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목차
제1장 서론 38
1. 연구의 필요성 38
2. 국내외 기술 동향 40
2.1 국내 기술 동향 40
2.2 국외 기술 동향 42
3. 연구 목표 및 내용 45
3.1 최종 목표 45
3.2 연차별 목표 및 내용 46
3.3 기술 지도 47
3.3.1 거시 TRM 47
3.3.2 미시 TRM 47
3.4 추진 체계 48
3.4.1 추진 협력 체계 48
3.4.2 세부기술간 상관도 49
4. 기대효과 및 활용방안 50
4.1 연구성과 활용 방안 50
4.2 기대효과 50
제2장 UHPC의 수화열 특성 평가 52
1. 개요 52
2. UHPC의 단열상승 특성시험 및 평가 53
2.1 단열온도 상승 특성시험 53
2.1.1 수화발열과정 53
2.1.2 단열온도 상승시험 변수 54
2.1.3 단열온도 상승시험 결과 및 온도의존성 평가 55
2.2 단열온도 상승곡선식 도출 61
3. 등가재령 개념을 도입한 UHPC 발열특성 67
3.1 등가재령의 개념 및 UHPC의 아레니우스 상수 67
3.1.1 등가재령의 개념 67
3.1.2 UHPC의 아레니우스 상수 71
3.2 등가재령에 따른 UHPC 수화도 모델 73
3.2.1 등가재령을 이용한 수화발열모델 및 20℃ 등온조건 단열온도 상승곡선 73
3.2.2 수화발열 특성 분석을 통한 등가재령에 따른 수화도 모델링 73
4. 역학적 특성 분석을 통한 수화도와 성숙도 관계 76
4.1 역학적 특성 시험 결과 76
4.2 초음파 속도를 이용한 UHPC의 초기재령 역학적 특성 78
5. 수화열 mock-up 시험 81
제3장 UHPC의 초기 수축 재평가 83
1. 개요 83
2. 초음파 속도와 콘크리트의 특성 관계 84
2.1 파 전달이론 84
2.2 응결과 초음파 속도의 관계 85
2.2.1 수화와 응결 85
2.2.2 콘크리트의 미세 구조 변화와 초음파 속도 86
2.2.3 응결과 초음파 속도와의 상관관계 88
3. 콘크리트의 자기수축 90
3.1 자기수축의 정의 90
3.2 자기수축의 메커니즘 90
3.3 자기수축에 영향을 미치는 인자 92
3.3.1 시멘트 92
3.3.2 굵은 골재 92
3.3.3 혼화재료 92
3.4 자기수축 외 체적 변화 93
3.5 자기수축 예측모델 94
3.5.1 Miyazawa와 Tazawa 모델 94
3.5.2 CEB-FIP 2000 모델 95
3.5.3 Jonasson과 Hansen 모델 95
3.5.4 Dilger과 Wang 모델 96
3.5.5 de Larrard와 Le Roy 모델 96
3.5.6 이회근 등의 모델 97
4. 초기재령 수축실험 97
4.1 실험개요 및 인자 97
4.2 재료 및 배합비 98
4.2.1 사용재료 98
4.2.2 배합설계 100
4.3 시편 제작 및 실험 방법 100
4.3.1 자기수축 100
4.3.2 초음파 속도 모니터링 102
5. 실험결과 및 분석 104
5.1. UHPC의 초음파 속도 104
5.2 UHPC의 수축 실험결과 111
5.3 UHPC의 자기수축 모델링 117
6. 자기수축의 mock-up 시험 119
제4장 온도 및 수축에 따른 UHPC의 초기균열 특성 평가 121
1. UHPC 온도 및 수축응력 해석을 위한 재료 모델 개발 121
2. UHPC 바닥판의 초기재령 균열해석 123
2.1 수화열 및 온도, 수축 응력 해석 알고리즘 123
2.2 UHPC 바닥판의 수화열, 온도 및 수축응력의 해석 124
2.3 UHPC 바닥판의 수화열 및 온도, 수축응력의 해석결과 127
2.3.1 온도분포 127
2.3.2 응력분포 128
2.3.3 온도이력곡선 129
2.3.4 응력이력곡선 129
