This study presents the development of a lightweight concrete for median barrier applications as the first step of a three-step project to develop a lightweight concrete median barrier. The present works consists of two stages. In the first stage, bottom ash, one of the by-products of thermoelectric power plants, was used as a lightweight aggregate. The flow characteristics of cement mortar with bottom ash and the effects of aggregate type and size on concrete density and compressive strength were investigated. The effects of incorporating steel and polypropylene fibers were also investigated. According to the results obtained in the first stage, bottom ash for coarse aggregate is not appropriate. However, using bottom ash as a fine aggregate could improve the mechanical properties of the concrete. Thus, in the second stage of the development of lightweight concrete, an artificial lightweight aggregate was used for coarse and fine aggregates and bottom ash was used only as a fine aggregate. In this stage, metakaolin was used to improve the mechanical properties of the developed lightweight concrete. In relation to this, the effects of metakaolin on the workability, density, compressive strength, and modulus of elasticity of concrete were investigated.
Finally, two mix proportions were selected for application to a concrete median barrier. The compressive strength and density of the developed concrete are approximately 30MPa and $1700 kg/m^3$, respectively.
In further research, a mock-up test will be conducted as the second step in the development of a lightweight concrete median barrier, and in the third step, a computational simulation of a vehicle crash test using LS-DYNA will be performed.
현대 사회의 시간 가치 상승으로 인한 차량의 고속화 및 대형화 추세로 도로 안전성 확보의 중요성이 증대되고 있다. 고속 도로 등에 일반적으로 사용되고 있는 콘크리트 중앙분리대는 차량의 이탈 방지 측면에서 철재 가요성 방호울타리에 비해 우수해 국내외 현장에서 다수 이용되고 있다. 하지만 이러한 콘크리트 중앙분리대는 재료 자체의 큰 자중으로 인하여 초 장대교량 등 구조물의 하중에 민감한 특수 구조물에 적용하기가 적합하지 않다. 이러한 콘크리트 중앙분리대의 문제점을 재료적 측면에서 해결하고자 경량콘크리트 중앙분리대를 개발하고자 한다.
경량콘크리트 중앙분리대의 개발은 총 3단계로 이루어지며 본 연구는 그 중 1단계에 대한 내용으로 중앙분리대에 적용 가능한 경량 콘크리트의 개발에 관한 내용이다. 본 연구에서는 1차 개발 단계로 화력발전소의 부산물인 바텀애쉬를 경량골재로 이용하는 경량콘크리트 개발에 착수하였다. 잔골재 비율 및 섬유 혼입에 따른 경향성을 파악한 결과 바텀애쉬를 잔골재로 이용한 경우 콘크리트의 기계적 성능이 향상됨을 알 수 있었다. 2차 경량콘크리트 개발에서는 1차 연구 개발의 내용을 토대로 콘크리트의 경량성을 향상시키기 위해 인공경량골재를 이용한 연구를 진행하였다. 2차 콘크리트 개발에서는 콘크리트의 성능 향상을 위해 메타카올린을 혼화재료 사용, 치환율에 따른 영향성을 평가 하였다. 1차, 2차 경량콘크리트 개발 연구 결과 $1700kg/m^3$, 압축강도 30MPa의 경량콘크리트를 개발하였다.
경량콘크리트 중앙분리대를 개발하기 위한 일련의 연구로 2차 단계인 개발된 경량콘크리트를 이용한 실물크기의 방호벽의 Mock-up test가 진행 중이다. 또한 3차 단계인 범용 비선형/비탄성 해석프로그램 LS-DYNA를 이용한 충돌 시뮬레이션을 위한 기초 모델링을 진행하였다.
