2.1. 합성목적에 따른 구분

콘크리트의 계면 부착성능에 관한 기존연구는 주로 보수 ⋅보강을 목적으로 수행되었다. 따라서 기존 층의 콘크리트 는 완전히 경화된 이후 노후화 되어 균열, 누수 등과 같이 사용성능 또는 구조내력의 저하로 인해 보수 또는 보강이 필 요한 상태이다. 보통 NSC인 기존 층은 신설 층과의 부착성능 을 향상시키기 위해 완전히 경화된 콘크리트를 Sand blasting, Grooving, Water jet, Drilling 등의 방법으로 표면에 흠집을 주는 것이 일반적이다. 그러나 UHPC를 먼저 제작한 후 NSC를 합성하는 방법은 Table 1과 같이 보수⋅보강을 위해 수행되는 합성방법과는 다소 차이가 있다.

우선, 원하는 표면 형상의 연출이 용이하다. UHPC는 유동 성이 뛰어나고 굵은 골재가 포함되어 있지 않으므로, 타설 후 몰드의 형상과 질감을 그대로 연출 가능하다. 따라서 부 착성능에 유리한 형상으로 몰드를 제작하면 원하는 표면을 연출 할 수 있다. 또 다른 방법으로 타설 후에 표면을 변형 시키는 방법이 있다. UHPC는 높은 유동성과 더불어 점성도 높은 특성을 나타낸다. 특히, 포함되는 물의 양이 매우 적은 재료 특성상, 표면의 건조가 빠르게 진행되어 단시간 내에 표면이 딱딱하게 굳어진다. 이러한 현상은 레벨링 및 세팅을 방해하므로 일반적으로 타설 직후 표면 건조를 막기 위해 비 닐 등으로 덮거나 수분증발을 차단 할 수 있는 제품을 분사 하는 등의 조치가 필요하다 (^{Fehling et al., 2013}). UHPC의 높은 점도와 빠른 표면건조 특성은 부재 또는 시편 제작 시 시공성을 저하시킬 수 있는 원인이 되지만, 표면을 변형시키 는 데는 장점으로 작용한다. 즉, 표면의 유동성은 단시간 내에 저하되지만, 적절한 시간대에 변형을 시킨다면 변형이 가능하 면서 형태도 유지시킬 수 있는 가능성을 제공해 준다. 실제로 이 연구에서는 이러한 방법으로 시편의 표면을 연출하였다.

다음으로, 기존 층인 UHPC는 부착성능에 유리한 양생방 법 (고온양생, 기중양생, 수중양생)과 신설 층과의 합성시점 을 선택 할 수 있다. 따라서 기존 층에 포함된 미 수화 상태 의 시멘트가 신설 층과 함께 반응하여 계면 부착강도를 증진 시킬 수 있다. 이러한 내용은 기존연구 (^{Hong and Kang, 2013})에서 확인 되었다. UHPC-NSC 합성구조의 3점 재하 휨 성능 실험결과, UHPC를 고온 양생 (80℃, R.H 95% 48 시간)한 이후 NSC와 합성한 시편은 상온 (20℃, R.H 60%) 에서 3일간 양생한 후 NSC와 합성한 시편에 비해 초기 강 성은 더 높았지만, 계면 파괴로 인해 두 재료가 완전히 분리 되었다. 반면, 상온 양생한 후 합성한 시편은 두 재료의 일체 성을 유지하였으며, 보다 연성적인 휨 거동을 보여주었다. 실험 종료 후 시편의 계면을 비교한 결과, 고온 양생한 후 합성한 시편은 합성 이전의 매끈한 UHPC 표면을 그대로 유 지하고 있었지만, 상온 양생한 후 합성한 시편은 UHPC 표 면에 NSC 일부분이 붙어있는 것이 확인되어, UHPC의 양생 조건이 계면 부착성능에 영향을 미친다는 것을 보여 주었다.

