超音波速度法을 利用한 循環骨材콘크리트의 壓縮强度推定및 보의 適用評價

Abstract

本 硏究에서는 普通强度 및 高强度 循環骨材 콘크리트의 壓縮强度 推定을 위한 實驗을 通하여 循環骨材 콘크리트의 安定性을 檢討하고 超音波速度法을 이용한 波速度와 공시체 및 모의부재로부터 試驗한 콘크리트 壓縮强度의 相關關係를 分析하여 壓縮强度 推定式을 提案하고, 提案된 推定式을 휨부재에 適用하여 檢證하며, 實務에서는 거푸집 탈형시기를 決定하는데 必要한 基礎資料를 提供한다. 아울러, 循環骨材 置換率에 따른 高强度 콘크리트 보의 휨강도와 아라미드섬유시트로 補强한 보의 휨강도에 대한 實驗硏究와 解析硏究를 通하여 構造材料 適用成을 檢討하며, 窮極的으로는 循環骨材 關聯 현행 規準에서 제한하고 있는 콘크리트 壓縮强度(27MPa이하), 置換率(30%이내) 등에 대하여 사용범위를 擴大시킬 수 있는 規準改定이나 制定에 必要한 基礎 資料를 提供하고자 한다.

이와 같은 目的을 達成하기 위하여 實驗硏究와 解析硏究를 竝行하며, 實驗硏究에서는 循環骨材를 이용한 普通强度 및 高强度 콘크리트 모의부재, 공시체, 보實驗體를 製作하여 壓縮强度, 超音波速度, 휨강도 關聯 實驗을 實施한다. 解析硏究에서는 循環骨材를 이용한 高强度 콘크리트 보에 대하여 Xtract를 이용하여 導出한 解析結果와 實驗結果를 比較하여 檢證한다.

本 論文은 總 6章으로 이루어지며, 第1章은 緖論으로서 硏究 背景 및 目的, 旣存 硏究動向, 硏究內容 및 方法을 記述하며, 第2章은 理論 및 文獻考察로서 一般事項, 循環骨材 콘크리트, 超音波速度法, 아라미드섬유 關聯 理論 및 規準을 考察한 후 小結을 整理한다. 第3章은 超音波速度法을 利用한 循環骨材 콘크리트의 壓縮强度 推定에 寬限 內容으로 普通强度와 高强度 循環骨材 콘크리트의 壓縮强度 推定式을 提案한 것으로 本 論文의 主題이다. 第4章은 高强度 循環骨材 콘크리트 보의 適用에 關한 것으로 第3章에서 提案한 式의 檢定 實驗과 아라미드섬유시트로 補强된 보의 擧動에 대한 實驗內容을 整理한다. 第5章에서는 高强度 循環骨材 콘크리트 보의 휨强度 解析과 아라미드 섬유시트로 補强된 循環骨材 콘크리트 보의 斷面解析에 대하여 敍述한다. 마지막 第6章은 結論 및 向後 硏究課題로서 그 內容을 整理하면 다음과 같다.

1) 普通强度 循環骨材 콘크리트의 壓縮强度 推定式을 超音波速度法에 의한 波速道와 公試體 壓縮强度 試驗結果를 回歸分析하여 ,로 提案한다.

2) 高强度 循環骨材 콘크리트의 壓縮强度 推定式은 公試體 壓縮强度와 超音波速度法에 의한 波速度를 比較分析하여 , 로 提案한다.

3) 本 硏究에서 提案한 推定式과 旣存 硏究者의 提案式을 比較한 結果, 本 提案式의 平均 誤差率이 旣存 提案式의 平均 誤差率보다 낮게 나타난 것으로 確認되었다. 이로부터 本 硏究의 提案式이 旣存 提案式보다 循環骨材 콘크리트의 壓縮强度를 比較的 正確하게 推定할 수 있는 것으로 判斷된다.

4) 循環骨材 콘크리트의 포아송비는 普通 콘크리트 0.7의 應力에서 測定되는 0.15∼0.20의 範圍內에 있는 것으로 나타나 天然骨材 콘크리트와 類似한 것으로 나타났다.

5) 超音波速度는 材齡이 增加할수록 增大되는 것으로 나타났다. 이는 固體 物質 內部를 通過하는 超音波는 그 物質의 密度가 增加될수록 그 物質을 빠르게 通過하게 되는데, 時間이 經過될수록 콘크리트의 硬化로 인해 콘크리트의 密度가 증가하게 되어 超音波의 波速度가 전체적으로 상승하게 되는 것으로 판단된다.

