콘크리트의 동결융해 저항성 추정을 위한 표면 거칠기 및 이미지 분석의 적용성

이빛나,이종석 한국구조물진단유지관리공학회 2018 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.22 No.3

본 연구에서는 동결융해 작용을 받는 콘크리트의 내구성을 현장에서 평가하기 위한 일환으로 표면 거칠기 값과 이미지 분석을 대 상으로 상대동탄성계수와의 관계를 분석하였다. 배합은 물-시멘트비에 따라 40%, 50%, 60% 및 70% 총 4배합으로 수행하였으며 동해를 조기에 발현시키기 위하여 AE제를 사용하지 않았다. 실험은 물-시멘트비에 따라 상대동탄성계수 및 압축강도 등의 기본 물성 시험과 표면 거칠기 측정, 화상 이미지 및 SEM 이미지 분석을 수행하였다. 표면 거칠기 시험 결과 물-시멘트비에 상관없이 전반적으로 싸이클이 증가함에 따라 표면거칠기 값이 증가하는 경향을 보였으며 상대적으로 조밀한 40% 및 50%의 경우 상대동탄성계수가 60% 이하인 시점까지 서서히 증가하는 경향을 보였으나, 60% 및 70%의 경우 파괴 시점에서만 표면 거칠기 값이 증가하였다. 또한, 표면부 화상 이미지 분석에서도 물-시멘트비 40% 및 50%의 경우 동결융해 싸이클이 진행되는 과정에서 표면부터 서서히 열화가 진행되는 과정을 확인할 수 있었으나 60% 및 70%의 경우 표면 부의 변화가 미미하다 파괴 시점에서 균열 등의 손상을 확인할 수 있었다. 따라서, 상대적으로 수밀하지 않은 시험체의 경우 화상 이미지나 표면 거칠기 등의 인자로 동결융해의 열화 정도를 판별하기에는 일부 제한이 있을 것으로 판단되며 상대적으로 수밀한 W/C 40% 및 50%의 경우 표면 거칠기 및 표면부 화상 이미지로 동해의 열화 진행 정도를 판단할 수 있었으며 향후 현장에서 표면 거칠기 및 이미지 분석을 적용할 수 있을 것으로 판단된다. As part of a research dedicated to the field evaluation of the durability of concrete subjected to freezing-thawing, this study analyzes the relationship between the surface roughness and the relative dynamic elastic modulus through image analysis. Four mix compositions with water-to-binder ratios (W/B) of 40%, 50%, 60% and 70% and without AE agent were considered to provoke early freezing. The basic physical properties of the mixes including the relative dynamic elastic modulus and the compressive strength were first evaluated experimentally according to W/B. Then, tests were performed to measure the surface roughness followed by photographs and SEM image analysis. The measured surface roughness tended to increase with larger number of freezing-thawing cycles regardless of W/B. The relative dynamic elastic modulus appeared to increase gradually with the number of cycles for the relatively denser mixes with W/B of 40% and 50%. Besides, the surface roughness increased only at rupture for the mixes with W/B of 60% and 70%. Moreover, the analysis of the photographs of the surface of the mixes with W/B of 40% and 50% revealed that the degradation progressed gradually from the surface with the freezing-thawing cycles. However, for the mixes with W/B of 60% and 70%, apparent change of the surface remained very insignificant until rupture at which damage like cracking could be observed. Consequently, the analysis of surface photograph or the measurement of the surface roughness presented some limitation in assessing the degree of freezing-thawing-induced degradation in case of relatively porous specimens. On the other hand, the photograph and surface roughness appeared to be sufficient for assessing such degradation for the mixes with W/B of 40% and 50%. Accordingly, the image of the surface and the surface roughness are potentially applicable on site for the assessment of freezing-thawing damages in relatively dense mixes.

