1. 서론

 콘크리트 수축을 원인으로 하는 균열문제에 대하여 팽창제의 사용이 확대되고 있다. 일본의 팽창 콘크리트의 팽창량 평가방법은 JIS A 6202 부속서 2의 구속팽창시험방법이 규격화되어 있으나, 방법이 복잡하고 재료개발과 시험비빔 등 한정된 평가에 이용되고 있을 뿐이다. 즉, 실제 구조물에 사용되는 팽창 콘크리트의 팽창효과를 품질 관리하는 방법이 절실하게 필요한 시점이다. 이 보고서에서는 팽창 콘크리트의 팽창량을 비교적 쉽게 파악할 수 있는 시험방법을 제안하였다. 또한 이론적인 모델구축과 팽창재의 혼입량 차이에 의한 초기 팽창량 및 시험방법의 적정범위를 연구하고, 기존JIS의 일축구속시험과의 관계를 명확히 하는 것을 목적으로 실시하였다.      

3. 경량거푸집에서의 이론 모델

 3.1 얇은 원통 거푸집

경량 거푸집법은 내부 팽창 압력을 받는 두께가 얇은 원통의 문제로 파악할 수 있다. 원통을 이용한 방법은 Kobayashi등이 팽창 콘크리트의 팽창압을 규명 할 때 검토하였고, Harada등은 정적파쇄제의 팽창압 조사에 사용하였으나, 둘 다 비교적 두께가 두꺼운 원통을 사용하였다.

 그림2에 팽창압을 받는 두께가 얇은 원통에 대한 힘의 관계를 표시하였다. 본문에서는 이들 힘의 관계를 식으로 제시하였다.

 3.2 이론 검증 실험

경량 강제거푸집을 밀폐하고, 공기압을 가하여 팽창압력과 변형 관계를 명확히 하였다. 시험에 사용됨 거푸집 크기는 ∮100x200(㎜)이며, 사용된 게이지는 5㎜ 를 사용하였다.

팽창압력 시험에 우선하여 금소제인 경량강제거푸집의 동판의 기계적 성질을 조사하였다. 인장 시험편은 JIS Z 2201의 13B호에 준하고, 인장시험은 JIS Z 2241에 따랐다. 원주 및 축선 방향의 평균 변형을 제시된 식으로 구한 이론압력과 압력계에 의해 측정된 실험값을 비교하였다. 0.12N/㎟에서 거푸집 바닥 면에 변형이 발생하였고, 이 후 값은 약간 작은 경향을 보였다. 결과는 이론값과 실험값은 거의 동등하였고, 두께가 얇은 원형 모델이 성립됨을 확인하였다.

4. 게이지 길이 차이에 의한 측정 오차 

 4.1 개요

 콘크리트에는 최대 직경 20㎜의 조골재가 사용되며 거푸집 표면의 기포에 의해 표면부분은 균일한 응력상태가 아닐 가능성이 있다. 이에 경량 거푸집법을 콘크리트에 적용할 경우의 게이지 길이 차이에 따른 측정 변형값의 영향을 조사하였다.

 4.2 실험개요

 앞서 실험에 사용된 ∮100x200(㎜)의 경량 강제거푸집 중앙부에 축선방향으로 게이지 길이가 1㎜, 5㎜, 10㎜, 30㎜를 부착하였다. 시험체는 20±2°C의 항온 항습실에서 28일간 양생하여 압축시험에 사용하였다.

 4.3 콘크리트의 배합

 콘크리트 배합상세는 보고서에 상세히 기재하고 있으며, 물결합재비는 45%로 하였으며, 팽창제의 혼입량은 표준사용량의 20㎏/㎥ 로 하였다.

 4.4 결과 및 고찰

 재령 7일째의 각 길이별 게이지에서의 결과와 표준 편차를 구하였다. 팽창변형은 타설 1일부터 일정하여 원주방향의 변형은 모두 다 같은 정도인 185μ이었다. 표준 편차에서는 게이지 길이가 길어질수록 작아지는 경향을 나타내었다. 길이가 10㎜이상이라면 시험체간의 오차를 억제할 수 있을 것으로 판단하였다. 한편, 축방향은 1㎜게이지가 125μ이고, 다른 3종류에서는 110μ이었다. 표준편차에서는 원주 방향과 동등한 경향을 보였고 길이가 길수록 작아졌다. 게이지 길이가 짧은 경우에는 콘크리트 표면의 기포와 조골재의 존재에 의하여 국부적인 영향을 받은 것으로 생각되어진다. 이상의 결과로 게이지 길이가 10㎜이상을 사용하는 것이 적절하다고 판단하였고, 이후 검토에서는 10㎜의 게이지를 사용하였다.