이러한 결과에 대한 원인으로는 재령 초기에 기존 층 (UHPC) 표면에 있던 미 수화 상태의 시멘트가 신설 층 (NSC)과 반 응하여 보다 밀실하고 단단한 계면을 형성시킨 것으로 판단 하였다. 고온 양생이 끝나는 시점에서는 UHPC의 강도발현 이 종료되지만, 상온 양생한 경우 타설 후 91일까지 강도가 지속적으로 증가하였다. 일부 연구에서는 UHPC의 압축강도 가 타설 후 10년까지 증가한 사례도 보고된 바 있다 (^{Kono et al., 2013}). 상온(20℃)에서 양생한 UHPC의 압축강도 발 현과 수화도 (Degree of hydration)의 상관관계는 ^{Kamen (2006)}의 연구에서 확인 할 수 있다. 연구에 따르면, 압축강 도와 수화도의 상관관계는 1에 가까울 정도로 높다. 더욱이, 재령 90일째 수화도는 26%에 그치고 있어, 상온 양생시 미 수화된 시멘트가 상당량 존재하는 것을 알 수 있다. 이에 반 해 UHPC를 고온양생 하게 되면, 반응성을 가진 실리카 퓸 이나 충전재와 시멘트 1차 수화 생성물 사이의 포졸란 반응 이 더욱 활성화 되어 (^{Kang et al., 2010}) 고온양생이 적용되 는 48~72시간 내에 대부분의 경화가 종료된다. 결론적으로, UHPC의 경화 진행정도 (Degree of hardening)는 수화도와 매우 높은 상관성을 나타내므로, 상온에서 양생한 UHPC를 타설 후 1일 부터 7일 사이에 NSC와 합성하면 계면의 수화 반응에 의한 차이가 부착성능의 차이로 이어질 수 있다.

비록 기존연구 (^{Hong and Kang, 2013})에서 UHPC의 양 생방법에 따라 NSC와의 부착성능에 차이를 보인다는 것이 확인 되었지만, 시편의 표면상태는 모두 매끈한 것으로서, 표면형상에 대한 영향 및 표면처리를 한 경우 양생방법에 따 른 차이점은 검토되지 않았다. 또한, 양생방법에 따른 부착 성능을 휨강도 실험법을 통해 간접적으로 평가하였기에, 보 다 다양한 요인을 고려한 부착강도가 직접적인 실험을 통해 검토 될 필요가 있다.

2.2. 부착강도에 영향을 미치는 요인들

콘크리트 및 모르타르와 같은 시멘트계열 재료의 계면 부 착강도는 마찰 (Friction), 맞물림 (Interlocking)현상 등과 관 계되는 기계적 부착 (Mechanical bond) 효과, 그리고 시멘트 의 수화반응과 관계되는 접착 (Adhesion) 효과로 크게 구분 된다 (^{Momayez et al., 2005}; ^{Mirmoghtadaei et al., 2015}). 따라서 부착강도에 미치는 요인들은 골재의 표면 노출정도, 공극특성을 포함한 거친 정도 및 계면형상 (요철) 등과 같은 표면처리 상태, 그리고 수화반응과 관계되는 재료 및 환경적 요인들 (물, 습기, 양생 온⋅습도 이력, 동결/융해, 콘크리트 탄산화, 시멘트-실리카 비율)과 같이 다양하게 존재한다.

2.2.1. Transition Zone (TZ)의 정의 및 중요성

시멘트계열 재료의 계면 부착특성을 연구하기 위해서는 Transition Zone (TZ)의 이해가 필요하다. TZ는 Fig. 1(a)와 같이 신-구 콘크리트 사이의 기하학적 계면을 따라 형성되는 일부영역으로 정의된다 (^{Bissonnette et al., 2012}). Fig. 1(b) 에서는 계면 부착성능에 관계되는 3가지 표면을 나타내고 있다. 여기서, 기하학적 표면 (Geometrical surface)은 경계 면의 수평형상을 나타내며, 실제 표면 (True surface)은 표면 의 형상을 고려하여 입체적인 표면적을 반영한다. 또한, 유 효 표면 (Effective surface)은 기존 층 및 신설 층의 재료가 실제로 접촉한 면적을 나타내며, 신설 층의 재료상태 및 타 설 방법에 따라 유효표면은 실제표면과 가까워지거나 차이 가 날 수 있다. 따라서 신설 층 재료의 작업성과 다짐정도가 부착성능에 영향을 미칠 수 있다 (^{Bissonnette et al., 2012}).

