[논문]부상식 매스콘크리트 기초의 수화열 관리 및 온도균열 제어

이인규; 김광돈; 김태욱; 이준석

doi:10.11112/jksmi.2010.14.1.156

[국내논문] 부상식 매스콘크리트 기초의 수화열 관리 및 온도균열 제어
Heat of Hydration and Thermal Crack Control for Floating Concrete Mass Foundation 원문보기

구조물진단학회지 = Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance Inspection, v.14 no.1 = no.59, 2010년, pp.156 - 164

이인규 (한국철도기술연구원 정책전략연구실) , 김광돈 ((주)고려이엔씨기술사사무소) , 김태욱 (한국철도기술연구원 차륜궤도연구실) , 이준석 (한국철도기술연구원 차륜궤도연구실)

초록
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부상식 면진기초 매스콘크리트의 시공이 6차에 걸쳐 분리타설로 이루어졌다. 선행 Mock-up실험을 통하여 각각 온도이력계측과 수화열해석이 병행되었고 최선의 양생조건과 시공순서가 부여되었다. 그 결과 수화발열과 냉각시 발생가능한 온도균열은 나타나지 않았다. 그러나 현행 콘크리트 시방서 매스콘크리트편의 온도균열지수의 간이식, 정밀식 모두 낮은 범위의 지수를 나타내었다. 이는 수화열 거동 및 균열예측에 있어 온도균열 발생확률이 높은 것으로 나타나, 실제 타설경과 내용과 상이함을 알 수 있었다. 각 시공단계의 계측 및 해석결과는 대상 부재의 크기와 형상을 고려하여 부재내부를 등온도분포영역과 상대적으로 온도경사가 높은 영역으로 분리할 필요가 있음을 추정케 하였다. 결론적으로, 구조형태별 수화발열/냉각시 온도변화에 보다 민감한 특성두께를 정의하여, 현실적인 온도균열지수를 계산하는 과정과 방법이 필요하다고 사료된다.

Abstract ▼ AI-Helper

A total of 6 stepwise constructions were made for building the floating mass concrete foundation. The optimal curing strategies and specialized construction guidelines were adoptively extracted from the 1.5m cube mock-up test prior to the main concrete work. Two different thermal crack index(TCI) calculations from current construction manual exhibit relatively low values as comparing the measured temperature data. This implies that the hydration-induced cracking could be developed in parts of concrete mass. However, the controversial phenomenons in reality were observed. No significant surface cracks are detected at the successive construction stages. Thereby, this paper raises the question regarding on the existence of characteristic length with varying size and shape of a target specimen which are missing in the current construction manual. The isothermal core area and high thermal gradient area in the edge volume should be identified and be introduced to TCI calculation for the purpose of an accuracy.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이는 두식 공히 온도경사의 함수이나 온도경사의 계산이 부재의 최대온도 대비 표면온도와의 차이로 규정하기 때문에 부재크기나 형상에 따른 영향에 둔감하다. 따라서, 본 논문에서는 온도균열지수 산정에 있어 부재 내에 등온도분포영역(온도경사가 매우 낮은 영역)과 급격한 온도경사영역(대기접촉면에 연하는 영역)의 존재를 고려하여 각 부재의 크기와 형상에 따른 특성두께, l_ch를 계산함으로써 현실적인 온도균열지수 산정을 할 수 있을 가능성을 제시하였다. 이 부분은 다양한 기 수화열 계측자료를 분류 및 분석하여 통계적인 경험식 유도가 적절할 것으로 사료된다.
본 논문에서는 6자유도 진동대 장비의 반력매스에 해당하는 부상식 면진 매스콘크리트의 수화열 관리에 관한 실험적/해석적 결과에 대해 논의하였다. 콘크리트 타설온도와 거푸집, 온풍, PE필름, 양생포 등의 서로 다른 양생조건에 관한 온도발열 함수계수, 대류경계계수의 도출과 최적 거푸집 제거시기, 탈형 후 온도충격 완화를 목적으로 Mock-up실험을 수행하였다.
부상식 면진 콘크리트기초의 수화반응 및 냉각과정에 있어 발생할 수 있는 유해균열을 차단할 목적으로, 현재 콘크리트시방서에서 정의하고 있는 균열관리 방안을 기초로 온도관리목표를 설정하였다. 본 논문에서는 이러한 계획에서부터 타설, 양생, 계측관리 등 일련의 과정을 통해 현 콘크리트시방서의 기준과 비교검토한 내용을 소개하고자 한다. 매스콘크리트 타설시 수화열에 따른 온도상승(heating) 및 강하(cooling)에 따른 온도경사를 제어하기 위해 다양한 대류경계조건에 따른 Mock-up 실험이 이루어졌고, 이를 근거로 분리타설 조건, 양생조건, 거푸집 제거 및 후속공정 시기가 결정되었다.
부상식 면진 콘크리트기초의 수화반응 및 냉각과정에 있어 발생할 수 있는 유해균열을 차단할 목적으로, 현재 콘크리트시방서에서 정의하고 있는 균열관리 방안을 기초로 온도관리목표를 설정하였다. 본 논문에서는 이러한 계획에서부터 타설, 양생, 계측관리 등 일련의 과정을 통해 현 콘크리트시방서의 기준과 비교검토한 내용을 소개하고자 한다.
주위온도와의 차이에 의한 ‘온도충격’을 완화시키고자 PE필름 도입, 양생포 도입, 천막양생, 온풍양생 등의 양생방법을 적절한 시기에 조치함으로서 균열제어를 실현하고자 하였다.