5. 경량 거푸집법의 특징

 5.1 개요

경량거푸집법에서의 물결합재비와 팽창재의 혼입량의 차이에 의한 팽창량을 조사하였다. 더불어 원주방향과 축방향의 변형 관계를 명확히 하고, JIS에서의 변형과 신규개발법에서의 변형관계를 명확히 하였다.

 5.2 원주방향 및 축선방향의 변형 거동

  물결합재는 55%, 45%, 35%의 3가지 수준으로 하였고, 팽창재 혼입은 10㎏/㎥, 20㎏/㎥, 30㎏/㎥와 0의 4종류를 기본으로 하였고, 물결합재비 45%에서는 50㎏/㎥도 추가하였다.

각 물결합재비별의 타설직후부터 재령과 변형관계를 실험하였다. 팽창재의 혼입량이 증가함에 따라 원주 및 축선 방향의 변형도 증가하고, 팽창제의 종류에 따라 명확히 차이가 발생하였다. 팽창재 표준사용량(20㎏/㎥)를 사용한 경우 재령 7일의 변형은 200μ인 것을 확인하였다. 팽창재를 혼입하지 않은 경우에는 -30μ에서 -50μ이었다. 이는 수축변형으로 판단되었다. 물결합재비가 35%인 경우에는 자기수축 영향을 받아 팽창 변형이 비교적 작게 측정되었다. 팽창재50㎏/㎥에서는 동판의 선형탄성한도를 초과하는 700μ값이 측정되었다. 따라서 본 측정법의 적정량 범위는 40㎏/㎥로 말할 수 있겠다. 원주방향과 축선방향의 변형에는 비례관계가 확인되었고 축선방향 변형은 원주방향 변형의 약 054배인 것을 확인하였다.

 5.3 JIS A6202 부속서2 A법의 일축구속팽창시험과의 관계

 보고서의 A법은 구속봉의 중앙부분 좌우에 변형게이지를 붙였다. 한편 경량 거푸집법에서는 중앙 원주부분에 변형게이지를 붙여 비교하였다. 사용된 콘크리트는 물결합재비가 45%수준이며, 팽창재의 혼입량은 10㎏/㎥, 20㎏/㎥, 30㎏/㎥의 3종으로 하였다.

 비교 결과는 경량거푸집법의 변형은 재령 1일에 최대 변형에 도달하였고 이후 거의 일정하였다. 한편 A법 게이지에서는 재령 1일에서도 변형이 진행되고 있었으나, 재령 7일에서는 팽창변형은 거의 동등하게 되었다. 두 시험법의 변형을 비교하면 원주방향에서 발생한 변형은 팽창량의 혼입에 상관없이 거의 완전한 비례관계를 나타내었고, A법 게이지 변형은 1.1배인 것으로 나타났다. 한편 축선방향도 거의 완전한 비례관계를 나타내었다.

 6. 온도변화가 발생하는 환경에서의 변형 거동

  6.1 개요

   이 장에서는 실제 구조물에 사용하는 팽창 콘크리트의 팽창 효과를 확인하기 위한 품질관리에서의 이용법에 대한 검토를 수행하였다. 팽창 콘크리트의 품질관리는 콘크리트의 현장반입 검사 때 동시에 실시하는 것을 예상하였고, 양생은 외부환경에서 보관하는 것으로 하였다. 또한 경량강제 거푸집과 콘크리트의 팽창계수가 틀려 기온변화에 따른 변형의 변동을 고려하여 온도보정을 실시할 필요가 있다고 판단하였다.

6.2 실험종류 및 콘크리트배합

 실험에서는 조골재 종류를 변경하여 선팽창계수를 변화시킨 2종류의 콘크리트에서 온도변화가 발생하는 환경에서의 경량거푸집법의 변형을 조사하였다. 또한 강재용과 유리용 2종류의 게이지에 대하여 온도변화에 따른 영향을 조사하였다. 시험종류는 4종류로 하였다. 기타 사용된 재료 및 배합 특성 등은 보고서에 표로 기재하였다.

