콘크리트 포장의 평탄성과 내구성은 환경 조건에 크게 영향을 받으며, 슬래브 상하부 간의 온습도 차이는 부등건조수축 및 와핑 (Warping) 현상을 유발하여 포장의 장기 성능 저하를 초래할 수 있다. 이는 주행성 저하, 균열 발생, 유지보수 비용 증가의 원인이 되 며, 특히 터널과 같은 특수 환경에서는 상하부 간의 습도 차이가 더욱 크게 나타나 부등건조수축이 심화될 가능성이 높다. 터널 내부 는 직사광선의 영향을 받지 않지만, 통풍이 잘 이루어져 건조한 환경이 조성되며, 이러한 조건에서는 슬래브 상부에서 수분 손실이 가 속화되고 하부는 습윤 상태를 유지하여 상하부 간의 큰 습도 차이를 발생시킨다. 이는 슬래브의 비균일한 수분 이동을 유발하여 부등 건조수축을 더욱 크게 발생하게 한다. 국내에서는 터널 길이가 500m 이상인 장대 터널에서 콘크리트 포장 적용이 증가하고 있으며, 아스팔트 포장 대비 화재 시 유독가스 발생 위험이 낮다는 이유로 국토교통부에서 콘크리트 포장을 권장하고 있다. 이로 인해 터널 내 콘크리트 포장의 사용이 증가하고 있 으나, 기상환경 변화 및 습도 관리 미흡으로 인해 콘크리트 포장 줄눈부에서의 평탄성 불량 문제가 빈번하게 발생하고 있다. 이러한 문제는 주행성 저하, 도로 이용자의 민원 증가 및 유지보수 비용 상승을 초래하고 있어, 구체적인 원인 분석과 대책 마련이 필요한 실 정이다. 따라서 본 연구는 터널과 같은 특수 환경에서 습도 조건이 콘크리트 슬래브의 부등건조수축에 미치는 영향을 실험적으로 분석하고, 슬래브의 수평 변형률 및 수직 변위를 측정하여 건조 수축에 따른 변형 거동을 정량적으로 평가하고자 하였다. 다양한 습도 조건에서 슬래브의 변형 양상을 비교 분석함으로써, 터널 환경에 적합한 콘크리트 포장 설계 및 유지관리 기준을 제시하고, 콘크리트 포장의 장 기 성능을 개선하기 위한 대책을 마련하고자 한다.

콘크리트는 수화반응에 필요한 물 이외의 자유수가 증발하게 되면 건조수축이 발생하며 이로 인해 발생한 균열은 구조물의 강도 및 내구성 저하에 영향을 미친다. 이에 건조수축에 의한 균열을 억제하기 위한 대처 방안으로 강섬유를 혼입한 강섬유보강콘크리 트에 관한 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 아치형 강섬유 혼입량에 따른 건조수축 특성을 파악하고 구속건조수축 변형률을 콘크 리트에 발생하는 잔류 인장응력으로 치환하여 기존 연구 결과와 비교하였다. 자유건조수축 실험을 통해 아치형 강섬유 혼입량에 따른 건조수축 변형률의 저감효과는 미미한 수준임을 확인하였다. 구속건조수축 실험 결과, 아치형 강섬유 혼입량 증가에 따라 균열의 발생 지연 및 균열 폭 저감에 효과적인 것으로 나타났다. 또한 아치형 강섬유를 60kg/m3 혼입하였을 때 무보강 콘크리트에 발생하는 잔류 인장응력에 비해 52.4% 높은 인장강도를 가지며 구속건조수축에 대한 저항성능이 향상될 수 있음을 확인하였다.

