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문제 정의
- 이 연구에서는 PNS계와 WF2000을 프리캐스트 콘크리트에 적용한 결과의 유효성에 대한 검토를 실시하였다. 즉, PNS계 혼화제와 국내 J사에 의해 개발된 PC계 혼화 제인 WF2000을 실내실험에 사용하여 얻어진 결과를 고찰하고 이를 국내 증기양생 프리캐스트 콘크리트 제조 공정에 적용하여 최종결과를 상압증기양생 PHC 파일과 고압증기양생 PHC 파일의 경우로 나누어 나타내었다.
가설 설정
- 고강도 PHC 파일의 제조에 있어서 기존의 PNS계 감수제를 WF2000으로 대체하여 실내실험과 공정실험을 실시하고 출하된 제품의 이력을 조사하여 품질을 확인한 결과는 다음과 같다. ① 시멘트 원단위의 절감으로 PHC 파일의 제조원가의 절감이 가능하다. ② PHC 파일의 압축강도가 상승되었다.
- ① 시멘트 원단위의 절감으로 PHC 파일의 제조원가의 절감이 가능하다. ② PHC 파일의 압축강도가 상승되었다. ③ 작업성과 성형성이 우수하여 제품의 생산성이 향상되었다.
제안 방법
- PNS계 혼화제와 WF2000의 특성을 비교하기 위한 공정실험에서는 동일한 배합에 PNS계 혼화제 대비 약 80% 의 WF2000을 사용하여 Table 1과 같이 배합하였으며 기존 PNS계 혼화제를 사용하는 제품의 생산 도중에 WF2000을 사용하고 각각의 콘크리트로 AC 파일을 생산 하였으며 강도비교를 위한 공시체를 제작하였다. 이 논문에서 사용된 혼화재는 고순도의 실리카계로 “시그마 1000”으로 불리는 증기양생용 고강도 혼화재이다.
- 공정실험과 동일한 배합비를 적용하여 WF2000을 실제생산에 사용하여 AC 파일을 생산하였다. WF2000 제품을 10톤 입고하고 혼화제 사용량을 저감하여 AC 파일을 D사의 제품생산공장 일정에 맞춰 생산하였으며 생산 제품의 작업성 및 성형성을 확인하고 공시체를 제작하여 1차 양생 및 2차 양생 후의 압축강도를 측정하였고 기존의 PNS계 혼화제 사용시의 압축강도 결과와 비교/검토 하였다.
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4.3 WF2000을 NAC 파일에 적용한 결과의 고찰
고강도 PHC 파일의 제조에 있어서 기존의 PNS계 감수제를 WF2000으로 대체하여 실내실험과 공정실험을 실시하고 출하된 제품의 이력을 조사하여 품질을 확인한 결과는 다음과 같다. ① 시멘트 원단위의 절감으로 PHC 파일의 제조원가의 절감이 가능하다.
- 공정실험과 동일한 배합비를 적용하여 WF2000을 실제생산에 사용하여 AC 파일을 생산하였다. WF2000 제품을 10톤 입고하고 혼화제 사용량을 저감하여 AC 파일을 D사의 제품생산공장 일정에 맞춰 생산하였으며 생산 제품의 작업성 및 성형성을 확인하고 공시체를 제작하여 1차 양생 및 2차 양생 후의 압축강도를 측정하였고 기존의 PNS계 혼화제 사용시의 압축강도 결과와 비교/검토 하였다.
- 공정실험을 통하여 1차 및 2차 양생 후의 압축강도 등을 비교 및 검토하고 그 결과를 바탕으로 WF2000 10톤 물량을 실제 생산에 사용하여 약 1주일간 AC 파일을 생산하였으며 다양한 문제점의 발생 여부 확인, 콘크리트의 물성, 작업성과 성형성 및 1, 2차 양생시의 파일 공시체의 강도 확인을 통하여 AC 파일의 품질을 향상시키고 원가를 절감하기 위한 방안에 대하여 검토하였다.
