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알칼리·骨材反應에 의해 劣化한 鐵筋콘크리트 構造物의 壽命豫測에 關한 硏究 원문보기
A study on the service life prediction of reinforced concrete structures deteriorated by alkali-aggregate reaction

  • 저자

    이찬우

  • 학위수여기관

    水原大學校 大學院

  • 학위구분

    국내석사

  • 학과

    建築工學科

  • 지도교수

  • 발행년도

    1999

  • 총페이지

    ix, 85 p.

  • 키워드

  • 언어

    kor

  • 원문 URL

    http://www.riss.kr/link?id=T8954184&outLink=K  

  • 초록

    최근 국내에서 생산되는 콘크리트는 천연골재 고갈로 인한 쇄석골재 및 해사사용의 불가피 등으로 인해서 콘크리트 구조물의 성능저하의 발생확률이 높아가고 있다. 이로 인한 콘크리트 구조물의 내구성의 저하로 조기열화하는 문제가 발생하고 있다. 또한 콘크리트구조물의 유 ·보수관리 등에 커다란 문제가 야기되고, 국가경제와 국민생활의 안정성의 측면에서도 중요한 문제로 나타나고 있다. 알칼리·골재반응은 그 열화요인 중의 하나로써 작용하고 있으며, 이미 국내에서도 알칼리·골재 반응성 골재가 존재함이 밝혀진 바가 있다. 구조물들은 시간의 경과에 따라서 성능저하가 일어나게 되며, 아무리 부분적인 것이라도 시간이 경과되면 구조물에 치명적인 손상을 입힐 수 있어 성능저하에 대한 내구성의 중요도가 점차 높아지고 있다. 특히 알칼리·골재반응이 시작되면 부분적으로 골재의 체적변화를 일으킴으로써 구조물의 균열을 발생시키거나 심한 경우에는 구조물을 붕괴시킬 수도 있다. 이에 구조물의 내구성의 향상뿐만 아니라 기존의 구조물에 대한 보수·보강·내구성평가기술에 대한 요구가 높아지고 있다. 아직까지 국내에서는 구조물의 수명을 예측하는 방법에 관하여 기초적인 연구가 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 알칼리·골재반응에 의한 팽창균열의 발생시점을 열화한도로 설정하고, 콘크리트구조물이 그 한계상태에 이르기까지의 기간을 수명으로 가정하여 수명예측을 하였다. 알칼리·골재반응에 의해 열화한 구조물의 수명예측을 하기 위한 기초적인 자료를 얻고자 다음과 같이 실험하였다. 본 실험은 기존의 알칼리·골재반응실험의 결과로 유해판정 된 반응성 골재를 사용하여 KS F 2545 및 JIS A 5308에서 규정된 화학법에 의한 용출시험을 실시하고, KS F 2546의 모르터바 시험법에서 등가알칼리량에 따른 4수준(0.854%, 1.2%, 1.6%, 1.8%)을 설정하여 알칼리·골재반응의 팽창율을 구하였다. 또한 콘크리트 시험체에서는 3수준(20℃, 40℃, 60℃)의 온도로 촉진실험을 병용하였다. 그리고 실험결과를 바탕으로 화학반응속도에 기초한 알칼리·골재반응의 진행을 예측할 수 있는 팽창예측모델(UFO모델)을 이용하여 콘크리트구조물의 배근조건으로부터 균열폭을 추정하고 그 관계를 통하여 장기재령에서 구조물의 팽창시기를 추정함으로써 수명 예측 방법을 제시하였다. 본 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다. 1) 국내 제주산 골재를 사용하여 알칼리·골재반응 실험결과 화학법 및 모르터바법으로 실험시에는 유해한 팽창을 보였으나, 반응성골재를 굵은골재로 사용한 콘크리트 시험체로 실험하였을 때에는 유해한 팽창을 나타내지 않았다. 이는 반응성골재를 굵은골재로 사용했을 경우 반응성골재의 총표면적이 감소하고, 공기량에 따른 공극량이 커져 공극이 겔의 홉수팽창압력을 완화시키는 역할을 한 것으로 사료된다. 그러나 반응성골재를 잔골재로하여 콘크리트의 알칼리량을 증가시켰을 때는 콘크리트 시험체도 0.05% 이상의 유혜한 팽창을 보였다. 2) 알칼리·골재반응에 의한 팽창율 억제효과실험에서는 분말도 4000, 6000, 8000급의 고로슬래그미분말의 치환율 40%, 60%에서는 팽창율이 억제되어 변화가 거의 없이 일정하게 나타났다. 따라서, 분말도가 높을수록 치환율이 클수록 팽창억제효과가 있는 것으로 나타났다. 3) 모르터바법, 콘크리트 시험체의 촉진실험에서 2수준(80℃, 40℃)의 화학법에 의한 용출시험결과를 기본으로 팽창예측모델(UFO모델)을 이용해 수명예측계산결과 팽창곡선은 수렴형팽창을 나타내고 있으며, 계산에 의한 팽창거동이 실측된 팽창거동과 유사하게 나타나고 있다. 또한 콘크리트 시험체에 있어서도 거의 유사한 팽창거동을 나타내고 있다. 따라셔 알칼리·골재반응에 의한 팽창시기와 팽창율을 추정할 수 있었다. 4) 팽창율로부터 균열폭을 추정하는 방법으로 콘크리트의 팽창이 철근에 의해 구속된다고 가정하고 대기 중에 노출된 철근과 동일한 부식속도로 진행한다고 봄으로써 철근주변의 콘크리트의 팽창변형율을 산정하는 식을 유도하였다. 그래서 콘크리트 표면은 변형을 '0'으로 가정하고 주근간격과 균열간격이 동등하다는 가정을 함으로써 팽창율과 주근간격에 근거하여 균열폭을 추정할 수 있었다. 5) 알칼리·골재반응에 의한 열화한도는 철근콘크리트구조물에 폭이 0.4mm 이상의 균열이 발생한 때로 하였다. 반응에 의한 팽창이 이 한계균열폭에 도달할 때까지의 시간을 알칼리·골재반응에 의한 콘크리트수명으로 하였으며, UFO모델을 이용하여 알칼리·골재반응에 대한 수명을 예측할 수 있었다. ▣ 주요용어 : 알칼리·골재반응, 열화한도, 수명예측, 균열폭, UFO모델


