시험체 크기 및 수화지연 효과에 따른 초기재령 수화발열 및 자기수축 특성 분석 The Analysis of Early Age Properties of Hydration Heat and Autogenous Shrinkage according to Specimen Size and Retardation of Hydration원문보기
시멘트페이스트, 모르타르 및 콘크리트의 자기수축의 크기 및 발현율은 초기재령 내부온도의 이력과 크기에 의해 영향을 받는다고 보고된 바 있으나, 초기재령 수화열과 자기수축에 대한 구체적인 관계분석은 아직 미흡한 실정 이다. 이 연구에서는 초기재령 수화온도 및 자기수축의 이력특성에 대한 분석방법을 제시한 선행연구를 기초로, 시험체 크기 및 수화지연 효과에 따른 고강도콘크리트의 초기재령 수화열과 자기수축의 거동특성 및 상관관계를 분석하였다. 또한 자기수축에 의한 균열평가시 유효자기수축의 기준이 되는 응결시간과 수화온도 및 자기수축의 이력과의 관계도 검토하였다. 그 결과, 시험체가 매스화될수록 초기재령 수화발열 상승구간의 수화온도 상승량 및 수화발열 상승속도, 자 기수축 증가구간의 자기수축 증가량 및 자기수축 속도는 증가하는 것으로 나타났으며, 지연제를 사용할 경우 그 값은 감소하는 것으로 나타났다. 초기재령 콘크리트의 수화발열 상승속도가 증가하면 자기수축 속도는 증가하며, 이와 더불 어 재령 91일 자기수축도 증가하는 것으로 나타나, 종국 자기수축은 초기재령 수화발열상승 속도에 의해 영향을 받을 수 있을 것으로 사료된다. 한편, 콘크리트 균열평가시 유효자기수축의 기준이 되는 응결시간과 변곡점 및 수화온도 상 승시점은 시멘트의 수화반응 과정에 있어 서로 밀접한 관계가 있음을 확인할 수 있었다.
시멘트페이스트, 모르타르 및 콘크리트의 자기수축의 크기 및 발현율은 초기재령 내부온도의 이력과 크기에 의해 영향을 받는다고 보고된 바 있으나, 초기재령 수화열과 자기수축에 대한 구체적인 관계분석은 아직 미흡한 실정 이다. 이 연구에서는 초기재령 수화온도 및 자기수축의 이력특성에 대한 분석방법을 제시한 선행연구를 기초로, 시험체 크기 및 수화지연 효과에 따른 고강도콘크리트의 초기재령 수화열과 자기수축의 거동특성 및 상관관계를 분석하였다. 또한 자기수축에 의한 균열평가시 유효자기수축의 기준이 되는 응결시간과 수화온도 및 자기수축의 이력과의 관계도 검토하였다. 그 결과, 시험체가 매스화될수록 초기재령 수화발열 상승구간의 수화온도 상승량 및 수화발열 상승속도, 자 기수축 증가구간의 자기수축 증가량 및 자기수축 속도는 증가하는 것으로 나타났으며, 지연제를 사용할 경우 그 값은 감소하는 것으로 나타났다. 초기재령 콘크리트의 수화발열 상승속도가 증가하면 자기수축 속도는 증가하며, 이와 더불 어 재령 91일 자기수축도 증가하는 것으로 나타나, 종국 자기수축은 초기재령 수화발열상승 속도에 의해 영향을 받을 수 있을 것으로 사료된다. 한편, 콘크리트 균열평가시 유효자기수축의 기준이 되는 응결시간과 변곡점 및 수화온도 상 승시점은 시멘트의 수화반응 과정에 있어 서로 밀접한 관계가 있음을 확인할 수 있었다.
It has been reported that the magnitude and the development rate of autogenous shrinkage of cement paste, mortar and concrete were affected by history and magnitude of inner temperature at an early age. But it was not enough to explain the relation between hydration heat and autogenous shrinkage at ...
