국내 건축물에서는 노후한 철근콘크리트 구조물의 안전성이 중요한 문제로 대두되고 있다. 구조물 부분이나 전체의 무너짐으로 인해 경제적 손실을 초래할 수 있으며, 이는 주로 구성 재료의 내구성 결 함으로 인해 발생한다. 여러 노후화 인자 중 동결융해와 부식은 주요한 열화 요인으로 작용한다. 동결 지역의 구조물은 동결융해가 위험 요소로 작용할 수 있으며, 해양 구조물은 해수에 존재하는 염소이온 에 의해 부식될 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는 복합 열화 작용과 철근콘크리트 부재의 성 능 저하 관계를 이해하는 것이 필요하다. 본 연구는 동결융해와 부식의 복합적 피해가 RC 보의 거동 에 미치는 영향을 실험적으로 조사하였다. 7개의 RC 보를 제작하여 각각 다른 수준의 열화 조건을 부여한 후 휨 시험을 실시하였다.

우리는 콘크리트 세상 속에 살고 있다고 해도 과언이 아니다. 콘크리트 도로를 달리고 콘크리트 건 물 속에서 살고 있다. 그런데 최근 노후화된 구조물의 붕괴 사례들이 지속적으로 발생하고 있으며 이 에 대한 원인 규명과 재발 방지, 그리고 기술적 사전 예측 등이 필요하다. 특히 우리나라의 경우 4계 절의 영향을 받는 철근콘크리트 구조물은 시간이 흐름에 따라 다양한 열화로 인해 강도가 저하되고, 이로 인해 건축물의 심각한 손상 및 붕괴가 발생하게 된다. 전국적으로 기온이 영하로 내려가는 겨울 철에는 동결융해의 영향으로 인한 강도 저하로 노후화가 진행되며, 콘크리트의 공기율에 따라 동결융 해로 인한 노후화 정도가 달라지게 된다. 이는 콘크리트 공기율에 따라 내구성지수가 변화하여 동결융 해의 영향 정도가 변화하기 때문이다. 그러나 기존의 콘크리트에 관한 동결융해 영향 연구는 재료에 대한 연구가 많지만, 상대적으로 큰 철근콘크리트 부재 단위에 대한 연구는 부족하다. 따라서 본 연구 에서는 철근콘크리트 부재를 대상으로 기중 동결융해 시험 방법을 통해 콘크리트의 공기율이 증가함 에 따른 재료 단위의 영향과 철근콘크리트 부재의 휨 거동 특성에 대한 영향을 분석하고자 한다.본 연 구에서는 동결융해를 입은 콘크리트가 공기율이 증가함에 따라 동탄성계수와 내구성지수를 비교하고, 이에 따른 압축강도 실험을 통해 동결융해의 영향을 평가하였으며 철근콘크리트 부재의 휨 실험을 통 해 동결융해가 콘크리트 공기율에 대하여 거동 특성, 탄성 강성 및 항복까지의 에너지 흡수 능력에 미 치는 영향을 비교하여 분석하였다. 또한 ABAQUS 해석 프로그램을 사용하여 유한요소 모델을 제안하 고 휨 거동 성능을 실험값과 비교하여 분석하였다.

철근콘크리트 구조물의 동결융해, 염해, 부식 등의 열화 현상으로 인해 구조물의 노후화가 발생되고 있다. 노후화로 인해 성능이 저하된 구조물의 성능 복원을 위해 FRP를 활용한 보수보강이 수행되고 있다. 본 논문에서는 동결융해 작용을 받은 철근콘크리트 보에 카본판재와 카본섬유로 휨 보강하여 동결융해 및 보강에 따른 철근콘크리트 보의 휨 성능을 비교 분석한 실 험적 연구 결과를 제시하였다. 이를 위해 철근콘크리트 보를 제작하여 300회의 동결융해를 수행한 후 카본판재와 카본섬유로 휨보강을 하여 성능 실험을 수행하였다. 실험 결과, 동결융해로 철근콘크리트보의 항복강도는 11% 감소하였으며, 동결융해를 입 지 않은 철근콘크리트보의 항복강도 보강성능은 20%, 동결융해를 입은 후 보강된 철근콘크리트 보의 보강성능은 19%으로 나타 났다. 에너지소산능력을 분석한 결과 본 연구에서 수행한 CFRP 보강이 동결융해로 열화된 철근콘크리트 보의 휨 보강에 유리 한 것으로 나타났다.