2.3.5 균열지수이력 130
2.3.6 해석결과 130
제5장 UHPC의 장기특성 평가 131
1. 개요 131
2. UHPC 강도 및 크리프 평가 기존 모델 131
2.1 압축강도 131
2.2 인장강도 132
2.3 탄성계수 133
2.4 크리프 133
2.5 건조수축 135
3. 실험 및 결과분석 136
3.1 실험계획 136
3.2 사용재료 및 배합 139
3.2.1 시멘트 및 반응성 분체 139
3.2.2 골재 139
3.2.3 고성능 감수제 139
3.2.4 충전재 139
3.2.5 강섬유 140
3.2.6 배합 140
3.3 실험방법 140
3.4 실험결과 및 분석 142
3.4.1 압축강도 142
3.4.2 휨강도 149
3.4.3 Creep 155
제6장 UHPC용 고성능 감수제 국산화 개발 159
1. 개요 159
2. 실험개요 및 방법 160
2.1 실험개요 160
2.2 사용재료 160
2.2.1 시멘트 및 혼화재 160
2.2.2 골재 161
2.2.3 고성능 감수제 161
2.2.4 충전재 161
2.2.5 강섬유 162
2.3 실험방법 162
2.4 실험결과 및 분석 162
2.4.1 국내 S사 고성능 감수제 성능 분석 162
2.4.2 국내 D사 고성능 감수제 성능 분석 164
제7장 굵은골재 사용 70~150MPa급 초고강도 콘크리트 제조 기술 개발 166
1. 개요 166
2. 70MPa급, 100MPa급 고강도 콘크리트의 현장적용 및 평가 167
2.1 개요 167
2.2 실험개요 167
2.2.1 사용재료 167
2.2.2 배합 168
2.3 실험방법 169
2.3.1 굳지않은 콘크리트의 특성 169
2.3.2 콘크리트의 역학적 특성 169
2.3.3 수축 변형 및 장기거동 특성 170
2.3.4 내구특성 172
2.4 실험결과 174
2.4.1 굳지 않은 콘크리트의 특성 174
2.4.2 콘크리트의 역학적 특성 176
2.4.3 70MPa급, 100MPa급 콘크리트의 탄성계수 특성 179
2.4.4 수축 변형 및 장기거동 특성 182
2.4.5 내구 특성 196
2.4.6 70MPa 및 100MPa 고강도 콘크리트의 내구성 수명예측 201
3. 150MPa급 초고강도 콘크리트 제조기술 개발 208
3.1 실험개요 208
3.2 사용재료 209
3.2.1 결합재 209
3.2.2 골재 210
3.2.3 혼화제 210
3.3 배합 211
3.4 실험결과 211
3.4.1 물-결합재 비에 따른 영향 211
3.4.2 단위수량에 따른 영향 213
3.4.3 잔골재율 변화에 따른 영향 214
3.4.4 굵은골재 최대치수에 따른 영향 216
3.4.5 고강도용 혼화재 입경에 따른 영향 218
3.5 150MPa급 초고강도 콘크리트의 표준배합 선정 220
제8장 결론 221
1. UHPC의 수화열 특성 평가 221
2. 변경된 배합에 대한 초기 수축특성 재평가 222
3. 온도 및 수축에 따른 UHPC의 초기 균열 특성 평가 223
4. UHPC의 장기 거동 특성 평가 224
5. UHPC용 고성능 감수제 국산화 개발 225
6. 굵은골재 사용 초고강도 콘크리트 제조 기술 개발 225
참고문헌 227
판권기 236
[표 2.1] UHPC 배합설계 55
[표 2.2] UHPC 단열온도 상승시험 변수 55
[표 2.3] Q∞ 및 r 의 표준값 (C : kg/m3) 58
[표 2.4] UHPC 단열온도 상승곡선 모델 62
[표 2.5] UHPC 수화도 모델 74
[표 2.6] 역학적 특성실험을 위한 UHPC 배합설계표 (시멘트에 대한 질량비) 76
[표 3.1] 연구내용 및 연구계획 84
[표 3.2] Miyazawa & Tazawa 모델의 상수 a, b 95