제안 방법

1.5m×1.5m Mock-up 시험체는 총 240hr에 걸쳐 온도계측을 수행하였다.
매스콘크리트 타설시 수화열에 따른 온도상승(heating) 및 강하(cooling)에 따른 온도경사를 제어하기 위해 다양한 대류경계조건에 따른 Mock-up 실험이 이루어졌고, 이를 근거로 분리타설 조건, 양생조건, 거푸집 제거 및 후속공정 시기가 결정되었다. 6회에 걸친 분리타설을 통하여, 서로 다른 여러 측점위치에서 실시간 온도계측결과와 수화열해석을 병행, 제어하였고, 최종 균열제어 목표에 대한 시공결론 및 이론적 고찰을 제시하고자 한다.
이 때 온풍양생은 천막 내부온도 기준 30℃로 맞추어 제어하였다. 둘째로는 거푸집 제거시 발생하는 순간적인 온도충격으로 인한 균열발생을 억제하기 위하여 거푸집 존치기간을 7~10일로 하였으며 제거 후에도 온풍 및 천막지 양생을 병행하여 충격을 완화시키도록 하였다. Fig.
본 논문에서는 이러한 계획에서부터 타설, 양생, 계측관리 등 일련의 과정을 통해 현 콘크리트시방서의 기준과 비교검토한 내용을 소개하고자 한다. 매스콘크리트 타설시 수화열에 따른 온도상승(heating) 및 강하(cooling)에 따른 온도경사를 제어하기 위해 다양한 대류경계조건에 따른 Mock-up 실험이 이루어졌고, 이를 근거로 분리타설 조건, 양생조건, 거푸집 제거 및 후속공정 시기가 결정되었다. 6회에 걸친 분리타설을 통하여, 서로 다른 여러 측점위치에서 실시간 온도계측결과와 수화열해석을 병행, 제어하였고, 최종 균열제어 목표에 대한 시공결론 및 이론적 고찰을 제시하고자 한다.
본 부상식 매스콘크리트의 수화반응과 냉각시 온도이력을 유추하기 위해 Mock-up시험체의 각 대류경계조건별 온도계측결과를 유한요소해석을 통하여 확인함으로써 본 타설공정의 해석에 필요한 주요 인자를 결정하였다. 유한요소해석은 Fig.
온풍양생면의 대기온도는 30±2℃로 유지하였고, 천막양생 내부온도는 15±1℃로 관리하였다. 서로 다른 양생조건의 도입은 Mock-up시험체의 콘크리트 타설 후 2.0hr 후에 PE필름을 시험체 상면에 도포하였고, 동일 상면에 4.0hr시간 후 보온포 양생을 도입하였다. 이는 초기 수화반응으로 인한 온도냉각을 완화시키는 것과 더불어 외기노출로 인한 상면부분의 수분증발을 차단하는 효과가 있어 상면의 초기균열 방지에 도움이 될 수 있다.
이 부상식 반력매스 기초는 구동 시발생하는 진동을 충분히 감쇠할 정도로 상대적으로 매우 큰 반력매스 규모와 일부 발생할 수 있는 여진동을 차단하는 공기스프링으로 구성되어 있다. 이를 위해 최대시편 중량과 진동대 기계장비/유압부속품 중량에 약 31배 크기인 14,210kN(568.4m3)의 콘크리트 반력매스를 진동대 하단에 설치하였다. 대형 콘크리트 추가 달린 육면체 보와 이를 지지하는 중공형 받침기초는 시공상 그 규모가 커서 분리타설을 기본으로 하여야 하며 상시 진동을 받는 구조물이므로 기본적인 수화열 및 온도균열제어가 필수적이다.
이전 절에서 Mock-up실험을 통하여 두 가지 일반적이지만 중요한 결론을 얻었다. 첫째로, 수화발열시 거푸집면 및 상단 개방면에서의 온도경사를 낮추기 위해 콘크리트 타설후 2~4시간이내에 PE필름과 양생포을 덮고 6시간이내에 온풍양생을 실시하며, 전체 PIT를 완전히 덮는 천막지 양생을 계획 및 실시하였다.
콘크리트 타설온도와 거푸집, 온풍, PE필름, 양생포 등의 서로 다른 양생조건에 관한 온도발열 함수계수, 대류경계계수의 도출과 최적 거푸집 제거시기, 탈형 후 온도충격 완화를 목적으로 Mock-up실험을 수행하였다. 총 6차에 걸쳐 본 매스 콘크리트가 분리타설되었고 해석과 계측이 병행되었다. 결과적으로 온도균열은 1~6차까지 발생하지 않았으나 현행 콘크리트 시방서의 매스콘크리트편에서 제시하고 있는 온도균열지수 계산식인 간이식, 정밀식이 모두 균열발생확률에 있어 높은 가능성을 나타내고 있었다.
총 중량 14,210kN과 568.4m3 체적을 갖는 매스콘크리트인 부상식 기초의 콘크리트 타설시 발생할 수 있는 수화발열 및 냉각으로 인한 온도균열 발생을 대비하기위해, 본 부상식 기초타설 전에 Photo 1과 Fig. 2에서와 같이 한 변의 길이가 1.5m인 정육면체의 Mock-up 시험체를 대상으로 양생시간에 따른 시험체 내부의 온도변화와 양생조건 간의 상호 관계를 관찰하였다.
이는 초기 양생조건의 조치사항이 매우 중요함을 나타내는 내용이다. 최대온도 도달 후 냉각과정이 진행될 때 양생조건 해제 및 거푸집 제거시기를 결정하기 위해 타설 후 96hr후 천막양생조건 해제하였고, 온풍양생면의 온풍원을 120hr에 제거, 전체 거푸집을 144hr에 제거한 후 표면온도 변화추이을 관찰하였다. 이는 거푸집제거로 인해 콘크리트 표면이 대기에 노출됨으로서 냉각이 가속되어 심부와 온도경사가 상대적으로 증가하여 균열이 발생할 가능성이 있기 때문에 관찰이 필요하였다.
본 논문에서는 6자유도 진동대 장비의 반력매스에 해당하는 부상식 면진 매스콘크리트의 수화열 관리에 관한 실험적/해석적 결과에 대해 논의하였다. 콘크리트 타설온도와 거푸집, 온풍, PE필름, 양생포 등의 서로 다른 양생조건에 관한 온도발열 함수계수, 대류경계계수의 도출과 최적 거푸집 제거시기, 탈형 후 온도충격 완화를 목적으로 Mock-up실험을 수행하였다. 총 6차에 걸쳐 본 매스 콘크리트가 분리타설되었고 해석과 계측이 병행되었다.

