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문제 정의
- 따라서, 본 연구에서는 콘크리트 포장 시공시 살포되는 적정한 양생제의 양을 결정하기 위해 각각의 살포량을 달리하여 콘크리트 포장의 수분 증발량, 온도, 초음파 전달 속도를 측정하여 증발량을 최소화할 수 있는 적정 양생제 살포량을 도출하였다.
- 이 실험 결과로부터 콘크리트 포장의 초기 시공 관리에서 적정한 보습 효과를 구현하기 위해서는 양생제 피막 농도를 일정 수준 이상으로 높이는 것이 대단히 효과적인 방안임을 알 수 있다. 따라서 본 연구에서는 단위 면적당 양생제살포량을 조절하는 방법으로 양생제 피막 농도를 증가시키는 방안을 찾고자 하였다.
가설 설정
- 본 연구에서는 양생제 살포량에 따라 콘크리트 슬래브의 표면강도를 측정하는 실험으로 초음파 측정기를 이용하였으며 초음파 전달속도(Pulse Velocity)를 측정하여 간접적인 강도 및 강도발 현 속도의 차이를 측정하였다. 본 연구에서는 강도에 대한 상대적인 비교가 목적이므로 절대 강도 값을 추정하지는 않았다. 다음은 실험 진행과정이다.
제안 방법
- 한국형 포장설계법 개발과 포장 성능 개선 방안 연구 과정 (1단계 1차년도) 중에서 양생제의 살포 유무에 따라 건조 수축의 영향을 확인하기 위해 그림 2와 같이 현장시험을 수행하였다 (건설교통부, 2002).
- 양생제의 적정 살포량 결정을 위한 실험으로 양생제의 살포량이 콘크리트 포장에 미치는 영향을 건조 수축 균열의 억제와 포장의 표면강도에 맞추어 실험을 수행하였다. 직접적인 건조수축 균열의 억제 효과를 확인하기 위해서는 추가적으로 수행되어야 할 연구가 필요하여 본 연구에서는 살포량에 따른 증발량 측정 실험을 통하여 실험 결과를 분석하였고, 양생제 살포량이 초기 재령에서 콘크리트 포장의 온도 변화 및 표면강도에 미치는 영향을 측정하였다.
- 양생제의 적정 살포량 결정을 위한 실험으로 양생제의 살포량이 콘크리트 포장에 미치는 영향을 건조 수축 균열의 억제와 포장의 표면강도에 맞추어 실험을 수행하였다. 직접적인 건조수축 균열의 억제 효과를 확인하기 위해서는 추가적으로 수행되어야 할 연구가 필요하여 본 연구에서는 살포량에 따른 증발량 측정 실험을 통하여 실험 결과를 분석하였고, 양생제 살포량이 초기 재령에서 콘크리트 포장의 온도 변화 및 표면강도에 미치는 영향을 측정하였다.
- 본 연구에서는 2002년 도와 2003년도에 걸쳐 4회의 현장 실험을 수행하였다. 2002년도에는 콘크리트 포장 시공시 실제 살포되는 양생제의 양과 양생제 살포량( 0~300 ml/m)에 따른 증발량을 측정하였으며 , 2003년도에는 여름철에 3차례 실험을 통하여 다양한 양생제 살포량(0~1,000ml/m)에 따른 증발량, 콘크리트 포장의 온도 변화, 콘크리트 슬래브의 초음파 전달 속도를 측정하였다. 다음의 표 2는 현장시험 조건이다.
- 본 연구에서 콘크리트 포장 표면이나 증발시 편 위에 계획된 양생제를 살포하였는데 살포량과 농도는 양생제 제조사의 권장량을 기준으로 하였다. 콘크리트 포장 시공후 표면 온도가 36시간 이내에서 4VC 이상일 경우에는 167ml/m 을 살포하는 것을 권장하고 있다.