[표 3.3]/[표 3.4] 수축실험 변수 및 범위 98
[표 3.4] 시멘트의 물리적 성질 98
[표 3.5] 시멘트의 화학적 성질 98
[표 3.6] 골재의 물리적 성질 99
[표 3.7] 실리카퓸의 물리적 성질 99
[표 3.8] 충전재의 물리적 성질 99
[표 3.9] 팽창재의 물리적 성질 99
[표 3.10] 수축저감제의 물리적 성질 100
[표 3.11] 고성능 감수제의 물리적 성질 100
[표 3.12] UHPC의 초음파 속도 모니터링 결과 104
[표 3.13] UHPC의 24시간의 탄성계수 105
[표 3.14] 자기수축 예측 모델 식 (3.17)의 계수값 (ε28, a, b) 119
[표 4.1] 재료특성 및 해석조건 126
[표 5.1] 압축강도 시험체 137
[표 5.2] 휨강도 시험체 138
[표 5.3] 시멘트와 실리카퓸의 물리ㆍ화학적 성질 139
[표 5.4] 충전재의 물리ㆍ화학적 성질 139
[표 5.5] 기건양생별 압축강도 및 탄성계수 비교 142
[표 5.6] 습윤양생별 압축강도 및 탄성계수 비교 143
[표 5.7] 증기양생별 압축강도 및 탄성계수 비교 144
[표 5.8] 기건양생별 휨강도 및 등가휨강도 비교 149
[표 5.9] 습윤양생별 휨강도 및 등가휨강도 비교 149
[표 5.10] 증기양생별 휨강도 및 등가휨강도 비교 150
[표 6.1] 고성능 감수제 국산화 검토 실험 변수 160
[표 6.2] 시멘트 및 광물질 혼화재의 물리ㆍ화학적 성질 160
[표 6.3] 잔골재의 물리ㆍ화학적 성질 161
[표 6.4] 고성능 감수제의 특성 161
[표 6.5] 충전재의 물리ㆍ화학적 성질 162
[표 7.1] 시멘트 및 혼화재의 물리ㆍ화학적 성질 167
[표 7.2] 70MPa급 및 1000MPa급 고강도 콘크리트 표준배합(1㎥ 기준) 168
[표 7.3] 콘크리트 탄성계수식 비교 181
[표 7.4] 70MPa 고강도 콘크리트의 건조수축 변형률 비교 185
[표 7.5] 100MPa 고강도 콘크리트의 건조수축 변형률 비교 187
[표 7.6] 70MPa급 고강도 콘크리트의 크리프 실험값 189
[표 7.7] 70MPa급 고강도 콘크리트의 크리프 계수 비교 192
[표 7.8] 100MPa급 고강도 콘크리트의 크리프 실험값 193
[표 7.9] 100MPa급 고강도 콘크리트의 크리프 계수 비교 195
[표 7.10] 콘크리트 종류별 염해시험 결과 201
[표 7.11] 콘크리트 표면의 염소이온 농도 204
[표 7.12] 시멘트 및 실리카퓸의 물리ㆍ화학적 성질 209
[표 7.13] 고강도 혼화제의 물리ㆍ화학적 성질 210
[표 7.14] 콘크리트 배합설계 211
[표 7.15] 150MPa급 콘크리트 표준배합(1㎥ 기준) 220
[그림 1.1] 국내 초고강도 콘크리트 기술 발전 흐름 40
[그림 1.2] 국외 초고강도ㆍUHPC의 발전 흐름 42
[그림 2.1] 단열온도 시험장치 및 개념도 54
[그림 2.2] 단열온도 상승시험 결과 56
[그림 2.3] 단열온도 상승량 (A, B, C 배합) 57
[그림 2.4] 단열온도 상승량 (C-22.9, C-35.5) 57
[그림 2.5] 콘크리트 표준시방서에 의한 단열온도 상승량 (C=390kg/m3인 경우) 59
[그림 2.6] 단열온도 상승곡선 모델 (2변수 모델) 60
[그림 2.7] 단열온도 상승곡선 모델 (3변수 모델) 60
[그림 2.8] UHPC 단열온도 상승곡선 모델의 구성 63
[그림 2.9] UHPC 단열온도 상승곡선 모델 66
[그림 2.10] 수화발열 과정의 모델링 68
[그림 2.11] Arrhenius type의 성숙도함수를 이용한 등가재령과 수화정도 71
[그림 2.12] 아레니우스 상수의 결정 (C 배합) 72
