4.1 코어 크기의 영향
콘크리트 크기가 커질수록 압축강도가 감소하는 현상은 파괴역학 크기효과로 설명된다(Bažant 1984; Kim 1990).
그러나 코어는 이와 반대로 크기가 커질수록 압축강도가 증가될 수 있다. 코어 크기가 작을수록 부피에 대한 절단된 표면적 비율이 증가하면서 손상이 커지기
때문이다(Khoury et al. 2014). 즉 코어 압축강도는 파괴역학 크기효과와 채취할 때 발생되는 손상 두 가지 영향을 동시에 받는다. 이
연구에서는 파괴역학 크기효과에 의한 영향(size effect in fracture mechanics, 이하 SFM)과 코어 손상에 의한 영향(effect
of core damage, 이하 CD)으로 발생된 코어 압축강도 차이를 구분하여 파악하고자 하였다.
Fig. 5. Difference in compressive strength according to specimen size
Fig. 5는 실험체 종류별 크기에 따른 압축강도 차이를 나타낸 것이다. x축은 실험체 종류로, 코어(Co, IC), 현장양생 공시체(SCS, IC), 표준양생
공시체(SCS, SC)로 구분하여 나타내었다. y축은 실험체 S1의 압축강도를 기준으로 실험체 S2의 압축강도 비율을 나타낸 것이며, 각 비율은 구조체
크기와 상관없이 동일한 콘크리트 배합과 재령에서 측정된 실험체 S1과 S2 압축강도 비의 전체 평균이다.
손상이 없는 현장양생 공시체(SCS, IC)의 경우, S2가 S1보다 3 % 정도 작은 강도를 나타내었다. 이와 같은 강도 차이는 파괴역학 크기효과에
따른 강도 차이로 볼 수 있다.
표준양생 공시체(SCS, SC) 압축강도는 현장양생 공시체 결과와 마찬가지로 크기가 클수록 강도가 감소하는 것으로 나타났다. 표준양생 공시체 S2의
압축강도는 S1의 99 % 수준으로 기존 연구에서 제시된 97 % 와 유사한 수치로 측정되었다(KCI 2017).
코어(Co, IC)의 경우 코어 S2가 코어 S1보다 4 % 크게 나타났다. 즉 코어 단면이 클수록 강도가 증가하는 것으로 나타났다. 이는 표준 공시체
결과와 상반되는 결과로, 파괴역학 크기효과뿐만 아니라 크기에 따른 코어 손상 영향도 동시에 작용하면서 발생된 것으로 판단된다.
Fig. 6. Effect of core damage on compressive strength according to curing condition
Fig. 6은 코어 압축강도와 양생조건이 다른 표준 공시체 압축강도를 비교한 것이다. x축은 양생조건에 따른 공시체 종류, y축은 코어 압축강도 대비 표준 공시체
압축강도 비로 나타내었다. 각 강도 비는 동일 조건, 즉 동일한 콘크리트 배합과 재령에서 측정된 코어 압축강도 대비 표준 공시체 압축강도 비의 전체
평균값으로 계산하였으며, 이를 통해 전체 실험 결과에 대한 경향성을 파악하고자 하였다.
Fig. 6의 결과에서 보듯이, 현장양생 공시체는 코어보다 실험체 S1의 경우 12 %, 실험체 S2의 경우 4 % 정도 압축강도가 크게 나타났다. 이와 같은
압축강도 차이는 현장양생 공시체와 구조체가 동일한 양생 조건이고, 동일한 크기의 실험체를 비교한 것이기 때문에, 코어 채취에 따른 손상 영향만으로
발생된 것으로 볼 수 있다.
표준양생 공시체 S1과 S2는 코어보다 각각 19 %와 13 % 압축강도가 크게 나타났다. 그러나 이와 같은 표준양생 공시체와 코어의 압축강도 차이는
서로 양생 조건이 엄밀한 의미에서 다르기 때문에, 손상에 의한 영향뿐만 아니라 양생 조건 영향이 동시에 작용하면서 발생된 것이다.
표준양생 공시체는 수중 또는 습윤 상태에서 양생되면서 수화반응을 위한 수분이 외부에서 공급된다. 이로 인해 장기 재령에서의 압축강도가 다른 양생 조건보다
크게 나타난다. 그러나 실제 구조물은 외기 노출로 수분 증발이 되면서 상대적으로 수화반응이 느려지거나 중지되며, 이로 인해 표준양생 공시체보다 강도가
작아질 수 있다. 이와 같은 양생 조건에 따른 압축강도 차이는 이 연구 결과에서도 나타났으며, Fig. 6에서 보듯이 현장양생 공시체가 표준양생 공시체보다 낮은 강도를 보인다.
현장양생 공시체 S1과 S2의 강도 차이는 파괴역학 크기효과에 의해서 발생되기 때문에, 식(2)와 같이 표현할 수 있다.