It has been reported that the magnitude and the development rate of autogenous shrinkage of cement paste, mortar and concrete were affected by history and magnitude of inner temperature at an early age. But it was not enough to explain the relation between hydration heat and autogenous shrinkage at an early age, because there was no certain analysis on histories of hydration heat and autogenous shrinkage in previous studies. In our prior study, to understand the relationship between hydration heat and autogenous shrinkage of concrete at an early age, the analysis method for histories of hydration heat and autogenous shrinkage was suggested. Based on this method, early age properties of hydration heat and autogenous shrinkage of high strength concrete with different sizes and hydration retardation were investigated in this study. As a result of the study, properties of hydration temperature and autogenous shrinkage were different according to specimen size and hydration retardation. However, there was a close relationship between hydration temperature and autogenous shrinkage at an early age, especially between HHV and ASV as linear slopes of the sections where hydration temperature and autogenous shrinkage increase rapidly; the higher HHV, the higher ASV and the greater ultimate autogenous shrinkage. And it was found that, among the setting time, bend point and temperature increasing point, they were close relationship each other on cement hydration process.
It has been reported that the magnitude and the development rate of autogenous shrinkage of cement paste, mortar and concrete were affected by history and magnitude of inner temperature at an early age. But it was not enough to explain the relation between hydration heat and autogenous shrinkage at an early age, because there was no certain analysis on histories of hydration heat and autogenous shrinkage in previous studies. In our prior study, to understand the relationship between hydration heat and autogenous shrinkage of concrete at an early age, the analysis method for histories of hydration heat and autogenous shrinkage was suggested. Based on this method, early age properties of hydration heat and autogenous shrinkage of high strength concrete with different sizes and hydration retardation were investigated in this study. As a result of the study, properties of hydration temperature and autogenous shrinkage were different according to specimen size and hydration retardation. However, there was a close relationship between hydration temperature and autogenous shrinkage at an early age, especially between HHV and ASV as linear slopes of the sections where hydration temperature and autogenous shrinkage increase rapidly; the higher HHV, the higher ASV and the greater ultimate autogenous shrinkage. And it was found that, among the setting time, bend point and temperature increasing point, they were close relationship each other on cement hydration process.
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문제 정의
이 논문에서는 선행연구를 기초로 하여 시험 체크기 및 수화지연 효과에 따른 고강도콘크리트의 초기재령 수화열과 자기수축의 거동특성 및 상관관계를 분석하였다. 또한 자기수축에 의한 균열평가시 유효자기수축의 기준이 되는 응결시간5)과 수화온도 및 자기수축의 이력과의 관계도 검토하였다.
이 논문에서는 수화온도 및 자기수축 이력특성 분석 방법을 제시한 선행연구를 기초로, 시험체 크기 및 수화지연 효과에 따른 고강도콘크리트의 수화발열 및 자기수축의 초기재령 거동특성을 분석하고, 서로의 관계를 검토하였다. 또한 응결시간과 초기 수화온도와 자기수축 이력과의 관계를 검토하였으며, 그 결과를 요약하면 다음과 같다.
이 논문에서도 선행연구를 기초로 초기재령 수화온도와 자기수축 이력의 거동특성을 분석하여 각각의 특성 및 관계를 검토하였다.
제안 방법
1에 나타낸 바와 같다. 3002 x 300 시험체는 두께 100 mm의 발포폴리스틸렌을 이용하여 간이단열 처리하였으며, 거푸집 탈형없이 지속적으로 내부온도와 자기수축을 측정하였다. 1002 x400 시험체와 1502 x600 시험체는 비빔 후 24시간 경과한 후에 몰드를 탈형 하였으며, PE 필름과 알루미늄접착테이프를 사용하여 밀봉하였다.
및 응결시간을 측정하였다. 또한 동일크기의 시멘트 페이스트 시험체를 제작하였으며, 초결시간 및 종결 시간, 비빔 후 1일되는 시점에 시료를 채취하여 XRD 분석을 실시함으로써, 시멘트 성분 및 수화물의 변화를 검토하였다.
Table 4에 나타낸 바와 같다. 또한 산출된 열팽창계수를 활용하여 측정된 자기수축에 대해 열팽창보정을 실시하였다.
