KR100875240B1 - 포장 일체형 교량 슬래브용 고성능 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 교량 슬래브 시공방법 - Google Patents

포장 일체형 교량 슬래브용 고성능 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 교량 슬래브 시공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 포장 일체형 교량 슬래브용 콘크리트 조성물로서, 시멘트, 플라이애시 및 고로슬래그 미분말의 3성분으로 구성된 3성분계 결합재를 가지고 21~40MPa의 설계기준강도로 배합설계하는 것을 특징으로 하는 별도의 교면 포장을 실시할 필요가 없는 포장 일체형 교량 슬래브용 고성능 콘크리트 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 시멘트, 플라이애시 및 고로슬래그 미분말의 3성분계 결합재로 배합설계된 포장 일체형 교량 슬래브용 고성능 콘크리트 조성물로 교량 슬래브를 시공하되 별도의 교면 포장을 실시하지 않는 것을 특징으로 하는 콘크리트 교량 슬래브 시공방법을 제공한다.
콘크리트, 교량, 슬래브, 포장, 일체, 고성능, 3성분, 고로슬래그, 플라이애시

Description

포장 일체형 교량 슬래브용 고성능 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 교량 슬래브 시공방법{High performance concrete composition for constructing bridge slab integrated with pavement and bridge slab construction method using the same}
본 발명은 포장 일체형 교량 슬래브용 고성능 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 콘크리트 교량 슬래브 시공방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 시멘트, 플라이애시 및 고로슬래그 미분말의 3성분으로 구성된 3성분계 결합재를 가지고 21~40MPa의 설계기준강도로 배합설계한 포장 일체형 교량 슬래브용 고성능 콘크리트 조성물과, 이러한 콘크리트 조성물만으로 균열 억제와 내구성능의 확보가 충분히 가능해짐으로써 추가적인 교면 포장을 생략하여 경제성과 시공성을 동시에 만족시킬 수 있게 한 콘크리트 교량 슬래브 시공방법에 관한 것이다.
교량 슬래브는 공용기간 동안 차량하중 및 다양한 환경조건(동해, 우수 및 융빙제)에 직접적으로 노출되는 부재이기 때문에 다른 주요부재에 비해서 다양한 결함 및 손상이 자주 발생한다.
특히, 최근 도로 이용자의 요구수준이 높아짐에 따라 이용자의 요구수준을 만족시키고자 제설 염화물 사용량이 3~5배 정도 많이 증가하게 되었는데, 염화물 사용량이 증가함에 따라 교량 슬래브에 콘크리트의 열화 및 철근부식에 의한 손상이 심각하게 발생하여 교량 슬래브의 유지관리에 큰 어려움을 겪고 있는 실정이다.
도 1은 별도의 교면 포장을 갖는 콘크리트 교량 슬래브에서 포장 아래의 콘크리트에 열화가 발생한 상태를 보여주는 사진으로, 도 1(a)는 포장 아래의 콘크리트 표면에서 열화가 진행된 상태를 보여주며, 도 1(b)는 포장 아래의 콘크리트에 매입된 철근깊이 이하까지 열화가 진행된 상태를 보여준다.
조사해본 결과, 도 1(b)에서와 같이 열화손상 깊이가 심한 곳에서는 내부에 매립된 철근 위치에서 대부분 염화물 침투 함량이 철근에 부식을 발생시킬 수 있는 철근부식임계 염화물량보다 매우 높게 나타났으나, 도 1(a)와 같이 포장 아래의 콘크리트 표면에 1cm 정도의 표면열화만 나타난 경우에는 콘크리트로의 침투 염화물량은 표면 근처에서 높고 철근깊이에서 부식임계 염화물량 이하로 나타났다.
위와 같은 결과로부터 교면 포장을 갖는 콘크리트 교량 슬래브의 경우에는 철근부식에 의한 부피팽창에 의한 박락 손상이 발생하기 전에 포장 아래의 콘크리트 표면에서 우수가 유입되면서 동결-융해의 반복으로 콘크리트 표면 박리가 먼저 진행되는 것을 알 수 있으며, 이러한 손상과정을 간략하게 정리하면 도 2와 같다. 이와 같이 별도의 교면 포장을 갖는 콘크리트 교량 슬래브에서 교면 포장에 손상이 나타나는 것은 포장 아래의 콘크리트에 손상이 어느 정도 진전된 상태라 할 수 있 고, 이는 곧 외관상 포장이 건전한 상태일지라도 교면 포장 아래의 내부 콘크리트는 손상이 진행될 수 있다는 것을 의미한다.
