3.1 콘크리트 시험체 조합

Table 3에 본 연구에서 사용된 재료를 나타냈으며 Table 4에 보통시멘트, 보통 시멘트에 혼화재로서 플라이애시 또는 고로슬래그 미분말을 사용하여 설계기준강도 30 MPa 및 45 MPa로 제작된 각종 콘크리트의 계획 조합을 나타냈다. 한편, 제작된 시험체의 설계조건은 목표슬럼프 150±20 mm, 목표공기량을 4.0±1.0 %로 하였으며, 소요 워커빌리티를 충족시키기 위해서 고성능 감수제를 사용하여 적절히 조정하였다.

3.2 시험항목

역학적 특성은, 증기양생 및 수중 양생한 시험체에 대해서, 재령 91일까지의 압축강도, 휨 강도 및 할렬 인장강도를 측정하였다. 또한, 내구성을 평가하기 위해서 동일한 양생조건으로 제작한 시험체를 이용하여, 건조수축 변형 및 염분 침투성 시험 등의 내구성 평가를 수행하였다.

3.3 시험체 양생

본 연구에서 시험체의 양생은 수중양생(W)과 증기양생(S)의 두 종류로 실시하였는데 수중양생 방법은 재령 1일에서는 현장 대기 중에서 기건 양생하였고 이후 탈형하여 소정의 재령까지 수중 양생하였다.

증기양생은 프리캐스트 부재의 제작과정과 동일하게 진행되었는데 가장 범용적인 조건인 전치 2시간 후 승온 속도 20 °C/hr로 온도를 상승하여 최고 온도 50 °C 유지 1시간 후 서냉시킨 후, 항온항습실(20 °C, 60 % RH)에서 소정의 시험재령까지 기중 양생하였다.

3.4 내구성 시험

4.1 굳기 전 콘크리트 시험 결과

Table 5에 굳기 전 콘크리트의 시험 결과를 나타냈다. 결과로부터 슬럼프, 공기량 모두 설계 목표치를 만족하였다. 염화물 이온량의 측정의 결과는 모든 시험체에서 0.30 kg/m$^{3}$ 이하로 나타나 콘크리트 표준시방서에서 제시하는 기준을 만족하는 것으로 나타났다. 또한, 콘크리트 온도는 8월에서 9월에 걸쳐 제작하였기 때문에 30 °C 전후로 측정되었다.

4.2 역학적 특성 결과

본 연구에서 측정된 재령에 따른 압축강도시험 결과는 Figs. 3~4에 나타냈다.

그림으로부터, 재령 7일 이후의 증기 양생에 의한 시험체의 압축강도는 수중 양생에 비해 모두 낮은 값을 나타내고 있지만, 동일한 설계기준강도에서 플라이애시 및 고로슬래그 미분말을 사용한 증기 양생 시험체의 압축강도는 높아지고 있어 장기 재령에서의 강도 증가가 확인되었다. 한편, 수분 공급이 있는 수중 양생 시험체는 재령 초기부터 강도 발현이 컸으며 증기양생 시험체보다 오랜 기간에 걸쳐 완만하게 증진하는 것으로 나타났다.

그림에서 나타난 수중 양생 및 증기 양생 시험체의 압축강도의 관계 결과로부터 플라이애시나 고로슬래그 미분말을 이용한 콘크리트 시험체와 보통 포틀랜드 시멘트만을 사용한 콘크리트 시험체에서 두드러진 차이는 나타나지 않았으나 설계압축강도 30 MPa 시험체의 경우가 45 MPa의 경우보다 증기양생과 수중양생 시의 강도차가 상대적으로 약간 더 커지는 경향을 나타냈다.