여기서, $f_{SCS,\:IC,\:S1}$와 $f_{SCS,\:IC,\:S2}$는 각각 현장양생 공시체 S1과 S2의 압축강도이다. $F_{SFM}$는
파괴역학 크기효과에 의한 보정계수이다.
또한, Fig. 6에서 나타난 동일 크기 코어와 현장양생 공시체의 강도 차이는 코어 손상 영향만을 발생되기 때문에, $F_{CD,\:S1}$와 $F_{CD,\:S2}$를
사용하여 식(3), (4)와 같이 표현할 수 있다.
여기서, $f_{Co,\:IC,\:S1}$와 $f_{Co,\:IC,\:S2}$는 각각 코어 S1과 S2의 압축강도이며, $F_{CD,\:S1}$와
$F_{CD,\:S2}$는 각각 코어 S1과 S2를 채취할 때 발생된 손상 영향에 의한 보정계수이다.
Fig. 5의 현장양생 공시체 크기에 따른 강도 차이 결과로부터 $F_{SFM}$는 1.03(=1/0.97)로 산정되었으며, Fig. 6의 코어와 현장양생 공시체 결과로부터 $F_{CD,\:S1}$와 $F_{CD,\:S2}$는 각각 1.12와 1.04로 산정되었다.
식(5)는 Fig. 5의 코어 크기에 따른 강도 차이를 수식으로 표현한 것이다. 이는 코어 S1과 S2의 파괴 실험으로부터 측정된 결과로, 코어 S1의 압축강도는 S2의
0.96 배로 측정되었다. 이와 같은 강도 차이는 파괴역학 크기효과와 코어 손상 영향으로 인해 발생된 것이기 때문에, 식(6)과 같이 표현할 수 있다.
식(5)와 같이 코어로부터 측정된 크기에 따른 강도 차이는 코어와 현장양생 공시체의 관계로부터 산정된 보정계수를 통해 식(6)처럼 계산이 가능하며, 이를 통해 보정계수 적용 가능성을 확인하였다.
Table 3. Compressive strength of specimens
Concrete mixture
|
Type of specimens
|
Curing condition
|
Size of specimens
|
Age of concrete
|
Compressive strength (MPa)
|
# 1
|
# 2
|
# 3
|
# 4
|
# 5
|
# 6
|
Average
|
Mix-A
|
Co
|
IC
|
S1
|
A28
|
26.4
|
29.7
|
27.7
|
27.3
|
28.6
|
29.3
|
28.2
|
A90
|
32.9
|
33.7
|
29.5
|
32.2
|
29.5
|
35.2
|
32.2
|
A180
|
35.1
|
32.3
|
37.2
|
34.2
|
38.7
|
40.1
|
36.2
|
S2
|
A28
|
27.5
|
28.2
|
27.9
|
27.7
|
29.6
|
30.8
|
28.6
|
A90
|
33.1
|
35.0
|
33.7
|
33.9
|
34.3
|
35.6
|
34.3
|
A180
|
37.8
|
38.6
|
34.8
|
36.2
|
40.2
|
40.4
|
38.0
|
SCS
|
S1
|
A28
|
32.9
|
30.2
|
29.9
|
29.2
|
30.4
|
29.4
|
30.3
|
A90
|
31.5
|
30.5
|
32.1
|
34.4
|
34.8
|
30.2
|
32.3
|
A180
|
36.3
|
39.2
|
36.3
|
37.8
|
37.1
|
40.1
|
37.8
|
S2
|
A28
|
27.8
|
29.2
|
30.7
|
28.8
|
29.3
|
29.8
|
29.3
|
A90
|
33.7
|
35.5
|
36.1
|
32.2
|
31.3
|
31.9
|
33.5
|
A180
|
37.0
|
33.3
|
32.1
|
33.0
|
33.3
|
34.7
|
33.9
|
SC
|
S1
|
A28
|
29.4
|
29.7
|
30.3
|
30.2
|
30.4
|
29.7
|
29.9
|
A90
|
43.6
|
39.4
|
41.3
|
41.0
|
39.0
|
40.7
|
40.8
|
A180
|
48.2
|
48.3
|
49.0
|
47.4
|
49.5
|
44.9
|
47.9
|
S2
|
A28
|
28.4
|
27.9
|
28.7
|
28.8
|
28.3
|
30.6
|
28.8
|
A90
|
40.1
|
40.1
|
39.7
|
37.6
|
39.1
|
39.9
|
39.4
|
A180
|
44.4
|
44.9
|
45.6
|
44.9
|
45.6
|
44.4
|
45.0
|
Mix-B
|
Co
|
IC
|
S1
|
A28
|
29.7
|
30.4
|
26.4
|
26.0
|
27.8
|
28.0
|
28.0
|
A90
|
34.1
|
34.1
|
27.4
|
29.7
|
30.4
|
34.8
|
31.8
|
A180
|
37.4
|
38.9
|
37.7
|
30.2
|
39.6
|
40.1
|
37.3
|
S2
|
A28
|
29.5
|
31.9
|
27.6
|
28.2
|
27.3
|
30.0
|
29.1
|
A90
|
34.5
|
36.9
|
34.1
|
33.6
|
33.5
|
34.7
|
34.6
|
A180
|
38.3
|
40.1
|
33.7
|
34.7
|
39.0
|
38.8
|
37.4