[그림 2.13] 타설 온도에 따른 수화발열곡선 (C 배합) 72
[그림 2.14] UHPC 수화도 모델 75
[그림 2.15] UHPC 역학적 특성 77
[그림 2.16] UHPC 초음파 속도 측정 결과 (C배합 20℃양생) 79
[그림 2.17] UHPC 초기재령 탄성계수 (0.83일까지, C배합 20℃양생) 79
[그림 2.18] UHPC 초기재령 인장강도 (0.83일까지, C배합 20℃양생) 80
[그림 2.19] UHPC 수화열 mock-up 시험체 거푸집 81
[그림 2.20] UHPC mock-up 시험 온도 측정결과 82
[그림 2.21] UHPC mock-up 시험 DIANA 해석결과 82
[그림 3.1] 초음파 속도 측정 방법 85
[그림 3.2 ] 콘크리트의 초결 및 종결 [Mindness & Young 1981] 86
[그림 3.3] 초음파 속도의 발현 곡선 87
[그림 3.4] 수화도에 따른 시멘트페이스트의 미세구조 88
[그림 3.5] 시멘트 수화 반응 시 발생하는 현상 91
[그림 3.6] 화학적 수축과 자기수축의 관계 93
[그림 3.7] UHPC 자기수축 실험 과정 101
[그림 3.8] 초음파 속도 모니터링 장치 개요도 103
[그림 3.9] 초음파 속도 측정 장면 103
[그림 3.10] UHPC(Mix A, C)의 초음파 속도 (양생온도 : 20℃) 107
[그림 3.11] UHPC(Mix A, B, C)의 초음파 속도 (양생온도 : 30℃) 108
[그림 3.12] 초음파 속도에 의한 UHPC의 탄성계수 109
[그림 3.13] UHPC의 탄성계수 변화율 110
[그림 3.14] UHPC(Mix A, C)의 자기수축 실험결과 (양생온도 : 20℃) 112
[그림 3.15] UHPC(Mix A, B, C)의 자기수축 실험결과 (양생온도 : 30℃) 113
[그림 3.16] UHPC의 배합별 총 수축 실험결과 114
[그림 3.17] UHPC의 배합별 건조수축 추정결과 115
[그림 3.18] Mix C의 양생온도에 따른 자기수축 실험결과 116
[그림 3.19] Mix C의 수화시간에 따른 온도변화 116
[그림 3.20] 모델식에 의한 UHPC 자기수축 결과 118
[그림 3.21] Mock-up 수축 실험 결과 (Temperature) 120
[그림 3.22] Mock-up 수축 실험 결과 (Autogenous Shrinkage) 120
[그림 4.1] 수화열 해석 알고리즘 124
[그림 4.2] UHPC 바닥판 형상 125
[그림 4.3] UHPC 바닥판 해석 모델링 및 검토위치 125
[그림 4.4] UHPC 고온양생 이력 126
[그림 5.1] UHPC 압축강도 실험 140
[그림 5.2] 3등분점 휨시험 개념도 141
[그림 5.3] 3등분점 휨시험 모습 141
[그림 5.4] 양생조건에 따른 재령별 압축강도 비교 146
[그림 5.5] 기건양생에 따른 압축강도-재령 관계 146
[그림 5.6] 습윤양생에 따른 압축강도-재령 관계 147
[그림 5.7] 증기양생에 따른 압축강도-재령 관계 147
[그림 5.8] 양생조건에 따른 압축-변형률 곡선(재령180일) 148
[그림 5.9] 양생조건에 따른 재령별 휨강도 비교 150
[그림 5.10] 양생조건에 따른 재령별 등가휨강도 비교 151
[그림 5.11] 휨강도-재령 관계(기건양생) 152
[그림 5.12] 휨강도-재령 관계(습윤양생) 152
[그림 5.13] 휨강도-재령 관계(증기양생) 153
[그림 5.14] 기건양생에 따른 재령별 휨시험 결과 154
[그림 5.15] 습윤양생에 따른 재령별 휨시험 결과 154
[그림 5.16] 증기양생에 따른 재령별 휨시험 결과 155
[그림 5.17] 크리프 시험장치 및 시험 156
