KR100467645B1 - 고인장강도 콘크리트 및 그를 이용한 이중 콘크리트구조물의 시공방법 - Google Patents

고인장강도 콘크리트 및 그를 이용한 이중 콘크리트구조물의 시공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 고인장강도 콘크리트를 이용한 이중 콘크리트 구조물의 시공방법은, 물:186.5㎏/㎥, 시멘트:622㎏/㎥, 잔 골재:718㎏/㎥, 굵은 골재:718㎏/㎥, 실리카 흄:69㎏/㎥, 감수제(plasticizer):18.7㎏/㎥, 강섬유:157㎏/㎥로 이루어진 콘크리트 혼합물로 고인장강도의 제1 콘크리트층을 소정 두께로 형성하는 단계; 및 상기 고인장강도의 제1 콘크리트층 위에 보통 강도의 제2 콘크리트층을 소정 두께로 형성하여 이중 콘크리트층 구조에 의한 일체형 콘크리트 구조물을 완성하는 단계를 포함한다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 일반적인 콘크리트에 강섬유를 혼합하여 인장강도와 연성을 증가시킬 수 있다. 그리고, 콘크리트 구조물의 인장영역에 강섬유를 함유한 고인장강도 콘크리트층을 형성하고, 그 위에 보통 강도의 콘크리트층을 형성한 이중 구조의 콘크리트 구조물을 구축함으로써, 일반 철근콘크리트 구조물에 비해 극한하중을 증대시킬 수 있고, 사용하중 상태에서 인장 휨균열의 폭을 줄이고 균열의 진행을 억제시킬 수 있다. 따라서, 콘크리트 구조물의 구조적ㆍ기능적 안전성 및 사용성을 향상시키고, 전체적인 구조물의 내구성을 한층 증대시킬 수 있다.

Description

고인장강도 콘크리트 및 그를 이용한 이중 콘크리트 구조물의 시공방법{High tension strength concrete and method for constructing double concrete structures using the same}
본 발명은 고인장강도 콘크리트 및 그를 이용한 이중 콘크리트 구조물(PSC 빔교 거더 및 슬래브, PF 거더, 슬래브교, 라멘교, RC 건축물의 거더 및 슬래브, 강구조물의 거더, 기타 거더교 등)의 시공방법에 관한 것으로서, 특히 강섬유를 콘크리트 또는 시멘트 모르타르에 혼합함으로써 인장 및 휨 강도를 증대시킨 고인장강도 콘크리트 및 그를 이용한 이중 콘크리트 구조물의 시공방법에 관한 것이다.
일반적으로, 철근 콘크리트 구조에서 압축강도에 비해 낮은 인장강도로 인하여 발생되는 콘크리트의 균열은 구조물의 강성을 감소시켜 과도한 처짐을 발생시킨다. 또한, 과도한 처짐으로 인한 콘크리트 균열의 진전은 보강 철근이 대기와 수분에 노출되는 원인이 되며, 이에 의한 철근 부식의 진전과 철근과 콘크리트의 부착력 약화는 구조물의 전체적인 일체성을 감소시켜 구조물의 기능을 현저하게 저하시키는 결과를 초래한다.
콘크리트 강도는 공극 다공성에 크게 영향을 받으며, 이를 줄이기 위한 방법으로 고밀도 입자와 MDF(Macro Defect Free)시멘트를 이용한 고강도 콘크리트가 연구되어 보통강도 콘크리트에 비해 5배 이상의 현저하게 높은 압축강도를 얻을 수 있다. 그러나 상대적으로 휨 강도나 인장 강도는 압축 강도에 비해 여전히 낮은 수준이다. 그러나, 최근 들어 강, 유리, 탄소, 폴리프로필렌 등의 각종 섬유를 콘크리트에 혼합하여 휨인장강도(파괴계수)와 연성을 향상시키기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.