6.3 결과 및 고찰

 온도이력을 준 각 선팽창계수 변형게이지를 사용한 경우의 실험 결과에서, 석회쇄석 콘크리트의 경우에는 선팽창계수가 8.1μ/°C일 때 온도변화에 대한 변동이 작아졌다. 한편, 경질사암쇄석 콘크리트의 경우에는 선팽창계수가 11.8μ/°C일 때 온도변화에 대한 변동이 작아졌다. 이는 콘크리트의 강성이 경량강제거푸집에 비해 충분히 크고, 콘크리트의 선팽창계수와 변형게이지의 선팽창계수가 각각 근접한 것이 기인하였다.연강에는 일반적으로 11.8μ/°C의 선팽창계수 변형게이지가 사용되나, 콘크리트의 종류에 따라 적절한 변형게이지를 선정하여야 한다. 종류별 콘크리트의 선팽창계수 결과는 경질상암쇄석콘크리트는 10μ/°C이고, 석회쇄석콘크리트는 8.5μ/°C이었다.

실제 현장에 적용하는데 있어서 기온변화에 대한 보정을 검토할 필요가 있고, 실험을 통해 변형 측정시의 온도를 이용하여 변형을 보정함으로서, 팽창량을 평가하는 것이 가능하였다.

7. 경량거푸집의 현장적용

7.1 개요

실제 현장에 사용하는 팽창 콘크리트의 팽창 성능을 파악하기 위해 실제 현장에 경량거푸집법을 적용하였다. 현장에서 측정한 변형 거동을 나타내고, 경량거푸집법에 의한 팽창 콘크리트의 품질관리 적용가능성을 명확히 하였다.

7.2 측정개요

 보고서에서는 3가지 다른 현장에서 연속 측정한 결과를 나타내었다. A-1은 기온이 높고, 일중의 기온변화도 비교적 큰 여름철이었다. A-2는 기온 변화가 작은 경우이다. B는 평균기온이 20°C정도의 중간계절이었다. 사용된 팽창재는 복합계를 사용하였다. 조골재는 모두 현장에서 석회쇄석을 사용하였다. 콘크리트의 선팽창계수는 8.5μ/°C로 하였다. 사용한 변형게이지의 선팽창계수는 11.8μ/°C이고, 측정 장소는 현장내 외부환경이었다.

7.3 결과 및 고찰

 결과에서는 온도보정을 통하여 변형의 변동을 조절하였다. 한편 온도변화가 작은 A-2는 보정 변형을 하지 않아도 정밀도 높게 측정되나, 온도 보정을 통해 더욱 더 정밀도를 높일 수 있었다. 결과를 정리하면 경량 거푸집법에 의해 실제 구조물에 사용한 팽창 콘크리트의 팽창성능을 파악하는 것은 가능하고, 품질관리에 이용도 가능하다고 보나, 보다 많은 결과의 축적이 필요하다 할 수 있다.

8. 마무리

 검토결과를 정리하면 다음과 같다. ①경량강재 거푸집에서 두께가 얇은 원형 모델이 성립된다.  ②게이지 길이가 10㎜이상의 변형게이지를 이용함으로, 변형값의 편차를 줄이는 것이 가능하다. ③변형은 팽창재의 혼입량에 따라 명확한 차이가 발생하고, 표준 사용량을 혼입한 경우 재령 7일의 원주방향의 변형은 200μ정도이다. 단, 물결합재비 35%에서는 자기 수축의 영향을 받아 약간 작아진다. ④경량강제거푸집의 동판의 기계적 성질로부터 선형탄성범위에서 평가할 경우, 팽창재의 혼입량은 40㎏/㎥정도까지이다. ⑤원주방향과 축선방향의 변형에는 비례관계가 있고, 원주방향 변형을 측정하는 것으로 콘크리트의 팽창성능을 적절히 평가 가능하다. ⑥JIS A 6202 부속서 2A법의 일축구속팽창실험과 경량 거푸집법으로 생기는 재령 7일의 팽창변형은 팽창재의 혼입량에 관계없이 거의 동등하다. ⑦콘크리트 종류에 따라 적절한 선팽창계수의 변형게이지를 선정하여야 기온변화에 의한 변형의 변동을 작게 하여 더욱 정확한 평가가 가능하다. ⑧ 변형 측정시의 콘크리트 온도와 기온을 이용하여 변형을 보정하여 팽창량을 평가하는 것이 가능하다. ⑨경량거푸집법은 실제 구조물에 사용한 팽창 콘크리트의 팽창 성능을 파악하는 것이 가능하고, 품질관리에 이용할 수 있다.

▣ 원문제목 : 軽量型枠法による膨張コンクリートの品質管理

▣ 원문의 주요목차********************************************************************

1. 서론

2. 경량강재 거푸집을 이용한 구속팽창시험

3. 경량거푸집법에 의한 이론 모델

4. 게이지 길이 차이에 의한 측정 오차

5. 경량거푸집법의 특징

6. 온도변화가 발생하는 환경에서의 변형 거동

7. 경량거푸집법의 현장 적용

8. 마무리