한중 콘크리트 타설시 발생되는 초기 동해로 인한 피해를 방지하고 조강성을 향상시키기 위해 열풍기 사용을 통한 보양, 결합수와 골재의 가열 및 시멘트 사용량을 늘리는 방법, 급결제 및 촉진제를 사용하는 등 다양한 방법이 사용되고 있다. 하지만 이러한 방법은 사용상의 어려움과 에너지 소비 및 생산비의 증가에 따른 경제성 감소 등의 문제점을 가지고 있다. 이중 급결제 및 촉진제의 사용은 경제적 이지만 수화 초기부터 급격하게 반응하여 급결하는 특성 때문에 작업성의 확보가 어렵다는 문제점을 가지고 있다. 이에 이 논문에서는 기존 의약 분야에서 주로 이용되는 약물의 고형 투여 형태인 정제(Tablet)화 방법을 이용하여 급결제와의 응결 시간을 비교하였고, 이 결과를 토대로 콘크리트의 물리적 특성 및 역학적 특성 시험을 실시하여 일정 시간 동안 작업이 가능하고 초기동해 방지 및 조강성이 향상 되는지 확인 하였다. 그 결과 급결제 및 타블렛의 경우 사용량이 증가 할수록 응결 시간이 줄어드는 것을 확인하였고, 콘크리트의 물리적 역학적 시험에서는 경시 변화에 대하여 Control과 비교 타블렛0.5%, 1.0%가 일정 시간 동안 작업 시간 확보가 가능함을 확인하였을 뿐만 아니라 조기 강도에서도 급결제 0.5%와 타블렛 0.5%, 1.0%가 뛰어난 조기 강도 발현 특성을 보여주었다.
한중 콘크리트 타설시 발생되는 초기 동해로 인한 피해를 방지하고 조강성을 향상시키기 위해 열풍기 사용을 통한 보양, 결합수와 골재의 가열 및 시멘트 사용량을 늘리는 방법, 급결제 및 촉진제를 사용하는 등 다양한 방법이 사용되고 있다. 하지만 이러한 방법은 사용상의 어려움과 에너지 소비 및 생산비의 증가에 따른 경제성 감소 등의 문제점을 가지고 있다. 이중 급결제 및 촉진제의 사용은 경제적 이지만 수화 초기부터 급격하게 반응하여 급결하는 특성 때문에 작업성의 확보가 어렵다는 문제점을 가지고 있다. 이에 이 논문에서는 기존 의약 분야에서 주로 이용되는 약물의 고형 투여 형태인 정제(Tablet)화 방법을 이용하여 급결제와의 응결 시간을 비교하였고, 이 결과를 토대로 콘크리트의 물리적 특성 및 역학적 특성 시험을 실시하여 일정 시간 동안 작업이 가능하고 초기동해 방지 및 조강성이 향상 되는지 확인 하였다. 그 결과 급결제 및 타블렛의 경우 사용량이 증가 할수록 응결 시간이 줄어드는 것을 확인하였고, 콘크리트의 물리적 역학적 시험에서는 경시 변화에 대하여 Control과 비교 타블렛0.5%, 1.0%가 일정 시간 동안 작업 시간 확보가 가능함을 확인하였을 뿐만 아니라 조기 강도에서도 급결제 0.5%와 타블렛 0.5%, 1.0%가 뛰어난 조기 강도 발현 특성을 보여주었다.
When concrete is worked in cold weather, the methods of using hot air, water and aggregate heating, accelerators are used to prevent early frosting and to improve early strength. But these methods raise problems such as implementation difficulty, high cost, and energy losses. Among the available col...
When concrete is worked in cold weather, the methods of using hot air, water and aggregate heating, accelerators are used to prevent early frosting and to improve early strength. But these methods raise problems such as implementation difficulty, high cost, and energy losses. Among the available cold weathering methods, accelerator method is the most economical but with the drawbacks of rapid setting and insufficient workability in the initial hydration stage. Therefore, the tablet method usually used for pharmaceutical field was applied to the accelerator method to compare the controlled reaction time of the new and old accelerator method. Based on the test results, physical and mechanical properties of concrete were tested and the possibility of delaying initial reactions to increase the total reaction time was evaluated. The results showed that when both accelerators and tablet were used, setting-time decreased. Physical properties of concrete were optimal for tablet 0.5% and 1.0%. Also, accelerator 0.5%, tablet 0.5% and 1.0% showed good early strengths.