본 발명은 이상과 같은 사항을 고려하여 창출된 것으로서, 콘크리트의 약한 인장 강도에 의해 발생되는 철근 콘크리트 구조물의 휨 균열을 억제하고, 극한 하중에 대한 내하력 및 강성을 증대시킬 수 있는 고인장강도 콘크리트 및 그를 이용한 이중 콘크리트 구조물의 시공방법을 제공함에 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 고인장강도 콘크리트를 이용한 콘크리트 구조물의 시공방법에 따라 고인장강도의 제1 콘크리트층을 형성한 상태를 보여주는 도면.
도 2는 도 1의 고인장강도 제1 콘크리트층 위에 보통강도 제2 콘크리트층을 합성한 이중 구조의 일체형 콘크리트 구조물을 보여주는 도면.
도 3은 본 발명에 따른 고인장강도 콘크리트 및 그를 이용한 이중 콘크리트 구조물의 시공방법을 적용한 PSC 거더의 시공개요도.
도 4는 본 발명에 따른 고인장강도 콘크리트 및 그를 이용한 이중 콘크리트 구조물의 시공방법을 적용한 PF 거더의 시공개요도.
도 5는 본 발명에 따른 고인장강도 콘크리트 및 그를 이용한 이중 콘크리트 구조물의 시공방법을 적용한 슬래브교의 시공개요도.
도 6은 본 발명에 따른 고인장강도 콘크리트 및 그를 이용한 이중 콘크리트 구조물의 시공방법을 적용한 라멘교의 시공개요도.
도 7은 본 발명에 따른 고인장강도 콘크리트 및 그를 이용한 이중 콘크리트 구조물의 시공방법을 적용한 RC 건축구조물의 거더 및 슬래브의 시공개요도.
도 8은 본 발명에 따른 고인장강도 콘크리트 및 그를 이용한 이중 콘크리트 구조물의 시공방법을 적용한 강구조 건축구조물의 거더 및 슬래브의 시공개요도.
도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 방법에 의해 시공한 이중 콘크리트 구조물과 일반 철근콘크리트 구조물에 대한 하중-처짐 곡선도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
101...고인장강도 제1 콘크리트층 101r...보강(인장) 철근
102...보통강도 제2 콘크리트층 400...교각
401...거더 402,602...슬래브
402b,502b...보통강도 콘크리트 구간
402g,502g...고인장강도 콘크리트 구간
502d,602d...고인장강도 콘크리트층
602u...보통강도 콘크리트층
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 고인장강도 콘크리트는,
물:186.5㎏/㎥, 시멘트:622㎏/㎥, 잔 골재(fine aggregate):718㎏/㎥, 굵은 골재(coarse aggregate):718㎏/㎥, 실리카흄(silica fume):69㎏/㎥, 감수제 (plasticizer):18.7㎏/㎥, 강섬유(steel fiber):157㎏/㎥의 배합비를 갖는 점에 그 특징이 있다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 고인장강도 콘크리트를 이용한 이중 콘크리트 구조물의 시공방법은,
위의 배합비로 이루어진 콘크리트 혼합물로 고인장강도의 제1 콘크리트층을 소정 두께로 형성하는 단계; 및
상기 고인장강도의 제1 콘크리트층 위에 보통 강도의 제2 콘크리트층을 소정 두께로 형성하여 이중 콘크리트층 구조에 의한 일체형 콘크리트 구조물을 완성하는 단계를 포함하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 상기 고인장강도의 제1 콘크리트층 형성을 위한 콘크리트 타설에 있어서, 제1 콘크리트층에 인장 성능을 증가시키기 위해 보강(인장) 철근을 추가적으로 배근하고 콘크리트를 타설한다. 또한, 상기 고인장강도의 제1 콘크리트층 형성을 위한 콘크리트 타설 후, 2시간의 시간 경과 후에 보통 강도의 제2 콘크리트층 형성을 위한 콘크리트를 타설한다.
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 고인장강도 콘크리트는 일반적인 보통 강도의 콘크리트와 비교해 볼 때, 우선 콘크리트 혼합물에 인장 강도의 증대를 위해 강섬유가 보강된다는 점이 일반 보통 강도 콘크리트와 특징적으로 다르다고 할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 고인장강도 콘크리트는 물:186.5㎏/㎥, 시멘트:622㎏/㎥, 잔 골재(fine aggregate):718㎏/㎥, 굵은 골재(coarse aggregate):718㎏/㎥, 실리카흄(silica fume):69㎏/㎥, 감수제(plasticizer):18.7㎏/㎥, 강섬유(steel fiber):157㎏/㎥의 배합비를 갖는다.
