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문제 정의
- 따라서, 본 연구에서는 기존에 검토된 내한촉진제를 사용한 한중콘크리트의 실내실험 및 모의부재 실험결과2)를 바탕으로, 실제 현장에서 간단한 양생방법만으로 초기동해를 방지할 수 있는 내한촉진제를 사용한 한중콘크리트의 배합선정, 제조·생산, 타설 및 양생 등 일련의 한중콘크리트 품질확보 방안을 제시하고자 한다. 이를 위해서, 실내실험을 통해 최적배합조건을 도출하고 레미콘 배치 플랜트의 수정배합을 실시하였으며, 신축중인 주상복합구조물의 3개층(41 층 및 42층(penthouse), 지붕층에 내한촉진제를 사용한 한중콘크리트를 타설하고, 각 부위별 온도이력과 재령별 강도증진성상 등을 분석하여 품질관리방안을 도출하였으며, 또한 기존 방식에 의한 한중콘크리트와의 시공성 등도 비교·분석함으로써 내한촉진제를 사용한 한중콘크리트의 시공시스템 구죽 가능성을 검증하고자 한다.
- 8℃을 기준으로 하는 경우보다 상당히 열악한 조건이 된다. 따라서, 본 연구에서의 배합조건은 조기에 소요강도를 확보하고 최저기온에 대한 초기동해를 방지할 목적으로 내한촉진제의 사용량을 4l/C=100kgf로 선정하여 각종 배합조건에 따른 내한촉진제 콘크리트의 특성을 검토하였다.
- 따라서, 실내배합실험에서 최적으로 선정된 배합을 대상으로 배치 플랜트에서 생산성 실험을 실시하였다. 실험은 현장타설 5일전에 실시되었으므로, 현장타설시와 유사한 외기조건을 예상하여, 생산후의 경시변화를 확인하고, 압축강도 측정용 공시체는 그늘진 곳에서 노출상태로 양생하여, 초기동해를 방지하기 위한 압축강도 5N/mm2를 확보하는 재령을 산정하는 것을 목표로 하였다.
- 공시체의 양생기간은 구조체 콘크리트의 강도관리 재령인 28일까지로 하였다. 한편, 실구조물에서의 내한촉진제를 사용한 콘크리트의 양생은 슬래브부위에서만 비닐을 사용하여 급격한 초기 건조를 방지하고자 하였다.
제안 방법
- 제작된 공시체는 표준양생수조 및 봉함상태로 항온항습기에서 노출시켜 각각 양생하였다. 경시 변화시험은 콘크리트를 비빔직후의 상태로 정치하여 두고, 측정직전에 인력에 의한 비빔을 실시하였다. 압축강도의 측정은 각각의 양생재령에서 양생장소(항온항습기 및 표준양생 수조)에서 꺼내어 약 1시간 정도 방치한 후, 덴탈파우더(dental powder)를 이용하여 캪핑을 실시하였다.
- 내한촉진제를 사용한 한중콘크리트는 적용부재의 배근조건 및 강도조건에 따라 크게 3수준으로 나누어 최적배합을 선정하도록 계획하였다.
- 7℃에서-11℃까지낮아지는 등 기온의 변동폭이 상당히 컸으며, 대부분 경우 한중콘크리트 적용기간(일평균기온이 4℃ 이하인 경우) 에해당되고 있었고3), 더욱이 이는 일본 한중콘크리트 시공지침에서 규정하고 있는 「일 최저기온 -3℃ 이하의 동결 작용기」에 포함되는 것이기도 하다3). 따라서, 본 구조물의 콘크리트 타설시의 외기온 조건은 2000년과 유사할 것으로 예상하여 내한촉진제를 사용한 한중콘크리트의 배합을 계획하였다.
- 경우가 많다. 따라서, 실내배합실험에서 최적으로 선정된 배합을 대상으로 배치 플랜트에서 생산성 실험을 실시하였다. 실험은 현장타설 5일전에 실시되었으므로, 현장타설시와 유사한 외기조건을 예상하여, 생산후의 경시변화를 확인하고, 압축강도 측정용 공시체는 그늘진 곳에서 노출상태로 양생하여, 초기동해를 방지하기 위한 압축강도 5N/mm2를 확보하는 재령을 산정하는 것을 목표로 하였다.
- 레미콘 공장에서 현장까지의 운반시간은 평균 50분 정도이고, 레미콘 공장에서 생산직후 품질시험을 실시한 후, 현장의 받아들이기시의 콘크리트 품질을 재확인하였다.