- 이를 기초로 하여 1차 실험에서는 160ml/m을 중심으로 0~300ml/m의 양을 살포 하였다. 그러나 첫 실험 결과 300mZ/m2 이상에서도 증발량이 계속 줄어들 가능성이 있음을 확인하고, 2003년도 실험에서는 양생제 살포량을 0~1,000ml/m까지 8개 구간으로 구분하여 확대 적용하였다. 이때, 양생제는 살포량 계량 시 부피가 아닌 중량(양생제의 비중0.
- 콘크리트 포장면에서 증발되는 수분의 양을 측정하기 위하여 증발 수집기를 고안 제작하였다. 증발 수집기는 아크릴을 이용하여 내경 300mmX300mmX40mm의 크기로 제작하였으며 콘크리트에서 증발된 수분을 유지하기 위해 흡수포를 사용하였다.
- 본 시험시공에서 양생제 살포량에 따른 피막 성능 검증을 위하여 세 가지 항목의 시험을 실시하였다. 첫 번째는 증발량 측정을 위한 시험으로써 콘크리트 포장 포설 직후 노면에 계획된 양의 양생제를 살포하고 표면 위에 증발 수집기를 설치하여 양생제살포량에 따른 증발량을 측정하는 것과 시공현장에서 현장 콘크리트를 이용하여 증발시편을 제작하고 그 위에 양생제를 살포하여 살포량에 따른 수분 손실량을 측정하였다.
- 본 시험시공에서 양생제 살포량에 따른 피막 성능 검증을 위하여 세 가지 항목의 시험을 실시하였다. 첫 번째는 증발량 측정을 위한 시험으로써 콘크리트 포장 포설 직후 노면에 계획된 양의 양생제를 살포하고 표면 위에 증발 수집기를 설치하여 양생제살포량에 따른 증발량을 측정하는 것과 시공현장에서 현장 콘크리트를 이용하여 증발시편을 제작하고 그 위에 양생제를 살포하여 살포량에 따른 수분 손실량을 측정하였다. 두 번째는 양생제 살포량에 따라 달라지는 초기재령에서의 콘크리트 포장 온도를 측정하였다.
- 첫 번째는 증발량 측정을 위한 시험으로써 콘크리트 포장 포설 직후 노면에 계획된 양의 양생제를 살포하고 표면 위에 증발 수집기를 설치하여 양생제살포량에 따른 증발량을 측정하는 것과 시공현장에서 현장 콘크리트를 이용하여 증발시편을 제작하고 그 위에 양생제를 살포하여 살포량에 따른 수분 손실량을 측정하였다. 두 번째는 양생제 살포량에 따라 달라지는 초기재령에서의 콘크리트 포장 온도를 측정하였다. 마지막으로 양생제의 살포량에 따른 콘크리트 포장의 표면강도를 초음파전달속도(Pulse Velocity)를 통해 간접적으로 측정하였다.
- 두 번째는 양생제 살포량에 따라 달라지는 초기재령에서의 콘크리트 포장 온도를 측정하였다. 마지막으로 양생제의 살포량에 따른 콘크리트 포장의 표면강도를 초음파전달속도(Pulse Velocity)를 통해 간접적으로 측정하였다. 그림 9는 현장시험 시공 개 요도이다.
- 본 실험에는 양생제의 양을 0~1,000ml/m까지 분류하여 시공면에 살포하였고 각각의 양생제가 살포된 면에는 증발수집기를 설치하여 증발량을 측정하였다. 다음은 증발 수집기를 이용한 증발량 측정 실험 진행 과정이다.
- 제작된 증발시 편에 양생제의 살포량을 0~1,000 ml/vrf 범위에서 8개 구간으로 나누어서 살포하였으며 시간 경과에 따른 각각의 무게를 측정하여 수분 손 실량을 측정하였다. 다음은 증발시 편을 이용한 양생제의 살포량 별 수분 손실 량 측정 실험 진행 과정 이다.
