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문제 정의
- 3) 즉, 일본 국토교통성의 경우 단위수량 판정 기준치를 레미콘 제조 오차 ± 10 kg/m3 , 단위수량 측정오차 10 kg/m3 등의 확률적 오차를 고려하여 # ≒ ± 15 kg/m3를 판정 기준 값으로 정하고 있다.4) 이에 본 연구에서는 레미콘 제조시의 관리오차에 의한 가수 및 인위적인 가수 등에 의하여 콘크리트 내의 수량 변화가 콘크리트의 전반적인 품질과 내구성 저하에 미치는 영향을 검토하여, 향후 건설현장 및 레미콘 생산시 단위수량 관리를 위한 기초적인 자료를 제시하고자 한다.
제안 방법
- )의 기본 실험변수를 설정하였다. 그리고 레미콘 플랜트에서의 단위수량 변동에 따른 문제점 검토를 위해 각 단위수량에서 4 단계의 수량의 증가(0, +15, +25, +35 kg/m3)를 실험인자로 설정하였으며, 경화콘크리트를 대상으로 KS에서 규정하고 있는 실험 방법에 따라서 재령별 압축강도 및 동결융해 저항성, 염소이온 침투저항성, 탄산화에 대한 저항성 등을 평가하였다.
- 동결융해 저항성 실험은 각형 100 × 100 × 400 mm의 실험체를 대상으로 KS F 2456(급속 동결융해에 대한 콘크리트의 저항 실험 방법)의 B방법인 공기중에서 동결하고 수중에서 융해하는 시험방법으로 4시간 동안 온도 범위 −18℃~+4℃로 동결융해 하는 것을 1 사이클로 하여 0, 50, 100, 150 사이클 동안 실험하였다.
- 본 연구에서는 Table 1에 나타낸 바와 같이 기존 레미콘 3개 제조사에서 가장 많이 사용되는 배합을 참조하여 단위수량을 기준으로 5 단계(155, 165, 175, 185, 195 kg/m3)의 기본 실험변수를 설정하였다. 그리고 레미콘 플랜트에서의 단위수량 변동에 따른 문제점 검토를 위해 각 단위수량에서 4 단계의 수량의 증가(0, +15, +25, +35 kg/m3)를 실험인자로 설정하였으며, 경화콘크리트를 대상으로 KS에서 규정하고 있는 실험 방법에 따라서 재령별 압축강도 및 동결융해 저항성, 염소이온 침투저항성, 탄산화에 대한 저항성 등을 평가하였다.
이론/모형
- 실험 항목 및 내구성 관련 실험 평가 방법은 Table 3과 같이 KS규격에 준하여 실시하였다.
- 염소이온 침투저항성 시험은 Tang & Nilsson이 제안한 전기촉진시험방법5)과 ASTM6)의 규정에 따라 수행하였다.
- 촉진 탄산화 저항성 실험은 KS F 2584(콘크리트의 촉진 탄산화 시험 방법)에 따라서 온도(20 ± 2)℃, 상대습도(60 ± 5)%, 이산화탄소(5 ± 0.2)%의 조건으로 하였으며, 탄산화 깊이의 측정 방법은 KS M 8238에서 규정한 시약(페놀프탈레인 1% 수용액)을 분무하여 적자색으로 변색된 구간까지의 깊이를 표면으로부터 측정하였다.
성능/효과
- 1) 압축강도 실험 결과 15 kg/m3가수한 경우 상대압축강도비가 84~87%, 25 kg/m3가수한 경우 상대압축강도비가 67~76%, 35 kg/m3가수한 경우 상대압축강도비가 61~62% 까지 압축강도가 저하되는 것으로 나타나 25 kg/m3 이상의 가수가 되었을 경우에는 설계기준강도 이하의 압축강도 결과가 나타날 수 있다.
- 2) 동결융해저항성 실험 결과 압축강도가 클수록 단위 수량 변동에 따른 동결융해저항성 저하 정도가 적게 나타났으며 특히 52%-165 이하인 경우 단위수량 증가에 따른 영향이 미비한 것을 알 수 있다.
- 3) 염소이온 침투 저항성 실험 결과 가수하지 않은 배합조건 W0와 15, 25 kg/m3가수하였을 경우 모두 유사하게 나타나고 있으나, 35 kg/m3가수하였을 경우에는 4.23 × 10-7 cm2/sec~7.34 × 10-7 cm2/sec의 범위로 특히 크게 나타나고 있다.
- 3) 즉, 일본 국토교통성의 경우 단위수량 판정 기준치를 레미콘 제조 오차 ± 10 kg/m3 , 단위수량 측정오차 10 kg/m3 등의 확률적 오차를 고려하여 # ≒ ± 15 kg/m3를 판정 기준 값으로 정하고 있다.