When concrete is worked in cold weather, the methods of using hot air, water and aggregate heating, accelerators are used to prevent early frosting and to improve early strength. But these methods raise problems such as implementation difficulty, high cost, and energy losses. Among the available cold weathering methods, accelerator method is the most economical but with the drawbacks of rapid setting and insufficient workability in the initial hydration stage. Therefore, the tablet method usually used for pharmaceutical field was applied to the accelerator method to compare the controlled reaction time of the new and old accelerator method. Based on the test results, physical and mechanical properties of concrete were tested and the possibility of delaying initial reactions to increase the total reaction time was evaluated. The results showed that when both accelerators and tablet were used, setting-time decreased. Physical properties of concrete were optimal for tablet 0.5% and 1.0%. Also, accelerator 0.5%, tablet 0.5% and 1.0% showed good early strengths.
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문제 정의
기존 연구에서 급결제에 관한 연구는 숏크리트 쪽에서 연구가 진행되어 왔으며, 콘크리트 쪽으로 특히 반응 시간 조절을 위한 연구는 거의 없는 실정이다. 또한 의약 및 식품 분야에서 타블렛 형태로 제품을 출시 한바는 있지만 건설 재료 분야에서 이용한 실적은 전무한 상태로 이 연구에서는 정제(tablet)화 방법을 이용하여 기존 급결제 및 촉진제 사용 시 발생되는 문제점을 해결하여 작업 시간을 확보하고자 한다. 이를 위해 급결제의 정제화 유무 및 정제화 정도에 따라 응결 시간을 측정하였고, 이를 바탕으로 콘크리트 기초 물성 실험에 적합한 혼입률을 찾기 위하여 비교·평가하였다.
제안 방법
5%)을 결정하였다.12) 모르타르 시험 결과에 따라 기준 배합에 control 대비 급결제 0.5%와 타정 속도 60 rpm의 타블렛을 4수준(0.5%, 1.0%, 1.5%, 2.0%)으로 혼입하여 굳지 않은 콘크리트의 물성과 굳은 콘크리트의 초기 강도를 검토하였다. AE제와 고성능 감수제는 시멘트 대비 각각 0.
5) 이와 더불어 20 ± 2℃의 수중 양생을 실시 한 후 재령 3일, 7일, 28일 압축강도 시험을 실시하였으며 압축강도의 공시체에 작용되는 가속도의 크기는 0.97에 가깝기 때문에 시험으로부터 얻은 압축강도에 이를 곱하여 환산하였다.
굳지 않은 콘크리트의 작업 시간 확보가 가능한지에 대하여 일반적으로 표준화된 시험 방법인 슬럼프 시험(slump test)과 공기량 시험(air contents test)을 실시하였다. 또한 이 시험들을 통해 각 배합의 30분, 60분 경과 시간 변화에 대하여 오차 범위 내에서 만족하는지에 대하여 평가하였다.
또한 일반 콘크리트에 정제된 급결제를 혼입하여 그에 따른 기초 물성 시험과 초기 강도를 측정하였다. 따라서 이와 같은 실험을 통해 한중 콘크리트 타설시 초기 동해 방지 및 조기 강도 발현을 증가시키는 이점이 있는 급결제를 정제함으로써 초기 반응 억제 및 반응 시간을 조절하여 작업 시간의 확보가 가능하고 이후 원하는 조기 강도 특성이 발현되는지 확인하였다.
굳지 않은 콘크리트의 작업 시간 확보가 가능한지에 대하여 일반적으로 표준화된 시험 방법인 슬럼프 시험(slump test)과 공기량 시험(air contents test)을 실시하였다. 또한 이 시험들을 통해 각 배합의 30분, 60분 경과 시간 변화에 대하여 오차 범위 내에서 만족하는지에 대하여 평가하였다.