반발경도와 상대동탄성계수 측정에 의한 콘크리트 동결융해 성능평가 비교연구

박지선(Ji-Sun Park),안기홍(Ki-Hong Ahan),유영준(Young-Jun You),이종석(Jong-Suk Lee) 한국건설순환자원학회 2021 한국건설순환자원학회 논문집 Vol.9 No.4

콘크리트의 압축강도 추정에 널리 사용하는 반발경도법을 이용하여 콘크리트 표면의 동해손상을 초기에 판정할 수 있는 가능성을 검토하고자 하였다. 이를 위하여 동결융해 열화조건에 다면으로 노출된 콘크리트와 단면으로 노출된 콘크리트에 대하여 반발경도와 상대동탄성계수를 측정하여 콘크리트 표면 손상도를 비교하였다. 반발경도에 의한 동해손상이 단면 노출 콘크리트 시험체에 대해서는 150싸이클 빠르게 계측되었으며, 다면 노출 시험체에 대해서는 50싸이클 빠르게 계측되었다. 따라서 반발경도법이 공명진동법보다 콘크리트 표면 손상을 신속하게 판정할 수 있는 것으로 사료된다 This study investigated the possibility of early determination of frost damage on the concrete surface by using the rebound hardness method, widely used for estimation the compressive strength of concrete on the site. For this purpose, the surface damage of concrete was compared by measuring the rebound hardness and the relative dynamic modulus of the concrete for the multi-sided and single sided concrete surface exposed to freeze and thaw condition. Compared to the resonance vibration method, the rebound hardness method was able to show the frost damage 150 cycles quicker for the single-sided exposed concrete specimen and 50 cycles quicker for the multi-sided exposed concrete specimen. Therefore, it is considered that the rebound hardness method can determine the concrete surface damage more quickly than that of the resonance vibration method.

콘크리트의 동결융해 내구성에 공기량, 제설제, 노출조건이 미치는 영향에 관한 연구

이병덕 한국도로학회 2010 한국도로학회논문집 Vol.12 No.2

In this study, the relative effects of low-chloride deicier(LCD) and two other deicing agents on the scaling of concrete were conducted in a series of tests at laboratory accordance with the ASTM C 672. The solutions concentration of deicers tested included 1, 4, 10%. Tap water was used as control. The amount of scaling was evaluated gravimetrically. As test result of deicer solution types, when applied to 4% solutions, surface scaling of concrete after 56 freeze-thaw cycles was produced significantly as about 9 times on LCD solution, as about 18 times on CaCl2 solution, and as about 33 times on NaCl solution comparing with tap water. As test result of deicer solution concentrations, relatively low concentrations (of the 4% by weight) of deicer were produced more surface scaling than higher concentrations (of the 10% by weight) or lower concentrations (of the 1% by weight) of deicer. It show that the damaging concentration is of the order of 3~4% for previous research result. It appears that the mechanism of surface scaling is primarily physical rather than chemical. Also, the effect of chloride deicier types, freeze-thaw cycling, and air contents on the performance of concrete was experimentally investigated. The results show that the concrete specimens subjected to freeze-thaw cycling scaled more severely in exposure to deicing salt than those in non-exposure to deicing salt, weight losses of the specimens tested in exposure to deicing salt were twice as much as those tested in non-exposure to deicing salt. Relative dynamic modulus of elasticity of concrete specimens decreased more quickly in exposure to deicing salt than in non-exposure to deicing salt. Also, relative dynamic modulus of elasticity of concrete specimens in exposure to sodium chloride deicing salt was decreased more quickly comparing with exposure to LCD salt. It is also shown that the chloride contents according to concrete specimen depths was more largely in exposure to LCD salt. When concrete specimen is exposed to chloride deicing salts and freeze-thaw cycling, performance degradation in the entrained air concrete(AE concrete) retarded more considerably comparing with non-entrained air concrete(Non-AE concrete). 콘크리트의 박리(scaling)는 수분의 존재하에 동결융해 싸이클에 따른 콘크리트의 점진적인 표면열화이다. 특히, 이것은 제설제에염화물의 존재가 콘크리트 표면박리(스켈링)와 더불어 심한 경우, 굵은골재의 노출 및 탈리로 이어질 수 있다. 본 연구에서는 콘크리트의 스켈링에 대한 저염화물계 제설제(low chloride deicier, LCD)와 염화칼슘 및 염화나트륨 제설제의 상대적인 영향을 ASTM C 672에 준하여 실시하였다. 시험 제설제의 농도는 1, 4, 10% 이고, 수돗물은 기준으로 사용하였다. 박리량은 중량으로 평가하였다. 연구결과 4% 농도를 적용하였을 때, 동결융해 56 싸이클 후 콘크리트의 박리는 수돗물에 비해 LCD 용액에서 약 9배, 염화칼슘 용액에서 약 18배, 염화나트륨 용액에서 약 33배 정도 크게 발생하였다. 용액의 농도에 따라서는 고농도인 10%에 비해 4% 농도에서 표면 박리가 가장 현저하게 발생하였는데, 이는 스켈링 발생이 염농도가 3∼4%일 때 가장 현저해진다는 기존의 연구결과와 일치함을알 수 있었다(일본콘크리트공학회, 1999). 또한 콘크리트가 경화된 후, 현장에서 염화나트륨 및 저염화물계 제설제(LCD, 염소이온중량비 50%)가 살포되고 동결융해 싸이클에 노출된 경우, 제설제에 노출되지 않은 경우의 콘크리트 동해열화에 대해, 콘크리트의 공기량에 따른 영향을 실험적으로 연구하였다. 연구 결과 동결융해 싸이클에 따른 콘크리트 시편은 제설제에 노출되지 않은 것 보다 염화물 제설제 노출에서 스켈링이 더 심한 것으로 나타났고, 염화물 제설제에 노출된 시편이 노출되지 않은 시편 보다 중량 손실이 2배나 되었다. 콘크리트 시편의 상대 동탄성계수는 염화물 제설제에 노출되지 않은 것과 비교하여 염화물 제설제에 노출된 것에서 더 빠르게 감소하였다. 또한 염화나트륨 제설제에 노출된 콘크리트 시편의 상대 동탄성계수는 저염화물계 제설제에 노출된 것 보다 더 빠르게 감소하였다. AE 콘크리트는 염화물과 동결융해 싸이클에 노출되었을 때, Non-AE 콘크리트 보다 성능저하가 크게 지연되었다.