물론, 별도의 교면 포장을 갖는 콘크리트 교량 슬래브에서 콘크리트 내부로 우수가 유입되지 않는다면 열화 가능성이 없는 건전한 상태에 있을 것이며, 이에 콘크리트 내부로의 우수유입을 방지하기 위한 각종 포장공법이 개발되고 있다. 방수층을 포함한 아스팔트 포장공법과, 라텍스 개질 콘크리트(LMC) 포장공법, 대한민국특허 제515116호의 포장공법이 대표적이다. 하지만, 이들 공법들은 포장과 콘크리트와의 부착력 향상과 포장층의 수밀성 향상 등에 주안점을 둔 공법들로, 포장 아래의 내부 콘크리트와는 구별되는 별도의 교면 포장으로 교량 슬래브의 내구성능 향상을 꾀하고 있기 때문에 2원 시공(콘크리트 슬래브 시공과 포장시공의 분리시공)에 따른 시공성 저하와 비경제성이라는 문제를 그대로 수반한다.
한편, 포장 일체형 콘크리트 교량 슬래브는 별도의 교면 포장을 갖는 콘크리트 교량 슬래브의 2원 시공에 따른 문제점을 해결한다. 하지만, 종래의 포장 일체형 콘크리트 교량 슬래브에서는 콘크리트 박락 손상이 빈번하게 발생하는데, 이러한 손상은 대부분 상부철근의 부식에 의한 부피팽창에 기인한다. 도 3은 포장 일체형 콘크리트 교량 슬래브에서 발생한 손상을 보여주며, 이러한 손상단계를 단순하게 도식화하면 도 4와 같다.
지금까지의 포장 일체형 콘크리트 교량 슬래브의 경우에는, 균열이 발생하거 나 콘크리트 조직이 치밀하지 못한데서 비롯된 우수와 염화물의 침투로 인해 콘크리트가 박리되거나 상부철근이 부식하여 콘크리트가 박락되는 등의 교량 슬래브의 손상문제가 상존하였다. 이와 같은 교량 슬래브의 잦은 손상은 교량 슬래브의 사용수명이 단축하는 문제로 이어져, 현재는 포장 일체형 교량 슬래브보다는 별도 교면 포장을 갖는 교량 슬래브로 시공하는 방법이 널리 적용되는 실정이다.
본 발명은 상기한 종래 기술이 가지는 문제점을 개선하고자 개발된 것으로서, 포장 일체형으로 콘크리트 교량 슬래브의 시공을 가능케 하면서도 균열 억제와 더불어 고내구성을 발휘하여 향후 유지관리가 용이한 포장 일체형 교량 슬래브용 고성능 콘크리트 조성물과 이러한 콘크리트 조성물을 이용함으로써 추가적인 교면 포장을 생략하여 경제성과 시공성을 동시에 만족시킬 수 있게 한 콘크리트 교량 슬래브 시공방법을 제공하는데 그 기술적 과제가 있다.
본 발명의 다른 목적은 고내구성을 발휘하는 고성능 콘크리트의 결합재로 재료 수급이 용이하면서도 비교적 저렴한 시멘트, 플라이애시, 고로슬래브 미분말의 3성분계 결합재를 채택함으로써 현장 적용성을 향상시킬 수 있게 한 포장 일체형 교량 슬래브용 고성능 콘크리트 조성물을 제공하는 것이다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은 포장 일체형 교량 슬래브용 콘크리트 조성물로서, 시멘트, 플라이애시 및 고로슬래그 미분말의 3성분으로 구성된 3성분계 결합재를 가지고 21~40MPa의 설계기준강도로 배합설계하는 것을 특징으로 하는 별도의 교면 포장을 실시할 필요가 없는 포장 일체형 교량 슬래브용 고성능 콘크리트 조성물을 제공한다. 다양한 실험과 시험시공을 해 본 결과, 교량 슬래브의 설계기준강도 범위인 21~40MPa에서 시멘트에 플라이애시와 고로슬래그 미분말을 혼입하여 3성분으로 구성된 3성분계 결합재를 가지고 배합설계할 때, 균열 발생없이 교량 슬래브 콘크리트의 타설 및 교량 슬래브의 시공이 가능한 것으로 확인되었다. 이는 시멘트에 플라이애시와 고로슬래그 미분말을 적절한 비율로 혼입한 기술과 콘크리트 양생기술에 의해 콘크리트 조직이 치밀화됨에 따라 내구성능이 증진되는 한편 균열억제도 가능했던 것으로 파악된다.
