선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 따라서, 본 연구에서는 지하식 LNG 저장탱크의 지하 연속벽에 적용할 병용계 자기충전 콘크리트를 대상으로 사용되는 시멘트와 분체에 따른 배합요인(잔골재 용적비, 굵은골재 용적비 및 물-시멘트비)의 영향을 실험적으로 검토하고, 이에 따른 최적배합비를 제시하고자 한다. 또한 시멘트 종류별 최적배합비에 대한 응결시간, 블리딩량, 침하량 및 수화열 등의 특성을 실험적으로 비교·검토하여 현장 품질관리의 기본 자료로 제시하고자 한다.
- 또한 시멘트 종류별 최적배합비에 대한 응결시간, 블리딩량, 침하량 및 수화열 등의 특성을 실험적으로 비교·검토하여 현장 품질관리의 기본 자료로 제시하고자 한다.
- 본 연구에서는 고로슬래그 시멘트 및 저열포틀랜드시멘트를 각각 사용한 병용계 자기충전 콘크리트의 배합요인에 따른 품질특성을 실험적으로 고찰하였으며, 결론을 정리하면 다음과 같다.
- 자기충전 콘크리트의 굵은골재 용적비는 공기량을 제외한 콘크리트의 용적에 차지하는 굵은골재의 용적비율로, 충전성 및 간극통과성에 큰 영향을 미친다. 본 연구에서는 동일한 물-시멘트비 및 잔골재 용적비에서 시멘트의 종류에 따른 굵은골재 용적비의 영향을 고찰하였다.
제안 방법
- 굵은골재는 용원석산의 19 mm 쇄석을, 잔골재는 금강의 강모래를 사용하였다. 고성능 감수제 (high range water reducing agent)는 경시변화 90분까지의 요구성능을 유지하기 위하여 액상형 폴리-카르본계를 사용하였고, 증점제는 고성능 감수제와의 적합성을 고려하여 분말형 폴리-싸카라이드계를 사용하였다.
- 기본적으로 시멘트 종류에 따른 병용계 자기충전 콘크리트의 유동성상 및 압축강도 등을 실험적으로 비교·평가하여 잔골재 용적비, 굵은골재 용적비 및 물-시멘트비에 의한 최적배합비를 도출하고, 이에 대한 응결시간과 블리딩, 침하량 및 수화열 특성을 비교·분석하였다.
- LNG 저장탱크의 지하연속벽은 트레미 관으로 콘크리트를 자유낙하로 타설하기 때문에, 이로 인한 골재부분의 침하 또는 비중이 낮은 페이스트 부분의 상승 등이 우려된다. 따라서 이러한 영향을 실험적으로 고찰하기 위하여 지름 150 mm이고 길이가 1,210 mm인 원형 시험체를 제작하여, 여기에 콘크리트를 타설한 후 다이얼게이지를 설치하여 침하량을 측정하였다.
- 또한, 물-시멘트비, 단위수량 및 잔골재 용적비를 일정하게 두고, 굵은골재 용적비에 따라 배합조건을 산정하였기 때문에, 증감되는 모르타르 부분은 석회석 미분말 사용량 및 잔골재의 사용량으로 조정하였다.
- 배합요인에서 도출한 최적배합조건에 대한 블리딩, 응결시간 및 침하량, 수화열 등을 실험적으로 고찰하였다.
- 석회석 미분말의 치환율을 결정하기 위하여 저열포틀랜드시멘트의 경우에는 0, 15, 30 및 45%를, 고로슬래그시멘트의 경우에는 0, 5, 10 및 15%를 치환하여 구속수비 시험을 실시하였으며, 시험 결과는 Figs. 1과 2와 같다.