인공신경망 기반 동결융해 작용을 받는 콘크리트의 내구성능 평가

할리오나,허인욱,최승호,김강수 한국구조물진단유지관리공학회 2023 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.27 No.6

이 연구에서는 동결융해 작용을 받는 다양한 콘크리트 배합에 대한 실험결과를 수집하여 데이터베이스를 구축하였다. 이를 바탕으로 동결융해 작용을 받는 콘크리트의 인공지능 기반 내구성능 평가모델을 개발하였으며, 회귀분석을 통해 상대동탄성계수 추정식을 도출하였다. 제안된 인공신경망 모델의 오류율과 결정계수는 각각 약 10.4%와 0.7이었으며, 회귀분석 추정식도 유사한 결과를 나타내었다. 따라서, 제안된 인공신경망 모델 및 회귀분석 추정식은 다양한 배합의 동결융해 작용을 받는 콘크리트에 대한 상대동탄성계수를 추정하는 데에 활용될수 있을 것으로 판단된다. In this study, a database was established by collecting experimental results on various concrete mixtures subjected to freeze-thaw cycles, based on which an artificial neural network-based prediction model was developed to estimate durability resistance of concrete. A regression analysis was also conducted to derive an equation for estimating relative dynamic modulus of elasticity subjected to freeze-thaw loads. The error rate and coefficient of determination of the proposed artificial neural network model were approximately 11% and 0.72, respectively, and the regression equation also provided very similar accuracy. Thus, it is considered that the proposed artificial neural network model and regression equation can be used for estimating relative dynamic modulus of elasticity for various concrete mixtures subjected to freeze-thaw loads.