- 또한 공정실험의 결과를 근거로 하여 실제 PHC 파일의 제조과정에 WF2000의 적용실험을 실시하여 작업성, 압축강도, 성형성, 증기양생 후의 제조된 제품 외관 그리고 항타시 파손에 대항 저항성 등에 대하여 각각의 혼화제 사용에 따른 콘크리트 제품의 특성을 비교 및 검토하고 출하된 제품의 이력을 추적하여 항타시 품질불량 문제의 발생 여부를 확인하였다.
- 본 공정실험에서는 WF2000의 적정량을 계량하여 배치 플랜트(Batch Plant)의 배합수 계량조에 직접 투입하는 방식으로 실험을 진행하였으며 생산된 AC 파일의 제조번호를 확인하여 원심성형 이후와 탈형 후의 과정을 추적 관리하여 그 결과를 확인하였다.
- 본 연구의 결과로부터 증기양생된 콘크리트 제품에, 기존의 PNS계 고성능감수제와 비교하여, PC계 고성능감수제 WF2000을 사용하는 경우의 장점과 특성을 확인했으며 이를 정리하면 다음과 같다.
- 실내 콘크리트 실험을 통하여 WF2000은 PNS계 혼화제와 비교하여 약 125%의 높은 감수율(KS F 2560, 한국표준협회, 2007)을 나타내었으며 이와 같은 장점을 고려하여 AC파일의 제조원가 절감과 완제품의 품질개선을 위한 공정(process of construction)실험을 실시하였다. 즉, 실제 AC파일의 제조과정에 WF2000 및 PNS계 혼화제를 사용하여 굳지 않은 PHC 파일용 콘크리트를 제조하고 원심성형을 실시하여 PNS계 혼화제와 WF2000를 사용한 각각의 경우에 대한 작업성과 성형성을 확인하고 양생 및 탈형 후의 완제품의 내면과 외관을 비교하였다.
- 실내실험을 통하여 PNS계 혼화제와 비교한 WF2000 의 물성을 고려하여 콘크리트의 배합을 조정하고 그 결과를 토대로 국내 충남 지역에 소재하고 있는 T사의 프리 캐스트 PHC 파일 공장에서 NAC 방식으로 생산되는 PHC 파일의 제조원가를 절감하고 파일 제품의 품질을 개선하기 위하여 기존에 사용 중인 PNS계 감수제를 WF2000으로 대체하여 공정실험을 실시하였다.
- 예비실내실험을 통하여 단위시멘트량을 20kg/m3 줄이고 혼화제 사용량은 PNS계 혼화제의 사용량의 80%로 조정한 콘크리트 배합을 사용하였다(Table 2).
- 원심성형시에는 공시체에 콘크리트를 각각 17kg씩 정량 계량하여 투입 후, 성형을 실시하였으며 원심성형 단계는 5단계의 각각 다른 시간 동안 다른 RPM으로 구성 되었고 성형 후 1차 상압증기양생 후의 탈형 압축강도와 2차 고압증기양생 후의 압축강도를 각각 확인하였다. Fig.
- 위의 내용을 확인하기 위해 국내 전북 지역에 소재하고 있는 T사의 프리캐스트 PHC 파일 공장에서 AC방식으로 생산되는 PHC 파일의 품질을 개선하기 위하여 기존 사용 중인 PNS계 감수제 및 이를 WF2000으로 대체하여 작업성과 성형성, 외관 및 압축강도를 향상시켜 제품의 성능을 증진시키고 현장 항타 시공시에 파손에 대한 저항 성을 개선하였으며 부가적으로 원가절감을 실시하였다.
- 이 실험에서는 원심성형 후 생산설비 내의 1차 양생실과 2차 양생실에서의 양생 후, 그리고 7일 후의 각 재령별 압축강도를 측정하여 평균을 구하였으며, 그 결과는 Fig. 4와 같다.
- 이 연구에서는 PNS계와 WF2000을 프리캐스트 콘크리트에 적용한 결과의 유효성에 대한 검토를 실시하였다. 즉, PNS계 혼화제와 국내 J사에 의해 개발된 PC계 혼화 제인 WF2000을 실내실험에 사용하여 얻어진 결과를 고찰하고 이를 국내 증기양생 프리캐스트 콘크리트 제조 공정에 적용하여 최종결과를 상압증기양생 PHC 파일과 고압증기양생 PHC 파일의 경우로 나누어 나타내었다.