- 설계기준강도 (40.0 MPa)에 대한 할증계수 (1.2) 및 수중콘크리트의 저감계수 (0.93)를 고려한 배합강도 (51.5 MPa)를 만족하는 물-시멘트비를 최적배합으로 선정하였다.5)
- 병용계 자기충전 콘크리트의 배합변수 및 범위는 Table 3과 같다. 여기서, 주된 배합변수는 자기충전 콘크리트의 유동성 및 충전성에 영향을 미치는 잔골재 용적비 (Sr), 굵은골재 용적비 (Gv)와 압축강도에 영향을 미치는 물시멘트비 (W/C)를 대상으로 하였으며, 석회석 미분말의 치환율과 고성능 감수제 (HRWR) 및 증점제 (VA)의 사용량은 구속수비 시험에 의해 선정하였다.4)
- 일반적으로 잔골재 용적비가 증가하면 골재의 표면적이 증대되기 때문에 경계면에 요구되는 페이스트량이 증대된다. 이러한 영향을 검토하기 위해 잔골재 용적비 41~49% 범위에 대하여 굳지 않은 콘크리트의 특성을 분석하였다.
- 잔골재 용적비 및 굵은골재 용적비의 실험 결과로부터 선정한 배합조건을 대상으로 시멘트 종류에 따른 물-시멘트비의 영향을 검토하였다. 이를 위하여 고로슬래그 시멘트 및 저열포틀랜드시멘트에 대하여 각각 물-시멘트비를 3~4수준으로 선정하여 유동성, 충전성 및 재령별 강도 특성을 실험적으로 비교하였다.
- 자기충전 콘크리트의 시험 및 평가기준은 일본토목학회 규준 (JSCE)3)을 적용하였고, 요구성능은 지하식 LNG 저장탱크의 현장조건을 고려하여 경시변화 60분 동안 만족하는 것으로 하였으며, 이를 통해 유동성, 충전성 및 재료분리 저항성을 평가하였다.
- 잔골재 용적비 및 굵은골재 용적비의 실험 결과로부터 선정한 배합조건을 대상으로 시멘트 종류에 따른 물-시멘트비의 영향을 검토하였다. 이를 위하여 고로슬래그 시멘트 및 저열포틀랜드시멘트에 대하여 각각 물-시멘트비를 3~4수준으로 선정하여 유동성, 충전성 및 재령별 강도 특성을 실험적으로 비교하였다.
대상 데이터
- 4%인 저열포틀랜드시멘트 (4종-belite cement type) 이다. 굵은골재는 용원석산의 19 mm 쇄석을, 잔골재는 금강의 강모래를 사용하였다. 고성능 감수제 (high range water reducing agent)는 경시변화 90분까지의 요구성능을 유지하기 위하여 액상형 폴리-카르본계를 사용하였고, 증점제는 고성능 감수제와의 적합성을 고려하여 분말형 폴리-싸카라이드계를 사용하였다.
- 시멘트 종류별 병용계 자기충전 콘크리트의 최적배합비 및 품질특성을 검토하기 위한 재료의 성질은 Table 1과 같다. 사용된 시멘트는 분말도 3,787 cm2/g, 비중 3.05이고, 슬래그 미분말의 치환율이 평균 46.0%인 고로슬래그 시멘트 (2종)와 분말도 3,504 cm2/g, 비중 3.22, C2S 함유량이 51.4%인 저열포틀랜드시멘트 (4종-belite cement type) 이다. 굵은골재는 용원석산의 19 mm 쇄석을, 잔골재는 금강의 강모래를 사용하였다.
- 특히, 저열포틀랜드시멘트는 구속수비 및 변형계수를 고려하여 석회석 미분말의 치환율을 높게 선정하였기 때문에, 이에 따른 영향을 고려하여 고로슬래그 시멘트에 비해 낮은 잔골재 용적비를 범위 (41~45%)로 선정하였다.
성능/효과
- 1) 석회석 미분말의 치환율은 페이스트의 구속수비 및 모르타르의 수정배합 시험결과를 고려하여, 고로슬래그 시멘트의 경우에는 중량비 (내할) 13.5%로, 저열포틀랜드시멘트의 경우에는 42.7%로 사용하는 것이 가장 바람직하다.
- 2) 병용계 자기충전 콘크리트의 잔골재 용적비 (Sr)는 증점제의 사용으로 인해 큰 영향을 미치지는 않았지만, 작업성 및 경제성을 고려하여 고로슬래그 시멘트의 경우에는 잔골재 용적비 47 ± 1% (잔골재율 환산 50.8 ± 0.3%), 저열포틀랜드시멘트는 43 ± 1%(48.8 ± 0.8%)로 관리하는 것이 바람직하다.