또한 응결시간과 초기 수화온도와 자기수축 이력과의 관계를 검토하였으며, 그 결과를 요약하면 다음과 같다.
이 논문에서는 선행연구를 기초로 하여 시험 체크기 및 수화지연 효과에 따른 고강도콘크리트의 초기재령 수화열과 자기수축의 거동특성 및 상관관계를 분석하였다. 또한 자기수축에 의한 균열평가시 유효자기수축의 기준이 되는 응결시간5)과 수화온도 및 자기수축의 이력과의 관계도 검토하였다.
본 연구에서는 수화반응에 의한 시멘트의 성분 및 수화물의 변화를 정밀하게 분석하기 위해 비빔 전 시멘트, 초결시, 종결시, 1일후의 시료를 채취하여 XRD분석을 실시하였으며, 그 결과는 Fig. 12에 나타낸 바와 같다.
1002 x400 시험체와 1502 x600 시험체는 비빔 후 24시간 경과한 후에 몰드를 탈형 하였으며, PE 필름과 알루미늄접착테이프를 사용하여 밀봉하였다. 시험체의 내부온도와 자기수축은 써머커플과 매립형 게이지를 사용하여 측정하였으며, 측정시간은 10분 간격으로 설정하였다.
이 연구에서는 실측값에 의해 유추된 추세식을 활용하여 경과시간에 따른 열팽창계수를 산출하였으며, 그 결과는 Table 4에 나타낸 바와 같다. 또한 산출된 열팽창계수를 활용하여 측정된 자기수축에 대해 열팽창보정을 실시하였다.
이 연구에서는 콘크리트의 온도를 일시적으로 급상승시키면 온도에 의한 변형을 구할 수 있다고 가정한 후 초기재령 열팽창계수를 도출한 기존연구3)를 기초로, Fig. 2 와 같이 써머커플과 매립형 게이지를 매입한 ⑦ 100X 200 mm 시험체을 제작한 후, 수조 안의 물의 온도를 10 분간 약 15oC 상승시켜 타설 후 시간에 따른 초기 재령 콘크리트의 열팽창계수를 도출하였다.
한편 응결시간과 수화온도 및 자기수축 이력과의 관계를 검토하기 위해 150 x 150 x 600mm 모르타르 시험체를 제작하였으며, 이 시험체를 대상으로 수화온도, 자기수축 및 응결시간을 측정하였다. 또한 동일크기의 시멘트 페이스트 시험체를 제작하였으며, 초결시간 및 종결 시간, 비빔 후 1일되는 시점에 시료를 채취하여 XRD 분석을 실시함으로써, 시멘트 성분 및 수화물의 변화를 검토하였다.
대상 데이터
것이다. 이 연구에서 설정한 고강도 콘크리트(28일강도 80 MPa)의 배합으로는 물시멘트비 20%와 단위시멘트량 800kg/m3을 설정하였다. 또한 수화지연 효과에 따른 초기재령 수화발열 및 자기수축 특성 평가를 위한 시험체의 배합은 기본배합에서 응결지연제를 시멘트 질량 대비 0.
것이다. 초기재령 고강도콘크리트의 수화열 및 자기수축에 미치는 시험체 크기의 영향을 검토하기 위해 100 X 100 x 400mm 시험체(1002x 400)를 기준으로 시험체의 두께와 길이를 1.5배 증가시킨 150 X 150 x 600mm 시험체 (1502 x 600) 와 고강도콘크리트의 매스부재를 고려한 300 X 300 x 300mm 간이단열시험체(3002x 300)를 제작하였다. 또한 수화지연 효과에 따른 영향을 검토하기 위해 응결지 연제 를 0.
성능/효과
1) 이 연구 범위에서 초기재령 콘크리트의 열팽창계수는 타설 후 서서히 감소하다가 어느 시점을 기준으로 급속히 저하하여 일정값으로 수렴하는 형태를 나타내었다.
