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문제 정의
- 본 연구에서는 실험 계획을 나타낸 Table 1에서 보는 바와 같이 콘크리트 품질관리를 위한 단위수량 측정 기법의 적용성을 평가하기 위하여 총 3개의 시리즈로 실험을 구성하였다.
- 따라서, 본 연구에서는 현재 국내 . 외에서 연구 개발되어 적용을 도모하고 있는 굳지 않은 콘크리트의 단위 수량 측정 기법 중 기존 기술 개발 자료에 관한 문헌적 검토에 의해 정밀성, 경제성 및 측정의 간편성 등을 고려하여 실제 건설 생산 현장에서의 레미콘 입수 검사 시적 용이 가능할 것으로 판단되는 단위수량 측정 기법을 선정한 후, 단위수량 측정 기법 종류에 따른 콘크리트 품질관리를 위한 적용성을 검토 및 분석함으로써 향후 건설 생산 현장에서 단위수량 측정 기법을 활용한 굳지 않은 콘크리트의 품질관리 기법을 구축하기 위한 기초자료를 제시하고자 하였다.
제안 방법
- Table 5는 본 연구에서의 시험 방법을 나타낸 것으로서, 시리즈I의 경우 모르타르의 플로우, 공기량 및 압축강도, 시리즈Ⅱ, Ⅲ의 경우 콘크리트의 슬럼프, 공기량, 단위용적 질량, 경화 콘크리트의 압축강도, 길이 변화율 및 촉진 중성화 시험에 의한 중성화 깊이를 측정하였다.
- 국내 건설 생산 현장에서 콘크리트 품질관리를 위한 단위 수량 측정 기법 종류별 적용성을 실험 . 실증적으로 검토 및 분석한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
- 또한, 모든 배합에서 목표 슬럼프를 18±2.5cm로 설정한 후, 목표 슬럼프를 만족시키기 위해 소정의 고성능 AE감수제를 첨가하였다.
- 또한, 시리즈U 및 ID 에서는 Table 3에 나타낸 바와 같이 시리즈 II의 경우 물시멘트비 35, 45 및 55%에서 단위 수량을 각각 150, 170 및 190kg/m3의 3수준, 잔골재율은 43%로 고정하였으며, 시리즈U 에서는 물시멘트비 55%, 단위수량 170烟奇의 수준에서 시멘트 및 골재 등 사용 재료의 밀도변화에 따른 단위수량 측정의 영향성을 평가하였다.
- 또한, 측정 항목으로서 굳지 않은 모르타르의 경우 플로우, 공기량, 단위용적 질량 및 단위수량을 측정하였으며, 경화 모르타르는 재령 7, 28일의 압축강도를 측정하였다.
- 또한, 측정 항목으로서 굳지 않은 콘크리트의 경우 슬럼프, 공기량, 단위용적 질량 및 단위수량을 측정하였으며, 경화 콘크리트의 경우 재령 3, 7, 28일의 압축강도와 길이 변화율, 촉진 중성화 시험을 실시하였다.
- 본 연구의 시리즈I 에서는 Table 2에서 보는 바와 같이 콘크리트 시료를 웻스크리닝(wet-screening) 하는 것으로 가정하여 콘크리트 배합을 설정한 후, 굵은골재를 제외한 ■ 부분을 모르타르 배합으로 적용하였으며, W/ B 55%, 잔골재율 43%, 단위수량 175kg/m3를 플레인 배합으로 하여 결합재 종류 및 대체율, 잔골재 종류 및 함수율 변화, 단위수량 변화 등에 따라 배합을 변경하였다.
- 시리즈I 에서는 굳지 않은 콘크리트의 단위수량 측정기법을 고주파가열법(이하, 전자레인지법), 단위용적질량법(이하, 에어메터법) 및 정전용량법의 3수준으로 설정한 후, 단위수량 측정 기법의 기본 성능을 검토하기 위하여 모르타르 시료를 대상으로 하여 결합재 종류를 7수준, 잔골재 종류를 2수준, 잔골재 함수율을 3수준, 단위 수량을 3수준으로 설정하였다.