- ③ 증발시편의 최초 제작 후 중량과 양생제살포직 전과 직후 의 무게를 측정하였고 차후의 중량을 2시간 단위로 측정하여 수분 증발량을 기 록하였다.
- 증발 수집기의 설치가 계획된 콘크리트 포장면이 시공이 되면 아이 버튼을 설치하였다. 아이 버튼은 0,IQQml/nf, 1,000ml/m가 살포된 면에 설치를 하였고 설치와 동시에 자동계측을 하도록 설정하였다. 아이 버튼 거치대에는 상, 중, 하부 지점에서 즉정할 수 있도록 하였으며, 5분 간격으로 온도데이터를 수집하도록 설정하였다(4차 실험시 측정).
- 아이 버튼은 0,IQQml/nf, 1,000ml/m가 살포된 면에 설치를 하였고 설치와 동시에 자동계측을 하도록 설정하였다. 아이 버튼 거치대에는 상, 중, 하부 지점에서 즉정할 수 있도록 하였으며, 5분 간격으로 온도데이터를 수집하도록 설정하였다(4차 실험시 측정).
- 본 연구에서는 양생제 살포량에 따라 콘크리트 슬래브의 표면강도를 측정하는 실험으로 초음파 측정기를 이용하였으며 초음파 전달속도(Pulse Velocity)를 측정하여 간접적인 강도 및 강도발 현 속도의 차이를 측정하였다. 본 연구에서는 강도에 대한 상대적인 비교가 목적이므로 절대 강도 값을 추정하지는 않았다.
- ②포장면의 초음파 전달 속도는 강도가 발현되기 시작하는 시공 후 4~5시간부터 측정 가능 하였으며 첫 측정 이후 2시간 간격으로 하였다. 본 연구에서는 12시간 1, 3, 6, 30, 60, 95일의 값을 측정하였다 (그림 14).
- ②포장면의 초음파 전달 속도는 강도가 발현되기 시작하는 시공 후 4~5시간부터 측정 가능 하였으며 첫 측정 이후 2시간 간격으로 하였다. 본 연구에서는 12시간 1, 3, 6, 30, 60, 95일의 값을 측정하였다 (그림 14).
- 본 연구의 범위 내에서 양생제 살포량에 따른 증발량, 온도, 표면강도 등 다양한 실험을 수행하여 다음과 같은 결론 및 향후 연구과제를 도출하였다.
- 실험의 결과를 단기간에 파악하기 위해 초조 강 시멘트를 사용하여 양생제를 살포하지 않은 구간과 살포한 구간(250ml/m)으로 나누어 초기 균열의 발생을 비교하였다. 실험 결과 그림 3과 같이 양생제를 살포하지 않은 구간에서는 초기 잔 균열이 발생하여 점차 증가한 반면 살포된 구간은 균열이 전혀 발생하지 않은 것으로 확인되어 양생제의 유무가 건조 수축균 열에 큰 영향을 미친다는 것을 확인할 수 있었다 (건설교통부, 2002).
대상 데이터
- 본 연구에서는 2002년 도와 2003년도에 걸쳐 4회의 현장 실험을 수행하였다. 2002년도에는 콘크리트 포장 시공시 실제 살포되는 양생제의 양과 양생제 살포량( 0~300 ml/m)에 따른 증발량을 측정하였으며 , 2003년도에는 여름철에 3차례 실험을 통하여 다양한 양생제 살포량(0~1,000ml/m)에 따른 증발량, 콘크리트 포장의 온도 변화, 콘크리트 슬래브의 초음파 전달 속도를 측정하였다.
- 양생제는 고속도로 시공현장에 가장 많이 사용되는 Hydro Carbon Resin계 유성양생제를 사용하였다. 다음의 표 3은 실험에 사용된 양생제의 화학적 성분 및 시험성과 표이다.
- 콘크리트 포장면에서 증발되는 수분의 양을 측정하기 위하여 증발 수집기를 고안 제작하였다. 증발 수집기는 아크릴을 이용하여 내경 300mmX300mmX40mm의 크기로 제작하였으며 콘크리트에서 증발된 수분을 유지하기 위해 흡수포를 사용하였다.