    Concrete which is being produced lately in domestic is possible to happen a deterioration of concrete structures because of crashed stones and inevitability using sea-sand from exhaustion of natural aggregate. For this the problem that lowers durability of concrete structures occurs early deterioration. From that problem, the situation about the maintenance and repair of concrete structures happens and also it influences domestic economy and people's daily life. AAR is among the significant factor of deterioration in reinforced concrete structures. They have already been reported to exist the reactive aggregates in the several domestic crushed stones. According to passing time, structures experience a deterioration. Although the problem is insignificant, it damages seriously concrete structure, therefore the importance of durability against a deterioration of concrete structure increases gradually. Especially, if AAR begins, that increases in volume partly, it happens to make crack of structures and even to collapse structures. Thus the demand on repair, reinforcement, and evaluating of durability of the existing concrete structures as well as demand on improvement of durability rises. This study established the limit of deterioration due to alkali-aggregate reaction and defined the time to deterioration limit as service life of structures and premised that the deterioration limit is the formation of cracks on the concrete cover of embedded rebar due to alkali-aggregate reaction. This study was performed to get a fundamental date for service life prediction through the experiment. The processes and contents of tests are follow. This study was performed to investigate expansion factor of the AAR using chemical method(KS F 2545, JIS A 5308), mortar-bar method(KS F 2456) and to investigate the influence on alkali contents(0.854, 1.2, 1.6, 1.8%). Also this uses jointly accelerated test 3 kind of temperature(20, 40, 60℃) in the concrete prism specimen. The result of this study can be summarized as follow. In this experiment which used domestic crushed stone (Cheju's aggregate) was estimated as deleterious by chemical method and mortar-bar method. But this experiment with the reactive aggregates is used as coarse aggregate was not almost expanded. But the concrete prism specimens containing aggregate JO 2.0% (the reactive aggregate is used as fine aggregate), was expanded 0.5%, or more prior to 3 months. In the experiment for the inhibition of deleterious expansion of concrete, the blaine fineness(SB4, SB6, SB8) with Ground Granulated blast furnace slag replacement ratios (40% 60%) were not almost expanded. Therefore, the fineness and replacement ratios were effective as inhibition of deleterious expansion. How to predict the crack width with the expansion factor induces formula about expansion factor near reinforcement through assumptions that the expansion of concrete is restricted by reinforcement and that it occurs as the same speed as corroding reinforcement in the air. Therefore surface of concrete could predict crack width with assumptions that there is no deformation and that both space of main reinforcement and space of crack are same. The limit of deterioration by AAR was that the limit of crack width occurred 0.4mm or more. The time that limit of crack width reaches defines concrete life by AAR and using UFO model is possible service life prediction by AAR. ▣ Key Words : Alkali-Aggregate Reaction(AAR), Deterioration limit, Service life Prediction, Crack width, UFO model


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