Figs. 5~6에 휨 강도와 재령과의 관계를 나타내고 있는데 증기양생 시험체는 조합에 따라 휨 강도에 다소 차이가 나타나며 수중 양생 시험체에서는 45BSW에서 비교적 높은 휨 강도를 나타내고 있다. 본 연구의 범위에서는 일반적인 고로슬래그 미분말의 치환율을 고려하여 결합재의 30 %를 사용한 관계로 30 MPa 시험체는 96 kg/m$^{3}$, 45 MPa 시험체는 119 kg/m$^{3}$ 정도가 사용되었다. 그러나 플라이애시는 기존의 연구와 같이 탈형 시 강도를 확보하는 목적으로 일률적으로 95 kg/m$^{3}$로 설정하였는데 이는 수분공급이 있는 수중양생 시험체에 있어서는 단위 혼화재량의 차이가 시험체의 밀실성에 영향을 미쳤을 가능성이 있는 것으로 고찰되나 추후 이에 관한 연구가 필요한 것으로 판단된다. Figs. 7~8에 재령에 따른 할렬 인장강도 결과를 나타내었다. 결과로부터 보통 시멘트 단독으로 제작한 시험체에서는 강도에 거의 차이가 없었으며 그 밖의 조합의 경우도 압축강도 증가에 비하면 할렬 인장강도의 증가는 크지 않은 것으로 판단된다.

4.3 건조수축 변형 측정 결과

Figs. 9~12에 건조수축 변형의 측정 결과를 나타냈으며 또한 수중 양생과 증기양생의 건조수축 변형의 관계를 나타냈다. 그림에서 증기양생을 실시한 경우 건조수축 변형은 15~25 % 정도 작게 나타났다. 이는 증기양생은 양생 중에 수분 공급을 거의 기대할 수 없으며 양생종료 후에도 수분의 공급이 없는 관계로 그 결과 수분의 발산이 적어지기 때문에 수중 양생 시험체에 비해 건조수축 변형이 작은 것으로 판단된다.

한편, 보통 시멘트 단독으로 제작된 콘크리트 시험체보다는 플라이애시나 고로슬래그 미분말을 이용한 콘크리트 시험체의 건조수축 변형이 작아지는 결과를 얻을 수 있었다. 이 결과는 강도 발현과의 상관관계로 인식되며 동일 재령에서 압축강도가 커질수록 건조수축 변형은 감소하는 경향을 보인다. 이것은 압축강도가 커질수록 치밀한 조직이 형성되어, 결과적으로 수분의 발산이 줄어들어 건조수축 변형이 감소된 것으로 판단된다.

4.4 염분침투성 시험 결과

Figs. 13~16에 염분침투성 시험 결과를 나타냈다. 증기양생에 비해 수중양생의 경우가 염화 이온 함유량의 측정치가 약간 작은 결과로 나타나고 있지만 예상했던 정도의 차이는 없었으며 결과의 차이는 표층부에서 나타난 한정적인 것으로 판단된다. 시험체 조합별로 고찰하면, 보통 시멘트 단독으로 제작된 콘크리트 시험체에 비해 플라이애시나 고로슬래그 미분말을 혼화재로 이용한 경우, 확실히 염화물 이온의 침투에 대한 억제 효과가 나타나 침적기간이 길어질수록 깊이 방향으로 명백한 차이가 나타났다. 이로부터 결합재비가 낮은 45 MPa 콘크리트 시험체의 경우가 염화 이온 양이 작아지는 결과를 나타냈다. 본 연구에서 실시한 염분 침투성 시험방법은 전극전류측정법으로 많이 이용되는 전위차적정법(질산은적정법)에 비해 간편하다. 본 연구에서는 각각의 방법이 시험결과에 주는 차이점을 고찰하기 위하여 각각의 시험체에 대하여 염화물 이온함유량의 측정으로 비교하였다.

시험 결과, 전위차적정법에 의한 측정치가 컸으며 특히 30OPW, 30OPS의 측정 결과가 높게 나타났다. 그 이유로는 미용해 된 염화물이 존재하기 때문에 전극전류측정법에서는 측정치가 작아진 것으로 추측된다.

고로슬래그 미분말, 특히 플라이애시를 혼합한 시료는 차이가 작게 나타나고 있으나 그 이유는 아직 확실치 않으며 앞으로의 검토 과제로 판단된다. 단, 양쪽의 측정치 모두 40 mm 이하의 깊이에서 염화물이온 함유량이 0.30 kg/m$^{3}$ 이하로 나타나 프리캐스트 부재에 플라이애시나 고로슬래그 미분말의 사용은 콘크리트 조직의 치밀화 및 철근 부식을 촉진하는 염화물 이온의 침투가 억제되는 것이 확인되었다.