- 양생제 살포량에 따른 콘크리트 포장면의 수분 증 발량 측정을 위한 또 다른 대안으로써 증발시 편을 이용하였다. 증발시 편은 실험의 편의상 시중에서 판매되는 플라스틱 용기를 이용하였으며 증발시편으로 이 용된 몰드 크기는 290mm X 210mm X 90mm이다.
이론/모형
- 초기 재령의 콘크리트 온도 변화를 측정하기 위하여 아이버튼(i-Button)을 사용하였으며 콘크리트 슬래브의 표면의 온도를 측정하기 위하여 그림 8과 같이 거치대를 사용하였다. 또한, 아이 버튼은 무인계측을 할 수 있으며 측정시간 간격은 사용자가 자유롭게 선택가능하다 (박대근, 2002).
성능/효과
- 실험의 결과를 단기간에 파악하기 위해 초조 강 시멘트를 사용하여 양생제를 살포하지 않은 구간과 살포한 구간(250ml/m)으로 나누어 초기 균열의 발생을 비교하였다. 실험 결과 그림 3과 같이 양생제를 살포하지 않은 구간에서는 초기 잔 균열이 발생하여 점차 증가한 반면 살포된 구간은 균열이 전혀 발생하지 않은 것으로 확인되어 양생제의 유무가 건조 수축균 열에 큰 영향을 미친다는 것을 확인할 수 있었다 (건설교통부, 2002).
- 위와 같은 연구결과의 분석을 통하여 콘크리트 포장에서 초기 품질관리 및 균열방지를 위해서는 수분의 증발이 무엇보다도 중요하다는 것을 확인할 수 있었고, 양생제는 수분의 급격한 증발을 차단하여 수화작용을 위한 수분을 유지시켜 콘크리트 포장의 장기 공용성에 좋은 영향을 미치고 있다.
- , 2003). 농도가 낮은 양생제 3종류(VOC ; volatile organic compound<350g/℃), 농도가 높은 3종류(350g/1<VOC<700g/1)를 활용한 실내 실험을 하여 그 효과를 분석하였고 본 연구와 직접적으로 관련이 있는 보습효과(Moisture retention)와 강도(Strength)에 대한 연구결과를 보면 그림 4, 그림 5와 같이 유기화합물 함유량이 많은 양생제(H1, 2, 3)는 함유량이 적은 양생제(Ll, 2, 3)보다 수분 손실을 상당히 줄였다. 반면에 양생제 농도의 변화는 강도의 변화에 큰 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다.
- 농도가 낮은 양생제 3종류(VOC ; volatile organic compound<350g/℃), 농도가 높은 3종류(350g/1<VOC<700g/1)를 활용한 실내 실험을 하여 그 효과를 분석하였고 본 연구와 직접적으로 관련이 있는 보습효과(Moisture retention)와 강도(Strength)에 대한 연구결과를 보면 그림 4, 그림 5와 같이 유기화합물 함유량이 많은 양생제(H1, 2, 3)는 함유량이 적은 양생제(Ll, 2, 3)보다 수분 손실을 상당히 줄였다. 반면에 양생제 농도의 변화는 강도의 변화에 큰 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다. 이 실험 결과로부터 콘크리트 포장의 초기 시공 관리에서 적정한 보습 효과를 구현하기 위해서는 양생제 피막 농도를 일정 수준 이상으로 높이는 것이 대단히 효과적인 방안임을 알 수 있다.
- 반면에 양생제 농도의 변화는 강도의 변화에 큰 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다. 이 실험 결과로부터 콘크리트 포장의 초기 시공 관리에서 적정한 보습 효과를 구현하기 위해서는 양생제 피막 농도를 일정 수준 이상으로 높이는 것이 대단히 효과적인 방안임을 알 수 있다. 따라서 본 연구에서는 단위 면적당 양생제살포량을 조절하는 방법으로 양생제 피막 농도를 증가시키는 방안을 찾고자 하였다.