대한민국의 도로의 증가로 인한 복잡화에 따라 터널의 수와 연장이 지속적으로 증가하고 있다. 본 연구는 시멘트콘크리트 포장의 성 능과 수명에 미치는 환경조건의 영향을 분석한다. 현재까지 시공된 고속도로의 많은 부분이 시멘트콘크리트 포장으로 되어 있으며, 이 에 대한 연구는 오랫동안 진행되어 왔다. 부등건조수축은 슬래브의 상하부 온습도 차이에 의해 발생하며, 일일 및 계절적 주기에 따라 발생한다. 일반적으로, 온습도 변화에 따라 컬링이나 와핑이 발생하는데, 컬링은 낮에는 높은 온도로 인한 하향 수축, 밤에는 낮은 온 도로 인한 상향 수축을 나타낸다. 그러나, 환경조건 변화에 따른 콘크리트 내부 습도 변화에 대한 이해는 아직 크게 연구가 진행되지 않아 포장 설계에 적절히 반영되지 못하고 있다. 이러한 연구는 터널 등 배수가 어려운 지역에서 콘크리트포장의 적절성을 판단하여 공용수명에 기여할 것으로 예상한다. 본 연구에서는 슬래브의 하부 조건이 콘크리트 내부 습도에 미치는 영향을 실험적으로 조사한다. 콘크리트 시편을 제작하여 특수한 환경조건에서의 습윤 차이를 모사하여 수분 이동 특성을 연구한다. 실험에서는 슬래브의 한쪽면을 고정하고 반대편이 부등건조수축으 로 인해 발생하는 변형률과 수직변위를 측정할 장비를 설치하여 시간에 따른 변화량을 확인한다.

콘크리트 경화 시 발생하는 수분증발로 인한 건조수축은 콘크리트의 균열을 발생시킨다. 콘크리트에 발생하는 균열 은 콘크리트의 내구성을 저하하여 안정성과 사용성에 문제를 발생시킨다. 이러한 문제점을 보안하기 위해 콘크리트에 강섬유를 혼입하여 건조수축으로 인한 균열을 방지하는 강섬유 보강 콘크리트 (SFRC)에 관한 연구가 진행되고 있다. 강섬유는 콘크리트 의 균열단면에서 가교역할, 부착작용을 통해 건조수축으로 인한 균열발생을 억제하고 균열 폭을 감소시키는 효과가 있다. 본 논 문에서는 강섬유의 인장강도에 따른 강섬유 보강 콘크리트의 건조수축 제어성능을 평가하였다. 자유건조수축 실험과 구속건조 수축 실험을 진행하였으며 실험 결과를 콘크리트의 인장응력으로 변환하여 콘크리트 직접인장실험 결과와 비교하였다. 강섬유 의 자유건조수축 저감 효과는 미미하지만 강섬유의 인장강도가 증가할수록 구속건조수축으로 인한 균열제어에 효과적임을 확인 하였다. 또한 강섬유의 인장강도가 증가할수록 콘크리트의 인장응력이 증가함을 확인하였다.

In this study, the effect of dry shrinkage of concrete pavement due to seasonal changes was analyzed by comparing the results of finite element analysis with the temperature and strain measurements at Incheon airport pavement. To measure the behavior of slab by environmental condition in site, static strain gauges and thermometers were installed. To predict changes in the properties of concrete slab, experiments were conducted in site as well as in the lab. The considered parameters of FEA were pavement conditions according to seasonal and material properties change. The results of field measurements and the strain by FEA analysis were different in terms of the effects of drying shrinkage. This is due to humidity changes not applied to input values during FEA analysis. In this study, the difference between the results of field measurements and the results of the finite element model analysis was used to identify the drying shrinkage occurring on the concrete slab. Long-term data analysis in the future will enable the analysis of the trends in drying shrinkage in airport concrete pavement. This study was supported by Incheon International Airport Corporation(BEX00625).