한편, 이상과 같은 본 발명에 따른 고인장강도 콘크리트를 이용한 이중 콘크리트 구조물의 시공방법은, 먼저 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 배합비를 갖는 본 발명에 따른 고인장강도 콘크리트 혼합물을 미리 설치한 거푸집에 타설하여 고인장강도의 제1 콘크리트층(101)을 소정 두께로 형성하게 된다. 이때, 바람직하게는 그 내부에 인장 강도의 증대를 위한 보강(인장) 철근(101r)을 추가적으로 배근하고 콘크리트를 타설한다.
이렇게 하여 고인장강도의 제1 콘크리트층(101)의 형성이 완료되면, 도 2에 도시된 바와 같이, 그 제1 콘크리트층(101) 위에 보통 강도의 제2 콘크리트층(102)을 소정 두께로 형성하여 이중 콘크리트층 구조에 의한 일체형 콘크리트 구조물을 완성한다. 이때, 상기 고인장강도의 제1 콘크리트층(101) 형성을 위한 콘크리트 타설 후, 바람직하게는 2시간의 시간 경과 후에 보통 강도의 제2 콘크리트층(102) 형성을 위한 콘크리트를 타설한다. 이와 같이, 제1 콘크리트층(101) 형성을 위한 콘크리트 타설 후, 2시간이 경과된 후에 보통 강도의 제2 콘크리트층(102) 형성을 위한 콘크리트를 타설하는 것은 상기 제1 콘크리트층(101)과 제2 콘크리트층(102) 간에 층의 구분을 뚜렷이 하면서도 두 층간의 층분리가 발생하는 것을 방지하기 위한 것이다. 이는 실험 및 관찰에 근거한 것으로서, 단면의 접합상태를 관찰하기 위해 시험체를 절단하여 단면을 관찰한 결과, 제1 콘크리트층(101)의 타설 후, 0, 0.5, 1시간 경과후에 제2 콘크리트층(102)을 타설한 경우에는 두 콘크리트층이 파형을 이루면서 뚜렷한 층의 구분이 이루어지지 않았으나, 시간 간격이 2, 6, 12시간인 경우에는 두 콘크리트층 간의 경계선이 거의 일직선을 이루면서 층의 구분이 확연히 나타났다. 또한, 하중 작용시 두 층간의 층이 분리되는 현상을 조사하기 위해 실험한 결과, 시간 간격이 0, 0.5, 1, 2 시간인 경우에는 휨실험이 종료될 때까지 두 층간의 층이 분리되지 않는 것으로 관찰되었으나, 시간 간격이 6, 12시간인 경우에는 층분리 현상이 발생하였다. 따라서, 두 층간에 층의 구분이 뚜렷이 나타나고, 외부 하중 작용시 두 층간의 층분리가 발생하지 않는 두 층간의 콘크리트 타설 시간 간격은 2시간으로 설정하게 된 것이다.
한편, 도 9a 내지 도 9c는 이상과 같은 보통강도 콘크리트와 고인장강도 콘크리트를 합성한 2중 콘크리트 구조물과, 일반 철근콘크리트 구조물을 대상으로 하여 실험을 통해 얻은 하중-처짐 특성곡선도이다.