- 4) 탄산화 실험 결과 100년의 탄산화에 대한 내구성을 가진 콘크리트의 제조를 위해서는 최소한 물시멘트비 48% 이하, 단위수량 155 kg/m3 이하를 유지할 필요가 있으며, 특히 품질관리오차상의 가수로 인해 불가피하게 콘크리트 내의 수량이 증가하더라도 현재 재건축 신청 가능 연한으로 지정되고 있는 40년 이상의 탄산화에 대한 내구수명을 확보하기 위해서는 15 kg/m3이상의 가수가 되지 않도록 유의할 필요가 있을 것으로 판단된다.
- Table 7, Figs. 9~13에서와 같이 탄산화 속도계수를 이용하여 내구수명을 예측한 결과 피복두께 30 mm까지 도달하는 시간은 48%-155인 경우 약 100년으로 나타났고, 높은 물-시멘트비를 갖는 52%-165~61%-195는 이보다 도달 시간이 빠른 60~55년으로 나타났다. 또한, 각 단위수량에서 15, 25, 35 kg/m3 가수하였을 경우 W0(가수하지 않은 상태)대비 15 kg/m3 가수의 경우에 내구수명기간 감소율이 평균 14%로 나타나 탄산화 진행 속도가 비교적 양호한 것으로 보이고 있는 반면, 25, 35 kg/m3 가수의 경우 각각 내구수명 저감율이 평균 36%, 52%로 가수에 따른 내구수명의 저하가 유의할 수준인 것으로 나타났다.
- CO2 농도(5 ± 0.2)%의 동일 조건에서 실험 측정치를 이용하여 식 (1)에 따라 Fig. 8, Table 6과 같이 탄산화 속도계수를 구하였으며, 탄산화 속도계수 범위가 약 2.0~4.0 mm/day0.5로 콘크리트 내의 수량이 증가할수록 탄산화 속도계수도 증가하는 것으로 나타났다.
- 따라서 제조오차 및 관리오차로 인한 가수는 콘크리트의 장기 탄산화 진행성에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났으며, 이는 콘크리트 내부 공극률 증가로 CO2 가스 및 수분의 침투가 용이해져 탄산화에 대한 저항성이 적어지는 것으로, 100년 정도의 탄산화에 대한 내구성을 가진 콘크리트의 제조를 위해서는 최소한 물시멘트비 48% 이하, 단위수량 155 kg/m3이하를 유지할 필요가 있을 것으로 사료된다.
- 이상의 가수가 되었을 경우에는 설계기준강도 이하의 압축강도 결과가 나타날 수 있음에 따라 유의할 필요성이 있을 것으로 판단된다. 또한 A class에 비해 상대적으로 저강도 영역인 B class의 압축강도 저하가 15 kg/m3일 때 2~3%, 25 kg/m3일 때 13~14%, 35 kg/m3일 때 24~25%로 상대적으로 적은 것으로 나타났는데, 이는 일정수준 이하의 저강도 영역에서는 블리딩수 발생의 영향으로 가수로 인한 강도저하 영향이 미비한 것으로 판단된다.
- 또한, 각 단위수량에서 15, 25, 35 kg/m3 가수하였을 경우 W0(가수하지 않은 상태)대비 15 kg/m3 가수의 경우에 내구수명기간 감소율이 평균 14%로 나타나 탄산화 진행 속도가 비교적 양호한 것으로 보이고 있는 반면, 25, 35 kg/m3 가수의 경우 각각 내구수명 저감율이 평균 36%, 52%로 가수에 따른 내구수명의 저하가 유의할 수준인 것으로 나타났다.
- 레미콘 제조시 품질관리 오차 및 제조오차로 콘크리트 내의 단위수량이 증가하면 압축강도가 저하할 뿐만 아니라 콘크리트의 내구성(동결융해저항성, 염화이온 침투 저항성, 탄산화 저항성) 또한 저하하는 것으로 나타났다. 본 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다.
- 특히 61%-195 경우에는 모든 시험체가 150 사이클에서 파괴되는 것으로 나타났다. 이상의 결과에서 단위수량 증가에 따른 동결융해 저항성은 높은 압축강도를 나타내는 낮은 단위수량 (물-시멘트 비)의 경우 상대적으로 저하 정도가 작은 것을 알 수 있다.
- 즉, 각각의 단위수량에서 가수를 하지 않은 상태의 재령 28일 압축강도를 100으로 하였을 때 가수에 따른 상대압축강도비를 백분율로 나타내면 A class의 경우, 15 kg/m3 가수일 때 상대압축강도비가 84~87%, 25 kg/m3 가수일때 상대압축강도비가 67~76%, 35 kg/m3 가수일 때 상대 압축강도비가 61~62%까지 압축강도가 저하되는 것으로 나타났다.
후속연구
- 5) 이상의 실험 결과 일반강도 범위에서 15 kg/m3 이상의 수량이 추가로 첨가되었을 경우 콘크리트의 성능 저하 효과가 크기 때문에 설계된 내구성능의 적정 수준 이상을 유지하기 위해서는 배합 설계된 단위수량에 대한 품질관리에 유의할 필요가 있다.
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