실리카퓸 종류가 초고성능 콘크리트의 공학적 특성에 미치는 영향 = Effect of Silica Fume Types on the Mechanical Properties of Ultra-High Performance Concrete

국문 초록 (Abstract)

초고성능 콘크리트(UHPC)는 낮은 물-결합재비를 바탕으로 다량의 강섬유, 실리카퓸, 충전재 및 고성능 감수제를 사용한다. UHPC는 높은 역학적 성능을 가지는 대신 실리카퓸을 사용함에 따라 점성이 증가되며 고가의 재료를 다량으로 사용하기 때문에 제조비용이 일반 콘크리트에 비하여 고가이다. 따라서 본 연구에서는 180MPa급 UHPC의 점성 저하를 위하여 실리카퓸 대신 지르코늄 실리카퓸(Zr)을 사용한 UHPC의 고성능 감수제(SP)의 사용량 및 종류, 충전재 크기에 따른 공학적 특성을 분석하였다. 그 결과 W/B 20%, Zr 100% 사용, SP-L 사용량 2~3%, 강섬유 혼입율 1.5 vol.%이고 $4{\mu}m$의 충전재를 사용하는 Zr-UHPC의 경우 기존의 실리카퓸을 사용한 배합에 비하여 우수한 유동성을 발현하고 압축강도 180MPa이상 확보 하였다. 또한 기존 UHPC 대비 33%의 제조비용 절감이 가능한 것으로 분석되었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Ultra high performance concrete (UHPC) uses large quantities of steel fiber, silica fume, filler and superplasticizer for a low water-to-binder ratio (W/B). Despite of exceptional mechanical performances, UHPC exhibits increased viscosity due to the adoption of silica fume and its fabrication cost is costlier than ordinary concrete because of the use of large quantities of expensive materials. Following, this study evaluates the mechanical properties of 180MPa-UHPC using zirconium silica fume (Zr) instead of silica fume with respect to the quantity and type of superplasticizer (SP) and the size of filler. The results reveal that the Zr-UHPC using W/B of 20%, 100% of Zr, amount of SP-L of 2 to 3% and $4{\mu}m$-filler with steel fiber in 1.5 vol.% can develop better fluidity than the traditional mix composition using silica fume and secure a compressive strength higher than 180 MPa. In addition, the proposed mix composition is shown to enable a reduction of the fabrication cost by 33% compared to traditional UHPC.

참고문헌 (Reference)

1 Boulay, C., "Uniaxial tensile test on a new cement composite having a hardening behavior" BEFIB 2004

2 Wille, K., "Ultra-high performance concrete with compressive strength exceeding 150MPa (22 ksi): a simpler way" 108 (108): 46-54, 2011

3 Naaman, A. E., "The Path to Ultra-High Performance Fiber Reinforced Concrete (UHP-FRC) : Five Decades of Progress" 3-16, 2012

4 Wille, K., "Strain hardening UHP-FRC with low fiber contents" 44 : 583-598, 2011

5 Richard, P., "Reactive Powder Concretes with High Ductility and 200-800MPa Compressive Strength" 1994

6 Richard, P., "Reactive Powder Concrete" 25 (25): 1995

7 Koh, K. T., "Effects of the composing materials on the rheological and mechanical properties of ultra-high performance concrete (UHPC)" 749-756, 2013

8 Cavill, B., "Ductal®-An Ultra-High Performance Material for Resistance to Blasts and Impacts" 2006

9 Korea Institute of Civil and Building Technology, "Development of the Advanced Technology of Tougness in Ultra High Performance Concrete for Hybrid Cable Stayed Bridge" 2012