대상 데이터

Mock-up시험에서는 일반 콘크리트 배합에 비해 초기 재령에서 수화열을 다소 낮출 수 있는 배합설계를 이용하였다. 설계기준강도 fck=24MPa이며, 결합재의 비율은 보통 포틀랜드시멘트와 플라이애쉬를 80:20의 비율로 혼입하였으며, 콘크리트 혼화제로는 변성 폴리카본산계의 고성능 AE 감수제 표준형을 0.1% 사용하였다. Table 1은배합 설계표를 나타낸 것이나 현장 반입된 콘크리트의 슬럼프는 150mm, 공기량 3.
본 부상식 매스콘크리트의 수화반응과 냉각시 온도이력을 유추하기 위해 Mock-up시험체의 각 대류경계조건별 온도계측결과를 유한요소해석을 통하여 확인함으로써 본 타설공정의 해석에 필요한 주요 인자를 결정하였다. 유한요소해석은 Fig. 7과 같이 Midas-Civil을 이용하여 총 2,197개 절점과 1,728개의 Solid요소로 구성하였다. 콘크리트는 보통포틀란드시멘트에 20%의 플라이애쉬를 치환하여 배합하였으며, 28일 강도는 24.
7과 같이 Midas-Civil을 이용하여 총 2,197개 절점과 1,728개의 Solid요소로 구성하였다. 콘크리트는 보통포틀란드시멘트에 20%의 플라이애쉬를 치환하여 배합하였으며, 28일 강도는 24.0MPa이다. 온도-압축강도간 강도곡선식은 a=4.
한국철도기술연구원 토목구조시험동 내에 일반 구조체, 비구조체 및 부속물의 진동 및 내진실험을 위해 4m×4m 크기의 6-자유도 진동대를 구축하였다.

