The construction process of concrete structures can be mainly classified into (1) structural design, (2) casting and placing, and (3) management. The structural design and maintenance technologies are relatively well understood and well-received in academia and industries, however, the studies related to the placing and casting performance of fresh concrete have scarcely been reported despite its importance in the field. The applications of rheometer are introduced to estimate the construction processes and the consequent constructability, but its field application is still limited due to inconvenience and non-robust nature. The evaluation of casting and placing performance of fresh concrete still relies on empirical and qualitative methods such as the slump test. The quantitative evaluation of the rheological properties and workability of fresh concrete is the first task required to ensure the load resistance, serviceability, and durability of concrete structures. This dissertation firstly proposes simulation-based correlation models to estimate the rheological properties of fresh concrete. Then, the casting performance of self-compacting concrete placed on the steel-plate concrete panel and the effect of vibrating compaction on flow of normal concrete are discussed. Specifically, the model to estimate yield stress and plastic viscosity of self-compacting concrete by using slump flow test results considering the partial segregation of coarse aggregates is introduced, and the porous-medium analogy generalizes flow resistance by inner shear studs in the steel-plate concrete panel, and the models to predict the filling ability of self-compacting concrete casting inside steel-plate concrete panels is provided. To evaluate the filling ability of normal concrete, the numerical simulations of the flow table test of wet-sieved mortar also are given for the estimation of plastic viscosity of normal concrete based on the multi-scale approach. In addition, this study applies the diffusion analogy to describe the attenuation of vibrating compaction, and the change of rheological behavior under vibration is formulated. Based on the generalized attenuation and rheological properties, the coupled numerical simulation can give us the change of filling height profiles by vibrating compaction. The aforementioned methods to predict the filling and casting performance of fresh concrete contain the relevant verification test results to strengthen their reliability.
콘크리트 구조물의 시공단계를 시간에 따라 분류하면, (1)구조설계, (2)시공, (3)유지관리 분야로 크게 나눌 수 있다. 현재 설계 및 유지관리 기술에 비하여 시공 단계에 대한 과학적인 접근이 상대적으로 미흡하여, 시공 과정에 대한 정량적인 평가가 요구되고 있다. 콘크리트의 시공 성능 예측과 품질 제어를 위해 레오미터를 활용한 유변학적 접근이 시도되고 있으나, 측정 방법의 편의성 및 측정값의 편차 문제로 인하여 현재까지도 슬럼프 시험 등의 정성적인 평가와 현장 관리자의 경험에 의존한 콘크리트 작업성 평가가 주를 이루고 있는 상황이다. 이러한 경험 의존적 접근은 시공 성능의 예측과 더불어 완공 후 콘크리트 품질에 대한 정량적인 평가를 어렵게 하고 있으므로, 본 학위논문에서는 수치해석적 접근을 이용하여 현장 시험 결과로부터 굳지 않은 콘크리트의 항복응력과 소성점도 등의 유변학적 특성을 정량적으로 예측할 수 있는 상관관계식을 제안하고, 이를 기반으로 자기충전 콘크리트의 강판 콘크리트 패널 내부 충진 성능 및 진동 다짐을 고려한 일반 콘크리트의 채움 성능 평가에 대한 연구를 수행하였다. 구체적으로, 자기충전 콘크리트의 채움성 평가를 위해 슬럼프 플로우 시험 결과와 재료분리도를 고려한 자기충전 콘크리트의 유변학적 특성 예측 모델을 제안하였다. 이어서, 다공성 매질 모델을 이용한 강판 콘크리트 패널 내부 전단 보강재에 의한 흐름저항의 정량화 및 수치해석을 이용한 자기충전 콘크리트의 강판 콘크리트 내부 채움성 평가 방법을 제안하였다. 다음으로, 진동 다짐을 고려한 일반콘크리트의 채움성 평가를 위해 웻시빙 모르타르의 플로우 테이블 시험 결과와 굵은 골재 부피분율을 고려한 일반콘크리트의 소성점도 범위를 산정하였다. 또한, 진동 다짐의 감쇠를 확산 모델을 통해 간접적으로 표현하고, 진동 다짐에 따른 콘크리트의 유변학적 거동의 변화를 수식화하였다. 도출된 진동 다짐의 감쇠 계수 및 유변학적 특성을 기반으로, 일반 콘크리트의 진동 다짐에 따른 채움 높이 증진을 수치해석하였다. 본 연구에서는 각 채움성 평가 모델 제안과 함께, 현장 실험을 통한 비교 검증 결과를 포함하여 제안된 평가 방법의 신뢰성을 높이고자 하였다.
