2.1 그라우트 배합

실험 대상 그라우트는 2개로 한 개는 물-시멘트비 0.45의 OPC 기반 그라우트이며, 나머지는 실리카 퓸을 혼입한 물-시 멘트비 0.30의 그라우트이다. 사용된 재료의 화학적 특성은 Table 1과 같으며, 그라우트 배합비는 Table 2에 나타내었다.

Table 1

Chemical compositions of OPC and Silica fume

Table 2

Mix proportions for 2 grout types

2.2 그라우트 특성 시험

2.2.1 유하시간

본 연구에 사용된 두 종류의 그라우트 유동성 평가는 KS F 4044(수경성 시멘트 무수축 그라우트)에 규정되어 있는 유하 시간 시험 방법에 따라 실시하였다(^{KS F 4044, 2004}). 윗면의 안지름 178mm, 아랫면의 안지름 12.7mm, 높이 조절부 75mm, 깔대기 높이 190mm를 준비하였으며, 안지름 12.7mm, 길이 38.1mm의 배출관이 붙은 금속제로 제조된 깔대기를 이 용하여 시료를 배출시켜 연속하여 유하하고 있는 시료가 처 음 끊어질 때까지의 시간을 2회 측정하여 평균값을 초단위로 정수 자리로 나타냈다. Fig.2에서는 그라우트 타설 및 유하시 험 사진을 나타내고 있다.

Fig. 2

Flow test of cement grout

2.2.2 블리딩 측정

각 그라우트의 블리딩률 평가는 KS F 2433(주입 모르타르 의 블리딩률 및 팽창률 시험방법)이 준용되었으며(^{KS F 2433, 1972}), 긴장재가 설치 가능한 아크릴 실린더를 제작하여 재질 에 대한 비교평가를 실시하였다. PSC 그라우트재는 실험실 상태, 재료의 온도, 혼합, 배합, 측정 시간, 블리딩 수의 증발 방지가 중요하므로 3시간 및 20시간 경과 후의 블리딩률을 평 가하였다. 3시간 경과 시의 블리딩률(BR₃), 최종 블리딩률 (BR_f), 그리고 팽창률(ER)은 식(1)∼식(3)과 같다.(2)

(1)

B R 3 = B V × 100

(2)

B R f = B + B ′ V × 100

(3)

E R = ( V ′ − B ′ ) − V V × 100

여기서, V 는 시료의 용량(mL), B 는 3시간 경과 후의 블리 딩량(mL), V 는 20시간 경과 후의 시료의 용적(mL), B′은 20 시간 경과 후의 블리딩량(mL)을 나타낸다.

측정실린더를 사용하여 그라우트를 주입 및 블리딩을 측정 하는 사진은 Fig.3에 나타내었다

Fig. 3

Photos for bleeding test

2.2.3 흡수율

흡수율 시험을 위해 KS F 2451(건축용 시멘트 방수제 시험 방법) 및 KS F 4919(시멘트 혼입 폴리머계 방수제 시험방법) 을 준용하여 시험을 수행하였다(^{KS F 2451, 1968}; ^{KS F 4919, 2003}). 시험체를 14일간 양생 후 온도 105±5℃의 건조기 안에 서 24시간 건조 한 후 꺼내어 상온까지 냉각했을 때의 무게를 전자저울을 사용하여 0.1g 까지 측정하였다. Fig. 4에서는 흡 수율 시험을 위한 실험사진을 나타내고 있다.

Fig. 4

Photos for absorption ratio

2.2.4 압축강도 시험

압축강도 평가는 KS L 5105(수경성 시멘트 모르타르의 압 축 강도 시험방법)에 규정되어 있는 압축강도 시험 방법에 따 라 수행하였으며(KS F 5105, 1966), Fig. 5와 같은 50× 50×50mm 몰드를 사용하여 시험체를 제작 후 200 TON UTM (만능시험기)을 사용하여 측정하였다.

Fig. 5

Photos for compressive strength test

2.3 텐던 시스템 제작

텐던 시스템을 만들기 위해 7개의 강연선을 가진 외경 15.3mm 텐던이 사용되었다. 직경 100mm를 가진 실린더를 이 용하여 높이 100mm의 플라스틱 몰드를 제작하였으며, 하부로 부터 그라우트를 기계적으로 유입할 수 있도록 유입구를 제작 하였다. Table 3에서는 사용된 텐던의 물리적 특성을 나타내었 으며, 몰드제작 및 그라우트 주입과정은 Fig. 6에 나타내었다.

Table 3

Physical properties of tendon used

Fig. 6

Photos for tendon system and grouting

2.4 촉진부식실험

수개월 동안 자연전위를 통하여 명확한 부식증가를 확인할 수 없으므로 본 연구에서는 촉진 부식실험인 ICM(Impressed Current Method)를 적용하여 부식량 수준 유발시기를 앞당겼 다. Impressed Current Method를 적용하여 부착력 성능에 대 한 평가는 이미 여러 기존연구에서 채택하여 사용되고 있으 며(^{Sakurada et al., 2008}; ^{Baek et al., 2012}), 부식에 의한 재료 및 구조물의 내력변화, 형상변화 연구에 유효한 방법으로 알 려져 있다.