- 오전에 시공된 콘크리트 포설 후 약 1시간이 지난 후에 계획된 양의 양생제를 살포하여 각 실험 대상 면에 증발량, 온도, 초음파 전달속도(Pulse Velocity)를 측정한 결과 시간이 경과에 따라서 양생제 살포량에 따른 각 측정값이 확연한 차이가 나타나는 것으로 분석되었다. 양생제 살포량이 증가하면 콘크리트 포장 표면에서 증발량을 억제시키고, 콘크리트 표면에서 기화열 발산을 감소시켜 콘크리트 온도를 약간 높이는 것으로 분석되었다.
- 오전에 시공된 콘크리트 포설 후 약 1시간이 지난 후에 계획된 양의 양생제를 살포하여 각 실험 대상 면에 증발량, 온도, 초음파 전달속도(Pulse Velocity)를 측정한 결과 시간이 경과에 따라서 양생제 살포량에 따른 각 측정값이 확연한 차이가 나타나는 것으로 분석되었다. 양생제 살포량이 증가하면 콘크리트 포장 표면에서 증발량을 억제시키고, 콘크리트 표면에서 기화열 발산을 감소시켜 콘크리트 온도를 약간 높이는 것으로 분석되었다. 초음파 전달 속도는 양생제 살포량이 많으면 초기 강도발현이 살포하지 않았을 때보다 느리나 시간이 경과할수록 초기 강도 차이가 줄어드는 것으로 분석되었다.
- 양생제 살포량이 증가하면 콘크리트 포장 표면에서 증발량을 억제시키고, 콘크리트 표면에서 기화열 발산을 감소시켜 콘크리트 온도를 약간 높이는 것으로 분석되었다. 초음파 전달 속도는 양생제 살포량이 많으면 초기 강도발현이 살포하지 않았을 때보다 느리나 시간이 경과할수록 초기 강도 차이가 줄어드는 것으로 분석되었다.
- 이는 측정 당일 밤늦게 날씨가 좋지 않았으며 측정자가 주야간으로 바뀜으로 인한 오차도 포함되었을 것으로 판단된다. 증발 수집기 에 의한 증발량을 분석해보면 현장에서 장비를 이용한 양생제 살포량(그림 15에서 기계살포 로 표시)은 약 160를 살포한 콘크리트 포장면에서 얻은 증발수집 기 양과 비슷한 경향을 나타냄을 확인할 수 있었다.
- 증발시 편을 이용한 시험의 결과는 그림 16과 같으며 양생제 살포량에 따라서 증발량의 차이가 나타나는 것을 볼 수 있다. 특히 무살포 구간과 120을 살포한 구간은 다른 구간에 비해 상대적으로 증발량이 큰 것을 확인할 수 있었다.
- 그림 17, 18은 증발수집기와 증발시 편에서 분석된 결과로 서 양생제 살포량과 증발량과의 관계를 나타내고 있다. 분석 결과 증발 수집기와 증발시 편에서 얻은 측정값은 유사한 경향을 나타내는 것을 확인할 수 있었으며 증발량은 살포량에 따라 차이가 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 또한 양생제 살포량이 약 400ml/m까지는 살포량이 증가하면 증발량은 반비례하여 계속해서 감소하지만 약 400ml/m 이상 구간부터는 살포량이 증가하더라도 증발량의 변화는 적었다.
- 본 연구에서 0, 100, 200, 300, 400, 500, 700,1,000의 양생제의 살포량에 따른 콘크리트 슬래브 초음파 전달 속도는 그림 20과 같이 분석되었으며 그림 20 (a)에서 나타나듯이 양생제의 피막 농도가 낮을수록 시공 초기의 강도발현이 빠르게 진행되는 반면에 피막 농도가 높은 구간에서는 초기 강도발현이 다소 느리게 측정되었다. 그러나 강도발현의 속도 차이는 양생시간이 경과됨에 따라 점점 적어져서 3개월 후에는 살포량에 관계없이 거의 일정한 강도발현을 나타내었다 (그림 20(b)).
