즘 102.2.5 MgO의 분류 112.3 MgO 콘크리트의 기본 특성 142.3.1 응결 및 수화 특성 142.3.2 역학적 특성 152.3.3 내구 특성 152.4 MgO 콘크리트의 자기팽창 특성 162.4.1 일반 콘크리트의 자기 수축 162.4.2 MgO 콘크리트의 자기 팽창 172.5 MgO 콘크리트의 현장 적용 사례 19제 3 장 실험 연구 203.1 실험 계획 및 변수 203.2 사용 재료 및 콘크리트 배합 223.2.1 사용 재료 223.2.2 콘크리트 배합비 243.3 실험 방법 253.3.1 MgO 분말의 활성도 시험 253.3.2 굳지 않은 콘크리트의 특성 263.3.3 공극 특성 293.3.4 강도 특성 303.3.5 내구 특성 303.3.6 팽창 특성 33제 4 장 MgO 콘크리트의 특성 평가 354.1 MgO 분말의 활성도 354.2 굳지 않은 콘크리트의 특성 364.2.1 슬럼프 및 공기량 364.2.2 초음파 속도 374.2.3 단열온도 상승곡선 404.3 공극 특성 424.4 강도 특성 464.4.1 압축 강도 464.4.2 인장강도 494.5 내구적 특성 504.5.1 탄산화 저항성 504.5.2 동결융해 저항성 524.5.3 염해 저항성 544.5.4 황산염 저항성 56제 5 장 MgO 콘크리트의 팽창 특성 605.1 MgO 치환에 따른 콘크리트의 변형률 605.1.1 w/b=0.65 콘크리트의 변형률 605.1.2 w/b=0.48 콘크리트의 변형률 625.1.3 w/b=0.35 콘크리트의 변형률 645.1.4 w/b에 따른 MgO의 팽창 변형률 665.2 양생온도에 따른 콘크리트의 변형률 695.2.1 w/b=0.65콘크리트의 변형률 695.2.2 w/b=0.48콘크리트의 변형률 705.2.3 w/b=0.35콘크리트의 변형률 725.2.4 양생온도에 따른 MgO의 팽창 변형률 73제 6 장 MgO의 팽창 예측 모델 766.1 기존의 팽창 예측 모델 766.1.1 Yang과 Yuan(2004)의 자기팽창 모델 766.1.2 Liu와 Fang(2006)의 자기팽창 모델 786.1.3 Li(1998)의 자기팽창 모델 806.1.4 Zhang et al.(2004)의 자기팽창 모델 826.1.5 모델 비교 836.2 장기 팽창성 콘크리트의 팽창 모델 886.2.1 자기팽창 변형률 예측 모델 896.2.2 팽창 예측 모델 검증 946.2.3 MgO 치환율에 따른 팽창계수 97제 7 장 MgO 콘크리트의 적용성 검토 1077.1 개요 1077.2 시험 시공 적용 대상 및 배합 1087.2.1 시험 시공 적용 대상 1087.2.2 콘크리트 배합비 1107.2.3 콘크리트의 타설 및 시공 1117.3 부재 계측 결과 및 분석 1127.3.1 온도 1127.3.2 콘크리트의 변형률 1167.3.3 MgO에 의한 팽창 변형률 1217.3.4 콘크리트의 유효 응력 1237.4 시험 시공 부재 해석 1297.4.1 해석 개요 1297.4.2 해석 조건 및 재료 특성 1307.4.3 해석 결과 및 분석 132제 8 장 결론 137참 고 문 헌 140
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