|
SCS
|
S1
|
A28
|
28.9
|
29.8
|
31.4
|
34.4
|
32.3
|
32.5
|
31.5
|
A90
|
34.8
|
37.2
|
36.0
|
37.1
|
39.4
|
35.7
|
36.7
|
A180
|
39.1
|
33.3
|
43.2
|
34.7
|
36.1
|
33.6
|
36.6
|
S2
|
A28
|
26.8
|
28.5
|
27.6
|
28.5
|
27.7
|
28.7
|
28.0
|
A90
|
39.3
|
32.9
|
34.3
|
33.5
|
35.8
|
32.6
|
34.7
|
A180
|
43.4
|
36.4
|
33.7
|
33.1
|
35.4
|
37.2
|
36.5
|
SC
|
S1
|
A28
|
29.9
|
30.1
|
32.2
|
30.2
|
29.9
|
29.8
|
30.4
|
A90
|
37.8
|
40.6
|
43.9
|
41.7
|
41.7
|
42.2
|
41.3
|
A180
|
46.3
|
44.7
|
50.2
|
43.8
|
49.0
|
42.2
|
46.0
|
S2
|
A28
|
29.3
|
29.1
|
31.6
|
32.4
|
32.3
|
33.4
|
31.4
|
A90
|
40.7
|
41.7
|
41.0
|
40.8
|
43.6
|
43.6
|
41.9
|
A180
|
46.9
|
49.5
|
46.0
|
48.8
|
47.6
|
50.0
|
48.1
|
Mix-C
|
Co
|
IC
|
S1
|
A28
|
47.9
|
48.5
|
48.5
|
48.9
|
45.5
|
50.4
|
48.3
|
A90
|
51.5
|
49.9
|
56.4
|
53.6
|
51.3
|
52.5
|
52.5
|
A180
|
56.1
|
64.9
|
59.9
|
62.4
|
51.2
|
66.1
|
60.1
|
S2
|
A28
|
50.9
|
52.9
|
51.2
|
52.6
|
51.0
|
51.7
|
51.7
|
A90
|
55.1
|
54.6
|
53.0
|
54.2
|
49.2
|
55.8
|
53.6
|
A180
|
63.2
|
64.3
|
60.4
|
62.1
|
67.7
|
61.6
|
63.2
|
SCS
|
S1
|
A28
|
60.3
|
58.1
|
58.4
|
60.0
|
57.8
|
62.0
|
59.4
|
A90
|
67.7
|
66.0
|
67.6
|
70.8
|
67.5
|
69.9
|
68.2
|
A180
|
67.4
|
69.9
|
72.4
|
67.4
|
71.1
|
68.6
|
69.5
|
S2
|
A28
|
59.3
|
57.9
|
58.9
|
59.3
|
59.5
|
57.7
|
58.8
|
A90
|
67.7
|
66.0
|
67.6
|
70.8
|
67.5
|
69.9
|
68.2
|
A180
|
68.1
|
68.7
|
71.0
|
66.5
|
67.3
|
71.2
|
68.8
|
SC
|
S1
|
A28
|
55.4
|
56.5
|
53.8
|
53.7
|
53.7
|
55.8
|
54.8
|
A90
|
62.3
|
55.4
|
64.8
|
63.2
|
58.2
|
57.4
|
60.2
|
A180
|
70.7
|
67.3
|
66.1
|
69.3
|
69.9
|
70.4
|
68.9
|
S2
|
A28
|
56.3
|
52.7
|
54.8
|
55.7
|
55.2
|
53.9
|
54.8
|
A90
|
58.7
|
59.2
|
60.9
|
60.1
|
61.0
|
62.2
|
60.3
|
A180
|
66.5
|
65.7
|
59.5
|
66.3
|
69.4
|
64.2
|
65.2
|
Core specimens extracted from T1 structures: core specimen No # 1, # 2
Core specimens extracted from T2 structures: core specimen No # 3, # 4
Core specimens extracted from T3 structures: core specimen No # 5, # 6
따라서 이 연구에서는 Table 4와 같이 파괴역학 크기효과에 대한 보정계수 $F_{SFM}$와 코어 손상에 대한 보정계수 $F_{CD,\:S1}$와 $F_{CD,\:S2}$를 제시하고자
한다.
Table 4. Proposed compressive strength correction factors
Correction factors
|
Size of specimens
|
Values
|
Description
|
Remark
|
|
S1
|
1.00
|
Correction factor
for size effect in fracture mechanics
|
Reference value
|
$F_{SFM}$
|
S2
|
1.03
|
-
|
$F_{CD,\:S1}$
|
S1
|
1.12
|
Correction factor
for effect of
core damage
|
-
|
$F_{CD,\:S2}$
|
S2
|
1.04
|
-
|