^{Pigeon and Saucier (1992)}의 연구에 따르면 이러한 TZ는 콘크리트에서 골재와 시멘트 페이스트 사이의 경계면으로 불리는 Interfacial Transition Zone (ITZ)의 구조와 매우 유 사하다고 언급하였다. 즉, TZ에서도 기존 층으로의 물의 흐 름이 유발되어 국부적으로 물-시멘트 비 (W/C)가 높아지는 Wall effect가 나타나고 (^{Li et al., 2001}), 이는 상대적으로 약한 영역을 형성시킨다고 하였다. 콘크리트 내부에 형성되 는 ITZ는 보통 20 μm ~ 40 μm의 두께로 (^{Wan, 2011}), 골 재 면에 나타나는 Water film 현상으로 인해 상대적으로 높 은 W/C를 가지므로, 결국 시멘트 페이스트에서 보다 더 크 고 많은 공극이 형성된다. 미세구조를 관찰해보면 ITZ에서 는 시멘트 페이스트 대비 강도향상에 도움이 되는 C-S-H는 더 적고, CH (Calcium hydroxide) 및 에트린가이트는 더 많 이 발견되어, 골재 또는 시멘트 페이스트 보다 더 약한 영역 이 된다 (^{Mehta and Monteiro, 2006}). 높은 CH 비율은 접착 력을 약화시키므로 ITZ를 더욱 약한 영역으로 만든다. 콘크리 트 계면의 미세구조 특성에 관하여 ^{Espeche and Leon (2011)} 은 접착 메커니즘 (Adhesive mechanism)은 Micro-scale에서 발생하는 화학적 힘과 관계하며, 이러한 힘은 신-구 콘크리 트의 부착력에 기여한다고 하였다. 또한 Fig. 1(a)와 같은 신- 구 콘크리트 사이의 영역인 Overlay Transition Zone (OTZ) 에는 신, 구 콘크리트 보다 많은 CH와 AFt (에트린가이트) 를 포함하며, 다공질의 약한 영역이라고 언급하였다. 신-구 콘크리트 계면의 성분분석을 수행한 연구 (^{Li et al., 2001}) 에서 TZ에는 실제로 CH와 에트린가이트가 많이 포함되어있 으며 다공질인 것으로 확인되었고, 이러한 요인들이 부착강 도를 약화시키는 것으로 밝혀졌다. 따라서, 콘크리트 계면 부착강도에 영향을 미치는 요인 중 시멘트 수화반응과 관계 되는 화학적인 요인 (접착효과)과 이에 따른 영향력을 알아 보기 위해서는 이러한 TZ 및 ITZ의 개념의 이해가 중요하다.

Fig. 1.

Conceptual Approaches about Interface and Bond Strength between Old and New Concrete(^{Beushausen, 2005})

2.3. 부착파괴 모드

UHPC와 NSC의 부착강도 실험시 총 4가지의 파괴모드가 보고되고 있다. 즉, 완전한 계면파괴 (Type A), 계면과 NSC 일부의 복합파괴 (Type B), NSC와 계면 일부의 복합파괴 (Type C), 완전한 NSC 파괴 (Type D)로 구분되며 (^{Tayeh et al., 2013}), 상대적으로 강도가 높은 UHPC 보다는 NSC 에서 대부분의 파괴가 발생한다고 보고되고 있다 (^{Tayeh et al., 2012}). ^{Austin et al. (1999)}은 전단-부착강도 실험시 표 면이 편평하면 기계적인 저항력 없이 파괴면은 계면과 일치 하게 되고, 이 경우에만 슬립 발생으로 인한 순수전단 파괴 라고 하였다. 그러나, 표면처리로 인해 기계적인 맞물림 효 과가 발생하면 부착강도의 증가로 이어지게 되고, 이 경우 전단 및 인장의 복합파괴라고 언급하였다.

3.1. 사용재료 및 배합비

이 연구에서 사용한 UHPC의 구성재료 및 배합비는 Table 2와 같으며, 이를 포함한 타설 방법과 장비는 기존연구 (^{Hong and Kang, 2013}; ^{Kang and Hong, 2014})와 동일하게 하였 다. 시멘트, 모래 및 자갈로 구성된 NSC의 W/C=0.54이고, 최대골재 치수는 25 mm이다.