이를 위해 급결제의 정제화 유무 및 정제화 정도에 따라 응결 시간을 측정하였고, 이를 바탕으로 콘크리트 기초 물성 실험에 적합한 혼입률을 찾기 위하여 비교·평가하였다. 또한 일반 콘크리트에 정제된 급결제를 혼입하여 그에 따른 기초 물성 시험과 초기 강도를 측정하였다. 따라서 이와 같은 실험을 통해 한중 콘크리트 타설시 초기 동해 방지 및 조기 강도 발현을 증가시키는 이점이 있는 급결제를 정제함으로써 초기 반응 억제 및 반응 시간을 조절하여 작업 시간의 확보가 가능하고 이후 원하는 조기 강도 특성이 발현되는지 확인하였다.
5로 하였다. 이 배합에 따라 급결제는 혼입률에 대한 응결 특성을 세밀히 파악하기 위하여 control 대비 14수준(0.1%, 0.2%, 0.3%, 0.4%, 0.5%, 0.6%, 0.7%, 0.8%, 0.9%, 1.0%, 1.5%, 2.0%, 2.5%, 3.0%), tablet의 경우는 급결제의 시험 결과에 따라 control 대비 5수준(0.5%, 1.0%, 1.5%, 2.0%, 2.5%)으로 혼입하였다. 이와 더불어 단발 타정기의 타정 속도를 3수준(60 rpm, 70 rpm, 80 rpm)으로 나누어서 관입 저항침에 의한 모르타르의 응결 시간을 측정하였다.
이 연구에서는 압축강도 공시체를 KS F 2403에 제시된 방법에 따라 Ø100 × 200 mm의 원주형 공시체를 각 배합에 대하여 재령별 3개씩 제작하였다.
이 연구에서는 의약 분야에서 주로 이용되는 타정법을 이용하여 급결제를 정제(tablet)화 하였고, 이를 이용하여 초기 반응의 억제 및 반응 시간을 조절하여 작업 완료시까지의 작업 시간의 확보가 가능하면서 초기 동해 방지 및 조기 강도의 발현이 가능한지에 대하여 실내 실험을 수행하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
이를 위해 급결제의 정제화 유무 및 정제화 정도에 따라 응결 시간을 측정하였고, 이를 바탕으로 콘크리트 기초 물성 실험에 적합한 혼입률을 찾기 위하여 비교·평가하였다.
5%)으로 혼입하였다. 이와 더불어 단발 타정기의 타정 속도를 3수준(60 rpm, 70 rpm, 80 rpm)으로 나누어서 관입 저항침에 의한 모르타르의 응결 시간을 측정하였다. 실험에 사용된 모르타르 배합표는 Table 3과 같다.
이 연구에서는 압축강도 공시체를 KS F 2403에 제시된 방법에 따라 Ø100 × 200 mm의 원주형 공시체를 각 배합에 대하여 재령별 3개씩 제작하였다. 조기 압축강도 측정을 위하여 동절기 보양 조건인 온도 15℃에 습도 60%로 항온 항습기에서 양생 한 후 14시간, 18시간, 24시간 압축강도 시험을 실시하였다.5) 이와 더불어 20 ± 2℃의 수중 양생을 실시 한 후 재령 3일, 7일, 28일 압축강도 시험을 실시하였으며 압축강도의 공시체에 작용되는 가속도의 크기는 0.
초결은 굳지 않은 콘크리트를 더이상 적절하게 취급/타설할 수 없을 때의 시간을 나타내고, 종결은 경화가 시작되는 시간을 나타내는데,13) 이 연구에서는 KS F 2436에서 제시된 방법에 따라 φ150 × 150 mm의 원주형 시료를 제작하였으며, 항온 항습기에서 20 ± 2℃의 온도로 양생을 한 후 경과 시간에 맞추어서 관입 저항치를 측정 하였다.
콘크리트 배합은 목표 강도 24 MPa, 슬럼프 150 mm, 공기량 4.5%로 콘크리트표준시방서에 규정된 배합설계 방법에 따라 예비 배합 시험을 실시하여 기준 배합(W/C = 52.0%, S/a = 48.5%)을 결정하였다.12) 모르타르 시험 결과에 따라 기준 배합에 control 대비 급결제 0.
