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상안정 상변화물질(SSPCM) 혼입 콘크리트의 역학적 특성 및 최적배합설계에 관한 연구

상안정 상변화물질(SSPCM) 혼입 콘크리트의 역학적 특성 및 최적배합설계에 관한 연구
Other Titles
Investigation on mechanical characteristics and optimum mixture design of concrete mixed with shape stabilized phase change material(SSPCM)
Issue Date
대학원 건축공학과
이화여자대학교 대학원
본 연구는 상안정 상변화물질(shaped-stabilized PCM, SSPCM) 혼입 콘크리트를 건축구조재료로 활용하기 위한 기초적 연구로, SSPCM이 혼입된 콘크리트의 역학적 특성을 파악하였고, 이에 대한 분석을 통해 SSPCM 혼입률에 따른 콘크리트 설계강도(F_ck) 구현을 위한 배합설계식을 제안하였다. 본 연구에서는 SSPCM을 이용하여 각 실험체의 변수를 물/시멘트비, SSPCM 혼입 방법, SSPCM 혼입률, 온도 변화로 정하였고, SSPCM 혼입률은 시멘트 질량 대비 SSPCM 질량을 0%, 10%, 20%, 30%로 설정하여 구조재료 실험을 수행하였다. 이에 대한 실험결과로 SSPCM 혼입률이 증가함에 따라 압축강도, 탄성계수, 쪼갬인장강도가 감소하는 것을 확인하였으며, 상변화가 일어나는 고온에서는 강도가 저감되더라도 상온에서는 다시 회복하는 것을 파악하였다. 이러한 실험 결과를 바탕으로 콘크리트표준시방서 해설(2009)의 일반 콘크리트 배합설계를 기반으로 한 SSPCM 혼입 콘크리트 배합설계식을 제안하였다. 제안된 SSPCM 혼입 콘크리트 배합설계식에서 콘크리트 배합강도(F_cr)의 강도영향계수(SIF)를 설정하여 수치적으로 결정된 SSPCM 혼입 콘크리트의 압축강도와 SSPCM 혼입률과의 상관관계를 적용하도록 하였다. 제안된 배합설계식을 이용하여 콘크리트 설계강도(F_ck)를 24MPa로 고정하고, SSPCM 혼입률과 온도 변화를 실험변수로 설정한 실험체에 대해 구조재료실험을 수행한 결과, 재령 28일 압축강도는 기준 실험체에 비해 1.73 ~ 8.17%의 저감률을 보였지만 모두 콘크리트 설계강도(F_ck)를 만족하는 것을 확인하였다. 본 연구를 통해 SSPCM 혼입 콘크리트의 역학적 특성과 배합설계를 위한 기초적인 자료를 확보할 수 있었다.;This paper aims at evaluating mechanical characteristics of concrete mixed with shape stabilized phase change material (SSPCM) for using as structural materials and proposing optimum mixture design. Toward that goal, material tests are performed on cylindrical shaped specimens having different water to cement ratios, mixture design methods, SSPCM contents, and temperature conditions. From the tests, compressive and tensile strength and elastic modulus of concrete mixed with SSPCM decrease as SSPCM content increases. Also, strength decreases when the concrete is exposed to the temperature above the melting point and recovers as the temperature is back to normal. Based on the experimental findings, mixture design is suggested for the concrete mixed with SSPCM, which is modified from mixture design of normal concrete (Concrete standard construction specification in Korea, 2009). Strength impact coefficient(SIF) of design strength of concrete(F_ck) in the proposed mixture design is decided from the numerical relationship between compressive strength of concrete mixed with SSPCM and mass fraction of SSPCM to concrete. In order to validate the proposed method, concrete specimens mixed with SSPCM are fabricated having targeted strength of 24MPa and material tests are performed on specimens having different SSPCM contents and temperature conditions. As results, reduction ratio of 28 day compressive strength shows 1.73 ~ 8.17%. But, tested specimens satisfy design strength of concrete(F_ck). The study provides basic knowledge for mechanical characteristics and mixture design method of concrete mixed with SSPCM.
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