[그림 5.18] 크리프 시험 결과 157
[그림 5.19] 시험 조건에 따른 크리프 모델식과 시험결과 비교 158
[그림 6.1] 국내 S사와 외국산 유동성 비교 163
[그림 6.2] 국내 S사와 외국산 압축강도 비교 163
[그림 6.3] 국내 D사와 외국산 유동성 비교 164
[그림 6.4] 국내 D사와 외국산 압축강도 비교 165
[그림 7.1] 현장플랜트 시설을 이용한 콘크리트 믹싱 168
[그림 7.2] 자기수축 실험 광경 171
[그림 7.3] 크리프 시험장치 172
[그림 7.4] 동결융해 시험 173
[그림 7.5] 탄산화 시험 173
[그림 7.6] 전기촉진 장치 174
[그림 7.7] 슬럼프 플로우 측정 175
[그림 7.8] 70, 100MPa급 콘크리트의 유동성 175
[그림 7.9] 70, 100MPa급 콘크리트의 재령별 압축강도 176
[그림 7.10] 70, 100MPa급 콘크리트의 재령별 휨강도 177
[그림 7.11] 70, 100MPa급 콘크리트의 압축강도-휨강도 관계 177
[그림 7.12] 재령에 따른 쪼갬인장강도 178
[그림 7.13] 쪼갬인장강도 추정식(KCI)과 실측치와의 관계 179
[그림 7.14] 70MPa급, 100MPa급 콘크리트의 탄성계수 179
[그림 7.15] 70MPa급, 100MPa급 콘크리트의 탄성계수 실측치와 기존 탄성계수식과의 관계 182
[그림 7.16] 70MPa급, 100MPa급 콘크리트의 자기수축 측정결과 183
[그림 7.17] 70MPa급 고강도 콘크리트의 건조수축 변형률 비교 186
[그림 7.18] 100MPa급 고강도 콘크리트의 건조수축 변형률 비교 188
[그림 7.19] 70MPa급 고강도 콘크리트의 크리프 실험결과 190
[그림 7.20] 70MPa급 고강도 콘크리트의 크리프 계수 곡선 192
[그림 7.21] 100MPa급 고강도 콘크리트의 크리프 실험결과 194
[그림 7.22] 100MPa급 고강도 콘크리트의 크리프 계수 곡선 195
[그림 7.23] 동결융해 사이클에 따른 콘크리트의 질량변화율 197
[그림 7.24] 동결융해 사이클에 따른 콘크리트의 내구성 지수 197
[그림 7.25] 콘크리트 종류에 따른 재령별 탄산화 깊이 198
[그림 7.26] 콘크리트 종류에 따른 탄산화 계수 199
[그림 7.27] 탄산화 측정(재령 180일) 199
[그림 7.28] 콘크리트 종류에 따른 전하 통과량 촉진시험 결과 200
[그림 7.29] 콘크리트 종류에 따른 염소이온 확산계수 추정 결과 201
[그림 7.30] Tutti 모델의 개념도 203
[그림 7.31] 콘크리트 종류에 따른 깊이별 염소이온 농도 예측(비말대) 206
[그림 7.32] 시간에 대한 염소이온 농도 예측(비말대, 피복두께 50mm) 206
[그림 7.33] 콘크리트 종류에 따른 깊이별 염소이온 농도 예측(해안선 부근) 207
[그림 7.34] 시간에 대한 염소이온 농도 예측(해안선 부근, 피복두께 50mm) 207
[그림 7.35] 물-결합재비에 따른 유동성 212
[그림 7.36] 물-결합재비에 따른 재령별 압축강도 213
[그림 7.37] 단위시멘트량에 따른 유동성 214
[그림 7.38] 잔골재율 변화에 따른 유동성 215
[그림 7.39] 잔골재율 변화에 따른 압축강도 216
[그림 7.40] 굵은 골재 최대치수에 따른 유동성 217
[그림 7.41] 굵은골재 최대치수에 따른 압축강도 217
[그림 7.42] 고강도용 혼화재 종류에 따른 유동성 219
[그림 7.43] 고강도용 혼화재의 종류에 따른 압축강도 219
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