3.2. 재료 특성

UHPC와 NSC의 기본 물성을 알아보기 위해 KS F 2402 (^{Standards, 2007}) 및 KS F 2594 (^{Standards, 2009})에 따른 슬럼프와 슬럼프 플로 시험, KS F 2405 (^{Standards, 2010}) 에 따른 압축강도 시험, KS F 2423 (^{Standards, 2006})에 따 른 쪼갬 인장강도 시험을 진행하였으며, 일체된 재료의 직접 전단 강도를 확인하기 위해 Fig. 3(a)와 같은 방법으로 실험 을 진행하였다. 시편 3개에 대한 실험결과를 정리하여 Table 3과 같이 평균과 표준편차로 나타냈다. 고온 양생 (Heat treatment)한 UHPC는 타설 후 24시간째 탈형 한 시편을 온도 80±2℃, 상대습도 95±5% 조건에 48시간 동안 노출시킨 것이며, 상 온 양생 (Air curing)한 UHPC 및 NSC는 온도 20±2℃, 상 대습도 60±2%인 환경에 강도 측정 전까지 노출시킨 것이다.

3.3. UHPC-NSC 합성 시편제작

부착강도 실험을 위한 합성 시편은 경화된 UHPC 위에 NSC 를 타설하는 방식으로 제작되었다. UHPC의 표면 형상을 변 형시켜야 할 경우, 경화 된 후에서는 표면을 변형시키기 어 렵기 때문에 2.1절에서 언급한 바와 같이 타설 후 표면 변형 작업을 진행하였다. 성형 후 형태를 유지할 수 있는 시간대 는 사전 실험을 통해 타설 후 약 20~30분으로 결정되었다. 표면 변형 후 UHPC에는 실험 변수에 따른 양생 기간 및 조 건이 적용되었으며, NSC가 UHPC 위에 타설된 후 28일 째 되는 날 부착강도 실험을 진행하였다. 전체적인 시편제작 과 정은 Fig. 2에서 확인할 수 있다.

Fig. 2.

Test Procedures: (a) Surface Preparation, (b) UHPC Curing, (c) NSC casting and Curing, (d) Bond Strength Test

3.4. 부착강도 실험방법

부착강도 실험은 Fig. 3과 같은 직접-전단 및 쪼갬-인장 부 착강도 실험으로 진행하였으며, 만능재료시험기 (UTM)를 이용하여 화살표 방향으로 하중을 가하였다. 시편은 한변이 150 mm인 정육면체 형상으로 UHPC와 NSC 합성구조이다. 계면의 위치는 직접-전단 시편의 경우 3분의 2지점에, 쪼갬- 인장 시편은 정중앙에 위치한다. 직접-전단 실험시 폭×높이× 길이가 50×35×160 mm인 강재 빔을 시편 윗면의 중앙에 위 치시켰고, 시편 하부에는 폭×높이×길이가 100×40×400 mm 인 강재 빔을 시편의 정중앙 폭 50 mm를 제외한 양단부에 접 촉시켰다. 쪼갬-인장 실험시 시편의 상, 하부면과 계면이 만나 는 선을 따라 롤러를 위치 시켰으며, 하중이 가해져 자체적인 균형이 잡히기 전까지 스폰지를 이용하여 위치를 유지하였다.

Fig. 3.

Test Methods and Specimens for Bond Strength

기본적으로 모든 시편에 대하여 직접-전단 부착강도 실험 을 진행하였으며, 2.2.3절에 언급한 바와 같이 부착강도에 있 어 하중 방향성을 고려하기 위해 표면 형상을 변수로 한 기 본 시편에 한해 추가로 쪼갬-인장 부착강도 실험도 진행하였 다. 강도의 평균값을 얻기 위해 모든 변수에 대하여 동일한 시편 3개에 대한 강도 측정이 이루어졌다.

3.5. 실험변수

UHPC-NSC 합성구조의 부착성능에 미칠 수 있는 다양한 요인과 그에 대한 영향을 알아보기 위해 결정된 실험변수는 크게 4가지로 구분되었다. 1) 기계적 맞물림 효과와 그에 따 른 부착강도를 알아보기 위한 표면형상과 하중의 방향성, 2) NSC 합성시 UHPC의 경화 진행 정도에 따른 계면 접착 (Adhesion) 성능을 알아보기 위해, 상온 양생한 UHPC의 합성 전 양생기 간 (1, 3, 7일 동안 경화 진행), 그리고 합성 전 고온 양생한 UHPC (경화 종료), 3) NSC 합성 시 UHPC에 포함된 수분 의 영향을 알아보기 위한 상온 및 고온 양생한 UHPC의 수 분상태 (ASD, SSW), 4) 합성 후 양생 환경에 따른 영향을 알아보기 위한 양생 장소 (항온-항습, 실내, 실외). 전체 변수 현황 및 설명을 Table 4에 정리하였다.

