PURPOSES : The purpose of this study is to analyze not only the strength but also the durability and abrasion resistance of concrete pavements as increasing the cases of domestic concrete pavement damage which do not meet the service years. METHODS: The bottom layer of a two-lift concrete pavement was paved with original Portland cement (OPC) with 20~23 cm thickness. On the other hand, the top-layer, which is directly exposed to the environment and vehicles, was paved with high-performance concrete (HPC) with 7~10 cm thickness. For the optimal mixed design of the top-layer material of a two-lift concrete pavement, silica fume and polymer powder were mixed. Furthermore, it analyzes abrasion resistance of concrete as follow‘ ASTM C 779’which is dressing wheel abrasion test method. RESULTS : As a result, abrasion resistance is improved with increasing the silica fume ratio. When the polymer powder is mixed, abrasion resistance of concrete is much improved. However, the effect of mixing ratio is not significant. It is very effective that adding both silica fume and polymer powder occur 20~40% of abrasion comparing with OPC variables. CONCLUSIONS : The concrete strength and durability increased with silica fume and polymer powder. In particular, it is significant increasing strength of polymer powder under the flexural strength. In the abrasion resistance side, it is also significant when the silica fume and polymer powder used together.

In this thesis, it was considered that in durability characteristics of concrete pavements evaluation of strength characteristics as well as abrasion resistance is important as the domestic concrete pavements couldn't fulfill the public needs and cases of damage are increasing. In order to solve such problems, it is intended to compare the abrasion resistance in accordance with the mixing rate of admixtures (silica fume and polymer powder) which are incorporated in the upper layer of two-lift concrete pavement and find the optimum mixing rate for abrasion resistance by focusing on the high performance of concrete pavements through two-lift concrete pavements which use cellular sprayed concrete construction method. Both test results, which were performed based on ASTM C 779 B (dressing wheel abrasion test method) and ASTM C 944 (rotary cutter method) standards in accordance with silica fume and polymer powder mixing rate that was incorporated in the upper layer of two-lift concrete pavement, proofed that the abrasion resistance increased as the mixing rate of silica fume and polymer powder increased. However, it was also confirmed that if the mixing rate of admixtures is excessively increased it will not have an effect and it will rather decrease the abrasion resistance.

PURPOSES : This purpose of this study is to analyze the effect to autogenous shrinkage of the top-layer material of a two-lift concrete pavement mixing both silica fume and polymer powder. METHODS: The bottom-layer of a two-lift concrete pavement was paved with original portland cement (OPC) with a 20~23 cm thickness. Additionally, the top-layer which is directly exposed to the environment and vehicles was paved with a high-performance concrete (HPC) with a 7~10 cm thickness. These types of pavements can achieve a long service life by reducing joint damage and increasing the abrasion and scaling resistance. In order to integrate the different bottom and top layer materials, autogenous shrinkage tests were performed in this study according to the mixing ratio of silica fume and polymer powder, which are the admixture of the top-layer material. RESULTS: Autogenous shrinkage decreased when polymer powder was used in the mix. Contrary to this, autogenous shrinkage tended to rise with increasing silica fume content. However, the effects were not significant when small amounts of polymer powder were used (3% and 11%). CONCLUSIONS : The durability and compressive strength increase when silica fume is used in the mix. The flexural strength considerably increases and autogenous shrinkage of concrete decreases when polymer powder is used in the mix. As seen from above, the proper use of these materials improves not only durability, but also autogenous shrinkage, leading to better shrinkage crack control in the concrete.