성능/효과

5 이상인 경우, 균열을 방지할 수 있다고 한다. Mock-up시험체의 여러 경계조건과 단계별 양생조건의 변화(온풍양생제거, 거푸집제거 등)는 CF, CW에서 1.10~1.15로 균열발생확률이 26%, CI, TC, LC 등에서는 1.31~1.53으로 균열발생확률이 6.8%~14%로 낮게 나타났다. 이는 CI(단열조건), TC(중앙상단), LC(중앙하단)은 상대적으로 수화반응시 온도변화가 일정한 편이었고, 반면에 측면의 CF(거푸집면), CW(온풍양생면)은 상대적으로 온도변화에 민감하였다.
6과 같이 나타났다. 결과적으로 본 부상식 콘크리트 매스타설시 거푸집면과 개방면에 있어 온도관리와 거푸집 제거시기 결정이 온도균열 방지에 주요한 인자로 평가되었다.
총 6차에 걸쳐 본 매스 콘크리트가 분리타설되었고 해석과 계측이 병행되었다. 결과적으로 온도균열은 1~6차까지 발생하지 않았으나 현행 콘크리트 시방서의 매스콘크리트편에서 제시하고 있는 온도균열지수 계산식인 간이식, 정밀식이 모두 균열발생확률에 있어 높은 가능성을 나타내고 있었다. 이는 두식 공히 온도경사의 함수이나 온도경사의 계산이 부재의 최대온도 대비 표면온도와의 차이로 규정하기 때문에 부재크기나 형상에 따른 영향에 둔감하다.
0hr사이의 시험체는 온도증가에 있어 오목(concave)하게 나타나 온도경사가 상대적으로 급격함을 알 수 있다. 그러나 타설 후 6.0hr 이내에 PE필름과 양생포 도입을 통해 온도증가 양상이 오목한 증가에서 볼록한(convex) 증가형태으로 전환됨을 알 수 있다. 이는 초기 양생조건의 조치사항이 매우 중요함을 나타내는 내용이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	부상식 기초는 어떤 형식인가요?	부상식 기초는 진동대 구동으로 발생한 진동이 직접 시험동 기초에 전달되어 견고한 기초 매질을 따라 인접 시험장비나 건축물 자체에 주는 영향을 원천적으로 차단하기 위한 매달린 콘크리트 반력매스 형식(Suspended floating mass)이다. 이 부상식 반력매스 기초는 구동 시발생하는 진동을 충분히 감쇠할 정도로 상대적으로 매우 큰 반력매스 규모와 일부 발생할 수 있는 여진동을 차단하는 공기스프링으로 구성되어 있다.
	선행 Mock-up실험을 통해 이루어진 연구의 결과를 통해 무엇을 알 수 있었나요?	선행 Mock-up실험을 통하여 각각 온도이력계측과 수화열해석이 병행되었고 최선의 양생조건과 시공순서가 부여되었다. 그 결과 수화발열과 냉각시 발생가능한 온도균열은 나타나지 않았다. 그러나 현행 콘크리트 시방서 매스콘크리트편의 온도균열지수의 간이식, 정밀식 모두 낮은 범위의 지수를 나타내었다. 이는 수화열 거동 및 균열예측에 있어 온도균열 발생확률이 높은 것으로 나타나, 실제 타설경과 내용과 상이함을 알 수 있었다. 각 시공단계의 계측 및 해석결과는 대상 부재의 크기와 형상을 고려하여 부재내부를 등온도분포영역과 상대적으로 온도경사가 높은 영역으로 분리할 필요가 있음을 추정케 하였다. 결론적으로, 구조형태별 수화발열/냉각시 온도변화에 보다 민감한 특성두께를 정의하여, 현실적인 온도균열지수를 계산하는 과정과 방법이 필요하다고 사료된다.
	부상식 반력매스 기초는 어떻게 구성되어 있나요?	부상식 기초는 진동대 구동으로 발생한 진동이 직접 시험동 기초에 전달되어 견고한 기초 매질을 따라 인접 시험장비나 건축물 자체에 주는 영향을 원천적으로 차단하기 위한 매달린 콘크리트 반력매스 형식(Suspended floating mass)이다. 이 부상식 반력매스 기초는 구동 시발생하는 진동을 충분히 감쇠할 정도로 상대적으로 매우 큰 반력매스 규모와 일부 발생할 수 있는 여진동을 차단하는 공기스프링으로 구성되어 있다. 이를 위해 최대시편 중량과 진동대 기계장비/유압부속품 중량에 약 31배 크기인 14,210kN(568.

참고문헌 (16)

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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