표면형상 변수 중 거친 표면 (R)은 와이어 브러쉬를 이용 하여 Fig. 2(b)와 같은 형상으로 성형하였다. 홈이 파진 표면 (Gx, Gy)은 기존연구 (^{Carbonell et al., 2012})를 참고하여 Fig. 2(a)와 같이 홈의 깊이와 너비가 각각 6~8 mm, 8~12 mm가 되도록 성형하였고, 홈의 방향이 Fig. 3(a)에 제시된 하중방향과 평행한 경우 Gx, 수직인 경우 Gy로 구분하였다.

Table 4에서 ASD는 NSC와 합성하기 전까지 UHPC를 총 7일간 온도 20±2℃, 상대습도 60±2%인 항온-항습기에서 양 생시킨 것을 의미한다. 또한, 내부포화-표면수분 상태 (SSW) 를 도출하기 위해 총 6일간만 ASD와 동일한 조건에서 양생 시켰으며, 합성 직전 24시간 동안 온도 20±2℃인 항온수조 에서 양생시켰다. 합성 이후 양생장소에 따른 영향을 알아보 기 위해 기본적인 항온-항습기 (Air)외에 실내 (Lab) 및 실외 (Out)에서도 시편을 양생시켰다. 실외 양생의 경우 실내와는 다르게 태양 복사열 및 비, 바람에 그대로 노출된다 (^{Santos and Julio, 2011}). Fig. 4는 이러한 3가지 양생장소에서 기록 한 온도 및 습도이며, 그래프에 표시된 수치들은 평균과 표준편 차를 나타낸다. 양생 기간 동안 평균온도는 실내가 가장 높았으 며, 상대습도는 실외가 가장 높았다. 그러나 실외의 경우 온⋅습도 편차가 다른 두 곳보다 눈에 띄게 큰 것으로 나타났다.

Fig. 4.

Temperature and Relative Humidity in the Curing Places

4.1. 표면형상에 따른 부착강도

Fig. 5는 표준시편 (No. 1~4)에 대한 직접-전단 및 쪼갬- 인장 부착강도를 표면형상을 변수로 나타낸 그래프이다. 두 가지 실험에서 모두 부착강도의 크기가 Gy > R > Gx > P 순서로 나타나, 표면처리를 한 경우 전단 및 인장에 의한 부 착강도가 향상 되는 것이 확인되었다. 그러나, 하중의 유형 에 따라 향상 정도는 달랐다. 즉, 직접-전단 부착강도의 경우 표면처리를 한 경우 그렇지 않은 경우 대비 최대 4.8배의 강 도를 나타냈지만, 쪼갬-인장 부착강도의 경우 최대 1.57배 정도에 그쳤다. 또한, R시편의 결과를 강도가 가장 높은 Gy 시편과 비교해 보면, 직접-전단 부착강도는 62%에 그치고 있지만, 쪼갬-인장 부착강도는 99%에 이르고 있다. 다시 말 해, Gy시편은 전단 부착거동에 있어서 R대비 월등한 성능을 보이지만, 인장 부착거동에 있어서는 동등한 성능을 나타낸 다. 이러한 원인을 분석하기 위해 표면 형상별 파괴모드를 분석해 보았다. Fig. 6은 각기 다른 표면형상을 가진 시편의 파괴 면을 나타낸다. 시편에 따라 UHPC, NSC 및 계면의 파 괴 비율이 다르게 나타난다. 기존 연구 (^{Tayeh et al., 2013}) 에서 구분한 파괴모드를 기준으로, P시편은 완전한 계면파괴 (Type A), Gx시편은 계면과 NSC 일부의 복합파괴 (Type B), Gy시편은 NSC와 계면 일부의 복합파괴 (Type C)가 나 타났다. 그러나, R시편의 경우 UHPC-NSC 합성구조에서 상 대적으로 강도가 높은 UHPC 보다는 NSC에서 대부분의 파 괴가 발생한 기존의 연구 결과 (^{Tayeh et al., 2012})와는 달 리, 독특한 표면형상 때문에 계면과 UHPC 일부의 복합파괴 라는 새로운 파괴모드 (이 연구에서 Type E로 정의 함)가 발생하였다. P시편과 비교해 볼 때 R시편의 부착강도는 눈 에 띄게 증가하였다. 따라서 비록, 대부분의 파괴가 계면에 서 발생하더라도 UHPC의 파괴가 조금이라도 관여할 경우 마치 기계적인 연결재의 역할을 수행하여 부착강도를 크게 향상시킬 수 있으며, 직접-전단 부착강도 뿐만 아니라 쪼갬- 인장 부착강도에서도 효과를 발휘 할 수 있는 것으로 나타났다.