PURPOSES : Recently, bonded concrete overlay has been used as an alternative solution in concrete pavement rehabilitation since its material properties are similar to those of the existing concrete pavements. Deteriorated concrete pavements need rapid rehabilitation in order to prevent traffic jams on Korean expressways. Moreover, speedy and effective repair methods are required. Therefore, the use of bonded concrete overlay with ultra-rapid hardening cement has increased in an effort to reopen promptly the expressways in Korea. However, mobile mixer is required for ultra-rapid hardening cement concrete mixing in the construction site. The use of mobile mixer causes various disadvantages aforementioned such as limitation of the construction supply, open-air storage of mixing materials, increase in construction cost, and etc. In this study, therefore, hydration accelerator in-situ mixing on polymer modified concrete produced in concrete plant is attempted in order to avoid the disadvantages of existing bonded concrete overlay method using ultra-rapid hardening cement. METHODS: Bonded concrete overlay materials using ultra-rapid hardening cement should be meet all the requirements including structural characteristics, compatibility, durability for field application. Therefore, This study aimed to evaluate the application of hydration accelerator in-situ mixing on polymer modified concrete by evaluating structural characteristics, compatibility, durability and economic efficiency for bonded concrete overlay. RESULTS : Test results of structural characteristics showed that the compressive, flexural strength and bond strength were exceed 21MPa, 3.15MPa and 1.4MPa, respectively, which are the target strengths of four hours age for the purpose of prompt traffic reopening. In addition, tests of compatibility, such as drying shrinkage, coefficient of thermal expansion and modulus of elasticity, and durability (chloride ions penetration resistance, freezing-thawing resistance, scaling resistance, abrasion resistance and crack resistance), showed that the hydration accelerator in-situ mixing on polymer modified concrete were satisfied the required criteria. CONCLUSIONS: It was known that the hydration accelerator in-situ mixing on polymer modified concrete overlay method was applicable for bonded concrete overlay and was a good alternative method to substitute the existing bonded concrete overlay method since structural characteristics, compatibility, durability were satisfied the criteria and its economic efficiency was excellent compare to the existing bonded concrete overlay methods.

PURPOSES: The purpose of this study is to evaluate physical properties, durability, fatigue resistance, and long-term performance of poly-urethane concrete (PU) which can be possible application of thin layer on long-span orthotropic steel bridge and to check structural stability of bridge structure. METHODS : Various tests of physical properties, such as flexural strength, tensile strength, bond strength and coefficient of thermal expansion tests were conducted for physical property evaluation using two types of poly urethane concrete which have different curing time. Freezing and thawing test, accelerated weathering test and chloride ion penetration test were performed to evaluate the effect of exposed to marine environment. Beam fatigue test and small scale accelerated pavement test were performed to assess the resistance of PU against fatigue damage and long-term performance. Structural analysis were conducted to figure out structural stability of bridge structure and thin bridge deck pavement system. RESULTS: The property tests results showed that similar results were observed overall however the flexural strength of PUa was higher than those of PUb. It was also found that PU materials showed durability at marine environment. Beam fatigue test results showed that the resistances of the PUa against fatigue damage were two times higher than those of the PUb. It was found form small scale accelerated pavement test to evaluate long-term performance that there is no distress observed after 800,000 load applications. Structural analysis to figure out structural stability of bridge structure and thin bridge deck pavement system indicated that bridge structures were needed to increase thickness of steel deck plate or to improve longitudinal rib shape. CONCLUSIONS: It has been known that the use of PU can be positively considered to thin layer on long-span orthotropic steel bridge in terms of properties considered marine environment, resistance of fatigue damage and long-term performance.

PURPOSES : This study deals with the working life of polymer concrete, which is typically used as a repair or overlay material for portland cement concrete pavements. METHODS : In the scope of this study, laboratory testing was conducted on fresh MMA modified UP polymer concrete, which uses an MMA monomer for viscosity adjustment and strength improvement of UP resin. The experimental variables were temperature (-20 to +20℃) and binder components (MMA, MEKPO, and DMA). RESULTS : The result showed that the optimum binder ratios for polymer concrete production were 12, 11, and 10 wt.% when the MMA contents were 20, 30, and 40 wt.%, respectively. The working life of polymer concrete depending on temperature and binder components could be expressed by a logarithmic functional formula. The coefficient of variation for each binder component was the highest for DMA content while the lowest for MEKPO content. Also, the contents of each binder component for ensuring the working life of 60 minutes were proposed. CONCLUSIONS : Ultimately, the present study derived a linear regression equation estimating 60 minutes working life based on the setting times of each binder component.