6) 天然骨材를 사용한 實驗體(H4-R0, H5-R0, H6-R0)와 循環骨材 實驗體(H4-R3,5,10, H5-R3,5,10, H6-R3,5,10)의 龜裂發生 現況 및 破壞樣相은 유사한 것으로 나타내었다.

7) 高强度 循環骨材 콘크리트에 대하여 提案한 推定式을 보部材에 적용하여 檢證한 結果, 각 强度별 平均 誤差率이 40MPa의 경우 8.13%, 50MPa은 7.10%, 60MPa은 7.01%, 平均 7.41%로 나타났다. 이로부터 材料試驗을 基礎로 하여 提案한 콘크리트 壓縮强度 推定式을 構造材料에 適用하는 데에는 큰 問題가 없는 것으로 判斷된다.

8) 實驗으로부터 얻은 最大 휨强度와 ACI 規準式에 따른 公稱휨强度의 比較로부터 實驗結果값이 規準式값보다 1.14∼1.33배(평균1.23배) 크게 나타나고 있음을 알 수 있었다. 이로부터 現行 規準式은 高强度 循環骨材 콘크리트 材料에 適用하는 데에는 큰 問題가 없을 것으로 思料된다.

9) 荷重-變位曲線으로부터 얻은 각 實驗體의 延性指數(δmax/δy, ACI Committe 363)는 9.4∼21.0으로 나타나 循環骨材를 사용하더라도 충분한 延性擧動을 하고 있다는 것을 알 수 있다.

10) 循環骨材의 置換率에 따른 보 實驗體의 휨强度, 延性指數 등에는 큰 變動이 없이 거의 유사한 擧動을 나타내고 있는 것으로 確認되었다. 이로부터 循環骨材의 置換率이 30%이상 증가되더라도 보部材의 擧動에는 큰 問題가 없는 것으로 判斷된다.

11) 보강하지 않은 기준 實驗體(H4-R3)의 最大荷重은 62.98kN으로 나타났으며, 보하부를 보강한 實驗體(H4-R3-B)는 88.09kN, 보하부와 양단부를 U밴드로 補强한 實驗體(H4-R3-BU)는 86.92kN, 보하부와 전체 측면을 U형태로 補强한 實驗體(H4-R3-BS)는 130.96kN으로 나타나 H4-R3-BS의 最大 强度가 가장 큰 것을 알 수 있다.

12) 循環骨材를 사용한 構造用 高强度 콘크리트 보 實驗體의 斷面 數値解析 結果, 모든 實驗體의 實驗 最大휨강도는 斷面解析에 의한 理論 휨강도에 비하여 각각 11∼30% 크게 나타나, 보 實驗體가 충분한 휨강도를 保有하고 있는 것으로 評價되었다.

13) 構造用 콘크리트 보의 콘크리트 强度 變化(39.19∼58.01 MPa)에 비하여 理論 휨강도는 19.48∼22.10 MPa로 變化의 폭이 13.5%로 比較的 적게 나타났다. 이는 實驗體의 鐵筋比가 最小鐵筋比에 近接하여 콘크리트의 壓縮性能에 비해 크게 적은 引張鐵筋의 耐力이 휨강도를 決定하였기 때문인 것으로 思料된다.

14) 아라미드 섬유시트를 補强한 實驗體들에 대한 實驗 휨강도/이론 휨강도가 0.45∼0.74으로 나타나 實驗 휨강도가 理論 휨강도에 비하여 크게 적게 評價되었다. 이는 斷面解析에서 아라미드 섬유시트와 콘크리트 보가 휨 파괴 시 一體化 擧動하는 것으로 가정된 것에 비하여 實驗結果는 實驗體의 휨 破壞가 아닌 아라미드 섬유시트의 剝離破壞 또는 剝離 後 引張破斷에 의하여 初期 破壞되었기 때문이다.

15) 循環骨材 콘크리트에 대한 規準의 제한사항(壓縮强度 27MPa, 置換率 30%)수정을 위한 繼續的인 硏究가 必要하다고 判斷된다.

16) 本 硏究에서 사용한 超音波速度法 외 衝擊反響技法, 表面波技法 등과 같은 보다 다양한 非破壞檢査法을 이용하여 콘크리트의 壓縮强度를 推定하는 식을 導出하여 信賴度를 높이는 많은 硏究가 必要한 것으로 思料된다.

17) 循環骨材를 사용한 보의 휨강도 評價에 대한 보다 다양한 變數효과 檢證을 위한 많은 實驗硏究가 必要하며, 특히 剪斷强度, 付着特性 등에 대한 追加的인 實驗硏究가 必要하며, 아라미드 섬유시트외 유리섬유, 탄소섬유시트 등 다양한 補强材에 의한 많은 實驗硏究가 必要하다고 思料된다.