도 9a 내지 도 9c를 참조하면, 이중 콘크리트 구조물의 일반 철근콘크리트 구조물에 대한 극한 하중의 증가는 철근비(D13, D16, D19)가 클수록 높게 나타나며, 평균적으로 약 30% 정도의 증가를 보여 우수한 극한하중 증진 효과를 가짐을 알 수 있다. 또한, 휨강성은 하중-처짐 특성곡선의 기울기를 나타내며, 균열이전의 초기단계 뿐만 아니라 항복이전의 사용하중 상태에 대해서도 이중 콘크리트 구조물의 휨강성이 일반 철근콘크리트 구조물에 비해 증가함을 볼 수 있다. 이러한 휨강성의 증가는 동일한 크기의 외력에 대한 구조물의 변형감소를 의미한다. 일반 철근콘크리트 구조물의 경우에는 인장 철근의 항복 이전에는 탄성거동을 하며, 항복 후 구조물의 중앙부 처짐이 20mm에 도달할 때까지 하중의 변화가 미세한 것으로 나타났다. 그러나, 상기 이중 콘크리트 구조물은 항복 이전 구간에서는 철근콘크리트 구조물과 마찬가지로 탄성 거동을 하지만, 항복 후에는 처짐의 증가에 대한 하중은 지속적으로 감소하는 것으로 나타나 항복하중이 이중 콘크리트 구조물의 극한 하중임을 알 수 있다. 이는 인장철근의 항복 후에는 하중저항 능력이 급속히 감소하기 때문이다.
이중 콘크리트 구조물의 철근콘크리트 구조물에 대한 극한 하중 증가량은 철근비(D13, D16, D19)가 클수록 높게 나타나며, 극한 하중 증가율은 각각의 사용 철근비에 크게 관계없이 약 30% 정도의 증가를 보여 우수한 극한하중 증진 효과를 가짐을 알 수 있다. 초기 휨강성은 하중-처짐 특성곡선의 초기 기울기를 나타내며, 휨강성의 증가는 동일한 크기의 외력에 대한 구조물의 변형감소를 의미한다.
철근콘크리트 구조물의 순수 휨 구간에서 발생된 초기 휨균열은 하중이 증가함에 따라 균열폭이 증가하는 반면 새로운 균열은 관측되지 않았다. 그러나, 이중 콘크리트 구조물의 초기 휨균열은 철근콘크리트 구조물의 균열폭 보다 작았고, 발생된 균열 간격이 크며, 균열폭의 증가속도도 둔화되는 경향을 보였다. 그리고, 고인장강도 콘크리트에 함유되어 있는 강섬유가 균열폭의 증가를 억제시켜 새로운 미세 균열이 기존 균열 사이에 발생하였다. 이것은 철근콘크리트 구조물의 경우 다수의 주균열이 압축부로 진전되어 파괴에 이르게 되는 반면, 이중 콘크리트 구조물은 인장영역에 보강된 강섬유에 의해 억제된 주균열이 극한하중 단계에서 인장철근의 항복에 의해 인장철근 상단의 고인장강도 콘크리트에서 균열이 발생되어 파괴되는 바, 그것은 결국 이중 콘크리트 구조물의 내하력 및 강성 증대를 의미하는 것이다.
한편, 도 3 에서 도 6은 본 발명에 따른 고인장강도 콘크리트 및 그를 이용한 이중 콘크리트 구조물의 시공방법을 적용하여 콘크리트 구조물을 시공한 예들을 보여주는 것으로서, 도 3은 PSC 빔교 거더 및 슬래브의 시공개요도이고, 도 4는 PF 빔교 거더의 시공개요도이며, 도 5는 슬래브교의 시공개요도이고, 도 6은 라멘교의 시공개요도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, PSC 빔교 및 PF 빔교의 거더(401)의 시공에 있어서, 거더(401)의 하반부(401d)는 고인장강도 콘크리트로 구성하고, 거더(401)의 상반부(401u)는 일반 보통강도 콘크리트로 구성하여 전체적으로 하나의 거더(401)를 구축한다. 또한, 슬래브(402)의 시공에 있어서는, 교량의 길이방향을 따라 일정 구간은, 예를 들면, 교각(400)의 상부 일정 구간은 고인장강도 콘크리트 구간(402g)으로 구성하고, 나머지 다른 구간은 일반 보통강도 콘크리트 구간(402b)으로 구성하여 전체적으로 하나의 슬래브(402)를 구축할 수도 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 슬래브교를 시공함에 있어서는 슬래브(502)를 수평으로 대략 2등분하는 중심선의 하단부는 고인장강도 콘크리트층(502d)으로 구성하고, 중심선의 상단부는 교량의 길이방향을 따라 일반 보통강도 콘크리트 구간 (502b)과 고인장강도 콘크리트 구간(502g)의 합성구조로 된 콘크리트층으로 시공할수 있다.