- 본 현장적용은 저온환경 조건하에서 초기동해를 방지할 수 있는 내한촉진제를 사용한 콘크리트를 적용함으로서, 기존의 양생관리에 따른 문제점을 해결하고, 시공 및 품질을 용이하게 확보할 수 있도록 콘크리트 배합설계 단계에서 대책을 강구한 것으로 결론은 다음과 같다.
- 실내배합시험에서 콘크리트 비빔은 100l 강제식 팬믹서를 사용하여 각 재료들이 균일하게 분산되도록 시멘트, 잔골재, 굵은골재를 투입하여 30초간 건비빔한 후, 배합수 및 고성능 AE감수제를 투입하여 120초간 비빈 후, 슬럼프 및 공기량을 측정하였다. 총 비빔시간은 150초가 소요되었다 또한 콘크리트의 슬럼프 및 슬럼프 플로우 공기량 비빔온도를 측정한 후, 재령별 압축강도를 측정하기 위해서 압축강도 측정용 Φ10x20cm 공시체를 각 배합조건별로 15개 씩 제작하였다.
- 경시 변화시험은 콘크리트를 비빔직후의 상태로 정치하여 두고, 측정직전에 인력에 의한 비빔을 실시하였다. 압축강도의 측정은 각각의 양생재령에서 양생장소(항온항습기 및 표준양생 수조)에서 꺼내어 약 1시간 정도 방치한 후, 덴탈파우더(dental powder)를 이용하여 캪핑을 실시하였다.
- 품질확보 방안을 제시하고자 한다. 이를 위해서, 실내실험을 통해 최적배합조건을 도출하고 레미콘 배치 플랜트의 수정배합을 실시하였으며, 신축중인 주상복합구조물의 3개층(41 층 및 42층(penthouse), 지붕층에 내한촉진제를 사용한 한중콘크리트를 타설하고, 각 부위별 온도이력과 재령별 강도증진성상 등을 분석하여 품질관리방안을 도출하였으며, 또한 기존 방식에 의한 한중콘크리트와의 시공성 등도 비교·분석함으로써 내한촉진제를 사용한 한중콘크리트의 시공시스템 구죽 가능성을 검증하고자 한다.
- 총 비빔시간은 150초가 소요되었다 또한 콘크리트의 슬럼프 및 슬럼프 플로우 공기량 비빔온도를 측정한 후, 재령별 압축강도를 측정하기 위해서 압축강도 측정용 Φ10x20cm 공시체를 각 배합조건별로 15개 씩 제작하였다. 제작된 공시체는 표준양생수조 및 봉함상태로 항온항습기에서 노출시켜 각각 양생하였다. 경시 변화시험은 콘크리트를 비빔직후의 상태로 정치하여 두고, 측정직전에 인력에 의한 비빔을 실시하였다.
- 공기량을 측정하였다. 총 비빔시간은 150초가 소요되었다 또한 콘크리트의 슬럼프 및 슬럼프 플로우 공기량 비빔온도를 측정한 후, 재령별 압축강도를 측정하기 위해서 압축강도 측정용 Φ10x20cm 공시체를 각 배합조건별로 15개 씩 제작하였다. 제작된 공시체는 표준양생수조 및 봉함상태로 항온항습기에서 노출시켜 각각 양생하였다.
- 콘크리트 구조체의 강도를 평가하기 위한 공시체의 양생은 표준양생, 간이단열양생(두께 50mm 스치로풀을 사용한 상자안에서의 공시체 양생) 및 외부봉함양생 방법으로 실시하였다. 공시체의 양생기간은 구조체 콘크리트의 강도관리 재령인 28일까지로 하였다.
- 2% 정도의 손실이 발생하였다. 현장 타설을 위한 콘크리트 생산시에는 현장받아들이기 시점에서의 공기량이 KS F 4009기준인 4.5士1.5%에 적합하도록 AE제를 상향조정하는 것으로 하였다.
대상 데이터
- 각종 콘크리트의 종류에 따른 배합조건은 기존의 실내배합시험결과2) 및 Table 7과 같이 일본 북해도개발국 개발토목연구소에서 제시하는 내한촉진제 사용기준(안)4)을 바탕으로, Table 8과 같이 선정하였다. Fig.
- 시멘트는 보통 포틀랜드 시멘트(1종), 플라이애쉬는 충남 보령산 F급 플라이애쉬를 사용하였고, 잔골재는 남양만산 세척사, 굵은골재는 경기도 파주산 쇄석을 사용하였다. 내한촉진제는 국내 K사에서 제조된 무염화·무알칼리형을 사용하였으며, 각 재료의 물리·화학적 성질은 Table 3~ Table 6과 같다.