- 2) 증점제는 콘크리트에 증점효과를 부여하여 재료분리 저항성 및 품질의 안정성 목적으로 사용되지만, 시멘트 및 분체의 종류와 배합요인에 의한 품질의 안정성도 영향이 클 것으로 사료된다.
- 3) 시멘트 종류에 관계없이 병용계 자기충전 콘크리트의 충전성 및 간극통과성을 확보하기 위해서는 굵은골재 용적비 (Gv)의 범위를 51 ± 1% (골재용적 300 ± 5 l/m3)에서 관리하는 것이 바람직하다.
- 4) 설계기준강도 40 MPa (배합강도 51.5 MPa)인 병용계 자기충전 콘크리트의 최적 물-시멘트비는 고로 슬래그 시멘트의 경우 41 ± 1%, 저열포틀랜드시멘트의 경우 51 ± 2%가 가장 바람직하다.
- 5) 병용계 자기충전 콘크리트의 응결시간은 일반 콘크리트에 비해 매우 지연되었는데, 저열포틀랜드시멘트의 경우에 초결이 18 : 40, 종결이 22 : 30이며, 고로슬래그 시멘트의 경우에 초결이 16 : 30, 종결이 19 : 20으로 나타났다. 따라서, 거푸집 설계를 할 때는 초기 액압을 고려하는 것도 중요하지만, 응결시간의 지연에 따른 지속응력도 함께 고려해야 한다.
- 6) 분체계 자기충전 콘크리트의 블리딩량이 0.27 cm3/cm2,종료시간이 7시간인데 비해, 저열포틀랜드시멘트는 블리딩이 0.14 cm3/cm2, 종료시간은 8시간으로 적었다. 또한, 고로슬래그 시멘트의 블리딩량은 0.
- 7) 병용계 자기충전 콘크리트는 안정적인 점성의 유지로 인하여 침하량이 작은 것으로 나타났다. 저열포틀랜드시멘트를 사용한 병용계 자기충전 콘크리트가 가장 안정적인 경향을 나타내었다.
- 8) 특히, 단열온도 상승시험 결과, 단열온도 상승량 (K) 및 수화속도 (α)는 고로슬래그 시멘트 > 저열포틀랜드시멘트 순으로 나타났다.
- 9) 자기충전 콘크리트의 실험 결과를 고려할 때, 저열 포틀랜드시멘트를 사용한 병용계 자기충전 콘크리트가 우수한 품질특성을 갖는 것으로 나타났다.
- 15에서 나타난 바와 같이 고로슬래그 시멘트의 경우에는 초기강도 발현율이 매우 높은 것으로 나타났다. 91일 강도를 기준으로 할 때, 재령 7일에 61~62%, 재령 28일에 82~88%, 재령 56일에 90~94%의 강도 발현율을 보이고 있다. 이는 고로슬래그 시멘트의 수화가 초기에 급격히 일어나고 석회석 미분말의 치환율이 낮기 때문인 것으로 사료된다.
- 또한, 500 mm 플로우 도달시간은 물-시멘트비가 증가할수록 약간 감소하는 경향을 나타내었는데, 이는 물-시멘트비가 증가할수록 점성에 기여하는 단위 시멘트량이 감소하기 때문으로 사료된다. 고로슬래그 시멘트의 경우에는 물-시멘트비 38%에서 41%로 증가할 때 점성 변동이 매우 큰 것으로 나타났으나, 저열포틀랜드시멘트는 비교적 완만한 것으로 나타났다.
- 그러나, 대부분의 실험 결과는 콘크리트 표준시방서에서 제시한 기준 (0.3 cm3/cm2 이하)을 만족하는 것으로 나타났다.
- 대부분의 실험 결과는 슬럼프플로우의 관리기준 (650 ± 50 mm) 및 500 mm 플로우 도달시간의 관리기준 (7 ± 3초)을 만족하였다.