국내의 경우 노후화된 콘크리트 포장에 대한 일반적인 유지보수 공법으로 아스팔트 덧씌우기 공법이 사용되고 있다. 그러나 기존 콘크리트 포장의 수명을 연장시키기 위한 아스팔트 덧씌우기 공법의 경우, 기존 포장과의 물리적 특성이 상이하여 반사균열, 포트홀 및 소성변형 등의 다양한 포장 파손이 발생하고 있는 실정이다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 아스팔트 덧씌우기 공법을 대처하기 위한 방안으로 콘크리트 덧씌우기 공법의 적용이 요구되고 있는 실정이다. 콘크리트 덧씌우기 공법은 사용 연한이 길고, 중차량에 대한 지지력이 우수하며, 소성변형이 발생하지 않으므로 유지보수 빈도 및 유지관리비를 현저히 줄일 수 있는 장점이 있다. 하지만 비교적 긴 양생기간으로 인하여 우회도로 가설 및 교통통제 등의 기술적인 문제가 발생한다. 따라서 본 연구에서는 충분한 작업성 확보 및 신속한 교통개방을 위하여 초속경 아크릴계 폴리머 개질 콘크리트를 사용하여 작업성, 내구성 및 환경저항성에 대한 평가를 통한 접착식 콘크리트 덧씌우기 공법의 적용성을 검토하였다. 조기 교통개방 특성 평가를 위한 강도측정 결과 재령 4시간 후 압축강도 21MPa, 부착강도 1.4MPa를 상회하는 결과를 확인하였다. 또한 환경하중 저항성 실험 결과 일반 포틀랜드 시멘트 콘크리트에 비해 매우 우수하여 내구성을 확보할 것으로 판단하였다. 따라서 본 연구를 통하여 초속경 아크릴계 폴리머 개질 콘크리트는 대규모 접착식 콘크리트 덧씌우기 공법에 적합한 재료로써, 충분한 작업성 및 신속한 조기 교통개방을 요구하는 유지보수 공법 적용이 가능할 것으로 판단된다.

본 연구에서는 콘크리트포장의 단면보수용 복합재료 8개(초속경시멘트계열 : RCC 3종, 폴리머시멘트계열 : PCC 2종, 폴리머계열 : PC 3종)에 대해 역학적인 특성 및 내구성 실험을 수행하였다. 역학적 특성으로서 응결시간, 압축강도, 휨강도, 탄성계수, 경화수축에 대해 실험하였고, 내구성으로서 동탄성계수 및 동결융해 후 부착강도, 흡수율, 내화학성, 자외선 노출 실험을 수행하였다. 탄성계수는 RCC〉PCC〉PC계열의 순으로 나타나서 폴리머가 사용되면서 연성의 특성을 보였다. 초기 재령에서의 폴리머 콘크리트의 경화수축이 상대적으로 큰 것으로 관찰되었지만 재령 28일에서는 다소 안정된 결과를 보였다. 상대동탄성계수, 흡수율, 10% CaCl2와 10% Na2SO4의 화학용액을 사용한 내화학성 실험결과 PC계열, PCC계열, RCC계열 순으로 저항성이 우수한 것으로 나타났다. 200~300회 동결융해 이후의 부착강도 실험결과 PC-2를 제외하고는 모두 1.3MPa 이상을 확보하였고, PC 및 PCC 제품의 부착강도가 RCC 제품보다 전체적인 면에서 우수한 것으로 나타났다. 또한 시편을 500시간동안 자외선 노출시험 결과 모든 패치재료 시편에서 균열 및 표면 결함 등이 발견되지 않아 PC 및 PCC 제품의 자외선에 대한 내구성이 확보됨을 확인하였다.

