초고성능 콘크리트와 고연성 무시멘트 복합재료는 높은 압축강도 및 높은 연성 등 재료의 우수한 성능으로 인하여 유망한 건설재 료로 분류되고 있다. 이 연구의 목적은 초고성능 콘크리트와 고연성 무시멘트 복합재료의 압축강도와 인장거동에 대하여 실험적으로 조사하 여 성능을 비교하는 것이다. 이를 위하여 밀도, 압축강도, 일축인장실험 등 일련의 실험을 수행하였다. 실험결과 알칼리 활성 슬래그 기반 고연 성 무시멘트 복합재료의 압축강도와 인장강도는 초고성능 콘크리트의 압축강도와 인장강도에 비하여 낮게 나타났지만, 인장하중 하에서 알칼 리 활성 슬래그 기반 고연성 무시멘트 복합재료의 인장변형성능 및 인성은 초고성능 콘크리트의 인장변형성능 및 인성에 비하여 높은 것으로 나타났다. 또한 알칼리 활성 슬래그 기반 무시멘트 페이스트에 폴리에틸렌섬유를 보강하여 7.89 %에 달하는 높은 인장변형성능을 확보할 수 있는 것으로 나타났다.

초고강도 콘크리트를 이용한 부재의 내화 성능을 검토하기 위해서는 실제부재 단위의 시험에 의한 평가가 요구되고 있다. 그러나 실제부재 실험을 하기 위해서는 재하 능력이 큰 시험 장비가 필요하기 때문에, 재료 모델을 이용한 해석적 연구를 통해 내화 성능을 평가하고 있다. 본 연구에서는 80, 130 및 180 MPa의 초고강도 콘크리트를 대상으로 고온 가열시의 변형 특성을 실험적으로 평가하고 초고강도 콘크리 트에 대한 기존 변형 모델의 적용을 검토했다. 그 후, 최소 제곱법에 의해 실험 값과 기존의 변형 모델을 적용한 계산 값의 누적 오차가 가장 작 은 상수 값을 도출하고 초고강도 콘크리트에 적용 할 수 있는 변형 모델을 제시했다.

The research was introduced a newly atypical beam with ultra-high strength concrete. Ultra high strength concrete has compressive strengths up to 200MPa, tensile strengths up to 20 MPa and tensile strain up to 5%. A series of the developed beams was designed an irregular cross-section by precast and form-work technologies. They evaluated the flexural performance by experiment and analysis comparing with conventional reinforced concrete beams.

This study investigated the compressive strength of UHPC according to fiber combination. Test results showed that the PE, PVA and basalt fiber mixtures have lower compressive strength than steel fiber mixture. Compressive strength reduction ratio of PE, PVA and basalt fiber mixtures were 0.95, 0.96 and 0.86, respectively.

Because significant difference between normal concrete and fiber reinforced ultra-high strength concrete under tension and compression, bond behavior also have significant difference. Bond behavior may affect to the flexural behavior and shear behavior of reinforced concrete beams. Especially, because ultra high strength concrete usually be used as precast members, bond between concrete and steel rebar should be safely and accurately evaluated for design. In this study, bond test results about ultra high strength fiber reinforced concrete were investigated and evaluated with various types of prediction methods, especially for empirical equations.

이 연구에서는 초고성능 콘크리트 (UHPC)와 보통 콘크리트 (NSC)간 계면부착강도에 관한 연구를 수행하였다. UHPC를 보수⋅보강재 로 활용하기 위한 기존의 부착강도에 관한 연구와 달리, UHPC를 프리캐스트 합성부재로 활용하기 위한 연구에 초점을 맞추었으며, 여기 에 영향을 미칠 수 있는 다양한 요인에 대하여 검토하였다. 기존 연구들을 분석한 결과, UHPC-NSC 계면 부착강도에 영향을 미칠 수 있는 요인으로는 계면의 형상, 합성 전 UHPC의 경화 진행상태, 합성 전 UHPC의 수분 흡수상태, 그리고 합성 후 양생장소와 같이 크게 4가지 로 구분되었다. 계면의 형상을 변수로 한 실험에서는 형상에 따라 각기 다른 파괴모드가 나타났으며, 기존 연구에서 확인되지 않았던 거칠 게 처리한 UHPC 계면 일부가 파괴되는 새로운 파괴모드가 발견되었다. 합성 전 UHPC의 경화진행 상태가 부착강도에 영향을 미치는 것 으로 나타났으며, 이러한 영향은 부착 파괴모드에 따라 다르게 나타났다. 또한, 합성 전 UHPC의 수분상태가 부착강도에 영향을 주었으며, UHPC의 양생방법에 따라 서로 상반되는 결과를 보였다. 마지막으로, 합성한 시편의 양생조건 역시 계면 부착강도에 영향을 미친다는 것 을 확인하였다.

