[논문]콘크리트용 초지연제를 사용한 초대형 매트기초 매스콘크리트의 온도균열 저감공법

이재삼; 김대권; 한천구

doi:10.22636/mkci.2011.23.2.47

콘크리트용 초지연제를 사용한 초대형 매트기초 매스콘크리트의 온도균열 저감공법
The Reduction Method of Thermal Crack Using Super Retarder in the Mat Foundation Mass Concrete 원문보기

이재삼 ((주)렉스콘 기술연구소) , 김대권 (두산건설(주) 해운대 두산위브 더 제니스 현장) , 한천구 (청주대학교 건축공학과)

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문제 정의

서두의 문제점과 같이 초기에 타설된 콘크리트의 발열에 의해 중층부 및 상층부에 타설되는 콘크리트의 수화반응 가속화와 콘크리트 상층부 표면이 충분한 인장강도를 확보하기 전 중·하층부 콘크리트의 팽창에 의한 표면균열의 극대화를 막고, 인근민원에 의한 야간작업 중단에 따른 선·후타설 콘크리트의 부착강도를 확보하기 위하여 본 공법을 적용하였다.
뿐만 아니라 제조된 콘크리트를 산이나 바다 등 먼 거리에 있는 구조물로의 장시간 수송하거나 예기치 못한 상황으로 인한 장시간 대기할 경우 등의 대안으로 그 활용 가능성이 기대되는 재료이다. 특히 본 내용에서는 초대형 매트구조물에 적용되어진 초지연제 콘크리트의 개념과 현장적용사례를 소개하고자 한다.

제안 방법

(2) 현장으로 출발 전에 레미콘 공장에서 에지테이터 트럭 후미에서 차량 1대분으로 계량하여 준비한 플라스틱 용기로 초지연제를 투입한다.
현장 시공 관련 사항을 살펴보면 <그림 8> 및 <그림 9>에서와 같이 안전율과 현장상황을 고려하여 2단 타설 공법으로 1차 타설 콘크리트는 8시간 응결을 지연시킨 초지연 콘크리트를 타설하였으며, 상황에 따라 이동식 펌프카는 5 ∼ 6대를 설치하도록 하였다. 또한 1차 타설종료 후 약 13시간이 경과한 시점에 1차 타설된 콘크리트의 응결․경화 상태를 점검하고, 2차 타설을 실시하였다<;사진 5>.
또한 본 공법 적용 전에 현장과 유사한 최소단면 두께가 4.0 m인 실물대 실험을 실시하여 수화온도를 측정하고 60시간 경과시까지의 중심부와 표면부 온도차를 에 나타내었다.
6%, 콘크리트의 양생온도를 5 ∼ 65℃까지 변화시켜 종결시간을 측정하는 실험을 실시하였다. 실제 양생온도는 65℃를 초과하는 경우가 많지 않으므로 그 이상은 제외하고, 20℃ 표준온도 조건에서 다양한 초지연제량 변화에 따른 종결시간 경향과 초지연제 혼입률에 따른 종결시간의 변화를 실험하였다<;그림 2, 3>. 또한 초지연제 혼입률에 따른 종결시간 결정에 관한 회귀식 및 종결시간에 상응할 수 있는 초지연제 혼입률은 다음 <표 1, 2>를 통해 종결시간 계획에 정확한 초지연제 사용량을 결정할 수 있다.
0 m인 실물대 실험을 실시하여 수화온도를 측정하고 60시간 경과시까지의 중심부와 표면부 온도차를 <그림 7>에 나타내었다. 실험은 초지연 콘크리트의 지연시간을 후타설 보통 콘크리트와의 타설 시간 차이만큼을 2단계로 구분한 경우와 4단계로 세분화한 경우 그리고 기존 보통 콘크리트로 타설한 경우 3가지로 하였다.
이러한 특성의 초지연제는 콘크리트의 배합과 양생환경조건에 따른 지연시간을 확인할 필요가 있어 초지연제의 혼입률을 0 ∼ 0.6%, 콘크리트의 양생온도를 5 ∼ 65℃까지 변화시켜 종결시간을 측정하는 실험을 실시하였다.
현장 시공 관련 사항을 살펴보면 및 에서와 같이 안전율과 현장상황을 고려하여 2단 타설 공법으로 1차 타설 콘크리트는 8시간 응결을 지연시킨 초지연 콘크리트를 타설하였으며, 상황에 따라 이동식 펌프카는 5 ∼ 6대를 설치하도록 하였다.

