To find economic mixing proportions of 60MPa high strength self compacting concrete optimizing a multi-objective problem was performed, which was implemented numerically on MathCAD15 to calculate the economic and optimal mix proportion considering multi-objective characterizing the five performances like compressive strength, passing ability, segregation resistance, manufacturing cost and bulk density depending on the factors like water-binder ratio, cement content, fine aggregate percentage, fly ash content and superplasticizer content.

D-optimal experimental design was employed to model the effect of mixing factors on several performances of 60MPa high strength self compacting concrete and to numerically calculate the optimal mix proportion considering multi-objective characterizing the four performances like compressive strength, passing ability, segregation resistance and manufacturing cost depending on the factors like water-binder ratio, cement content, fine aggregate percentage, fly ash content and superplasticizer content, the experiments were made at the total 32 experimental points which reduced comparing with standard experimental design.

NSGAⅡ algorithm was employed to optimize the multi-objective problem to find mixing proportions of 60MPa high strength self compacting concrete, which was implemented numerically on MATLAB to calculate the optimal mix proportion considering multi-objective characterizing the four performances like compressive strength, passing ability, segregation resistance and manufacturing cost depending on the factors like water-binder ratio, cement content, fine aggregate percentage, fly ash content and superplasticizer content.

Box-Wilson 실험계획법은 보통 중심합성계획법으로 알려져 있으며, 변동성이 존재하는 정보를 실험 계획적 방법으로 수집하는 설계 기법이다. 이 방법은 최소의 설계비용으로 가능한 많은 정보를 얻는 목적으로 고안되었다. 본 연구에서는 60 MPa급 고강도 자기충전형 콘크리트(HSSCC)를 대상으로 다양한 성능에 대한 여러 배합인자들의 효과를 효율적으로 파악하고 최적배합을 찾는 과정에 이 방법을 적용하였다. HSSCC의 배합인자(요인)와 물리적 성능(반응) 사이의 비선형적 관계는 2차 다항식으로 반응표면을 근사화 모델링하였으며, 요인점=25=32개, 축점=2k=10개, 중심점은 각 축에서 2번 씩 10개, 총 52개의 실험점에서 물시멘트비, 단위시멘트량, 잔골재비, 단위플라이애쉬량, 단위고성능감수량의 총 5개의 인자에 따른 압축강도, 통과능력, 재료분리저항성, 제조비용, 밀도 등의 총 5개의 반응을 파악하기 위한 실험이 실시되었다. 연구의 결과 Box-Wilson 실험계획법은 배합인자와 반응 사이의 관계를 과학적인 방법으로 계획하고 객관적으로 해석하는 데 매우 효과적이었으며, 수치해석적인 방법으로 최적배합을 계산할 수 있었다.

The intent of this research is to apply DOE in mix proportioning of high strength self-compacting concrete (HSSCC) and to assess the effect of different process parameters on HSSCC. The effect of water-binder ratio, cement content, fine aggregate percentage, fly ash content and superplasticizer content on compressive strength, passing ability, and manufacturing cost were studied.

본 연구에서는 폐콘크리트에서 발생하는 순환잔골재가 구조용 재료로서 많은 문제점이 있음을 인지하고 순환잔골재가 포함하고 있는 미분말이 강도증진 효과와 유동성을 증가 시킬 수 있다는 특성을 이용하여 자기충전 콘크리트(Self-Compacting Concrete, 이하 SCC로 표기)에 활용하게 되었다. 즉 순환잔골재가 갖는 미분말이 자기충전 콘크리트 특성인 고강도(40 MPa 이상)와 높은 유동성(JSCE 2등급)을 발현하기에 적당하여 폐콘크리트에서 발생하는 순환잔골재를 일반잔골재 대비 순환잔골재의 혼입률을 25%씩 증가시켜, 총 5수준으로 달리하여 자기충전 콘크리트에 적용하였으며, 이에 따라 굳지 않은 콘크리트의 물리적 특성, 경화한 콘크리트의 역학적 및 내구 특성을 검토하여 순환잔골재를 자기충전 콘크리트 재료로서 활용 가능성을 검토하고자 한다. 그 결과 물리적, 역학적 및 내구특성의 5수준 배합비율 중 일반잔골재 대비 순환잔골재는 50% 혼입률까지 적용 가능하다는 결론을 얻었으며, 그 이상의 혼입률에서는 오히려 성능저하가 발생한다는 것을 알 수 있었다. 또한 실생활에서의 적용 가능성을 알아보기 위한 실구조물의 적용성이 차후 검토 되어야 할 것으로 판단된다.

강섬유보강 자기충전 콘크리트의 휨 성능을 평가하기 위하여 실험을 중심으로 한 연구를 수행하였다. 보 시험체를 만들기 위하여 3종류의 강섬유보강 콘크리트로 7개의 슬래브를 제작하였으며, 일정 기간 양생 후 다이아몬드 날이 달린 절단기로 슬래브를 절단하여 1개의 슬래브 당 5개의 보 시험체를 획득하였다. 각 보 시험체의 하중-처짐 곡선은 변위조절방식을 사용하여 구하였다. 실험 결과, 자기충전 콘크리트는 휨강도 및 연성, 인성지수 등 휨 성능을 평가하는 모든 부분에서 일반 콘크리트보다 양호한 성능을 보여주었다. 결과적으로 다짐이 필요없는 강섬유보강 자기충전 콘크리트는 강섬유보강 콘크리트의 가장 큰 단점인 시공성 저하 문제를 획기적으로 개선할 뿐만 아니라 역학적 성질도 양호하여 향후 토목․건축 분야에서 폭넓게 활용될 수 있을 것으로 생각된다.

본 연구에서는 강섬유보강 콘크리트의 시공성 및 품질향상 방안의 일환으로 고유동 자기충전 콘크리트(HSCC)에 형상비 및 길이를 달리한 강섬유(SF)를 혼입한 콘크리트를 제조하여 강섬유보강 일반콘크리트(CC)와 유동 및 강도 특성을 비교 검토하였다. 실험결과 SF를 혼입한 HSCC는 높은 유동성 및 점성의 영향으로 SF 자체의 뭉침현상이 발생하지 않아 강섬유보강 CC의 경우보다 유동성능 및 통과성능이 크게 향상되었으며, 동일한 압축강도 범위에서 SF를 혼입하지 않은 HSCC의 경우보다 쪼갬 및 휨강도는 SF의 형상비와 관계없이 길이가 길어질수록 증가하는 경향이 나타났다. 이상의 실험결과를 통하여 강섬유를 혼입한 HSCC를 현장 적용할 경우 기존에 사용되고 있는 강섬유보강 CC의 경우보다 시공성 및 품질 향상이 가능할 것으로 판단된다