The mechanical behavior of concrete-filled glass fiber reinforced polymer columns is affected by various factors including concrete strength, stiffness of tube, end confinement effect, and slenderness ratio of members. In this research the behavior of slender columns was examined both experimentally and analytically. Experimental works include 1) compression test with 30cm long glass fiber composite columns under different end confinement conditions, 2) uni-axial compression test for 7 slender columns, which have various slenderness ratios.Short-length stocky columns gave high strength and ductility revealing high confinement action of FRP tubes.The strength increment and strain change were examined under different end confinement conditions.With slender columns, failure strengths, confinement effects, and stress-strains relations were examined.Through analytical work, effective length was computed and it was compared with the amount of reduction in column strength, which is required to predict design strength with slender specimens.This study shows the feasibility of slender concrete-filled glass fiber reinforced polymer composite columns.

본 연구는 동절기에 많이 발생하는 포장의 저온균열에 대한 폴리머 개질 아스팔트 혼합물의 저항 특성을 알아보기 위하여 수행하였다. 저온에서의 간접인장강도를 측정 분석한 결과 혼합물들이 -10°C ~ -20°C의 저온 대에서 최대 인장강도를 나타냈다. 최대 인장강도를 보이는 온도 이하에서는 시차열 응력이 인장강도 이상으로 발생하여 내부에 손상이 발생하기 때문에 나타나는 인장강도 저하현상을 ITS 시험으로 증명하여 보였다. 저온의 시험 결과는 폴리머 개질 아스팔트 혼합물이 일반 아스팔트 혼합물에 비하여 보다 낮은 온도에서까지도 강도가 높게 나타나 폴리머 개질에 따른 효과를 보였으며, 바인더가 저온균열에 대한 저항에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. 따라서 추운 지역에서는 저온균열을 예방하기 위하여 폴리머 개질 아스팔트의 사용이 추천된다.

본 연구는 동절기에 많이 발생하는 포장의 저온균열에 대한 폴리머 개질 아스팔트 혼합물의 저항 특성을 알아보기 위하여 수행하였다. 저온에서의 간접인장강도를 측정 분석한 결과 혼합물들이 -10℃의 저온 대에서 최대 인장강도를 나타냈다. 최대 인장강도를 보이는 온도 이하에서는 시차열 응력이 인장강도 이상으로 발생하여 내부에 손상이 발생하기 때문에 나타나는 인장강도 저하현상을 ITS 시험으로 증명하여 보였다. 저온의 시험 결과는 폴리머 개질 아스팔트 혼합물이 일반 아스팔트 혼합물에 비하여 보다 낮은 온도에서까지도 강도가 높게 나타나 폴리머 개질에 따른 효과를 보였으며, 바인더가 저온균열에 대한 저항에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. 따라서 추운 지역에서는 저온균열을 예방하기 위하여 폴리머 개질 아스팔트의 사용이 추천된다.

본 연구는 일반 콘크리트와 SBR 라텍스 개질 콘크리트의 부착강도 특성을 분석하고자 신 구 콘크리트로 구성된 직접인장 시험체를 제작하여 부착강도를 측정하였다. 이때, 시험체와 측정기의 연결장치가 $360^{\circ}$ 회전이 가능하도록 시험장비를 개선하여 시험체의 편심이 부착강도 측정에 미치는 영향을 최소화였다. 주요 실험변수로는 라텍스 혼입율, 표면 처리상태, 표면 함수상태로 정하였으며 실험결과는 다음과 같다; 라텍스 혼입률이 증가함에 따라 부착강도도 증가하였으며, 혼입률 15%에서 37%의 증진을 보였다. 이것은 라텍스가 골재와 시멘트 페이스트 사이에 충전되어 필름 막을 형성하고 부착력을 증진시켰기 때문인 것으로 판단된다. 표면처리에 따라 부착강도의 변화를 고찰한 결과, 샌드 그라인딩과 와이어 부러쉬에 의해 표면처리를 하였을 경우 부착강도는 단순 절단한 경우보다 약 49% 증가하였다. 표면함수 상태에 따른 영향을 고찰한 결과, 부착강도는 기존 콘크리트 표면이 건조하였을 경우에 가장 작게 나타났고, 자유수가 표면에 있을 때가 그 다음을 나타냈으며, 표면건조포화상태에선 37% 증가하여 가장 크게 나타났다. 따라서 부착강도를 증진시키기 위해서는 적절한 표면처리와 표면함수상태의 유지가 필수적임을 알 수 있었다.