- 따라서, 병용계 자기충전 콘크리트에서 굵은골재 용적비는 시멘트의 종류에 관계없이 53 ± 1% (굵은골재의 단위용적 300 ± 5 kg/m3)의 범위로 선정하는 것이 바람직하다.
- 따라서, 증점제를 사용한 자기충전 콘크리트에서 잔골재 용적비에 따른 영향은 크지 않지만, 작업성 및 경제성을 고려하여 고로슬래그 시멘트는 47 ± 1% (잔골재율 환산 50.8 ± 0.4%), 저열포틀랜드시멘트의 경우에는 43 ± 1%(잔골재율 환산 48.8 ± 0.8%) 범위에서 잔골재 용적비를 선정하는 것이 바람직할 것으로 사료된다.
- 또한, 500 mm 플로우 도달시간은 물-시멘트비가 증가할수록 약간 감소하는 경향을 나타내었는데, 이는 물-시멘트비가 증가할수록 점성에 기여하는 단위 시멘트량이 감소하기 때문으로 사료된다. 고로슬래그 시멘트의 경우에는 물-시멘트비 38%에서 41%로 증가할 때 점성 변동이 매우 큰 것으로 나타났으나, 저열포틀랜드시멘트는 비교적 완만한 것으로 나타났다.
- 또한, 경시변화 60분에서도 슬럼프플로우의 손실이 거의 없었으며, 대부분 관리기준 (650 ± 50 mm)을 만족하였다.
- 또한, 시험체의 단면을 높이별로 커팅하여 골재분포도 및 압축강도를 시험한 결과, 상·하부위의 재료분리 현상은 발생하지 않았으며, 강도에 대한 편차도 크지 않았다.
- 또한, 재료분리 저항성 및 간극통과성을 측정하기 위하여 U-box 충전성 높이를 측정한 후, 양쪽 시험체의 콘크리트 시료를 채취하여 씻기 시험을 실시한 결과, 굵은 골재 용적비가 55%인 경우에는 배합설계시의 굵은골재용적에 비해 6% 정도 감소되는 것으로 측정되었다.
- 14는 시멘트 종류별 물-시멘트비에 따른 U-box 충전성 높이의 실험결과를 나타낸 것이다. 실험 결과, 고로슬래그 시멘트의 경우에는 물-시멘트비 41%에서 충전성 높이의 정점을 나타내었으며, 저열포틀랜드시멘트는 물-시멘트비 51%에서 정점을 나타내었다. 이는 결합재페이스트의 점성차이로 사료되지만, 대부분 관리기준(300 mm 이상)을 만족하는 것으로 나타났다.
- 실험 결과, 고로슬래그 시멘트의 경우에는 석회석 미분말의 치환율이 증가할수록 시멘트의 입자에 흡착되는 구속수비는 증가하지만, 유동성을 부여하기 위한 변형계수는 낮기 때문에, 최적치환율은 10~15% 범위에서 선정하는 것이 효과적일 것으로 평가되었다.
- 9는 시멘트 종류별 굵은골재 용적비에 따른 깔대기 유하시간을 측정한 결과이다. 실험 결과, 굵은골재 용적비 51~53%에서는 유하시간이 거의 비슷하게 나타났지만, 55%에서는 매우 증대되는 것으로 나타났다. 이는 굵은골재 용적비가 증대될수록 골재입자간의 맞물림 저항이 증대되기 때문으로 사료된다.
- 실험 결과, 굵은골재 용적비 53%를 기준으로, 굵은골재 용적비가 변화됨에 따라 U-box 충전성 높이가 감소하는 것으로 나타났는데, 이는 부착력 증대 및 골재입자의 맞물림 저항에 따른 것으로 사료된다.
- 13은 물-시멘트비에 따른 깔대기 유하시간을 측정한 결과를 나타낸 것이다. 실험 결과, 깔대기 유하시간도 500 mm 플로우 도달시간과 마찬가지로 물-시멘트비가 증가할수록 감소하는 것으로 나타났다.