대상 데이터
15 g/cm3이고, 분말도는 3,200 g/cm2이다. 골재는 경기도 양주 지역에서 생산된 부순 굵은 골재와 인천 옹진군에서 채취한 해사를 잔골재로 사용하였다. 작업 환경 확보 및 워커빌리티 조절을 위하여 폴리카르본산계인 고성능 감수제(이하 SP라 약함)를 사용하였고, 시멘트의 수화 반응을 촉진시켜 응결 시간을 단축하며 시멘트의 응결 및 수화 반응에 직접 관여하는 응결 조절용 혼화제인 분말 성상의 알루미네이트계 급결제(이하 Acc.
이 연구에 사용된 시멘트는 KS L 5201 규정에 적합한 1종 보통 포틀랜드 시멘트(이하 OPC라 약함)로 밀도는 3.15 g/cm3이고, 분말도는 3,200 g/cm2이다. 골재는 경기도 양주 지역에서 생산된 부순 굵은 골재와 인천 옹진군에서 채취한 해사를 잔골재로 사용하였다.
이 연구에서 사용된 타블렛은 분말 성상의 알루미네이트계 급결제를 국내 K사에서 생산된 단발 타정기를 이용하여 제조(이후 타블렛 또는 tablet이라 약함)하였다. 그 형상은 직경 5 mm에 길이 5 mm의 원통형 형상이며, 단발 타정기 및 분말 성상의 급결제와 단발 타정기에 의해 제조된 타블렛의 모습은 Fig.
골재는 경기도 양주 지역에서 생산된 부순 굵은 골재와 인천 옹진군에서 채취한 해사를 잔골재로 사용하였다. 작업 환경 확보 및 워커빌리티 조절을 위하여 폴리카르본산계인 고성능 감수제(이하 SP라 약함)를 사용하였고, 시멘트의 수화 반응을 촉진시켜 응결 시간을 단축하며 시멘트의 응결 및 수화 반응에 직접 관여하는 응결 조절용 혼화제인 분말 성상의 알루미네이트계 급결제(이하 Acc.라 약함)를 사용하였다. Table 2는 타블렛의 주성분인 알루미네이트계 급결제의 물리적 특성을 나타내었다.
이론/모형
이 연구에서는 KS F 2436에서 제시된 방법에 따라 φ150 × 150 mm의 원주형 시료를 제작하였으며, 항온 항습기에서 20 ± 2℃의 온도로 양생을 한 후 경과 시간에 맞추어서 관입 저항치를 측정 하였다. 또한 초결 및 종결의 응결 시간을 얻기 위하여 결과 도시 방법 중 핸드 피팅(hand-fitting)에 의한 방법을 이용하였다.14)
이 연구에서 사용한 모르타르 배합은 KS L ISO 697에서 규정한 제작 방법을 따랐으며 질량에 의한 비율은 시멘트와 모래를 1 : 3 비율로 하며, 물/시멘트 비를 0.5로 하였다. 이 배합에 따라 급결제는 혼입률에 대한 응결 특성을 세밀히 파악하기 위하여 control 대비 14수준(0.
성능/효과
1) 모르타르의 응결 시간 결과에서 급결제의 경우 혼입률이 증가할수록 초결 및 종결 시간이 줄어드는 것을 확인 하였고, 타블렛의 경우도 타정 속도에 관계없이 타블렛의 혼입률이 증가 할수록 응결 시간이 단축되는 것을 확인 할 수 있었다. 특히 타정 속도 60 rpm에서 제조된 타블렛이 우수하였으며, 이러한 결과에서 급결제와 비교하였을 때 타블렛 0.
2) 굳지 않은 콘크리트의 특성 중 슬럼프의 경우 control과 타블렛 0.5%, 타블렛 1.0%는 경시 변화에 따라 큰 변화가 없는 것을 확인 하였다. 그 외에 급결제 0.
3) 압축강도 결과에서 조기 강도는 control을 제외한 모든 배합에서 초기 동해 방지를 위한 최소 압축강도 기준인 5 MPa을 넘는 것을 확인 하였고, 특히 타블렛 0.5%와 타블렛 1.0%가 우수한 조기 강도 특성을 보였다. 또한 조기 강도 발현 이후 압축강도는 모든 조건에서 비슷한 강도치를 보이고 목표 강도인 24 MPa을 모두 만족하는 것을 확인 하였다.