상기 3성분계 결합재는 시멘트 100중량부에 대하여 플라이애시 5~20중량부, 고로슬래그 미분말 20~40중량부로 조성되되 플라이애시와 고로슬래그 미분말의 총혼입량이 시멘트 100중량부에 대하여 25~50중량부로 조성되도록 배합하는 것이 콘크리트의 내구성 면에서 바람직한 것으로 확인되었으며, 특히 플라이애시는 10-20중량부, 고로슬래그 미분말은 25-40중량부 범위에서가 내구성이 극대화되는 것으로 나타났다. 그리고, 시멘트를 혼화재로 치환하는 비율이 증가하면 콘크리트의 초기강도가 저하되기 때문에, 이점을 고려하여 초기강도 저하가 전체 시공특성에 영향을 미치지 않고 안정적인 효과를 얻을 수 있도록 플라이애시와 고로슬래그 미분말의 총혼입량은 시멘트 100중량부에 대하여 50중량부를 초과하지 않도록 배합하고 있다.
본 발명의 포장 일체형 교량 슬래브용 고성능 콘크리트 조성물에는 고성능 감수제와 고성능 AE감수제 둘 중 하나 이상의 감수제가 더 배합될 수 있는데, 상기 감수제는 3성분계 결합재의 중량총합 대비 0.4~1.5%내로 혼입하는 것이 적당하다. 감수제의 혼입으로 필요수량이 감소하여 치밀한 콘크리트의 생산이 가능하면서도 콘크리트의 유동성이 증가하여 타설 작업이 원활해지며, 나아가 생산설비와 타설현장 간의 이동시간과 대기시간에 굳지 않은 콘크리트의 품질을 일정하게 보존하여 고품질의 콘크리트 타설이 가능해진다. 감수제는 현장골재의 품질변동과 생산설비를 고려하여 3성분계 결합재의 중량총합 대비 0.4~1.5%내에서 혼입량을 결정하도록 한다.
또한, 본 발명은 시멘트, 플라이애시 및 고로슬래그 미분말의 3성분계 결합재로 배합설계된 포장 일체형 교량 슬래브용 고성능 콘크리트 조성물로 교량 슬래브를 시공하되 별도의 교면 포장을 실시하지 않는 것을 특징으로 하는 콘크리트 교량 슬래브 시공방법을 제공한다. 포장 일체형 교량 슬래브용 고성능 콘크리트 조성물의 이용으로 치밀하고 균열발생이 억제되는 콘크리트 교량 슬래브의 시공이 가능해지고, 그 결과 교량 슬래브의 콘크리트 내부로 유해물질(우수나 염화물)이 침투하는 것을 차단할 수 있게 되어 별도의 보호용 교면 포장을 시공하지 않고도 콘크리트 교량 슬래브의 사용수명을 연장시킬 수 있게 된다.
본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 기대된다.
첫째, 고내구성을 발휘하는 고성능 콘크리트의 결합재로 재료 수급이 용이하면서도 비교적 저렴한 시멘트, 플라이애시, 고로슬래브 미분말의 3성분계 결합재를 채택함으로써 경제적으로 용이하게 현장에 적용할 수 있게 된다.
둘째, 추가적인 포장이 필요없는 포장 일체형으로 콘크리트 교량 슬래브의 시공이 가능하므로 교량 슬래브의 전체 시공과정이 간편해진다. 아울러, 완성된 포장 일체형 콘크리트 교량 슬래브는 균열 발생이 억제되는 것은 물론 수밀성이 증가되어 우수나 염화물이 콘크리트 내부로 유입되는 것을 차단하는 등 고내구성을 발휘하며, 이로써 콘크리트 교량 슬래브의 공용연한이 증대되어 유지관리비를 절감할 수 있게 된다.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 더욱 상세하게 설명한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시한 것일 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1: 결합재 혼입율에 따른 성능 실험 1
(1)배합설계
본 발명은 콘크리트 교량 슬래브에서 균열발생을 최소화하면서 내구성능을 증가시킬 수 있는 요소를 결합재의 구성에서 찾았으며, 하기 [표 1]과 같이 설계기준강도에 따른 혼화재별 치환률로 결정하고 하기 [표 2]와 같이 배합설계하였다. 결합재는 보통 콘크리트(OPC)를 기준으로 플라이애시, 실리카 퓸, 고로슬래그 미분말을 혼입한 계열들을 고려하였다.