- 실험 결과, 물-시멘트비가 증가할수록 슬럼프플로우는 약간 증가하는 경향을 보였다. 이는 단위수량이 일정한 조건에서 물과 반응하는 단위시멘트량이 감소되었기 때문이며, 반면에 자기충전 콘크리트의 유동성에 기여하는 잉여수는 증가하였기 때문으로 사료된다.
- 실험 결과, 잔골재 용적비 용적비가 증가할수록 슬럼프플로우가 약간 감소하는 경향을 나타내었는데, 이는 잔 골재 용적이 증가할수록 단위 결합재량이 감소하기 때문으로 사료되지만, 유동성의 저하로 간주하기는 어렵다.
- 실험 결과, 잔골재 용적비가 감소할수록 500 mm 플로우 도달시간 및 깔대기 유하시간이 증대되는 것으로 나타났는데, 이는 잔골재의 용적비가 감소할수록 단위 결합재량이 증가로 인하여 페이스트의 점성이 증대되기 때문으로 사료된다.
- 실험 결과, 저열포틀랜드시멘트를 사용한 병용계 자기 충전 콘크리트의 단열온도가 고로슬래그 시멘트에 비해 매우 낮게 측정되었는데, 이는 수화열이 높은 C3A와 C3S 및 수화열이 낮은 C2S의 함량으로 기인된 것이며, 특히 석회석 미분말의 치환율에 영향도 클 것으로 사료된다.
- 실험 결과, 저열포틀랜드시멘트를 사용한 자기충전 콘크리트의 응결시간은 초결이 18 : 40 (hr:min), 종결이 22 : 30으로 가장 지연되었으며, 반면에 고로슬래그 시멘트는 초결이 16 : 30, 종결이 19 : 20으로 약간 빠른 경향을 보였다. 그러나 일반 콘크리트와 비교해 볼 때, 자기충전 콘크리트의 응결시간이 매우 지연되었는데, 이는 시멘트의 수화속도, 석회석 미분말의 치환율에 따른 영향으로 사료된다.
- 실험 결과, 저열포틀랜드시멘트의 경우에는 잔골재 용 적비 43%를 정점으로 충전성 높이가 감소하였으며, 고로슬래그 시멘트는 잔골재 용적비가 증가할수록 S형 곡선으로 충전성 높이가 감소하는 경향을 나타내었다.
- 실험 결과, 플라이애쉬를 사용한 분체계 자기충전 콘크리트의 전체 침하깊이는 0.94 mm이고 침하가 종료되는 시간은 7.5시간으로 나타났다. 저열포틀랜드시멘트의 침하깊이는 0.
- 실험 결과, 플라이애쉬를 사용한 자기충전 콘크리트의 블리딩량은 0.27 cm3/cm2이고 종료시간은 7시간인 반면에, 저열포틀랜드시멘트의 블리딩량은 0.14 cm3/cm2이고종료시간은 8시간이며, 고로슬래그 시멘트의 블리딩량은 0.18 cm3/cm2이고 종료시간은 7.5시간으로 측정되었다. 이는 시멘트 및 사용된 분체의 종류, 고성능 AE감수제의 사용량에 따른 영향도 있지만, 증점제를 사용한 병용계자기충전 콘크리트의 경우에는 점성이 안정적으로 유지 되기 때문에 블리딩의 억제효과도 있는 것으로 사료된다.
- 실험결과, 굵은골재 용적비가 증가할수록 슬럼프플로우 및 500 mm 플로우 도달시간이 감소하는 경향을 나타내었다. 이는 굵은골재 용적비가 증가함에 따라 페이스트 및 모르타르의 체적이 감소하기 때문으로 사료된다.
- 7) 병용계 자기충전 콘크리트는 안정적인 점성의 유지로 인하여 침하량이 작은 것으로 나타났다. 저열포틀랜드시멘트를 사용한 병용계 자기충전 콘크리트가 가장 안정적인 경향을 나타내었다.
후속연구
- 따라서, 깊은 심도의 지하연속벽에 타설할 경우에도 콘 크리트 자체의 품질변동에 대한 우려는 크지 않을 것으로 사료되지만, 벤토나이트 안정액과 접하는 최상부의 콘 크리트 변동에 대해서는 세심한 검토가 필요할 것이다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.