- 실내 콘크리트 실험을 통하여 WF2000은 PNS계 혼화제와 비교하여 약 125%의 높은 감수율(KS F 2560, 한국표준협회, 2007)을 나타내었으며 이와 같은 장점을 고려하여 AC파일의 제조원가 절감과 완제품의 품질개선을 위한 공정(process of construction)실험을 실시하였다. 즉, 실제 AC파일의 제조과정에 WF2000 및 PNS계 혼화제를 사용하여 굳지 않은 PHC 파일용 콘크리트를 제조하고 원심성형을 실시하여 PNS계 혼화제와 WF2000를 사용한 각각의 경우에 대한 작업성과 성형성을 확인하고 양생 및 탈형 후의 완제품의 내면과 외관을 비교하였다.
대상 데이터
- 이 논문에서 사용된 혼화재는 고순도의 실리카계로 “시그마 1000”으로 불리는 증기양생용 고강도 혼화재이다.
이론/모형
- 이 논문에서 사용된 혼화재는 고순도의 실리카계로 “시그마 1000”으로 불리는 증기양생용 고강도 혼화재이다. 공정실 험시에는 KS F 2454(한국표준협회, 2006)에 따라 AC 파일용 콘크리트 공시체를 종류별로 3개씩 제작하였다.
성능/효과
- 1) PNS계 혼화제는 음이온계 계면활성제의 일종으로 콘크리트용 혼화제이며 사용시에 높은 감수성능에 의해 양질의 고성능감수제 및 유동화제로 사용될수 있다.
- 1) WF2000은 조강형 PC계 혼화제를 주원료로 하여 제조된 PC계 고성능감수제로서 적은 사용량에도 제품이 가지고 있는 높은 감수율로 인해 우수한 작업성을 보이며 PHC 파일의 조기강도와 장기강도 발현에 매우 유리하다.
- 2) PC계 혼화제의 높은 감수율과 고온에서 콘크리트 응결의 촉진효과로 인하여 조기 고강도 발현에 매우 유리하며 PNS계 감수제와 비교시 상대적으로 적은 사용량으로도 우수한 분산작용을 가져 작업성의 개선 및 강도 발현이 안정적이다.
- 3) WF2000은 감수력과 유지력의 조절이 가능하여 원재료의 변동 및 환경조건의 변화에 적절한 대응이 가능한 혼a화제로 하절기의 생산성과 작업성 저하와 성형성 불량의 문제 및 동절기의 응결지연으로 인한 조기강도의 저하에 대한 문제 해결에 유리하다.
- 3) 증기양생 프리캐스트 콘크리트에서 뛰어난 조기강도를 발현한다.
- 4) 콘크리트의 표면에 곰보(Honeycomb) 현상을 저감하여 깨끗한 콘크리트 표면을 얻을 수 있다.
- 5) 슬러지 발생량이 PNS계 혼화제에 비하여 상대적으로 적어 안정적인 제품생산에 유리하다.
- WF2000 사용의 경우, 압축강도는 PNS계 혼화제의 경우와 비교하여 1일과 3일 재령에서 약 110% 이상 뛰어난 조기강도의 증진을 보여주었고 7일 재령에서의 압축강도도 PNS계 혼화제보다 높은 강도가 발현됨을 확인했다.
- WF2000을 사용한 PHC 파일의 제작시, 내공이 미려 하여 성형성을 충분히 만족하였으며 슬러지수의 발생이 PNS계 혼화제에 비하여 적어 실공정에서 생산된 파일 제품에서 슬러지층이 적거나 없으며 내공 표면에도 물결현상이 발생하지 않아 안정적인 제품의 생산이 가능한 것으로 나타났다(Fig. 8). 또한, 콘크리트의 점성이 적절하고 작업성이 우수하여 성형 작업자의 작업효율이 높아져 단위시간당 생산성이 증가하였다.