설계기준강도에 따른 혼화재별 치환률
구분 결합재 혼입율
시멘트 플라이애시 실리카퓸 고로슬래그미분말
27 MPa 배합1(OPC-1) 100 % - - -
배합2(FA) 80 % 20 % - -
배합3(FS) 76 % 20 % 4 % -
배합4(BS) 60 % - - 40 %
35 MPa 배합5(OPC-2) 100 % - - -
배합6(FA) 80 % 20 % - -
배합7(FS) 76 % 20 % 4 % -
배합8(BS) 60 % - - 40 %
[표 1]의 결합재의 구성과 설계기준강도에 따른 배합설계
구분 W/C (%) S/A (%) 단위 재료사용량 (kg/m3)
물 결합재 사용조건 잔골재 굵은 골재 고성능 AE 감수제
시멘트 플라이 애시 실리카퓸 슬래그 미분말
27 MPa OPC-1 42.2 42.5 154 365 - - - 774 1059 2.19
FA 41.4 42.4 151 292 73 - - 766 1044 2.19
FS 42.2 42.5 152 272 72 14 - 765 1043 2.15
BS 42.3 42.5 150 213 - - 142 777 1060 2.13
35 MPa OPC-2 35.6 38.9 155 436 - - - 684 1083 2.62
FA 35.1 38.9 153 349 87 - - 674 1067 2.62
FS 35.8 38.9 154 327 86 17 - 672 1064 2.58
BS 34.1 38.7 151 252 - - 168 689 1091 2.52
(2)성능실험 결과
상기 [표 2]의 8가지 배합에 대한 각 시험체별로 초기 균열저항성 및 재령 28일 양생 후에 내구성 실험을 하였으며, 그 결과는 [표 3]과 [표 4]와 같다.
설계기준강도 27MPa 배합변수별 내구성 실험결과 요약
평가항목 결합재 사용조건
27-OPC-1 27-FA 27-FS 27-BS
공기량(%) 5.4 5.2 5.3 5.6
압축강도(28일) 34.2 33.8 35.3 34.7
길이변화비(×10-4) -5.06 -4.56 -4.70 -5.13
동결융해저항성능(%) 79.7 82.3 80.6 79.2
염분침투저항성(C) (28일/90일) 2158/1583 1953/1173 1299/874 1416/850
박리저항성(28일 양생) 3 2 2 1
염분침투깊이(㎜) 6.2 5.4 4.1 3.5
마모저항성(㎎) 380 330 350 290
균열저항성 균열없음 균열없음 균열없음 균열발생
콘크리트공극율(%) 11.3 11.4 10.1 10.5
설계기준강도 35MPa 배합변수별 내구성 실험결과 요약
평가항목 결합재 사용조건
35-OPC-2 35-FA 35-FS 35-BS
공기량(%) 5.4 5.5 5.2 5.0
압축강도(28일) 42.6 42.4 44.0 43.1
길이변화비(×10-4) -6.22 -5.79 -5.84 -6.31
동결융해저항성능(%) 85.7 86.4 86.2 82.4
염분침투저항성(C) (28일/90일) 1670/1381 1657/1124 1153/830 1184/864
박리저항성(28일 양생) 3 3 2 2
염분침투깊이(㎜) 5.1 4.2 4.0 3.2
마모저항성(㎎) 340 280 310 300
균열저항성 균열발생 균열없음 균열없음 균열발생
콘크리트공극율(%) 11.5 11.0 10.7 11.2
배합실험 항목별 양호도 조사(◎매우양호, ○양호, △보통, ×불량)
구분 압축 강도 콘크리트 길이변화 동결융해 저항성 염화물이온 침투저항성 박리 저항성 염분침투 깊이 마모 저항성 균열 저항성 공극율
27 MPa OPC 1 ○ △ ○ △ △ △ ○ ○ △
FA ○ ○ ○ △ ○ △ ○ ○ △
FS ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○
BS ○ △ ○ ○ ○ ○ ○ × ○
35 MPa OPC 2 ○ △ ○ ○ ○ △ ○ × △
FA ○ △ ○ ○ ○ ○ ○ ○ △
FS ○ △ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○
BS ○ △ ○ ○ ○ ○ ○ × △
각 성능을 비교한 결과, 시멘트량을 증가시켜 강도를 증진시키는 것보다는 혼화재를 사용하는 것이 내구성능 향상에 크게 이바지하는 것으로 나타났다. 다만, 고로슬래그 미분말을 혼화재로 사용하는 경우에 전반적인 내구성능은 향상되는 것으로 나타났으나, 균열저항성이 저하되는 것으로 나타났다. 아울러, 플라이애시를 사용한 경우에는 균열저항성은 향상되나, 염화물이온 침투저항성, 표면박리 저항성과 염분침투깊이에서 그다지 유리한 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다.