Airport concrete slabs behave by combined loads including environmental loads and traffic loads. To analyze the behavior of concrete slabs by combined load, the dynamic strain gages were embedded at 2 depths(50mm, 450mm) and 3 locations(corner, Center and Mid-Edge). And the thermometers were embedded at 5 depths(50mm, 150mm, 250mm, 350mm, 450mm) in actual airport concrete slabs. HWD(Heavy Weight Deflectometer) is a device to measure the deflection by applying an impact load. The values calculated by the HWD test are deflection, ISM(Impact Stiffness Modulus), LTE(Load Transfer Efficiency). Concrete slabs tend to expand during the summer when the temperature is high, and contract during the winter when the temperature is low. In addition, the drying shrinkage occurs as age increases. Field HWD test were conducted in March, May, August, and November to examine seasonal and age-specific changes. Furthermore, the temperature difference between top and bottom of concrete slabs causes the curl-up and curl-down behavior. The test was conducted 3 times at 12o`clock, 16o`clock, 21o`clock, 3o`clock, 7o`clock to examine temporal changes. The strain of the slab at HWD strike was measured 500 times per second because the strain occurred instantaneously, and the temperature was measure 1 times per 10 minutes. The calculated values and the measured values varied according to environmental loads. In order to examine these values in various angles, the equivalent linear temperature difference obtained by converting the temperature by depth into the uppermost lowermost temperature difference, the temperature of the slab which changes seasonally as a whole, and the drying shrinkage which occurs as the age increases are considered. Therefore, the purpose of this study is to clarify the behavior of concrete slabs by combined load considering long - term drying shrinkage, annual variation of temperature, and daily variations. This study was supported by Incheon International Airport Corporation(BEX00625) and Korea Airports Corporation.

본 연구에서는 다양한 포장용 콘크리트 배합의 건조수축 특성에 관한 실험결과를 분석하였다. 실험변수는 굵은골재의 종류(석회암, 사암, 화강암, 안산암, 편마암)와 잔골재의 종류(자연사, 부순모래) 및 콘크리트의 배합강도(보통강도, 고강도)를 달리하였다. 그리고 형상비가 22.2, 40, 85.7, 150, 200, 300을 갖도록 시편의 크기를 달리하였으며 코팅제(U&V-H(A,B))를 활용하였다. 다이얼게이지를 이용하여 항온(20℃) 항습(60%)에서 수행된 건조수축 실험은 길게는 1,014일 동안 측정하였다. KS에서 제시하는 표준시편에 비해 도로포장 모사용 슬래브 시편의 건조수축 변형률은 약 39% 감소되는 것으로 나타났다. 또한 동일한 형상비에 대해 굵은골재의 변화에 따른 건조수축 실험결과 석회암이 배합된 시편의 변형률이 사암대비 형상비별로 56~76% 범위에서 가장 낮게 측정되어 포장용 콘크리트로 사용되는데 유리할 것으로 판단된다.

콘크리트포장은 시공초기의 품질관리수준에 따라 전체수명이 결정될 정도로 시공초기의 품질관리가 매우 중요하다. 이러한 초기 품질관리는 콘크리트포장의 초기거동을 잘 파악하여 초기거동을 조절할 수 있는 방안을 도출하는 것이 중요하다. 콘크리트포장의 초기거동에 영향을 주는 요소는 크게 두 가지가 있다. 첫째는 콘크리트의 건조수축이고, 두 번째는 수화열 및 대기온도 변화에 따른 포장체의 온도변화이다. 따라서, 콘크리트의 열팽창계수와 건조수축은 콘크리트의 초기거동에 매우 중요한 요소라 할 수 있다. 지금까지의 열팽창계수는 완전히 양생된 콘크리트에 대해 실험하는 것이 일반적이었기 때문에 시공초기에 열팽창계수를 얻는데 한계가 있어 왔다. 또 건조수축도 시간방법의 한계로 초기 건조수축을 측정하는데 어려움이 있어 왔다. 본 연구에서는 콘크리트포장의 초기 거동을 조절할 수 있는 방안을 도출하기 위하여, 콘크리트의 초기 건조수축과 열팽창계수를 측정하고 이를 통해 콘크리트포장의 초기 거동 예측프로그램의 입력변수들과 적용 모델들에 대한 자료제공 및 검증을 위 한 기초자료를 제공하는데 그 목적을 두었다. 본 연구에서 얻은 결론은 현장에서 초기 콘크리트의 열팽창계수 값을 측정한 결과 8.9~10.8×10-6/℃ 값을 나타내었으며, 콘크리트의 건조수축에 있어서 깊이별 effect와 size effect가 존재하는 것으로 분석되었다.