1002 x 400 시험체의 최고수화온도 및 재령 91일 자기수축은 각각 32oC, -308X10-6였으며, 1502X 600 시험체는 각각 34oC, -336 X 10-6로 나타나, 1002 X 400 시험체 및 1502 X 600 시험체의 수화발열 및 자기수축 특성은 비교적 유사하게 나타났다. 반면 3002X 300 시험체는 1002X 400 시험체에 비해 수화온도는 2.
8은 수화발열 상승구간과 자기수축 증가구간의 시간을 나타낸 것이다. 1002x400 시험체 및 1502x 600 시험체의 경우 수화발열 상승구간과 자기수축 증가구간의 시점 시간은 다소 상이하였으며, 자기수축 증가구간이 수화 발열 상승구간에 비해 장기적으로 나타났다. 반면 3 002 x 3 00 시험체의 경우 지연제의 혼합여부에 상관없이 수화 발열 상승구간과 자기수축 증가구간의 시간은 매우 유사하였다.
2) 수화온도 및 자기수축 이력곡선에서 변곡점이 나타나는 시점과 온도가 상승하는 시점의 시각은 유사하였으며 , 특히 300 X 300 X 300 mm 간이단열 시 험체의 경우 이력의 형태 또한 매우 유사하였다.
3) 수화발열 상승구간의 특성분석 결과, 구간의 수화온도상승량은 전반적으로 70~80% 범위로 나타났다. 또한 시험체가 매스화될수록 구간의 수화온도상승량 및 수화발열 상승속도는 증가하는 경향을 보였으며, 지연제를 사용한 경우 그 값은 감소하였다.
5x10-6/hr로 유사하였다. 3002x300 시험체는 1002x400 시험체에 비해 약 43배 증가한 -405.0x10-6/hr로 산정되어, 시험체가 매스화 될수록 자기수축 속도는 증가하는 경향을 보였으며, 지연제를 혼입한 시험체는 약 30% 감소한 -283x10-6/hr로 산정되었다.
4) 자기수축증 가구간의 특성분석 결과, 시험체가 매스화될수록 구간의 수축률, 수축증가량 및 자기수축속도는 증가하는 경향을 보였으며, 지연제를 사용한 경우 그 값은 감소하는 것으로 나타났다.
5) 초기재령 콘크리트의 수화발열 상승속도가 증가하면 자기수축속도는 증가하며, 이와 더불어 재령 91 일 자기수축도 증가하는 경향의 유추가 가능하였다.
6) 자기수축에 의한 콘크리트 균열평가시 유효자기수축의 기준이 되는 응결시간과 변곡점 및 수화온도상승 시점은 시멘트의 수화반응 과정에 있어 서로 밀접한 관계가 있음을 확인할 수 있었다.
Figs. 9와 10의 결과를 종합해 보면, 초기재령 콘크리트의 수화발열 상승속도가 증가하면 자기수축 속도는 증가하며, 이와 더불어 재령 91일 자기수축도 증가한다라는 경향의 유추가 가능하다. 즉 종국적인 자기수축은 초기재령 수화발열 상승속도에 의해 영향을 받을 수 있을 것으로 판단되며, 고강도콘크리트의 경우 초기재령의 수화 발열 특성 을 제어 함으로써 종국적 인 자기 수축의 제어가 가능할 것으로 사료된다.
보이고 있다. 또한 시험체가 매스화 될수록 재령 91일 자기수축과 자기수축증가구간의 수축량은 증가하는 경향을 보였다. 지연제를 혼입한 콘크리트의 구간수축률은 63.
나타났다. 또한 시험체가 매스화될수록 구간의 수화온도상승량 및 수화발열 상승속도는 증가하는 경향을 보였으며, 지연제를 사용한 경우 그 값은 감소하였다.
유사하게 나타났다. 반면 3002X 300 시험체는 1002X 400 시험체에 비해 수화온도는 2.3배인 73oC, 자기수축은 약 7배인 -2260 X 10-6로 나타나, 시험체가 매스화되어 내부온도가 증가되면 자기수축도 증가하는 경향을 보였다. 지연제를 혼입한 시험체는 혼입하지 않은 시험체에 비해 최고 수화온도는 약 7% 감소한 67.