결국, 균열저항성과 내구성능을 종합적으로 고려할 때 실험배합한 결과 중 설계기준강도 27MPa에서 플라이애시와 실리카 퓸을 결합재로 함께 사용하는 경우가 가장 효과적이라고 할 것이다.
실시예 2: 결합재 혼입율에 따른 성능 실험 2
(1)배합설계
위의 실시예 1에서와 같이 설계기준강도가 27MPa인 경우 플라이애시와 실리카 퓸을 결합재로 함께 사용하는 경우가 전체적으로 양호한 내구특성을 나타냈다. 하지만, 실리카 퓸은 수입에 의존하는 관계로 재료의 수급이 원활하지 않은 실정이어서, 실시예 2에서는 다양한 강도범위에서 혼화재의 혼입방법에 따른 추가 검토를 하였다.
구체적으로, 실시예1의 결과 고로슬래그 미분말을 혼화재로 사용하는 경우에 균열저항성은 저하되지만 전반적인 내구성능은 향상되는 것으로 나타나고, 플라이애시를 혼화재로 사용하는 경우에는 표면박리 저항성은 다소 감소하지만 균열저항성이 우수한 것으로 나타나는 바, 본 실시예2에서는 고로슬래그 미분말과 플라이애시를 혼화재로 함께 사용하여 균열저항성과 내구성능을 동시에 향상시킬 수 있는 배합을 도출한 것이다. 아울러, 실시예1에서 27MPa에서 내구성능이 가장 우수한 것으로 나타난 플라이애시와 실리카 퓸을 혼입한 배합을 추가하여 비교, 평가하였다.
하기 [표 6]은 본 실시예2에서 실험한 설계기준강도에 따른 혼화재별 치환률을 보여주며, [표 7]은 [표 6]의 결합재의 구성과 설계기준강도에 따른 배합설계를 보여준다.
설계기준강도에 따른 혼화재별 치환률
구분 결합재 혼입율
시멘트 플라이애시 실리카 퓸 고로슬래그미분말
30 MPa 배합1(OPC) 100 % - - -
배합2(FA) 75 % 25 % - -
배합3(FB-1) 60 % 10 % - 30 %
배합4(FB-2) 50 % 25 % - 25 %
배합5(FS) 74 % 20 % 6 % -
[표 6]의 결합재의 구성과 설계기준강도에 따른 배합설계
구분 W/C (%) S/A (%) 단위 재료사용량 (kg/m3)
물 결합재 사용조건 잔골재 굵은 골재 고성능 AE 감수제
시멘트 플라이 애시 실리카퓸 슬래그 미분말
30 MPa OPC 38.5 40.0 150 389 - - - 693 1048 2.35
FA 37.7 39.0 150 298 99 - - 659 1039 2.45
FB-1 37.7 39.0 154 245 41 - 123 656 1034 2.50
FB-2 34.7 38.0 154 222 111 - 111 619 1018 2.75
FS 39.4 38.0 154 289 78 23 - 640 1052 2.40
(2)실험 결과
상기 [표 7]의 5가지 배합에 대한 각 시험체별로 초기 균열저항성 및 28일 양생 후에 내구성 실험을 하였으며, 그 결과는 [표 8]과 [표 9]와 같다. 특히, 시멘트 단독 배합한 경우(OPC)와 시멘트와 플라이애시와 고로슬래그 미분말을 6:3:1로 혼합 배합한 경우(FB-1)의 성능을 비교해보면 도 5 내지 도 10과 같다.