- 양생제 살포량에 따른 PV와 재령과의 관계를 보다 면밀하게 분석하기 위하여 대표 구간을 0, 100, 400, 1,000ml/m의 네구간에 대해서 분석한 결과 그림 21과 같이 나타났으며 시공 후 6일째 발현 속도의 차이는 128m/s였으나, 95일 경과 후에는 54m/s로점차적으로 줄어든 것으로 확인되어 양생제살포량이 강도에 미치는 영향은 크지 않은 것으로 분석되었다.
- (1) 국내에서 사용하는 양생제 살포량(160ml/m은 수분 증발을 차단하는 즉 면에서 여름철에는 불충분한 것으로 나타났다. 콘크리트 시공 후 증발량은 양생제 살포량에 반비례하여 약 400~500ml/m 까지 계속 감소하였으며, 살포량이 증가하더라도 증발량을 줄일 수 없었다.
- (1) 국내에서 사용하는 양생제 살포량(160ml/m은 수분 증발을 차단하는 즉 면에서 여름철에는 불충분한 것으로 나타났다. 콘크리트 시공 후 증발량은 양생제 살포량에 반비례하여 약 400~500ml/m 까지 계속 감소하였으며, 살포량이 증가하더라도 증발량을 줄일 수 없었다. 따라서 증발량을 최소화하기 위한 적정 양생제의 살포량은 경제성을 고려할 때 약 400诚/nf 라고 할 수 있다.
- (2) 양생제 살포량의 증가(1,000ml/m)는 불필요한 콘크리트 포장의 내부 온도 상승을 유발할 뿐이며 수분 증발 억제 효과는 적정 양생제 살포량(약 400 ml/m)에 비하여 효과가 미미한 것으로 판단된다. 따라서, 본 연구에서 제시된 적정 살포량 이상으로 과다하게 양생제살포량을 증가시키는 것은 부적절하다고 판단된다.
- (2) 양생제 살포량의 증가(1,000ml/m)는 불필요한 콘크리트 포장의 내부 온도 상승을 유발할 뿐이며 수분 증발 억제 효과는 적정 양생제 살포량(약 400 ml/m)에 비하여 효과가 미미한 것으로 판단된다. 따라서, 본 연구에서 제시된 적정 살포량 이상으로 과다하게 양생제살포량을 증가시키는 것은 부적절하다고 판단된다.
- (3) 양생제 살포량이 많을수록 초기 강도발현이 서서히 이루어지지만 시간이 경과할수록 강도차이는 작아지는 것으로 측정되었다. 따라서 양생제 살포량의 변화가 콘크리트 포장의 장기 강도에 미치는 영향에 대해 추가적인 연구가 필요한 것으로 판단되었다.
후속연구
- 또한 양생제 살포량이 약 400ml/m까지는 살포량이 증가하면 증발량은 반비례하여 계속해서 감소하지만 약 400ml/m 이상 구간부터는 살포량이 증가하더라도 증발량의 변화는 적었다. 증발량을 경제적으로 최소화할 수 있는 살포량은 약 400ml/m 인 것으로 분석되었고 대기 온도가 높은 여름철에는 양생제 살포량(약 160ml/m)을 약 400wZ/m2까지 증가시켜 수분 증발량을 효과적으로 억제하고 초기균열 발생 가능성을 낮추는 방안을 고려 할 필요가 있다.
- (3) 양생제 살포량이 많을수록 초기 강도발현이 서서히 이루어지지만 시간이 경과할수록 강도차이는 작아지는 것으로 측정되었다. 따라서 양생제 살포량의 변화가 콘크리트 포장의 장기 강도에 미치는 영향에 대해 추가적인 연구가 필요한 것으로 판단되었다.
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