초고강도 콘크리트의 재료역학 특성 평가 및 재령에 따른 압축강도 예측식 제안

Abstract

최근 건축구조물이 초고층화, 대형화, 다양화 되어감에 따라 합리적이며 경제적인 구조시스템이 요구되고 있는 추세에 따라 고강도 콘크리트의 장점인 조기강도의 증대, 콘크리트 부재의 단변감소, 불리딩의 감소, 수밀성 및 기밀성을 통한 내구력 향상 등으로 인해 고강도 및 초고강도 콘크리트에 대한 높은 관심과 연구가 이루어지고 있다. 150MPa의 초고강도 콘크리트의 실용화와 180∼200MPa 초고강도 콘크리트의 개발이 진행되고 있는 상황이다. 따라서 60∼70층 규모의 초고층 구조물의 건설이 활발하게 추진되고 있고, 향후 5년 이내에 100층 이상의 초고층 구조물이 다수 건설될 것으로 예상되는 상황에서 이러한 구조물에 적용이 일반화될 것으로 판단되는 70∼100MPa 정도의 초고강도 콘크리트의 설계, 제조, 시공 및 구조성능에 이르기까지 전반적인 분명한 규준정립 및 물성의 평가가 요구되고 있다. 고강도 및 초고강도 콘크리트는 보통강도 콘크리트와는 다소 다른 역학적 특성에 대해 명확한 제시가 필요하고 이를 이용한 초고층 건축 구조물에 있어서의 사용성 평가 또한 필요하다. 또한 각 규준별 특성을 분석하여 응력-변형률의 관계 및 제안 모델식을 통하여 보통강도 콘크리트에 적용되던 기존 관계식 등의 비교평가를 실시함으로 실제 초고강도 콘크리트가 사용될 구조물에 적용할 수 있는 시스템이 구축되어야 할 것이다. 본 연구에서는 f_(ck)=27~100㎫ 범위의 초고강도 콘크리트에 대한 재료역학실험과 기존에 수행된 국내?외의 실험 자료를 비교분석하여 초고강도 콘크리트의 응력-변형률 관계 및 압축강도에 따른 탄성계수와 인장강도를 평가하고 재령별 강도 발현률, 양생 조건, 공시체의 크기에 따른 기본적인 재료의 역학적 특성을 평가하고자 한다. 둘째, 현재 사용되고 있는 초기재령에서의 압축강도 예측식을 평가 하기위해 기존연구문헌의 압축강도를 비교하고, 기존 예측식의 평가를 기초로 초기재령의 압축강도 예측식을 제안하고자 한다.; The most important reason of using ultra high strength concrete(UHSC) in super tall building is that UHSC can reduce the size of members and side sway. However, the practical utilization of ultra high strength concrete is dependent not only on the production techniques, but also the overall preparation including proper code provisions, construction technique. The purpose of this study is to evaluate a mechanical properties of UHSC, such as modulus of elasticity, stress-strain relation, modulus of rupture and tensile strength. It is similar to normal or high strength concrete but necessary to discern the difference between normal or high strength concrete and ultra high strength concrete and modify existed equations. And in this study the another important purpose is to evaluate the compressive strength prediction equation of previous researchs and suggest the modified strength prediction equation according to concrete ages. This study reports the test results of ultra high strength concrete(=27∼100㎫) and comparisons of existing test results. 1) Evaluations of stress-strain of ultra high strength concrete , elastic modulus, tensile strength according to each codes and design method of reinforced concrete structure (KCI 03) and mechanical properties according to strength revelation about curing period, curing condition, size effect. 2) Compression Strength Prediction Equation of UHSC that is used in each nations, obtained data of this experiment and investigation about serviceability of ultra high strength concrete. The leading parameters of this study are follow as: - Compression strength of concrete : 27㎫, 40㎫, 50㎫, 70㎫, 90㎫ - Compression strength of test specimen about curing period : 3 day, 7 day, 28 day, 56 day, 91 day - Compression strength of test specimen about curing condition : ponding curing, atmospheric curing - Compression strength about size effect : Φ10×20, Φ15×30, 15×15×55 This Paper is consist of Six Chapters as following. Chapter 1. Introduction (Background, Purpose, Content, Method of Study) Chapter 2. As a Theoretical Study of HSC and UHSC, summing up Material Properties of Concrete and Provisions Used in the inside and outside of the Country Chapter 3. Plan and Method of Material Test Chapter 4. Compare and analysis experimental result and Provisions of the inside and outside of the Country Chapter 5. The Comparison and analysis of Compressive Strength Prediction Equation of UHSC with experimental Data according to Provisions of the inside and outside of the Country Chapter 6. Conclusions The following Conclusions are obtained from Result of test for Strength Evaluation of Compressive Strength Prediction Equation of Ultra High Strength Concrete(UHSC) and existing researches and result tested. 1) Concrete Compressive Strength attained at 3 days is 84%, Concrete Compressive Strength attained at 7 days is 87%, Concrete Compressive Strength attained at 56 days is 110% and Concrete Compressive Strength attained at 90 days is 117% against 28-day's in Ultra High Strength Concrete. The ponding curing Cylinder has averagely a compressive strength of about 1.10～1.15 times the atmospheric curing Cylinder strength. The Φ10×20 Cylinder has averagely a compressive strength of about 1.04 times the Φ15×30 cylinder strength. 2) ACI 363 and NZS-3101 can predict more correctly the Modulus of Rupture than other Provisions. The Splitting tensile Strength of UHSC has relatively lower rate of 6～7% than normal strength concrete(NSC) against the Compressive strength. 3) The Modulus of Elasticity for UHSC E。usually ranges between 27,000 and 46,000㎫, ACI 318-02 provide more accurate prediction of the Modulus of Elasticity for concrete in the range of normal strength concrete and ultra high strength. 4) ACI 209 can predict more correctly the Compressive Strength Prediction Equation of other Provisions. KCI 2007, CEB-FIP and No, hee li are difficult to applied in construction site. 5) I propose Compressive Strength Prediction Equation for Concrete Compressive Strength at 28 days using Concrete Compressive Strength at 7 days. f_(cp28)=-0.008²_(7)-0.1f_(7)+32.5MPa (20MPa<f_(7)≤60MPa) f_(cp28)=-0.007²_(7)-0.7f_(7)+2.3MPa (60MPa<f_(7)≤120MPa)