설계기준강도 30MPa 배합변수별 내구성 실험결과 요약
평가항목 결합재 사용조건
30-OPC 30-FA 30- FB -1 30-FB-2 30-FS
공기량(%) 6.2 6.3 6.2 6.5 6.3
압축강도(28일) 35.3 34.0 34.9 33.8 36.7
길이변화비(×10-4) -4.37 -4.35 -4.62 -4.66 -4.60
동결융해저항성능(%) 72.3 65.7 77.7 70.4 73.2
염분침투저항성(C) (28일/56일) 1540/1230 1213/886 880/576 916/595 827/513
박리저항성(28일양생) 2 2 1 2 2
염분침투깊이(㎜) 7.3 7.1 3.6 4.7 4.5
마모저항성(㎎) 1,115 1,125 1,012 1,038 943
균열저항성 균열없음 균열없음 균열없음 균열없음 균열없음
기포간격계수(㎜) 0.26 0.28 0.23 0.27 0.29
(30-FB-1: 설계기준강도 30MPa, 시멘트:플라이애시:고로슬래그미분말 =6:3:1)
배합실험 항목별 양호도 조사(◎매우양호, ○양호, △보통,×불량)
구분 압축 강도 콘크리트 길이변화 동결융해 저항성 염화물이온 침투저항성 박리 저항성 염분 침투깊이 마모 저항성 균열 저항성 공극율
30 MPa OPC ○ ○ ○ △ △ △ ○ ○ ○
FA ○ ○ △ ○ ○ △ ○ ○ ○
FB -1 ○ ○ ○ ◎ ○ ○ ○ ○ ○
FB-2 ○ ○ ○ ◎ ○ △ ○ ○ ○
FS ○ ○ ○ ◎ ○ △ ○ ○ ○
각 성능을 비교한 결과, 혼화재로 플라이애시와 고로슬래그 미분말을 사용하는 경우가 재령 3,7일 강도발현은 낮지만, 재령 28,56일 장기로 진행함에 따라 강도 증진율이 높은 것으로 나타나 장기강도 측면에서는 효과적인 것으로 나타났다. 콘크리트 내구성능을 비교한 결과, 고로슬래그 미분말과 플라이애시를 같이 사용하는 것이 내구성 증진에 가장 좋았으며, 혼합조건은 30-FB-1[OPC60+FA10+BS30]인 것으로 나타났다. 특히, 30-FB-1[OPC60+FA10+BS30]의 배합은 실시예 1에서 가장 우수한 배합으로 밝혀졌던 플라이애시와 실리카 퓸을 혼입한 배합(30-FS)보다도 더욱 내구성 증진에 효과적인 것으로 나타났으며, 실리카 퓸이 시멘트가격의 10~20배인 것을 감안할 때 본 실시예 2의 결과에 따른 배합이 재료 수급이 원활하면서도 가격이 저렴하여 경제적으로도 유리할 것으로 기대된다.
실시예 3: 현장적용을 위한 배합설계
(1)배합설계
시험시공에 앞서 현장골재를 이용하여 가장 내구성이 뛰어난 배합을 도출하기 위하여, 30MPa 배합실험에 대한 콘크리트 내구성을 재검토하였다. 실시예2의 배합실험결과, 30MPa에서는 플라이애시와 고로슬래그 미분말을 혼입한 계열의 내구성이 가장 우수한 것으로 나타났다. 따라서, 시험시공 대상교량에 사용될 현장골재를 이용하여, 가장 적합한 배합조건을 찾기 위해 하기 [표 10]에서와 같이 고성능 콘크리트의 품질관리기준에 적합한 콘크리트 배합 기준을 보정하였다.
현장골재를 이용한 콘크리트 배합보정 결과
구분 W/C (%) S/A (%) 단위 재료사용량 (kg/m3)
물 결합재 사용조건 잔골재 굵은 골재 고성능 AE 감수제
시멘트 플라이 애시 실리카퓸 슬래그 미분말
30 MPa OPC-1* 40.0 42.6 158 395 - - - 746 1037 2.37
FB -1* 38.4 40.4 159 249 41 - 124 691 1051 2.48
FB-2* 37.7 40.4 158 209 63 - 147 687 1045 2.51
FB-3* 35.6 39.0 156 175 88 - 175 655 1055 2.62
FS-1* 40.0 40.4 164 301 81 24 - 683 1038 2.44
FB-1* [OPC60+FA10+BS30], FB-2* [OPC50+FA15+BS35],
FB-3* [OPC40+FA20+BS40], FS-1* [OPC74+FA20+BS6]
(2)성능실험 결과
상기 [표 10]의 배합설계에 대한 기초적인 내구성 실험을 하였다. 다만, 동결-융해와 박리 저항성과 관련하여 콘크리트의 재령이 크게 영향을 미치는 것으로 판단되어, 본 실시예 3에서는 재령 28일 대신에 56일에서 실험을 실시하였다.