- 콘크리트 중에서 물의 밀도는 시멘트나 골재에 비해 작기 때문에 콘크리트 중의 수량 변화에 따라 콘크리트의 단위용적 질량은 크게 변화한다는 원리를 이용하여, 콘크리트 배합상의 단위용적 질량과 Fig. 1(b)에 나타낸 것과 같은 워싱턴 에어메터에 채워 넣은 콘크리트 시료의 단위용적 질량의 차이로부터 단위수량을 추정하며, 본 연구에서는 단위수량 추정식으로서 식 (2)를 적용하였다.
- 한편, 시리즈Ⅲ 에서는 정전용량법 및 에어메터법에 있어서 시멘트, 골재 등 사용 재료의 물성 변화가 굳지 않은 콘크리트의 단위수량 측정에 미치는 영향성을 검토하기 위하여 사용 재료로서 시멘트 및 골재의 밀도를 ±0.05 g/cm3 의 범위로 변화시켜 단위수량을 추정하였다.
- 한편, 잔골재 함수율의 변화를 고려하지 않았을 경우의 단위수량 추정치의 변화를 검토하기 위하여 함수율 0% 및 5%의 잔골재를 사용하는 경우에도 표면수율을 고려하지 않고 플레인 배합을 그대로 적용하였다.
대상 데이터
- 12 g/cmL 분말도 2, 976cn?/g의 플라이애쉬와 밀도 2.99 g/cm', 분말도 4, 379cn?/g의 고로슬래그 미분말을 사용하였다. 또한, 잔골재는 표건밀도 2.
- 99 g/cm', 분말도 4, 379cn?/g의 고로슬래그 미분말을 사용하였다. 또한, 잔골재는 표건밀도 2.61 g/cm3, 흡수율 1.25%의 바다모래 및 표건밀도 2.61 g/cm3, 흡수율 1.40%의 부순모래를 사용하였다.
- 본 연구에서 사용한 재료의 물리적 성질은 Table 4에서 보는 바와 같이 시리즈I의 경우 시멘트는 밀도 3.15 g/cm3 의 1종 보통 포틀랜드 시멘트를 사용하였으며, 혼 화재는 밀도 2.12 g/cmL 분말도 2, 976cn?/g의 플라이애쉬와 밀도 2.99 g/cm', 분말도 4, 379cn?/g의 고로슬래그 미분말을 사용하였다.
성능/효과
- 1) 본 연구에서 검토한 단위수량 측정 기법은 단위 수량의 변화 경향을 반영할 수 있는 것으로 나타났으며, 전자레인지법 및 정전용량법의 경우 단위 수량 추정 정밀도가 양호하게 나타났다.
- 2) 단위수량 측정 기법 중 전자레인지법의 경우 정전용량 법과 유사한 수준으로 단위수량 추정 성능은 양호하였으나, 측정 시간이 약 30분 이상 소요되어 건설 생산 현장에서의 레미콘 입수 검사를 위한 품질관리 기법으로서의 적용에는 한계가 있을 것으로 사료된다.
- 3) 콘크리트 적용성 평가 시험으로서 단위수량 측정 기법 중 측정 소요시간이 짧은 정전용량법 및 에어메터법의 적용성을 평가한 결과 측정의 정밀성, 측정소요 시간 및 안정성 등의 측면에서 본 연구의 범위에서는 정전용량법의 현장 적용성이 상대적으로 우수한 것으로 나타났다.
- 4) 정전용량법의 경우 낮은 물시멘트비에서는 웻스크리닝의 편차에 기인한 단위수량 추정오차가 발생하는 것으로 나타나 웻스크리닝의 효율성 증진을 위한 기법 적용이 필요할 것으로 판단되며, 에어메터법의 경우 사용 재료 물성 변화에 따른 영향이 크게 나타나 현장 적용시 사용 재료의 철저한 품질관리가 필요할 것으로 판단된다.