Ultra high strength concrete was introduced into architectural members. The current ultra high strength concrete can achieve compressive strengths up to 200 MPa and tensile strengths up to 20 MPa. In this study, the flexural and shear strengths in precast structural beams using ultra high strength concrete are evaluated and compared with reinforced concrete beams. This paper also provide a design flexural strength formula for the developed members.

Because significant difference between normal concrete and fiber reinforced ultra-high strength concrete under tension and compression, bond behavior also have significant difference. Based on the finite element analysis of bond test specimens, crack initiation and propagation process were investigated. Analysis results have been validated with test results and crack initiation stress was investigated.

In this study, A preliminary research has been attempted by design and strength analysis on a series of precast ultra high-strength concrete slab systems in order to evaluate. To compare with conventional reinforced concrete slabs, current slab systems can improve serviceability and ultimate load capacities, crack control, and durability, so as to apply in long span, lightweight, and slender building slab systems.

최근 초고성능 콘크리트가 RPC의 개념을 상용화하면서 개발되어 사용되고 있다. RPC에 강섬유를 혼입하여 100 MPa 이상의 높은 압축강도를 발현하게 됨에 따라, 급작스러운 취성파괴를 방지할 수 있었으며 높은 수준의 인장강도를 보유할 수 있게 되었다. 그러나, 높은 강도 수준은 현행 설계기준의 적용 시 신뢰성의 확보가 어렵게 됨에 따라 재료의 성능에 기반한 상세설계가 필요하게 된다. 따라서 설계에 적용할 초고성능 콘크리트의 응력-변형률 관계를 정의하기 위한 지표의 추정이 중요하게 된다. 따라서 본 연구에서는 80MPa~200MPa 수준의 압축강도를 보유한 초고성능 콘크리트의 재료 시험을 수행하여 초고성능 콘크리트의 기계적 성능을 검토하였다. 시험 결과 초고성능 콘크리트 또한 보통강도 또는 고강도 콘크리트 영역에서 나타나는 압축강도와 기계적특성 사이의 관계가 불안전측의 추정을 하게 되는 것을 확인할 수 있었다. 이에 기존 연구로부터 수집된, 쪼갬인장강도 원주형 공시체 시험 결과와 프리즘 공시체의 시험결과를 활용하여 기존의 추정식들을 평가하였다. 통계적 평가 결과 시험결과에서 나타난 바와 같이 콘크리트의 압축강도 상승과 함께 낮은 수준의 정확도가 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 이에 본 연구에서는 수행된 시험 결과와 수집된 시험 결과들을 사용하여 넓은 압축강도 범위에서 사용 가능한 기계적 성질의 추정식을 도출하였다.

In this study, using the general-purpose structural analysis program, prediction of thermal crack of ultra-high-strength concrete(UHSC) columns were investigated. Parameters were column shape and column size of UHSC columns that have higher temperature rise than normal strength concrete. Thermal crack behaviors according to UHSC column shape were investigated.

Recently, the trend toward larger structures continues and accelerates demand for ultra-high-strength concrete (UHSC) which satisfies structural performance. Most of researchers study on the method to increase the strength of ultra-high-strength concrete for the demand of construction market. For the application, however, ultra-high-strength concrete was needed lots of experimental study from material properties and mechanical properties to evaluate structural behavior. Currently, the design standard for concrete shrinkage and creep is limited to a range of 20 MPa to 70 MPa. It should be compensate the previous design standard to using for ultra-high-strength concrete. the ultra-high-strength concrete is appeared large autogenous shrinkage and crack may be occurred in less shrinkage once water to binder ratio is small and unit binder is large. The ultra-high-strength concrete is subjected to critical influence on micro-cracking owing to the small porosity. It should be considered the long-term behavior likely shrinkage and creep while the architectural buildings and long-span bridges are designed. In this study, therefore, the long-term behavior of ultra-high-strength concrete was investigated the parameters of water to cement ratio.

최근 초장대 교량, 초고층 빌딩 등 토목 및 건축 분야에서 초고강도 콘크리트에 대한 수요가 날로 증가추세에 있다. 특히 초고층 건축물 건립에 따른 고강도 콘크리트 사용이 증가함에 따라 화재시 폭렬현상 등 내화성능 저하에 대한 대책마련의 일환으로 설계기준강도 50MPa 이상의 고강도 콘크리트에 대하여 내화성능관리기준을 법령으로 제정하여 시행하고 있다. 이에 따라 고강도 콘크리트의 내화성능 확보를 위한 연구가 다수 진행되었지만, 100 MPa 이상의 초고강도 콘크리트에 관한 연구는 거의 전무한 실정이다. 초고강도 콘크리트의 경우 내부 조직이 고강도 콘크리트에 비해 훨씬 더 치밀하여 고강도 콘크리트에 적용되는 일반적인 내화 방안으로는 화재시 내부 수증기의 배출이 어렵다. 뿐만 아니라, 화재시 또는 화재후의 구조적 성능에도 일반적인 고강도 콘크리트와는 다른 양상을 나타낼 수 있어 이에 관한 연구가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 화재 상황 하에서 초고강도 콘크리트 기둥이 소정의 하중을 지지할 수 있는 구조 성능의 확보 방안을 모색하고자 하였다.