- 적용구조물은 지하 5층, 지상 42층의 순수 철근콘크리트구조로 건설되는 주상복합 구조물로서, 적용시기는 12월 초순부터 하순까지이며, 콘크리트 규격, 적용부위, 타설량 등은 Fig. 1 및 Table 1과 같다
- 적용대상 부재의 콘크리트 종류는 「굵은골재 최대치수-압축강도-슬럼프(플로우)」로 25-240-18(A), 25-300-18(B), 20-300-50(C, KS F 4009 규격외품)의 3종류이다
- 현장적용 실험은 현장의 구조체가 마무리되는 2001년 12월중으로, 이 시기의 서울지역 과년도 기온은 Fig. 2와 같이 조사되었다. 평균기온은 초순 4.
이론/모형
- 내한촉진제는 국내 K사에서 제조된 무염화·무알칼리형을 사용하였으며, 각 재료의 물리·화학적 성질은 Table 3~ Table 6과 같다.
성능/효과
- 1) 내한촉진제를 사용한 굳지않은 콘크리트의 유동성상은 전반적으로 동일 물-시멘트비에서 플레인콘크리트와 유사한 결과를 나타나고 있다. 또한, 고성능감수제의 종류에 따른 경시변화에서는 초기 플로우 및 유동성 손실이 적게 나타나는 폴리카르본산계 고성능감수제가 우수한 것으로 판단된다.
- 2) 내한촉진제를 사용한 한중콘크리트의 강도관리용 공시체 평가방법은 기존의 현장 봉함양생방법보다는 실 구조물의 온도이력과 유사한 경향을 보이는 간이 단열양생방법에 의한 평가를 실시하는 것이 실구조물의 강도평가에 더 유효할 것으로 판단된다.
- 3) 각종 양생방법별 내한촉진제를 사용한 한중콘크리트를 로지스틱 곡선식을 이용하여 강도증진성상을 검토한 결과, 강도증진에 미치는 내한촉진제의 영향이 상온조건보다는 저온조건 하에서 효과가 높은 것으로 나타났다.
- 4) 내한촉진제를 사용한 콘크리트는 평균기온 -2℃(최저기온 -12℃에서 간단한 비닐양생만으로 초기동해 방지를 위해 필요한 압축강도 5N/mm2의 발현이 가능하였고 재령 28일에 목표로 하는 소요강도를 만족시켰다.
- Table 10에서와 같이, 유동성은 고성능감수제 종류에상관없이 동일 사용량에 대하여, 50±5cm를 만족시키고 있었으나, 콘크리트의 성상은 폴리카르본산계가 더 양호한 것으로 관찰되었다 또한, 초기재령에서의 압축강도를 검토한 결과, 폴리카르본산계의 경우가 강도증진성상이 우수한 것으로 나타났으며, 적산온도 20° D・D(약 2.7일) 전후에서 초기동해를 방지하기 위해 필요한 강도인 5N/mm2 이상의 강도를 확보할 수 있었다. 이와 같이 물-시멘트비 37%에서 초기동해를 방지할 수 있는 소요 재령이 단축됨에 따라 물-시멘트비의 영향이 초기동해 방지효과에 상대적으로 크게 미친다고 할 수 있다.
- 가장 열악한 조건이라 할 수 있는 슬래브의 경우, 초기에 적산온도가 구조체의 온도이력과 유사한 간이단열양생의 경우에 표준양생과 봉함양생사이의 압축강도를 나타내고 있어 적산온도의 크기에 따른 압축강도 증진성상이 커다란 영향을 미친다는 것을 알 수 있다. 한편, 간이단열양생에 의한 강도증진성상은 25-300T8를 제외하고는 재령 28일에 있어서의 배합강도에 만족하는 것으로 나타나고 있지만, 25-300-18의 경우에는 상대적으로 가장 낮은 외기온, 실내시험 조건과 배치 플랜트시험 조건의 상이함(믹서형식, 비빔성능, 표면수보정, 입도보정, 콘크리트의 양 등)으로 인하여 목표 배합강도에 다소 떨어지는 것으로 나타났다.
- 그 결과, Table 9에서 나타난 바와 같이 내한촉진제를 사용한 콘크리트의 유동성상은 전반적으로 동일 물-시멘트비에서 겉보기 점도의 차이는 보이고 있었지만 플레인콘크리트와 유사한 값을 나타나고 있었다 공기량의 경우에도 동일한 AE제 사용량에 대하여 거의 변동이 없었다. 또한 압축강도 시험결과에서는 적산온도 40° D·D(재령 5일 정도)이전에서 초기동해를 방지하기 위해 필요한 강도인 5N/mm2 이상의 강도 확보가 가능하였다.
- 그러나, 내한촉진제를 사용한 콘크리트의 실내실험 결과에서 압죽강도 5N/mnf 이상을 확보하기 위한 기간으로 산정된 2.6일CWC 40%)의 경우보다 현장적용에서는 그 강도발현기간이 단축되고 있었다. 이는 배합선정이 외기조건을 평균 -2.