본 연구는 일반 콘크리트와 SBR 라텍스 개질 콘크리트의 부착강도 특성을 분석하고자 신 구 콘크리트로 구성된 직접인장 시험체를 제작하여 부착강도를 측정하였다. 이때, 시험체와 측정기의 연결장치가 360˚ 회전이 가능하도록 시험장비를 개선하여 시험체의 편심이 부착강도 측정에 미치는 영향을 최소화였다. 주요 실험변수로는 라텍스 혼입율, 표면 처리상태, 표면 함수상태로 정하였으며 실험결과는 다음과 같다; 라텍스 혼입률이 증가함에 따라 부착강도도 증가하였으며, 혼입률 15%에서 37%의 증진을 보였다. 이것은 라텍스가 골재와 시멘트 페이스트 사이에 충전되어 필름 막을 형성하고 부착력을 증진시켰기 때문인 것으로 판단된다. 표면처리에 따라 부착강도의 변화를 고찰한 결과, 샌드 그라인딩과 와이어 부러쉬에 의해 표면처리를 하였을 경우 부착강도는 단순 절단한 경우보다 약 49% 증가하였다. 표면함수 상태에 따른 영향을 고찰한 결과, 부착강도는 기존 콘크리트 표면이 건조하였을 경우에 가장 작게 나타났고, 자유수가 표면에 있을 때가 그 다음을 나타냈으며, 표면건조포화상태에선 37% 증가하여 가장 크게 나타났다. 따라서 부착강도를 증진시키기 위해서는 적절한 표면처리와 표면함수상태의 유지가 필수적임을 알 수 있었다.

현대사회의 급격한 도시화 및 인구밀도 증가로 인하여 고성능 재료를 사용한 고강도 콘크리트의 수요가 증가하고 있으며 고강도 콘크리트가 갖는 자기수축 특성은 콘크리트 내구성에 심각한 문제를 초래할 가능성이 크다. 본 연구에서는 고강도 콘크리트의 자기수축 특성 저감을 위하여 고흡수성 폴리머(SAP: Super absorbent polymer)를 사용하였으며 바인더 대비 0%, 0.3%, 0.5% 첨가한 시험체를 각각 제작하여 매립형 스트레인게이지를 이용하여 수축량을 계측 및 비교하였다. 실험결과 SAP를 0.3%, 0.5% 첨가한 실험체는 SAP를 첨가하지 않은 실험체 보다 수축량이 각각 약 11% 와 34% 감소 하였으며 이에따라 SAP의 첨가는 고강도 콘크리트의 자기수축 저감에 효과가 있는 것으로 나타났다.

본 연구에서는 고 흡수성 폴리머를 혼입한 콘크리트의 기초 물성을 평가하였다. 또한 콘크리트 내부의 SAP의 내부양생 효과를 확인하기 위해 표준양생과 봉함양생을 실시하였다. 실험결과, SAP의 혼입률이 증가함에 따라 슬럼프 감소율이 증가하였으며, 표면전기저항도 증가하였다. 재령 7일과 28일의 압축강도 측정결과, 표준양생을 실시한 경우 압축강도의 증감이 SAP의 종류와 혼입률에 관계없는 것으로 나타났으며, 봉함양생을 실시한 경우 SAP 혼입률에 따라 강도가 증가하였다.