내구성 실험결과는 [표 11]과 같다.
현장골재를 이용한 설계기준강도 30MPa 고성능 콘크리트 내구성 실험결과
평가항목 결합재 사용조건
30-OPC-1* 30- FB -1* 30-FB-2* 30-FB-3* 30-FS-1*
공기량(%) 5.4 5.9 5.6 5.5 5.8
압축강도(28일/56일) 34.5/42.0 35.0/47.9 34.1/46.1 34.8/47.7 33.8/43.3
동결융해저항성능(%) 78.7 80.4 81.2 79.3 76.1
염분침투저항성(C) (28일/90일) 2140/1246 821/411 617/471 554/360 511/371
박리저항성(56일 양생) 1 1 1 1 1
균열저항성 (28일) O-Ring test 10일 - - - -
일본건재 시험센터(안) 4일 /관통균열 4일 /표면균열 2일 /표면균열 2일 /표면균열 4일 /관통균열
각 배합에 따른 내구성을 비교해본 결과, 대부분의 배합에서 박리 저항성이 크게 향상되는 것으로 나타났다. 물론, 실시예2의 결과와 같이 플라이애시와 고로슬래그 미분말을 혼입한 계열의 내구성이 가장 뛰어난 것으로 나타났으며, 특히 30-FB-1*[OPC60+FA10+BS30]의 배합이 균열저항성이 가장 뛰어난 것으로 나타났다.
실시예 4: 시험시공
(1)배합설계
실시예 3에 따라 보정된 결합재의 구성비는 하기 [표 12]와 같다. 물론, [표 12]의 배합은 시험시공 대상교량인 J교의 현장골재에 맞게 보정된 것이다.
시험시공 콘크리트 배합설계
설계 기준 강도 (MPa) 굵은 골재 최대 치수 (mm) 슬럼프 범위 (cm) 공기량 범위 (%) 단위 수량 (kg) 단위 시멘트량 (kg) 단위 플라이애시량 (kg) 단위 고로슬래그미분말량 (kg) W/C (%) S/A (%) 단위 잔골재량 (kg) 단위 굵은 골재량 (kg) 혼화제 (g)
30 25 10±2.5 6±1.0 150 245 41 123 36.7 44.4 765 989 3746
(2)시험시공 실시
시험시공은 2007년 7월에 콘크리트를 타설하는 것으로 이루어졌다. 콘크리트 교량 슬래브는 그 두께를 29cm로 하여 콘크리트를 타설 시공하였다. 이는 기존에 교면포장부로 설계되는 부분의 두께인 4cm를 증가시킨 것으로, 교면포장부를 그 아래의 슬래브구체부와 일체로 타설하였다. 즉, 철근이 매입되어 하중을 지지하는 슬래브구체부와 그 위에 덧씌워져 슬래브구체부를 보호하는 교면포장부를 함께 일체 시공한 것이다.
본 시험시공에서는 시멘트 제조회사에 요청하여 플라이애시와 고로슬래그 미분말을 미리 공장에서 시멘트와 혼합하여 생산하도록 주문하여 별도의 추가적인 설비 또는 인력없이 기존의 레미콘 생산설비를 그대로 이용하여 콘크리트를 생산하고 타설하는 것으로 하였다. 콘크리트는 공기량과 슬럼프를 지속적으로 확인하여 배합기준에 맞는 콘크리트의 생산이 원활히 이루어지는지 확인하였으며, 그 결과 기존의 생산설비를 이용하여 [표 12]의 콘크리트를 생산하는 것에 문제가 없는 것으로 나타났다. 한편, 콘크리트의 타설은 일반적인 교량 슬래브 시공방법과 동일하게 교량 양 단부에서 펌프카에 의해 타설하였으며, 데크피니셔에 의한 마감을 실시하였다.
교량 슬래브 콘크리트 타설시의 현장 대기온도가 30～39℃로 슬래브 표면 균열발생에 매우 취약한 환경이어서, 도 11에 해당되는 표를 기준으로 대기온습도, 콘크리트온도, 현장의 풍속을 타설전부터 양생단계까지 일정간격으로 기록하여 시간당 수분증발율을 예측하면서 콘크리트를 타설하였다. 타설 직후에는 양생제를 살포하였으며, 타설 익일에는 젖은 양생포를 도포한 후 지속적으로 수분을 공급하면서 7일 이상 습윤양생을 실시하였다. 도 12는 콘크리트 타설 후 양생 10일까지의 대기온도와 콘크리트 슬래브 내부 온도를 측정한 결과를 보여준다.