다공성 실리카를 혼합한 경화토의 건습반복 강도특성

김동근(Donggeun Kim),방성택(Seongtaek Bang),오세욱(Sewook Oh) 한국지반환경공학회 2014 한국지반환경공학회논문집 Vol.15 No.10

본 연구에서는 다공성 실리카를 사용하여 시멘트계 고화재의 유해성을 개선한 경화토의 기후변화에 대한 강도특성을 규명하기 위하여 습윤건조 반복시험을 수행하여 경화토가 기후영향을 받기 전과 후의 강도특성을 규명하고자 한다. 본 연구에 사용된 경화토는 주위에서 쉽게 구할 수 있는 화강풍화토 및 우드칩을 사용하였으며, 일축압축시험을 위한 공시체는 지름 50 ㎜, 높이 100 ㎜의 크기로 혼합토 중량대비 실리카의 혼합비율을 5 %, 10 %, 15 %로 변화시키고 각 단계별로 우드칩을 0.5 %, 1.0 %, 1.5 % 혼합하여 제작하고 7, 14, 28일 동안 상온으로 양생시킨 후 습윤건조 반복과정을 0, 3, 6, 12 cycle을 반복하여 역학적인 특성을 평가하였다. 또한 습윤건조 전후의 상대동탄성계수 변화를 평가하기 위하여 각 사이클이 종료되면 동탄성시험을 수행하였다. In order to examine strength properties depended on climate changes of solidified soil amended by porosity silica which enhance harms of cement, this study conducts a wetting and drying repetition test and then, attempts to verify strength properties before and after solidified soil gets environmental influence. Test pieces for the unconfined compression test changed the mixing ratio of solidified soil compared to mixed soil weigh to 5 %, 10 % and 15 %. For each step, it was created by mixing 0.5 %, 1.0 % and 1.5 % of wood chips, and curing period for 7, 14, and 28 days. Then, the wetting and drying repetition process was repeated 0, 3, 6, and 12 cycles to analyze mechanical properties. To also evaluate changes of relative dynamic elastic modulus before and after the wetting and drying, dynamic elastic modulus tests were conducted when each cycle was completed.

모르타르 배합비별 각종 유지류 침지에 따른 열화저항성

한천구 ( Han Cheon-goo ),황찬우 ( Hwang Chan-woo ) 한국건축시공학회 2017 한국건축시공학회지 Vol.17 No.3

콘크리트의 내구성 요인은 오랜기간동안 많은 연구자들에 의하여 다양한 연구가 진행되었다. 특히 화학적 침식과 관련하여서도 산·알칼리, 염, 그중에서도 황산염 침식 등에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그런데 화학적 침식 중유지류의 경우는 모르타르의 팽창을 일으켜 파괴할 수 있다고 보고되어 있지만, 유지류 종류의 영향, 모르타르의 조직 구성과는 어떤 관계가 있고, 파괴 패턴 등은 구체적으로 연구된 바가 없다. 그러므로 본 연구에서는 시중에서 유통되는 각종 유지류에 대한 시멘트 모르타르의 배합비별 침지에 따른 열화특성을 분석하고자 하였다. 실험 결과 유지류 종류 중에서는 BI(바이오디젤)가 가장 피해가 크고 모르타르 배합비는 빈배합일수록 비누화 반응에 따른 팽창파괴가 크게 나타남을 알 수 있었다. The durability factors of concrete has been researched by many researchers. Among the chemical ingression by acid, alkali, or salt, specially the ingression by sulfate has been actively studied and reported. Generally, for the oil type chemical, it is reported to cause the excessive expansion of cement mortar and further to cause the collapse, while there was no enough research on influence of oil type, relationship with microstructure of mortar, and collapse pattern. Therefore, in this research, using the various oils from general market, the degradation properties of the mortar mixtures with various mix designs were evaluated. according to the experiment, Bio diesel damaged worst and the mix design with less cement content showed the worst damage against oils.