성능/효과

(1) 실물대 실험결과 신, 구 콘크리트의 온도차 저감을 위한 타설간격을 줄여주는 개념의 초지연 콘크리트 효과는 유효한 성능을 발휘하는 것으로 판단된다.
(2) 실구조체의 온도이력 측정결과는 응결시간 지연 정도, 온도상승 경향, 최고상승온도 등에서 실물대 실험결과와 유사한 경향을 나타내어 현장적용시에도 제안된 방법의 효율성이 검증되었다.
(3) 본 공법 적용 후 타설된 매스콘크리트 타설 전체 표면을 육안으로 관찰한 결과 수화열에 의한 균열은 전혀 발견되지 않아 온도균열 저감 효과가 탁월한 것으로 사료된다.
실물대 실험 결과를 검토한 결과 4단 타설의 경우가 가장 우수한 것으로 확인되었지만 시공편이성, 경제성 및 온도차 저감 효과를 종합적으로 고려하여 현장적용은 2단 타설로 하였다.
측정결과 1단 타설의 경우는 중심부와 표면부간 온도차가 20.2℃(24시간 경과시)로 가장 크게 나타났으며, 2단 타설의 경우는 9.6℃(36시간 경과시), 4단 타설의 경우는 7.1℃(51시간 경과시)를 보여 상기에 밝힌 적용기술의 개념이 그대로 나타난 것을 확인할 수 있었다.
현장 적용결과 와 과 같이 모두 목표 온도 균열지수 0.7 이상을 확보하였으며, 중심부 최고온도 70℃ 미만을 보여 안정적인 성능을 확보한 것으로 확인되었다.

후속연구

이 때, 초지연제는 환경과 특성에 따라 첨가량을 조절함으로써 콘크리트의 응결 및 경화시간을 몇 시간 혹은 수일까지 지연시킨다. 또한 그 후의 강도발현에는 악영향을 미치지 않는 혼화제로 콘크리트를 부어넣기 할 때 이음부위의 일체화 및 매스콘크리트의 수화열 조정에 의한 균열 저감 등 다양화되는 각종 시공법에 있어 콘크리트의 품질 및 시공성 개선을 위한 한 방안으로 적용할 수 있다. 뿐만 아니라 제조된 콘크리트를 산이나 바다 등 먼 거리에 있는 구조물로의 장시간 수송하거나 예기치 못한 상황으로 인한 장시간 대기할 경우 등의 대안으로 그 활용 가능성이 기대되는 재료이다.
상기의 결과 외에도 초지연제는 폐기 처리될 수 있는 콘크리트를 재활용 할 수 있고, 운반시간 제약을 완화시켜 도서벽지 등 장거리 수송을 가능케 할 수 있을 것으로 기대되며, 기타 많은 용도로 활용이 가능할 것으로 사료된다.

핵심어

질문

논문에서 추출한 답변

콘크리트 구조물들이 초고층화 됨에 따라 매트기초는 어떻게 변화되었는가?

이렇게 건물이 초고층화가 되면 기존 중․저층 건물에 비해 상부하중이 증가하게 되고, 이것을 지지하는 기초의 크기 또한 변하게 된다. 특히 매트기초는 초고층화 됨에 따라 면적이 넓어지고 두께가 두꺼워지게 된다.

본 연구에서 콘크리트용 초지연제를 사용한 초대형 매트기초 매스콘크리트의 온도균열 저감공법의 적용원리와 제조방법을 확인하고 현장에 적용한 결과는 어떠한가?

(1) 실물대 실험결과 신, 구 콘크리트의 온도차 저감을 위한 타설간격을 줄여주는 개념의 초지연 콘크리트 효과는 유효한 성능을 발휘하는 것으로 판단된다. (2) 실구조체의 온도이력 측정결과는 응결시간 지연 정도, 온도상승 경향, 최고상승온도 등에서 실물대 실험결과와 유사한 경향을 나타내어 현장적용시에도 제안된 방법의 효율성이 검증되었다. (3) 본 공법 적용 후 타설된 매스콘크리트 타설 전체 표면을 육안으로 관찰한 결과 수화열에 의한 균열은 전혀 발견되지 않아 온도균열 저감 효과가 탁월한 것으로 사료된다. 상기의 결과 외에도 초지연제는 폐기 처리될 수 있는 콘크리트를 재활용 할 수 있고, 운반시간 제약을 완화시켜 도서벽지 등 장거리 수송을 가능케 할 수 있을 것으로 기대되며, 기타 많은 용도로 활용이 가능할 것으로 사료된다.

초지연제의 기능은 무엇인가?

이 때, 초지연제는 환경과 특성에 따라 첨가량을 조절함으로써 콘크리트의 응결 및 경화시간을 몇 시간 혹은 수일까지 지연시킨다. 또한 그 후의 강도발현에는 악영향을 미치지 않는 혼화제로 콘크리트를 부어넣기 할 때 이음부위의 일체화 및 매스콘크리트의 수화열 조정에 의한 균열 저감 등 다양화되는 각종 시공법에 있어 콘크리트의 품질 및 시공성 개선을 위한 한 방안으로 적용할 수 있다. 뿐만 아니라 제조된 콘크리트를 산이나 바다 등 먼 거리에 있는 구조물로의 장시간 수송하거나 예기치 못한 상황으로 인한 장시간 대기할 경우 등의 대안으로 그 활용 가능성이 기대되는 재료이다. 특히 본 내용에서는 초대형 매트구조물에 적용되어진 초지연제 콘크리트의 개념과 현장적용사례를 소개하고자 한다.

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