14일 양생 후 실린더 몰드를 해체하였으며, 이후 인공 해수 에 존치시켜 부식유발환경을 만들었다. 수용액은 실제 해수와 같은 염화물 농도를 고려하기 위해 3.5 % NaCl수용액을 적용 하였으며, 24시간 동안 미리 침지를 시켜 촉진 부식을 실시하 는 동안 충분히 염화물 이온에 노출될 수 있도록 하였다. DC Power Supply는 R사의 제품을 사용하여 20V의 전압을 인가하 여 부식을 유도하였다. 텐던을 길이 200mm로 절단하여 촉진 실험을 수행하였으며 균등한 부식유발을 위해서 구리판을 원 형 시편의 주위에 설치하였다. 부식 유발기간은 2일과 4일의 두 가지로 분류하여 부식기간에 대한 영향을 평가하였다. Fig. 7에서는 ICM를 이용한 촉진부식평가전경을 나타내고 있다.

Fig. 7

Photos for ICM for corrosion acceleration

또한 철근부식량의 이론적 평가를 위해 Faraday 법칙을 이 용한 계산 값과 촉진부식 후 수거한 텐던의 부식량을 제거하 는 실험값을 산정하였다. 식(4)에서는 Faraday 법칙을 나타내 고 있다.

여기서, M 은 부식량(mol), z 는 철의 이온수(=2), F는 Faraday의 수(=96,500 C), q는 전류(A), t는 측정시간(sec), c 는 실험상수이다.

3.1 그라우트 특성

Table 4에서는 유하시간, 블리딩, 압축강도, 흡수율 측정결 과를 정리하여 유하시간을 측정한 결과, GA의 경우 평균 17 초, GB의 경우는 평균 36초로 측정되었다. 이는 단위분체량 이 많아서 유하 시간이 증가한 것이지만 1.0m 시편에 주입할 경우 시공성에서는 큰 차이가 발생하지 않았다. GA 및 GB의 블리딩률 및 팽창률을 측정한 결과, GA는 0.80 %, GB는 0.17 %의 블리딩률을 나타내었으며, 20 시간 이후 GA에서는 –1.27 %, GB에서는 –0.27 %의 팽창률을 나타내었다. 블리딩의 경우 단위 시간에 반응하는 시멘트량이 증가할수록 감소하므로 부 배합 그라우트에서 블리딩의 감소가 발생하였다. 또한 팽창률 은 수화반응에 따라 수축이 생하는데, 건조수축의 발생기구와 비슷하다. 단위 분체량이 크고 자유수가 작은 경우 건조수축량 이 감소하므로(^{RILEM, 1997}; ^{Tazawa and Miyazawa, 1995}), 팽창률이 GB에서 –0.27 % 수준으로 감소하였다.

Table 4

Summarization of test results for GA and GB

압축강도는 7일, 28일 모두 그라우트 GB가 GA에 비해 10.0 MPa 이상 높은 것으로 평가되었으며, 흡수율은 GA에서는 14.9∼16.8 %를, GB에서는 7.4∼8.2 % 수준의 흡수율로서 50 % 수준의 감소를 나타내었다. 단위 분체량의 증가 및 SF 혼입 으로 인한 공극률의 감소는 강도 증가 및 투수성 감소에 매우 효과적으로 알려져 있다(^{Song et al., 2010}; ^{Song et al., 2006}). 그라우트 특성에 대한 실험결과는 Fig. 8에 도시하였다.

Fig. 8

Engineering properties of GA and GB

3.2 텐던의 부식특성

촉진 부식실험을 통한 부식 특성을 평가하기 위해 컷팅된 시편 중 하면에 있는 시편, 즉 블리딩이 없는 건전한 구간에 대한 시편을 대상으로 철근부식 평가를 수행하였다. Fig. 9 에서는 2일 및 4일 경과된 시편의 부식전류 측정결과를 나타 내고 있다.

Fig. 9

Comparison of measured current with acceleration period

또한 실제 측정된 2일 및 4일의 부식량 평가 결과 및 부식 성상을 Fig. 10에 나타내었으며 관련 강연선의 부식사진을 Fig. 11에 나타내었다.

Fig. 10

Measured corrosion amount with various conditions

Fig. 11

Photos for corroded strand

이론과 실험결과는 유사한 경향을 보이지만 차이를 나타낸 다. 이는 실험상수(c)를 고려하지 않았고, 증류수를 대신 인공 해수를 사용하였으며, 양이온이 많은 그라우트 내의 텐던의 부식량을 평가하였기 때문이다. 또한 측정시의 오차와 온도 영향도 있었으리라 판단된다. 실험값을 기준으로 부식시간의 2일에서 4일로 증가함에 따라 GA에서는 13.37 g에서 17.58 g 으로 증가하였으며, GB에서는 6.44 g에서 7.00 g으로 부식량 이 증가하였다. 고품질의 그라우트를 사용함으로서 2일 경과 시 48.2 %의 부식감소를 4일 경과 시 39.8 %의 부식 감소를 유 도할 수 있었다.

부식전류를 감소시키는 주된 원인은 부배합 그라우트를 통 한 공극률의 감소와 이온 확산성의 감소이며, SF의 첨가로 인 해 감소된 공극률이 큰 영향을 차지했을 것으로 판단된다 (^{Tazawa and Miyazawa, 1995}; ^{Song et al., 2010}).