또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 라멘교의 시공에 있어서 슬래브를 수평으로 대략 2등분하는 중심선의 하단부는 고인장강도 콘크리트층(602d)으로 구성하고, 중심선의 상단부는 일반 보통강도 콘크리트층(602u)으로 구성하여 이중 합성구조의 슬래브(602)를 구축한다.
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 고인장강도 콘크리트 및 그를 이용한 콘크리트 구조물의 시공방법을 적용한 기타 다른 시공예들을 보여주는 것으로서, 도 7은 RC 건축구조물의 거더 및 슬래브의 시공개요도이고, 도 8은 강구조 건축구조물의 거더 및 슬래브의 시공개요도이다.
이 도 7 및 도 8에 도시된 시공 예들도 상기 도 3 에서 도 6에 도시된 시공예들과 마찬가지로 거더 및 슬래브를 시공함에 있어서, 고인장강도 콘크리트와 일반 보통강도 콘크리트로 상하 적층구조 혹은 수평 방향의 교번 중첩구조로 이중 합성구조의 콘크리트 구조물을 구축한다. 따라서, 이들의 시공과 관련한 개별적인 설명은 생략한다. 또한, 상기 도 3 에서 도 6의 구조물과 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용하며, 각 참조 부호들과 관련한 설명은 도 3 에서 도 6의 참조 부호들의 설명으로 대신하기로 한다.
이상의 설명에서와 같이, 본 발명에 따른 고인장강도 콘크리트 및 그를 이용한 이중 콘크리트 구조물의 시공방법은 일반적인 콘크리트에 강섬유를 혼입하여 인장강도를 증대시키고, 콘크리트 구조물의 인장영역에 그와 같은 강섬유를 함유한 고인장강도 콘크리트층을 형성하고, 그 위에 보통 강도의 콘크리트층을 형성한 이중 구조의 콘크리트 구조물을 구축하므로, 일반 철근콘크리트 구조물에 비해 극한하중을 증대시킬 수 있고, 사용하중 상태에서 인장 휨균열의 폭을 줄이고 균열의 진행을 억제시킬 수 있다. 이상과 같은 극한하중의 증가, 균열제어 및 휨강성의 증가는 콘크리트구조물의 구조적 안정성을 더욱 도모하고, 콘크리트 구조물의 전체적인 내구성을 한층 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 삭제
  2. 물, 시멘트, 잔골재, 굵은골재, 실리카흄, 감수제 및 강섬유를 혼합하여 제조한 섬유보강콘크리트를 이용하여 구조물을 설치함에 있어서,
    상기 물은186.5kg/㎥, 시멘트는 622kg/㎥, 잔골재(fine aggregate)는 718kg/㎥, 굵은골재(coarse aggregate)는 718kg/㎥, 실리카흄(silica fume)은 69kg/㎥, 감수제(plasticizer)는 18.7kg/㎥, 강섬유(steel fiber)는 157kg/㎥의 배합비로 이루어진 콘크리트혼합물로 고인장강도의 제1콘크리트층을 소정두께로 형성하는 단계; 및
    상기 고인장강도의 제1 콘크리트층 위에 보통강도의 제2 콘크리트층을 소정두께로 형성하여 이중콘크리트층 구조에 의한 일체형 콘크리트구조물을 완성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고인장강도 콘크리트를 이용한 이중콘크리트 구조물의 시공방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 이중콘크리트층 구조물인 교량을 설치할 때, 지점부에서는 상하부를 모두 고인장 강도의 제1콘크리트 층으로 형성하고, 지점부와 지점부의 사이에 설치되는 부분에는 상부에는 보통강도의 제2콘크리트 층을, 하부에는 고인장강도의 제1콘크리트 층으로 형성된 콘크리트구조물로 설치하는 것을 특징으로 하는 고인장강도콘크리트를 이용한 이중콘크리트 구조물의 시공방법.
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