Fig. 5.

Bond Strength with respect to Surface Shapes

Fig. 6.

Failure Surface of Specimens

한편, Gy시편의 경우 상대적으로 강체에 가까운 UHPC의 요철부분이 NSC를 파괴시키는 기계적인 부착거동을 유발시 켰다. 반면, Gx시편은 이러한 표면형상이 기계적인 부착거동 을 유발한 것 보다는 True surface를 증가시켜 P보다 부착강 도가 증가한 것으로 보인다. 마지막으로 R시편은 비록 Gy시 편 보다는 요철의 크기가 작지만, NSC의 파괴를 유발시키지 않고 UHPC가 직접 파괴되는 거동특성을 나타냈다.

계면에 적용되는 하중의 방향성과 표면형상을 변수로 한 실험결과, 직접-전단 부착강도 향상을 위해서는 수평 방향으 로 요철을 두어 기계적 부착거동을 유도하는 것이 유리하다. 이러한 결과는 건축구조물의 보, 슬래브와 같이 수평방향으 로 발생하는 직접 전단응력에 저항해야 할 경우 유용하게 활 용 될 수 있다. 반면, 교량 구조물과 같이 진동 등으로 인해 계면에서 수직 방향으로의 응력저항이 요구되는 경우, 쪼갬- 인장 부착강도에 관한 이 연구의 실험결과를 참고하여, 수직 방향으로 기계적 부착거동을 유도하는 것이 바람직하다.

4.2. NSC 합성 전 UHPC 경화 진행정도에 따른 부착강도

Fig. 7은 NSC 합성 전 UHPC의 경화 진행정도에 따른 직 접-전단 부착강도를 나타낸 그래프이다. 2.1절에서 언급한 바와 같이 UHPC의 강도발현은 수화진행과 상관성이 높다. 따라서 상온 양생한 UHPC가 강도발현이 되지 않은 상태 (수화도가 낮은 상태)에서 NSC와 합성하게 되면 시멘트-실 리카 퓸 비율 (SF/C)이 0.25로 매우 높은 UHPC의 배합특성 과 더불어, 수화반응으로 인한 계면 접착강도의 증가를 예상 할 수 있다. 반면, 고온 양생한 UHPC는 강도발현이 끝난 상 태이므로 동일한 원인에 의한 접착강도 증가를 기대하기 어 렵다. 이러한 결과는 Fig. 7에서 확인 할 수 있다. 즉, P시편 의 경우 UHPC의 경화 진행 정도가 높을 때 (수화도가 높을 때) NSC를 합성할수록 계면 접착강도를 감소시키는 것으로 나타났다. 반면, Gx, Gy시편은 1day (A)와 3day (A)에서만 이러한 경향이 나타났으며, 고온 양생한 경우 (강도발현이 끝난 경우) 오히려 강도를 증가시켰다. 그 이유는 신설 층인 NSC의 조건이 동일할 때, 기계적인 부착거동을 유발시키는 UHPC 요철의 높은 강도 및 강성이 크게 기여했기 때문으로 보인다. 따라서, 고온 양생 또는 경화가 완전히 끝난 UHPC 를 NSC와 합성하게 될 경우 표면처리를 하지 않으면 요구 되는 부착성능을 확보하기 어려울 수 있다. 반면, 강도발현 이 끝난 UHPC가 NSC와 합성할 경우, 기계적인 부착거동을 나타낼 수 있다면 오히려 부착강도 증진에 보다 효과적이다.