- 5) 콘크리트의 단위수량 변화에 따른 길이변화율 및 중성화 깊이의 평가 결과 동일 물시멘트비에 있어서도 단위수량의 영향이 크게 나타나 건설 현장에서 압축강도의 보증뿐만 아니라 고품질의 콘크리트 구조물의 구축하기 위해서는 콘크리트 품질관리를 위한 기법으로서 단위수량 관리가 유효할 것으로 사료된다.
- Fig. 16은 물시멘트비 및 단위수량별 중성화 촉진 재령에 따른 중성화 깊이의 측정 결과를 나타낸 것으로서 물시멘트비가 높아질수록 중성화 깊이는 증가하는 경향을 보이고 있고, 단위수량이 증가할수록 중성화 깊이도 증가하는 것으로 나타났으며, 이와 같은 단위수량의 영향은 콘크리트의 물시멘트비가 높을수록 더욱 현저한 것으로 나타났다.
- Fig. 6은 결합재 종류, 잔골재 종류 및 함수율, 단위 수량 변화에 따른 경화 모르타르의 압축강도 측정 결과를 나타낸 것으로서 결합재 종류에 따른 압축강도의 경우플라이애쉬를 혼입한 시험체에 비해 고로슬래그 미분말을 혼입한 시험체의 압축강도가 높게 발현되는 것으로 나타났으며, 잔골재 종류의 경우 부순모래를 사용한 시험체가 바다모래에 비해 다소 높은 압축강도를 나타내고 있어 기존의 연구 결과와 유사한 결과를 확인할 수 있었다.
- Fig. 9는 물시멘트비 및 단위수량에 따른 배합 설계상의 단위용적 질량과 실측 단위용적 질량의 변화를 나타낸 것으로서 배합설계상의 단위용적 질량 및 실측치 모두 물시멘트비가 높고 단위수량이 증가할수록 콘크리트의 단위용적 질량은 감소하는 것으로 나타났다.
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3.2 단위수량 측정 결과
결합재 종류, 잔골재 종류 및 함수율, 단위수량 변화에 따른 단위수량 추정 결과를 나타낸 Fig. 4에서 보는 바와 같이 측정 기법 종류에 관계없이 단위수량의 변화 경향을 반영할 수 있는 것으로 나타났으며, 특히 전자레인지 법 및 정전용량법의 경우 설계 단위수량과 유사한 수준으로 단위수량을 추정할 수 있는 것으로 나타났다.
- 또한, Fig. 11은 물시멘트비 및 단위수량에 따른 단위 수량 측정 기법별 단위수량 추정 오차를 나타낸 것으로서 본 실험의 범위에서는 정전용량법이 에어메터법에 비해 전반적으로 우수한 단위수량 추정 정밀성을 갖는 것으로 나타났다.
- 또한, Fig. 5는 식 (3)에 의해 산출한 측정 기법별 단위 수량 추정 오차를 나타낸 것으로서 전자레인지법의 경우 최대 17%, 에어메터법의 경우 최대 30%, 정전용량 법의 경우 최대 11%의 수준으로 나타나 본 연구에서 적용한 단위수량 측정 기법 중에서는 정전용량법의 정밀도가 가장 양호한 것으로 나타났다.
- 또한, Fig. 8은 물시멘트비 및 단위수량에 따른 공기량의 변화를 나타낸 것으로서 물시멘트비에 따른 유의할만한 경향은 보이지 않고 있으나, 물시멘트비에 관계없이 단위 수량이 증가할수록 공기량은 감소하는 경향이 나타났다. 이는 전술한 바와 같이 단위수량의 증가에 따라 고성능 AE 감수제 첨가율이 감소하였기 때문에 연행되는 공기량이 감소되 었기 때문인 것으로 판단된다.