국내 철근콘크리트 구조물은 겨울철 영하의 날씨로 매년 동결융해가 반복된다. 동결융해의 영향으로 철근콘크리트 구조물에 여러 가지 문제가 발생한다. 동결융해에 의해 손상이 된 철근콘크리트 구조물을 보강하기 위하여 다양한 보강공법 중 CFRRP(탄소섬유강화플라스틱)보강공법을 사용하였다. CFRP는 고강도, 고탄성 경량 소재로 시공성이 우수하며 인장강도, 탄성계 수가 뛰어나다. 본 연구에서는 동결융해 환경에 노출된 철근콘크리트 보(FTB), CFRP 플레이트로 보강한 철근콘크리트 보(FPB), CFRP 플레이트로 보강한 후 동결융해 환경에 노출된 철근콘크리트 보(FFP)의 휨 성능 실험을 하였다. 실험결과 FTB는 최대강 도 도달 이후 강도가 급격하게 감소하였다. FPB는 최대강도 도달하기 전에 강도와 강성이 증가하지만 CFRP 플레이트의 조기 파괴 후에는 효과가 없음을 보여준다. 또한 FFP는 FPB보다 최대강도가 낮았다. 이는 동결융해에 의한 콘크리트 표면과 CFRP 플레이트 사이의 계면전단응력의 감소로 판단된다.

한본 연구에서는, 철근콘크리트 보 구조물의 동결융해에 따른 장기거동특성 및 최종 파괴형태를 비교 분석하고자 하였다. 철근콘크리트 보 시험체와 재료 시험체를 제작하여, 동결융해 챔버를 이용하여 동결과 융해를 반복적으로 수행하였다. 동결융해를 위하여 기존의 시험법을 참고하여 철근콘크리트 구조물에 대한 시험을 수행 하였다. 동결융해에 따른 콘크리트의 재 료특성 변화와 철근콘크리트 보 구조물의 거동특성 변화를 통하여 동결융해에 대한 영향을 평가하였다. 제안된 동결융해 시험법을 통하여 콘크리트 공시체의 압축강도가 약 19%감소하였다. 철근콘크리트 보 시험체의 경우, 콘크리트의 표면 강도가 동결 융해에 의하여 감소되어 사인장 균열이 발생하여, 재료적 강도 감소에 의한 구조물의 성능이 감소함을 확인하였다. 또한, 사인장 균열이 발생한 동결융해 시험체의 에너지 소산능력이 동결융해를 거치지 않은 시험체와 비교하여 적게 발생하였다.

최근에 국내에는 다양한 원인에 의한 구조물의 안정성을 우려하는 사회적인 관심이 생겼으며 이에 따른 구조물의 보수·보강에 다양한 연구가 진행되고 있다. 우리나라는 4계절이 뚜렷하며 특히 겨울과 봄에는 일교차가 심하게 발생하는 특징이 있다. 이러한 날씨는 철근콘크리트 구조물에게 동결융해작용을 발생시켜 성능저하의 원인이 되며 구조물의 안정성을 위협할 수 있다. 현재 구조물 보수·보강 방법으로는 탄소섬유나 유리섬유로 FRP(Fiber Reinforced Polymer)를 활용하여 Plate나 Sheet 형태의 부착 보강하는 방법이 일반화 되어있다. 하지만 다소 고가이며 유리섬유는 인체에 유해하다는 연구결과가 있다. 때문에 본 연구에서는 친환경적이고 내열성이 우수한 현무암섬유(Basalt Fiber)를 활용하여 동결융해 작용에 의한 콘크리트의 성능저하를 조건으로 BFRP-콘크리트의 부착성능 및 파괴패턴을 비교 분석하였다. 동결융해시험에 따른 부착강도평가는 동일한 섬유와 수지가 함침된 BFRP를 활용하여 동결융해Cycle(0, 100, 200, 300)과 콘크리트 압축강도(24MPa, 30MPa)를 변수로 부착성능을 평가하였으 며 Case1(선 부착 후 동결융해)과 Case2(선 동결융해 후 부착)로 나누어 진행하였다. Case1과 2 모두 콘크리트 파괴의 형태를 보 였으며 Case2의 경우 Case1에 비하여 부착강도가 감소됨을 나타내었고 동결융해 Cycle이 진행될수록 콘크리트 계면의 성능은 저하되고 부착강도는 평균 약 25%정도 감소하는 것을 확인하였다.