- 공정실험 및 실제현장에의 적용결과를 요약하면 다음과 같다. ① 1차 양생 후, 탈형시의 강도에서 WF2000을 사용한 AC파일의 압축강도 상승이 PNS계 혼화제와 비교하여 뚜렷이 증가하였으며, 이후 강도 증진 또한 매우 양호하였다. 따라서 추후의 연구에서는 단위시멘트량의 절감을 주요변수로 한 실험이 필요하다고 생각한다.
- ② PHC 파일의 압축강도가 상승되었다. ③ 작업성과 성형성이 우수하여 제품의 생산성이 향상되었다. ④ 외관이 미려하고 내공에 슬러지 발생과 물결현상의 발생이 적은 제품을 안정적으로 생산할 수 있다.
- 강도의 확인 결과, 1차 양생 압축강도는 PNS계 혼화제 대비 약 116% 정도로 높게 발현되었으며, 2차양생 후와 7일 재령에서도 각각 동등 이상의 강도를 확보함을 확인할 수 있었다.
- 5). 또한, AC 파일의 특성상 원심성형 중 발생되는 슬러지 양이 NAC 파일에 비하여 상대적으로 적은 편이었다.
- 8). 또한, 콘크리트의 점성이 적절하고 작업성이 우수하여 성형 작업자의 작업효율이 높아져 단위시간당 생산성이 증가하였다.
- 생산된 AC 파일 완제품의 성형성 평가에서, WF2000을 사용한 경우가 PNS계보다 파일의 내공이 보다 깨끗하여 성형성에서 충분히 만족스러웠으며 Non-Plate Type의 헤드가 없는 파일 또한 성형성에 문제가 없었고, 1차 및 2차 양생에서 파일이 부풀어 오르거나 깨어지는 현상이 발생하지 않아 안정적인 생산이 가능함을 확인하였다(Fig. 5). 또한, AC 파일의 특성상 원심성형 중 발생되는 슬러지 양이 NAC 파일에 비하여 상대적으로 적은 편이었다.
- 위의 내용을 정리하면 WF2000은 PNS계 혼화제와 비교하여 콘크리트 제조시에 우수한 감수성능을 발현하고 콘크리트의 작업성을 개선하여 제품의 생산성을 향상시키며 상압증기양생 및 고압증기양생시에 콘크리트의 조기강도가 높고 중·장기적으로도 양호한 강도를 발현하므로 우수한 물성의 프리캐스트 콘크리트 제품의 제조와 원가 절감의 실현을 가능하게 한다.
- 9는 WF2000을 사용하여 제작한 파일을 국내 L사의 인천에 소재하고 있는 건설현장에 납품하여 항타시 공한 결과를 나타내고 있다. 점검결과, 52개 파일 모두에서 파손이나 균열이 발생하지 않아 WF2000의 사용에 대 한 신뢰성을 확인할 수 있었다.
후속연구
- 4) 콘크리트는 제조공장마다 사용하는 원재료와 제품의 규격, 제조설비, 환경조건 등이 서로 다르므로 향후 더 많은 콘크리트 2차제품 제조업체에 대한 WF2000의 공정실험과 현장에의 적용을 통해 각업체의 특성에 맞는 PC계 고성능감수제의 개발이 필요하다고 생각되며 이러한 연구를 통하여 증기양생 프리캐스트 콘크리트 제품의 제조 및 생산 기술의 발전, 제품의 성능 개선과 원단위 절감, 그리고 경제성 제고가 가능할 것으로 사료된다.
- ① 1차 양생 후, 탈형시의 강도에서 WF2000을 사용한 AC파일의 압축강도 상승이 PNS계 혼화제와 비교하여 뚜렷이 증가하였으며, 이후 강도 증진 또한 매우 양호하였다. 따라서 추후의 연구에서는 단위시멘트량의 절감을 주요변수로 한 실험이 필요하다고 생각한다. ② WF2000 은 시멘트 분산능력이 높고 유지력의 조절이 가능하므로 작업성의 향상 및 문제가 되는 하절기의 작업성 개선을 기대할 수 있다.
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