수화반응모델을 이용한 시멘트 페이스트의 자기수축 예측에 관한 연구

Abstract

Since the use of high-performance & strength concrete has increased, problems with early-age cracking have become prominent. The reduction in water-to-cement ratio, the incorporation of silica fume, and the increase in binder content of high-performance & strength concretes all contribute to this problem. One of these problems, Autogenous Shrinkage can be considered as a main reason of early-age cracking. Autogenous Shrinkage crack will do harm to durability of concrete structure. In this paper, numerical simulation is suggested to predict autogenous shrinkage of cement paste. The simulation is originated from a multi-component hydration model. The numerical program considers the influence of water to cement ratio, curing temperature, particle size distribution, cement mineral components on hydration process and autogenous shrinkage. The predicted results agrees well with an experimental results and I got following conclusions through this research. 1) Cement hydration ratio tend to be less as the water-cement ration is reduced. The fact could be inferred that water supplies to the cement particles are limited by internal water shortage. 2) In the experimental result of Autogenous Shrinkage, W/C 20% cement paste showed the deformation of 1514×10^(-6) and the specimen of W/C 40% got the deformation of 334×10^(-6). From these results, it could be presumed that less water-cement ratio results more Autogenous Shrinkage in cement pastes. That's because less reaction water in low water-cement ratio cement paste urge Self-Desiccation and it directly link to more Autogenous Shrinkage. 3) Firstly, based on the multi-component hydration model, the evolution of capillary pore size distribution and water saturation condition in pore space during hydration process are determined. Furthermore, based on thermodynamic mechanism, the internal relative humidity and caplillary tension stress in adsorption water are determined. Secondly, with proposed hydration model, the evolution of elastic modulus is determined. Thirdly, by using increment method in time field, the autogenous deformation is integrated step by step 4) The prediction of Autogenous Shrinkage agrees well with experimental results. This shows the reliance of prediction system. 5) In this paper, I deal with only Autogenous Shrinkage in cement paste. However presupposition of early age cracking induced by Autogenous Shrinkage in concrete is more important. so I am researching to further develop this work to build a prediction model for Autogenous Shrinkage in concrete.; 콘크리트의 체적 변화는 여러 가지 다른 형태의 수축으로 나타나며, 그 중에서도 외부노출로 인한 수분손실이 가장 큰 이유라고 할 수 있다. 일반적으로 콘크리트의 수분손실은 모세관공극과 대기 중의 상대습도 불균형으로 인해 콘크리트 표면과 연결된 모세관 공극 속에 있던 수분의 일부가 증발되는 것을 말하며 수분이 외부로부터 증발하는 건조수축과 수화 반응에 의해 내부로부터 수분의 소비에 의해 발생하는 자기수축으로 구분할 수 있다. 콘크리트 건조화는 콘크리트 표면 주위의 매우 큰 공극과 모세관 공극 내에 있던 수분이 가장 처음 손실되며, 수분이 계속해서 증발함에 따라 크기가 작은 모세관 내에 메니스커스가 발생한다. 모세관공극 내에 발생한 모세관력은 모세관 직경에 반비례하며, 이러한 모세관력이 콘크리트의 인장 강도보다 작으면 콘크리트는 탄성적으로 수축하게 되지만 모세관력이 콘크리트의 인장 강도보다 크면 페이스트에 균열이 발생하게 된다.이러한 수분손실은 적절한 양생을 통하여 최소화 할 수 있으며, 시멘트 수화도를 극대화하여 더욱 견고하고 내구성이 뛰어난 콘크리트를 제조할 수 있다. 콘크리트 재령 초기에 발생하는 이러한 균열들은 ‘고성능·고강도 콘크리트’에서 더욱 현저히 나타나게 된다. 이는 고성능·고강도 콘크리트가 필연적으로 실리카 흄, 플라이 애쉬 등 다량의 결합재를 포함하기 때문에 수화반응 시 시멘트 페이스트 내부 상대습도가 급격히 낮아지게 되어 수화반응으로 형성된 내부 공극을 채울 수분 부족으로 인한 자기수축 균열 가능성이 높아지게 된다. 최근 고성능 콘크리트 소비 증가에 발맞춰 자기건조 및 자기수축 분야의 연구가 미국, 유럽, 일본을 중심으로 활발히 진행되고 있다. 그러나 국내에서는 아직 연구가 제한적이며 자기수축에 대한 이해가 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 시멘트 수화반응으로부터 접근한 시멘트 페이스트의 자기수축 예측식을 제안하고 그 신뢰성 검증을 통하여 시멘트 페이스트 내부에 발생하는 자기수축을 범용적으로 예측, 제어할 수 있는 자기수축 예측 시스템 확립하고자 한다.