최근 전 세계적인 이상기온 현상으로 인하여 기후변화에 따른 극심한 강우 및 강설빈도가 많아지고 동 절기 기록적인 한파로 인하여 콘크리트의 내구성 특히 동결융해 저항성에 대한 검토가 필연적인 항목이 되었다. 강우 및 강설 상황 시, 공항포장의 표면에 우수 또는 우설에 의한 침투수 및 동결융해 현상에 의 해 포장체의 구조적 성능이 저하될 우려가 있으며 이에 따른 조기파손의 영향으로 항공기의 이·착륙 시 안전에 저해요소로 작용할 소지가 있으므로 이에 대한 대책이 필요한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 투수콘크리트를 공항포장용 배수성 시멘트안정처리기층에 적용하기 위한 연구의 일환으로 동결융해 저항성을 분석하고자 한다. 또한 시멘트안정처리기층에 적용하기 위한 투수콘크리트에 대한 동결융해 저항성 기준이 존재하지 않아 미연방항공청(Federal Aviation Administration, FAA) 기준에 명시되어 있는 ASTM D 560 Standard Test Methods for Freezing and Thawing Compacted Soil-Cement Mixtures에 의거하여 중량손실율을 측정하였다. 본 연구에서 고려한 각 실험변수는 고로 슬래그 미분말을 치환하지 않은 Plain 변수를 포함하여 고로슬래그 미분말을 10%, 30% 및 50% 치환한 총 4가지 변수에 대하여 실험을 진행하였다. 동결융해에 의한 중량손실율 실험결과, 중량손실율 측정은 13Cycle까지 실험을 수행하였으며 Plain 변수를 포함하여 고로슬래그 미분말을 10%, 30% 및 50% 치환한 모든 변수에서 동결웅해에 의한 중량손실율이 1% 미만으로 분석되었다. FAA AC 150-5370-10a에 명시되어 있는 ASTM D 560을 활용하여 동결 융해 12Cycle에서의 중량손실율 14% 이하의 값을 월등히 만족하는 것으로 나타났다. 따라서 공항포장용 배수성 시멘트안정처리기층에 적용하기 위한 투수콘크리트의 동결융해 저항성 확보가 충분히 가능할 것 으로 판단된다.

PURPOSES: It is important to consider the long-term performance of concrete pavement, because concrete pavement is more exposed to the various environmental conditions than any other concrete structures. One of the several methods to evaluate the long-term performance of concrete during winter is KS F 2456. Relative dynamic modulus of elasticity shows the resistance to freezing and thawing. METHODS: To measure relative dynamic modulus of elasticity, ultra sonic is generally used. But in this study, to measure the relative dynamic modulus of elasticity, both ultra sonic and shear wave were used and then compared each other. RESULTS: The results from the measurement by ultrasonic wave and shear wave were divided into three types. Type 1 : Specimens are good and relative dynamic modulus of elasticity did not decrease until 300 cycle. Type 2 : The relative dynamic modulus of elasticity decreased from the late cycle.(about 150 cycle later) Type 3 : The relative dynamic modulus of elasticity consistently decreased from the beginning. As a result of ANOVA, there is no difference according to measuring method, in type 2 and 3. But there is a difference according to measuring method, in type 1's relative dynamic modulus of elasticity. CONCLUSIONS: It is proved that shear wave can be used to understand the damage tendency of relative freezing and thawing and to measure the relative dynamic modulus of elasticity.

콘크리트의 박리(scaling)는 수분의 존재하에 동결융해 싸이클에 따른 콘크리트의 점진적인 표면열화이다. 특히, 이것은 제설제에 염화물의 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 C672에 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 일치함을 알 수 있었다(일본콘크리트공학회, 1999). 또한 콘크리트가 경화된 후, 현장에서 염화나트륨 및 저염화물계 제설제(LCD, 염소이온 중량비 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.