(3)시험시공 후 상태평가
현장 조사는 콘크리트 타설 후 재령 28일째 되는 날에 실시하였다. 외관조사결과 전체적으로 균열이 발생하지 않은 양호한 상태를 유지하고 있었다.
나아가 현장에서의 시험시공 외에 내구성 실험을 위한 몰드를 제작하여 실내실험결과와 비교하여 고성능콘크리트의 현장적용성을 평가하였으며, 그 결과는 하기 [표 13]과 같다.
시험시공 내구성 실험결과
구분 실험결과(평균값)
현장타설몰드 실내실험
압축강도(28일/56일) 42.7(28일)/양생중 35.0/47.9
염분침투저항성 (C) 28일 595/매우 낮음 821/매우 낮음
56일 양생중 673/매우 낮음
균열저항성 28일 현재 균열 없음 28일 현재 균열 없음
실험 결과, 압축강도는 양생 28일 단계에서 이미 설계기준강도인 30MPa를 충분히 만족하는 것으로 나타났으며, 균열저항성은 실내실험결과와 동일하게 재령 28일까지 균열이 발생하지 않았다. 또한, 염분침투저항성의 경우는 재령 28일에 500C 내외로 나타나 '매우 낮음'의 투수성을 보여주었다. 이와 같이 현장 시험시공결과가 전체적인 내구성 면에서 실내실험결과와 유사하거나 더 뛰어난 성능을 보유하고 있는 것으로 나타났다.
도 1 및 도 2는 별도 포장을 갖는 콘크리트 교량 슬래브에서 포장 아래의 콘크리트에 열화가 발생한 상태를 보여주는 사진과 손상과정을 간략하게 정리한 도면이다.
도 3 및 도 4는 포장 일체형 콘크리트 교량 슬래브에서 포장 아래의 콘크리트에 열화가 발생한 상태를 보여주는 사진과 손상과정을 간략하게 정리한 도면이다.
도 5 내지 도 10은 시멘트 단독 배합한 경우(OPC)와 시멘트와 플라이애시와 고로슬래그 미분말을 일정량으로 혼합 배합한 경우(FB-1)에 대한 내구성 지표성능을 비교하여 나타낸 것이다.
도 11은 콘크리트 타설시, 대기 온습도, 콘크리트 온도, 현장의 풍속조건 하에서 콘크리트 표면의 수분증발율을 나타낸 그래프이다.
도 12는 본 발명에 따른 포장 일체형 교량 슬래브용 고성능 콘크리트로 시험 시공한 현장의 타설 전부터 양생기간에 따른 대기온도와 콘크리트 내부 온도를 측정한 결과를 보여주는 그래프이다.

Claims (4)

  1. 삭제
  2. 포장 일체형 교량 슬래브용 콘크리트 조성물로서,
    시멘트, 플라이애시 및 고로슬래그 미분말의 3성분으로 구성된 3성분계 결합재를 가지고 21~40MPa의 설계기준강도로 배합설계하되,
    상기 3성분계 결합재는 시멘트 100중량부에 대하여 플라이애시 5~20중량부, 고로슬래그 미분말 20~40중량부로 조성됨과 동시에 플라이애시와 고로슬래그 미분말의 총혼입량이 시멘트 100중량부에 대하여 25~50중량부로 조성되는 것을 특징으로 하는 별도의 교면 포장을 실시할 필요가 없는 포장 일체형 교량 슬래브용 고성능 콘크리트 조성물.
  3. 제2항에서,
    고성능 감수제와 고성능 AE감수제 둘 중 하나 이상의 감수제가 더 혼입되되, 상기 감수제는 3성분계 결합재의 총중량에 대하여 0.4~1.5중량%로 혼입되는 것을 특징으로 하는 포장 일체형 교량 슬래브용 고성능 콘크리트 조성물.
  4. 상기 제2항 또는 제3항의 포장 일체형 교량 슬래브용 고성능 콘크리트 조성물로 교량 슬래브를 시공하되 별도의 교면 포장을 실시하지 않는 것을 특징으로 하는 콘크리트 교량 슬래브 시공방법.
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