- 또한, 단위수량 측정 기법의 측정 시간의 경우 본 연구의 범위에서는 전자레인지법이 약 35분, 에어메터법및 정전용량법의 경우 약 5분 정도가 소요되는 것으로 나타나 전자레인지법의 경우 건설 생산 현장에서의 레미콘 입수 검사를 위한 품질관리 기법으로 적용하는 것은 다소 곤란한 것으로 판단되었다.
- 또한, 단위수량에 따른 압축강도에 있어서는 단위 수량이 증가할수록 압축강도가 다소 낮아지는 경향을 보이고있으나, 동일 물시멘트비에 있어서는 큰 차이는 보이지 않고 있어 압축강도의 발현에는 물시멘트비의 영향이 큰 것을 확인할 수 있었다.
- 또한, 잔골재 종류에 있어서는 부순모래의 경우 바다모래를 사용한 플레인 모르타르에 비해 플로우 및 공기량이 다소 낮게 나타났다. 한편, 잔골재 함수율 및 단위수량에 따른 플로우 및 공기량의 경우 함수율 및 단위 수량이 높을수록 모르타르 플로우는 증가되고, 공기량은 감소하는 것으로 나타났다.
- 또한, 잔골재 함수율에 따른 압축강도의 경우 잔골재 함수율이 낮은 골재를 사용할수록 압축강도는 증가되는경향을 보이고 있으며, 단위수량에 따른 압축강도의 경우에도 단위수량이 증가할수록 압축강도는 다소 저하되는 것으로 나타났다.
- 모르타르의 플로우 및 공기량은 Fig. 3에서 보는 바와 같이 결합재 종류에 따른 플로우의 경우 유의할 만한 경향은 나타나지 않았으며, 공기량의 경우 플라이애쉬를 혼입함으로써 공기량은 다소 감소하고, 고로슬래그 미분말을 혼입한 경우 공기량이 다소 증가되는 것으로 나타났다.
- 물시멘트비에 따른 측정 정밀성에 있어서는 물시멘트비 45% 및 55%의 경우 정전용량법이 에어메터법에 비해 설계 단위수량을 정밀하게 추정할 수 있었으며, 물시멘트비 35%의 경우에는 다소 편차는 있으나 에어메터법이 정전용량법에 비해 단위수량 추정 정밀도가 높은 것으로 나타났다.
- 이상과 같이 사용 재료의 물성 변화에 따른 콘크리트 단위 수량 추정 편차의 발생 정도를 검토한 결과 에어메터법의 경우에는 측정 원리에 기인하여 사용재료 물성 변화에 의해 상당한 단위수량 추정 편차가 발생하는 것을 확인할 수 있었다. 한편, 현재 국내 건설 생산 현장 및 레미콘 플랜트에서의 사용 재료에 관한 품질관리가 체계적으로 이루어지고 있다고 보기는 어려운 실정이므로 향후 에어메터법의 적용을 위해서는 체계적으로 사용재료의 품질관리를 실시하기 위한 방안의 정립이 선행되어야 할 것으로 사료된다.
- 한편, 본 실험의 범위에서 정전용량법의 경우 물시멘트비가 낮아질수록 추정오차가 증가되는 것으로 나타났으며, 이는 정전용량법의 측정 방법에 있어서 콘크리트의 웻스크리닝이 필요하고, 이때 낮은 물시멘트비에서는 점성이 높기 때문에 웻스크리닝 효율이 저하되어 오차가증가되는 것으로 판단된다.
- 다소 낮게 나타났다. 한편, 잔골재 함수율 및 단위수량에 따른 플로우 및 공기량의 경우 함수율 및 단위 수량이 높을수록 모르타르 플로우는 증가되고, 공기량은 감소하는 것으로 나타났다.
- 한편, 전자레인지법의 경우 추정 단위수량이 설계 단위 수량보다 작아 단위수량 추정 오차가 모두 (-)측으로 발생하는 것으로 나타났으며, 에어메터법의 경우 굵은 골재를 제외한 모르타르를 대상으로 적용을 하여 단위 수량 추정 오차가 다소 크게 나타난 것으로 판단된다.