63oC/hr로 산정되었다. 반면 3002x 300 시험체는 1002x 400 시험체에 비해 약 6배인 9.90oC/hr로 산정되어, 시험체가 매스화될수록 수화발열 상승속도도 증가하는 경향을 보였으며, 지연제를 혼입한 경우에는 약 50% 감소한 4.73oC/hr 로 나타났다.
7oC, 재령 91 일 자기수축은 약 15% 감소한 -1, 830 x 10-6로 나타났다. 예측식에 의한 자기수축도 초결 이후 급속히 증가한 후 종국값으로 수렴하는 형태를 보였으며 재령 91일 자기수축은 -727 X 10-6로 예측되어 , 1002 X 400 시 험체 실측값 의약 2.4 배 높게 나타났다.
이 연구의 범위에서 수화온도상승률은 시험체의 크기와 지연제의 혼입 여부에 따라 다소 차이는 있으나, 전반적으로 70~80% 수준으로 나타났다. 최대 수화온도상승 량과 수화발열상승구간의 수화온도상승량은 시험 체가매스화될수록 증가하는 것으로 나타났으며, 지연제를 혼입할 경우에는 그 값이 감소하는 것으로 나타났다.
이 연구의 분석 결과를 종합하여 본다면, 굳지않은 콘크리트의 액성상태가 소성상태로 변하는 시점, 응결시간, 자기수축의 변곡점 및 수화온도 상승시점은 시멘트의 수화반응 과정에 있어 서로 밀접한 관계가 있음을 확인할 수 있다.
9와 10의 결과를 종합해 보면, 초기재령 콘크리트의 수화발열 상승속도가 증가하면 자기수축 속도는 증가하며, 이와 더불어 재령 91일 자기수축도 증가한다라는 경향의 유추가 가능하다. 즉 종국적인 자기수축은 초기재령 수화발열 상승속도에 의해 영향을 받을 수 있을 것으로 판단되며, 고강도콘크리트의 경우 초기재령의 수화 발열 특성 을 제어 함으로써 종국적 인 자기 수축의 제어가 가능할 것으로 사료된다.
3배인 73oC, 자기수축은 약 7배인 -2260 X 10-6로 나타나, 시험체가 매스화되어 내부온도가 증가되면 자기수축도 증가하는 경향을 보였다. 지연제를 혼입한 시험체는 혼입하지 않은 시험체에 비해 최고 수화온도는 약 7% 감소한 67.7oC, 재령 91 일 자기수축은 약 15% 감소한 -1, 830 x 10-6로 나타났다. 예측식에 의한 자기수축도 초결 이후 급속히 증가한 후 종국값으로 수렴하는 형태를 보였으며 재령 91일 자기수축은 -727 X 10-6로 예측되어 , 1002 X 400 시 험체 실측값 의약 2.
또한 시험체가 매스화 될수록 재령 91일 자기수축과 자기수축증가구간의 수축량은 증가하는 경향을 보였다. 지연제를 혼입한 콘크리트의 구간수축률은 63.5%로 나타났으며, 재령 91일 자기수축 및 구간의 자기수축 증가량은 혼입하지 않은 경우에 비해 감소하는 것으로 나타났다.
70~80% 수준으로 나타났다. 최대 수화온도상승 량과 수화발열상승구간의 수화온도상승량은 시험 체가매스화될수록 증가하는 것으로 나타났으며, 지연제를 혼입할 경우에는 그 값이 감소하는 것으로 나타났다.
특히, 3002X 300 시험체의 경우 수화온도와 자기수축이 급속히 증가하는 이력의 형태도 매우 유사한 것으로 나타나, 초기 수화온도와 자기수축 사이에는 높은 상관성이 존재할 것으로 판단되었다.
후속연구
제시하는 데에는 한계가 있다. 만약 초기재령 수화열 및 자기수축의 거동특성에 대한 구체적인 분석방법이 제시된다면, 수화열 및 자기수축 각각에 대한 초기특성은 물론 두 특성에 대한 정량적인 관계를 도출할 수 있을 것으로 판단된다.
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