본 연구는 한국형 포장설계법 과제의 일환으로 수행된 콘크리트슬래브의 건조수축특성에 대한 연구로서 형상비 및 굵은 골재의 종류를 달리해 현재까지 252일간 수행된 실험결과이다. 실제 포장용 콘크리트 슬래브의 형상비에 접근하기 위한 방안으로 시편 일부 면의 수분 증발을 막기 위해 일부 면에 3중 코팅 처리와 랩 처리를 하였다. 예비실험결과 본 실험에서 채택한 수분방지 코팅 처리가 3달 정도까지는 신뢰성이 있음을 알 수 있었다. 동일한 형상비에서 사암을 사용한 콘크리트 시편의 건조수축이 석회암인 경우보다 형상비에 따라 1.32~1.80배 크게 측정되었다. 측정된 건조수축 변형률을 기존의 ACI와 CEB-FIP의 건조수축 모델식과 비교한 결과 두 식 모두 과소평가됨이 확인되었다. 최종적으로 재령 및 형상비 등을 고려한 다중 비선형 회귀분석을 통해 본 실험에 적합한 콘크리트시편의 건조수축 모델식을 제시하였다.

본 연구는 석탄가스화 슬래그를 재활용하기 위한 방안으로 콘크리트용 혼화재로서 사용하기 위해 석고혼입유무에 따른 콘크리트 건조수축 길이변화량을 측정하였다. 실험결과 석고 미혼입타입에서는 최대 15x10-3 의 길이변화량을 나타내어 OPC에 비해 굉장히 큰 변화량을 보이는 반면, 석고 혼입타입에서는 최대 10x10-3 의 길이변화량을 나타내어 OPC와 거의 동일한 수준으로 나타났고, 치환율에 따라서 적은 수준의 길이변화량도 확인하였다. 따라서 고로슬래그 미분말을 콘크리트 혼화재로 사용하는 것과 마찬가지로 CGS를 콘크리트용 혼화재로 사용하기 위해서는 석고의 혼입이 수반되어야 할 것으로 판단된다.

본 연구에서는 굵은 골재 특성이 콘크리트 건조수축에 미치는 영향을 평가하기 위하여 높은 밀도를 가진 전기로 산화슬래그를 굵은 골재로 사용하여 콘크리트 건조수축 시험을 진행하였다. 실험 결과, 전기로 산화슬래그를 굵은 골재로 적용한 콘크리트의 경우 일반 골재를 사용한 콘크리트에 비해 건조수축 발생량이 저감되었으며, 이는 일반 골재에 비해 높은 밀도를 가진 전기로 산화슬래그의 물리적 특성에 기인한 것으로 사료된다.

콘크리트의 낮은 인장강도 및 균열제어 능력 등의 약한 재료성질을 개선하기 위하여 수년간 하이브리드 섬유보강 콘크리트에 관한 많은 연구가 진행되어 왔다. 그러나 비정질 강섬유와 유기섬유를 이용한 하이브리드 섬유보강 콘크리트에 관한 연구는 이루어지지 않은 실정이다. 따라서, 본 연구의 목적은 비정질 강섬유와 유기섬유로서 폴리아미드 섬유를 이용한 하이브리드 섬유보강 콘크리트의 압축강도, 장기 건조수축 및 내동해성을 평가하는 것이다. 이를 위하여 목표 압축강도 40 및 60 MPa 각각에 대해서 하이브리드 섬유 혼입률을 전체 체적비로 1.0%로 설정하여 비정질 강섬유와 폴리아미드 섬유를 이용한 하이브리드 섬유보강 콘크리트를 제작하였다. 제작된 하이브리드 섬유보강 콘크리트의 장기 건조수축 및 내동해성을 평가한 결과, 재령 365일 및 730일에서의 장기 길이변화율은 플레인 콘크리트보다 각각 30%, 25% 이상 감소된 것으로 나타났으며, 동결융해 300 사이클 후의 내구성 지수는 90% 이상으로, 내동해성이 있는 것으로 나타났다.

