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탄산화에 노출된 GGBFS 콘크리트의 콜드 조인트 및 하중 재하를 고려한 확률론적 내구수명 해석

Probabilistic Service Life Analysis of GGBFS Concrete Exposed to Carbonation Cold Joint and Loading Conditions

권성준|김태훈
한국구조물진단유지관리공학회 (The Korea Institute For Structural Maintenance and Inspection)|2020.06|한국구조물진단유지관리공학회 논문집 (Journal of The Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection)|제24권 제3호|pp. 39-46

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Random variableCarbonation탄산화Service life내구수명Cold joint콜드 조인트확률 변수
주제분류안전공학

초록

탄산화는 콘크리트 내부로 이산화탄소가 확산되어 매립 철근에 부식을 유발함으로서 콘크리트 구조물의 구조적, 재료적 성능을 저하시키는 열화 현상이다. 결정론적인 방법을 통한 내구수명 평가는 일반적이지만, 하중 및 콜드 조인트 효과를 고려한 확률론적 내구수명 평가에 대한 연구는 매우 제한적이다. 본 연구에서는 확률 변수를 피복 두께, 이산화탄소 확산계수, 외부 이산화탄소 농도, 내부 수화물 반응량으로 정의하고 취약부와 하중 조건을 고려한 확률론적 내구수명 도출을 MCS (Monte Carlo Simulation) 기법을 통해서 진행하였다. 각 확률 변수의 평균을 1.0 ~ 3.0배로 변화시키고, 변동계수를 0.1 ~ 0.2까지 변화시키면서 내구수명을 평가하였다. 분석한 결과 피복 두께에서 47.7%의 내구수명 감소율을, 이산화탄소 확산계수에서 11.4%의 내구수명 감소율을 나타내었다. 파괴 하중에 30% 및 60%의 압축 및 인장 하중을 고려한 결과, 콜드 조인트가 고려된 경우 GGBFS 콘크리트가 OPC 콘크리트보다 탄산화에 대한 높은 저항성을 보였으며, 인장 영역에서는 사용 재료에 상관없이 선형적으로 내구수명 감소가 평가되었다. 또한 압축 하중 60% 조건에는 미세 균열의 진전으로 인해, 모든 조건에서 빠르게 내구수명이 감소하였다.

Abstract

Carbonation is a deterioration which degrades structural and material performance by permitting CO2 and corrosion of embedded steel. Service life evaluation through deterministic method is conventional, however the researches with probabilistic approach on service life considering loading and cold joint effect on carbonation have been performed very limitedly. In this study, probabilistic service life evaluation was carried out through MCS (Monte Carlo Simulation) which adopted random variables such as cover depth, CO2 diffusion coefficient, exterior CO2 concentration, and internal carbonatable materials. Probabilistic service life was derived by changing mean value and COV (Coefficient of variation) from 100 % to 300 % and 0.1 ~ 0.2, respectively. From the analysis, maximum reduction ratio (47.7%) and minimum reduction ratio (11.4%) of service life were obtained in cover depth and diffusion coefficient, respectively. In the loading conditions of 30~60% for compressive and tensile stress, GGBFS concrete was effective to reduce cold joint effect on carbonation. In the tensile condition, service life decreased linearly regardless of material types. Additionally service life rapidly decreased due to micro crack propagation in the all cases when 60% loading was considered in compressive condition.

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