후속연구
- 15는 물시멘트비 및 단위수량에 따른 길이 변화율의 변화를 나타낸 것으로서 길이변화율은 물시멘트비가 낮아질수록 단위시멘트량이 증가되어 크게 되는 경향을 보이고 있으며, 이는 낮은 물시멘트비의 경우 높은 물시멘트비에 비해 자기수축 및 건조수축의 영향이 함께 나타났기 때문인 것으로 사료된다. 또한, 단위수량이 증가할수록 길이변화율도 증가하는 것으로 나타나 건설 생산 현장에서 유동성을 증가시키기 위해 단위수량을 증가시킬 경우 건조수축에 의한 균열이 증가될 것으로 예상되며, 건설 현장에서의 단위수량 관리가 압축강도의 보증뿐만 아니라 건조수축에 의한 균열 및 내구성을 확보하기 위한 측면에서 그 중요성이 있을 것으로 사료된다.
- 또한, 배합 요인에 따른 단위수량 추정 오차에 있어서 결합재 종류, 잔골재 종류 및 단위수량 변화에 따른 유의할만한 경향은 나타나지 않아 배합 변화에 관계없이 단위 수량 측정 기법의 적용이 가능할 것으로 사료된다.
- 또한, 에어메터법의 경우 정전용량법에 비해 단위 수량 추정 오차가 크게 발생한 것은 에어메터법의 측정 원리에 있어서 사용 재료의 밀도가 콘크리트의 단위용적 질량에 큰 영향을 미치게 되므로, 사용 재료의 물성 변동 및 시료 채취의 오차에 따른 영향을 크게 받는 것으로 판단되며, 건설 생산 현장에서 에어메터법의 적용을 위해서는 레미콘 플랜트 및 품질관리자 측면에서 사용 재료에 관한 철저한 품질관리가 필요할 것으로 판단된다.
- 본 실험에서 동일 물시멘트비에 있어서 단위 수량만을 증가시키게 되면 고성능 AE 감수제 첨가율이 감소되는것으로 나타나, 실제 건설 현장에서 배합설계시의 슬럼프에 비해 다소 높은 유동성을 요구할 경우 레미콘 플랜트에서 이에 대응하기 위해 경제성 등을 고려하여 고성능감수제의 첨가보다는 단위수량의 증가로 대응할 가능성이 클 것으로 예상되며, 이를 관리하기 위한 콘크리트의 단위수량 관리가 필요할 것으로 판단된다.
- 이와 같은 결과는 레미콘 플랜트에서 골재의 표면 수율을 적절히 고려하지 않고, 함수율의 차이를 반영하지 않고 관리하게 될 경우 콘크리트의 수량 관리가 이루어지지 않아 결과적으로 콘크리트 구조물의 압축강도 저하를 초래할 가능성을 시사하는 것으로서 레미콘 입수 검사시정량적인 단위수량 관리의 필요성이 있을 것으로 사료된다.
- 이와 같은 시험 결과는 단위수량이 증가할수록 중성화 저항성 등 콘크리트의 내구성이 저하되는 문제점을 시사하는 것으로서 레미콘 공장에서의 단위수량 관리가 압축강도의 보증뿐만 아니라 콘크리트 구조물의 장수 명화를 위한 내구성의 확보 측면에서도 상당한 중요성이 있을 것으로 사료된다.
- 확인할 수 있었다. 한편, 현재 국내 건설 생산 현장 및 레미콘 플랜트에서의 사용 재료에 관한 품질관리가 체계적으로 이루어지고 있다고 보기는 어려운 실정이므로 향후 에어메터법의 적용을 위해서는 체계적으로 사용재료의 품질관리를 실시하기 위한 방안의 정립이 선행되어야 할 것으로 사료된다.
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