본 연구는 초고강도콘크리트의 배합에 사용되는 3성분계 혼합시멘트의 최적조합을 도출하기 위한 실험연구이다. 3성분계 혼합시멘트는 포틀랜드시멘트, 고로슬래브 미분말 0%, 30%, 40%, 50% 및 플라이애시 0%, 10%, 20%, 30%로 구성하였다. 물결합재비 0.18의 초고강도콘크리트를 대상으로 각 실험체의 압축강도와 공극구조를 조사한 결과, 플라이애시 10%, 고로슬래그 미분말 30%를 혼합한 3성분계 혼합시멘트를 사용한 콘크리트의 압축강도는, 50nm 이상의 공극량 감소에 의해, Plain 콘크리트에 비해 현저히 증가하였다.

강섬유보강 초고성능 콘크리트(UHPC)는 압축강도가 200MPa에 이르고, 강성 및 인성이 크기 때문에 이를 이용하면 구조 부재를 얇고 가볍게 설계하는 것이 가능하다. 본 논문은 UHPC를 교량의 바닥판 슬래브에 적용하기 위해서 뚫림전단(punching shear)에 대한 저항능력을 평가한 것이다. 6개의 정사각형 슬래브를 제작하여 4변 완전고정 상태에서 뚫림전단 실험을 수행하였다. 슬래브의 두께는 40mm와 70mm였고, 재하판의 형상비는 1.0~2.5 범위였다. 40mm 실험체는 최대하중 이후에 연성적인 변형률 연화구간이 길고, 70mm 실험체는 상대적으로 더 취성적인 뚫림파괴를 보였다. 기존의 여러 뚫림전단강도 평가식을 이용하여 실험결과를 분석하였는데, 두께가 작은 40mm 실험체에서는 DuctalⓇ 및 JSCE의 식이, 그리고 70mm 실험체에서는 Harajli et al. 및 ACI-DuctalⓇ의 제안식이 상대적으로 실험에 근접한 값을 예측하였다. 그러나 전반적으로 실험결과를 잘 예측하지 못하였으므로 실제 파괴메커니즘에 근거한 새로운 식을 제안하였다. 새로 제안한 식은 실험결과를 비교적 잘 예측하는 것으로 나타났다.

본 논문에서는 저열포틀랜드 시멘트와 steel aggregates인 Ferro-Silicon, 실리카흄, 충전재로서 미세석영과 고강도화에 따른 취성파괴 문제를 개선하기위해 강섬유를 사용하여 압축강도 400MPa이상의 초고강도 분체 콘크리트를 개발 하고자 하였다. 콘크리트의 초고강도화의 영향을 고려하여 물-시멘트비 저감이 가능한 저열포틀랜드 시멘트와 비교대상으로 보통포틀랜드 시멘트를 사용하고, 골재 대체 재료로 Ferro Silicon을 각각의 배합비, 양생조건을 달리하여 압축강도를 비교분석 하였다. 초고강도 콘크리트는 보통콘크리트와 달리 사용재료의 영향이 대단히 중요하며, SEM 촬영결과 Type III, Type IV의 C-S-H수화물이 비교적 많이 생성되었고, 고온고압양생으로 토버모라이트와 조놀라이트가 생성된것을 확인 하였다. 또한 골재의 세립화, 분체의 치밀충전화 및 반응성 재료의 사용으로 인해 페이스트가 고강도화 되고, 강섬유를 사용하여 인성을 보강하므로써, 28일 압축강도 420Mpa의 초고강도 분체콘크리트를 성공적으로 개발 하였다.

고온에 노출된 고강도 콘크리트의 폭렬저감대책으로서 폴리프로필렌 섬유를 콘크리트에 혼입함으로써 취성적 파괴를 방지할 수 있는 것으로 보고 되었다. 그러나 초고강도 콘크리트 배합시 다량으로 혼입되는 PP섬유는 시공성을 저하시키는 원인이 된다. 또한 초고강도 콘크리트의 강도발현을 위하여 필수적으로 사용되는 실리카흄은 콘크리트의 수밀성을 높여 폭렬현상이 더욱 심하게 발생할 것으로 판단된다. 본 연구에서는 고강도 콘크리트에서 실리카흄이 폭렬에 미치는 영향과 초고강도 콘크리트의 시공성을 확보하기 위하여 PP섬유를 대신하여 PP분말 및 PVA의 내화성능을 실험을 통하여 관찰함으로써 초고강도 콘크리트의 내화성능확보를 위한 기초 자료를 제시하였다.