Fig. 7.

Bond Strength with respect to Degree of Hardening of UHPC

4.3. UHPC의 표면 및 내부 수분에 따른 부착강도

Fig. 8은 NSC와 합성 직전, UHPC의 내부와 표면에 존재 하는 수분에 따른 직접-전단 부착강도를 상온 양생 (A)한 경 우와 고온 양생 (H)한 경우로 구분하여 나타낸 결과이다. 기 존 층인 상온에서 양생한 UHPC의 내부는 포화상태이고 표 면에 물기가 있는 경우 (SSW) 부착강도를 대체적으로 증가 시키는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 W/C가 매우 낮고 SF/C는 매우 높은 UHPC의 배합특성상, 수화도가 낮은 상 태에서 공급되는 물은 계면의 W/C를 높여 약한 영역을 만들 기 보다는, 추가적인 수분 공급을 통해 수화반응을 더욱 활 성화 시켜 접착강도를 증진시키는 것으로 판단된다. 이러한 증진효과는 표면형상에 따라 다르게 나타났다. 즉, 접착에 의한 부착파괴 (Type A 파괴)가 발생하는 P시편의 경우 부 착강도가 크게 증가하였지만, 기계적 부착파괴의 기여도가 증가 할수록 (Type B, Type C 파괴) 그 효과는 줄어들었다.

Fig. 8.

Bond Strength with respect to Moisture Condition of UHPC

그러나, 고온양생 과정이 포함된 UHPC의 경우 정 반대의 결과를 나타냈다. 즉, 기존 층인 UHPC가 고온 양생을 통해 강도 발현이 끝난 경우, 내부가 포화상태이고 표면에 수분이 있으면 표면 형상과 관계없이 직접-전단 부착강도를 감소시키 는 것으로 나타났다. 이러한 원인은 강도발현이 끝난 UHPC 표면에 존재하는 물은 2.2.4 절의 설명과 같이, 계면에 국부 적으로 W/C를 증가시켜 TZ를 더욱 약하게 만들기 때문이다 (^{Bissonnette et al., 2012}). 따라서 강도발현이 완전이 끝난 프리캐스트 UHPC를 NSC와 합성할 때 표면에 물기나 이물 질이 없도록 관리해야 한다.

4.4. 합성 후 양생장소에 따른 계면 부착강도

Fig. 9는 상온에서 7일간 양생한 UHPC에 NSC를 합성한 이후 양생 장소가 부착강도에 미치는 영향을 보여주는 그래 프이다. 우선, 계면 파괴의 기여도가 상대적으로 큰 P와 Gx 시편은 부착강도의 크기가 실외 (Out) > 실내 (Lab) > 항온- 항습기 (Air) 순으로 나타났다. P와 Gx시편의 경우, 계면에 서의 수화반응이 부착강도에 결정적인 역할을 하게 된다. 따 라서, 항온-항습기 대비 평균 온도가 6.84℃ 높은 실내양생 과, 평균 온⋅습도가 각각 3.6℃, 9.86% 높은 실외양생인 경우, 높은 온⋅습도 조건이 계면에서의 수화반응을 더욱 촉 진시킨 것으로 판단된다. 비록, 항온-항습기 대비 실내, 실외 의 온⋅습도 변화율이 더 크지만, 이러한 요인은 계면 파괴 에 의한 부착강도에는 결정적인 영향을 미치지 못하였다. 반 면, Gy시편은 항온-항습조건 보다 실내, 실외 양생 조건에서 더 낮은 부착강도를 나타냈다. Gy시편은 UHPC 요철에 의 해 기계적 부착파괴인 Type C가 발생하며, Type C 파괴는 NSC의 인장파괴가 전체적인 파괴에 크게 기여한다 (^{Austin et al., 1999}). 일반적으로, 콘크리트 타설 후 양생 온도 및 습도가 증가하면 압축강도가 증가하며, 이는 인장강도의 증 가로 이어진다 (^{Mehta and Monteiro, 2006}). 따라서, 양생 당시 평균 온⋅습도의 차이보다는 온⋅습도 변화율이 NSC 인장강도에 더 크게 기여했으며, 이 때문에 Gy시편의 부착 강도가 감소한 것으로 보인다.

Fig. 9.

Bond Strength with respect to Curing Place of UHPC-NSC Composite