α형 반수석고는 생산방법이 복잡하고, 대량 연속 생산이 곤란하며, 재료 단가가 높기 때문에 건설재료로써 활용범위가 크지 않았으 나, 최근 화력발전소의 배연탈황석고를 활용하여 경제적으로 α형 반수석고를 제조하는 기술이 실용화되고 있다. 이에 본 연구에서는 응결 시 작 시간이 빠르고 재령 초기 팽창변형이 발생하는 α형 반수석고의 특징에 주목하여, α형 반수석고를 10, 20, 30 wt.% 치환한 보통포틀랜드시멘 트 및 고로슬래그시멘트 모르타르를 제조한 후 응결 및 압축강도 특성, 건조수축을 검토하였다. 실험 결과, α형 반수석고의 치환율이 증가할수 록 보통포틀랜드시멘트 모르타르 및 고로슬래그시멘트 모르타르의 초결시간이 빨라지는 경향을 확인할 수 있었다. 또한, 보통포틀랜드시멘 트 모르타르와 고로슬래그시멘트 모르타르 모두 α형 반수석고의 치환율이 증가할수록 압축강도가 저하되는 경향을 보였으며, 보통포틀랜드 시멘트보다 고로슬래그시멘트에서 α형 반수석고의 압축강도 발현이 유리한 것으로 나타났다. 한편, α형 반수석고를 치환한 모르타르의 경우 α형 반수석고의 혼입에 의해 생성된 에트링가이트 침상결정의 성장압에 의해 초기재령에서 수축변형이 저감되는 것을 확인할 수 있었으며, 초 기 재령에서 수축변형의 억제 효과는 분명하지만, 재령이 지남에 따라 α형 반수석고를 치환하지 않은 조건과 변형의 차이는 다시 감소하는 경 향을 보였다. 따라서 α형 반수석고를 모르타르에 적용할 경우 강도는 다소 저하하지만, 응결 촉진 및 수축변형 억제에 큰 효과가 있기 때문에 건설재료로써 활용 가치가 높을 것으로 판단된다.

In this study, dry shrinkage was evaluated by adding limestone powder according to the substitution ratio to Engineered Cementitious Composite. The test method was carried out by KS F 2424, and it was confirmed that the drying shrinkage tends to increase slightly as the substitution ratio of the limestone fine powder increases.

콘크리트의 건조수축과 자기수축은 시멘트 재료적인 특성과 사용하는 혼수량에 따라 발생의 정도가 변화할 수 있다. 건조수축은 콘크리트의 작업성을 높이기 위하여 적정한 물이 투입되지만 이러한 물이 전량 수화과정에 필요한 것이 아니고 부분적으로 사용되고 나머지는 공극수로 남는다. 자기수축은 시멘트의 수화에 의해 초결 이후 거시적으로 생긴 체적 감소현상으로 일반적으로 건조수축에 비하여 1/10정도로 작기 때문에 균열에서 큰 영향을 미치지는 않는다. 자기수축은 건조수축과 달리 W/C가 낮고, 단위 시멘트량이 높은 콘크리트에서 많이 발생한다. 이러한 콘크리트 성능 저하 원인인 균열을 방지하기 위하여 여러가지 방법을 적용하고 있다. 수축량을 예건하여 초기 사전 팽창성을 부여함으로써 건조수축 보상을 실시하는 방법과 단위 수량을 감소하여 건조 수축량을 최소화하는 방법이 대표적이라 할 수 있고, 최근에는 균열 발생 후 특정한 환경 조건을 부여할 경우 균열을 스스로 치유하는 자기치유콘크리트의 연구도 이루어지고 있다. 본 연구에서는 타설 후 건조과정에서 발생하는 건조수축에 의한 균열발생을 최소화하기 위하여 기존 CaO를 과소(Dead Burn)화 한 팽창제를 사용하여 콘크리트의 건조 수축을 비교하고자 하였다. 과소 CaO 함유율을 결합재량의 최소 4%에서 최대 8% 까지 혼입하여 시험을 실시한 결과 흐름치로 측정한 유동성은 모두 200mm 전후로 발현되어 동등한 수준을 나타냈으며, 설계기준 강도 27 MPa에 맞는 압축강도 발현을 하였다. 건조수축성능을 평가한 결과 Plain 시험체가 최대 –600×10-6의 건조수축을 발현하였으며 과소 CaO 첨가량이 증가할수록 건조수축은 낮아져 8%를 첨가할 경우 –200×10-6으로 나타나 건조수축 제어에 효과 작용하는 것을 알 수 있었다.