- 없었다. 또한 압축강도 시험결과에서는 적산온도 40° D·D(재령 5일 정도)이전에서 초기동해를 방지하기 위해 필요한 강도인 5N/mm2 이상의 강도 확보가 가능하였다. 한편 물-시멘트비 40%에서 플레인콘크리트는 내한촉진제를 사용한 콘크리트에 비해 초기재령에서의 강도발현이 낮은 것을 제외하고는 커다란 차이를 보이고 있지 않았다.
- 결과를 나타나고 있다. 또한, 고성능감수제의 종류에 따른 경시변화에서는 초기 플로우 및 유동성 손실이 적게 나타나는 폴리카르본산계 고성능감수제가 우수한 것으로 판단된다.
- 5℃) 이상이었던 것과 함께, 타설개시 시점을 외기온이 상승하기 시작하는 시점으로 하였기 때문으로 분석되었다. 본 적용현장의 경우와 같은 평균기온 -2℃(최저기온 -12℃)인 외기조건에서 적용되는 한중콘크리트로서 내한촉진제를 사용할 경우에는, 간단한 비닐보양만으로도 초기동해에 의한 피해없이 관리재령에서 소요품질을 충분히 만족할 수 있는 것으로 판단되었다. 한편, 로지스틱 곡선식을 이용한 압축강도 증진성상을 Fig.
- 압축강도 측정결과, 초기동해를 방지할 수 있는 강도인 5N/mm2를 얻는 시기는 모든 경우에 있어서 2일(21.3° D·D)로 나타났다. 이것은 실내실험의 경우보다 빠른 재령으로, 배치 플랜트에서 콘크리트 생산시 외기온이 2℃였고, 그 이후 3일간의 평균기온이 1.
- 품질성능 시험결과, 레미콘 공장에서 현장까지의 운반시간에 따른 슬럼프 손실은 평균 4.25cm, 슬럼프 플로우는 4cm로 나타났으며, 공기량 손실은 0.78%로 배치 플랜트에서 실험한 값보다 적게 나타났다. 이는 공기량의 경우에는 AE제 사용량을 조정하여 생산시 목표치를 높게 함으로써 손실양을 줄일 수 있었기 때문으로 판단된다
- 가장 열악한 조건이라 할 수 있는 슬래브의 경우, 초기에 적산온도가 구조체의 온도이력과 유사한 간이단열양생의 경우에 표준양생과 봉함양생사이의 압축강도를 나타내고 있어 적산온도의 크기에 따른 압축강도 증진성상이 커다란 영향을 미친다는 것을 알 수 있다. 한편, 간이단열양생에 의한 강도증진성상은 25-300T8를 제외하고는 재령 28일에 있어서의 배합강도에 만족하는 것으로 나타나고 있지만, 25-300-18의 경우에는 상대적으로 가장 낮은 외기온, 실내시험 조건과 배치 플랜트시험 조건의 상이함(믹서형식, 비빔성능, 표면수보정, 입도보정, 콘크리트의 양 등)으로 인하여 목표 배합강도에 다소 떨어지는 것으로 나타났다.
- 본 적용현장의 경우와 같은 평균기온 -2℃(최저기온 -12℃)인 외기조건에서 적용되는 한중콘크리트로서 내한촉진제를 사용할 경우에는, 간단한 비닐보양만으로도 초기동해에 의한 피해없이 관리재령에서 소요품질을 충분히 만족할 수 있는 것으로 판단되었다. 한편, 로지스틱 곡선식을 이용한 압축강도 증진성상을 Fig. 8~10에 나타내고 있는 바와 같이, 각종 양생방법에 따라 강도증진성상은 적산온도의 증가에 따라 크게 차이를 보이고 있다 특히, 초기 적산온도에서의 강도증진성상은 간이단열양생에 의한 방법이 가장 양호한 결과를 보이고 있었다. 그러나 적산온도가 증가함에 따라서 표준양생에 의한 방법이 크게 증진되는 경향을 보이고있다.
후속연구
- 그러나 실구조체의 온도 변화와 연동하여 강도관리용공시체의 양생온도를 결정하는 온도추종양생 방법이 정밀한 강도관리를 위한 방법으로서 향후 검토가 필요할 것으로 판단된다4).
- 이를 이용하면 한중콘크리트의 초기동해 방지 및 저온에 의한 강도증진지연의 개선이 가능하다고 할 수 있다. 이러한 특성을 지닌 한중콘크리트를 적극적으로 활용할 수 있다면 동절기 건설공사에 있어서의 시공효율을 극대화시킬 수 있을 것이다.
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