각종 유지류에 침지된 혼화재 치환 시멘트 모르타르의 열화특성

한천구(Cheon-Goo Han),황찬우(Chan-Woo Hwang) 한국건설순환자원학회 2017 한국건설순환자원학회 논문집 Vol.5 No.2

기존의 경우 콘크리트 내구성에 관한 연구는 다양하게 많은 량이 진행된바 있다. 특히 화학적 침식에 관한 연구로는 산․알칼리, 황산염에 대한 침식저항성의 연구가 활발히 진행되었다. 하지만 유지류에 관한 연구로, 특히 각종 유지류의 종류가 혼화재치환 모르타르에 어떠한 영향을 미치는지에 관해서는 거의 연구되지 않았다. 따라서 본 연구에서는 FA 및 BS의 혼화재 치환시멘트 모르타르가 각종 유지류에 침지될 경우 나타나는 열화특성에 관하여 연구하였다. 실험결과 유지류 종류 중에서는 지방산 함유량이 높을수록, 특히 BD(바이오디젤)의 경우가 모든 혼화재 치환 시멘트 모르타르의 열화를 가장 크게 일으키는 것으로 나타났고, 혼화재 치환을 한 모르타르의 경우는 OPC(보통포틀랜드시멘트)보다 BS 및 FA치환 모르타르의 경우에서 열화가 더 크게 나타나는 것을 알 수 있었다. There has been a number of research on concrete durability. specially, as a research on chemical ingression, the research on the degradation against acid, alkali, and sulfate has been conducted. On the other hand, for the research on oils, especially, the influence of various oils on cement mortar with Supplementary Cementitious Materials(SCMs) is not sufficiently studied. hence, in this research, the degradation of cement mortar incorporated fly ash and blast furnace slag is researched when the cement mortar is submerged in various oils. For the result of experiment, as the content of fatty acid in the oils, the degradation of cement mortar with SCMs was occurred more, and the cement mortar with SCMs suffered more degradation than the ordinary portland cement regarding the oil submerging.

동결융해작용을 받은 탄소나노튜브 혼입 강섬유보강 시멘트 복합체의 전기적 특성

김문규(Kim, Moon-Kyu),김규용(Kim, Gyu-Yong),편수정(Pyeon, Su-Jeong),최병철(Choi, Byung-Cheol),이예찬(Lee, Yae-Chan),남정수(Nam, Jeong-Soo) 대한건축학회 2022 대한건축학회 학술발표대회 논문집 Vol.42 No.2

동절기의 융빙제들의 융빙 성능 및 영향 평가

도영수,이병덕,최광수,김광우 한국도로학회 2008 한국도로학회논문집 Vol.10 No.3

This study was estimated on performance of deicers, corrosion inhibitors and low corrodible deicer used for removal of snow or ice on the road and on influence on structure. The weight loss rate after freezing and thawing of low corrodible deicer is lower than one of deicer, corrosion inhibitors and these combination. Relative dynamic elastic modulus of all except water, low corrodible deicer and NaCl+JF-1004 was radically reduced after freezing and thawing 150 cycles. And concretes after freezing and thawing were showed severe surface damage. It was found that individual use of low corrodible deicer and corrosion inhibitors had a problem of field application because of lack of early ice melting effect and considerably low durability. Products combined with NaCl was showed rapid weight loss by metal corrosion. Therefore, It will need to circumspectly select combination of deicers having low effect on concrete pavement and bridge if possible. This study was estimated on performance of deicers, corrosion inhibitors and low corrodible deicer used for removal of snow or ice on the road and on influence on structure. The weight loss rate after freezing and thawing of low corrodible deicer is lower than one of deicer, corrosion inhibitors and these combination. Relative dynamic elastic modulus of all except water, low corrodible deicer and NaCl+JF-1004 was radically reduced after freezing and thawing 150 cycles. And concretes after freezing and thawing were showed severe surface damage. It was found that individual use of low corrodible deicer and corrosion inhibitors had a problem of field application because of lack of early ice melting effect and considerably low durability. Products combined with NaCl was showed rapid weight loss by metal corrosion. Therefore, It will need to circumspectly select combination of deicers having low effect on concrete pavement and bridge if possible.

복합열화 환경에 따른 콘크리트의 동결융해 저항성 검토

이빛나(Lee, Binna),이종석(Lee, Jong-Suk) 대한토목학회 2020 대한토목학회 학술대회 Vol.2020 No.10