4) 결론적으로, 타블렛 0.5%, 1.0%가 일정 시간 동안 작업 시간 확보가 가능하며 초기 동해 및 조기 강도 특성을 가지고 있어 한중 콘크리트에서의 적용 가능성을 확인할 수 있었다. 하지만 타블렛의 경도가 약하고 직경이 큼에 따라 믹싱 중 일부 파손되는 문제점과 모두 반응하지 못하는 문제점도 발견되어 차후 연구로 타블렛의 경도를 높이고 그 직경을 줄이는 연구가 진행되어야 한다고 판단된다.
이는 급결제나 타블렛이 공기량에는 큰 영향을 발휘하지 않는 것으로 보인다. Fig. 7을 보면 작업성 측면에서 control을 제외하고 타블렛 0.5%와 타블렛 1.0%가 경과 시간 30분, 60분에서 콘크리트 배합의 목표였던 슬럼프 150 mm와 공기량 4.5%를 오차 범위 내에서 만족하는 것을 확인 할 수 있다.
0%는 많은 양으로 인하여 믹싱 중 결합력이 약해지면서 작업 시간을 확보하지 못하고 반응을 일으킨 것으로 보인다. 공기량 시험 결과는 급결제 0.5%와 타블렛 2.0%가 약간 높은 공기량 손실을 보였지만 대체적으로 모든 배합이 공기량 오차 범위 내에서 만족하는 것을 확인하였다.
공기량의 경우 급결제 0.5%와 타블렛 2.0%가 약간 높은 공기량 손실을 보였지만 대체적으로 모든 배합이 공기량 부분에서 큰 영향이 없는 것을 확인 하였다. 이는 급결제나 타블렛이 공기량에는 큰 영향을 발휘하지 않는 것으로 보인다.
0%는 경시 변화에 따라 큰 변화가 없는 것을 확인 하였다. 그 외에 급결제 0.5%는 비빔 직후부터 슬럼프치가 낮게 측정되었으며, 타블렛 1.5%, 타블렛 2.0%은 비빔 직후의 슬럼프치는 정상치가 나왔으나 시간이 경과함에 따라 큰 변화가 발생하는 것으로 확인 되었다. 타블렛 1.
0%는 경시 변화에 따라 슬럼프가 큰 변화가 없는 것으로 나타났는데, 이는 타블렛이 일정 시간 동안 작업 시간의 확보가 가능한 것으로 판단된다. 또한 급결제 0.5%는 비빔 직후부터 슬럼프치가 낮게 측정되었고, 타블렛 1.5%, 타블렛 2.0%는 비빔 직후의 슬럼프치는 정상치가 나왔으나 경시 변화에 따라 큰 변화가 발생하는 것으로 확인되었다. 이는 급결제의 경우 초기부터 급속하게 반응하여 급결하기 때문으로 보이고,18) 타블렛 1.
0%가 우수한 조기 강도 특성을 보였다. 또한 조기 강도 발현 이후 압축강도는 모든 조건에서 비슷한 강도치를 보이고 목표 강도인 24 MPa을 모두 만족하는 것을 확인 하였다.
8을 통하여 24 hrs에서는 control을 제외한 모든 배합에서 초기 동해 방지를 위한 최소 압축강도 기준인 5 MPa을 넘는 것을 확인 하였고,12,19) 이는 급결제나 타블렛 모두 초기에 시멘트 수화 반응을 촉진시켜 응결 및 강도 발현에 도움을 준 것으로 보인다. 특히 모든 시간대에서 타블렛 0.5%와 타블렛 1.0%가 다른 배합들보다 우수한 강도 발현 특성을 보였다.
1) 모르타르의 응결 시간 결과에서 급결제의 경우 혼입률이 증가할수록 초결 및 종결 시간이 줄어드는 것을 확인 하였고, 타블렛의 경우도 타정 속도에 관계없이 타블렛의 혼입률이 증가 할수록 응결 시간이 단축되는 것을 확인 할 수 있었다. 특히 타정 속도 60 rpm에서 제조된 타블렛이 우수하였으며, 이러한 결과에서 급결제와 비교하였을 때 타블렛 0.5%와 1.0%가 비슷한 응결 시간 특성을 가지고 있어서 가장 적절하다는 것을 확인하였다.
후속연구
0%가 일정 시간 동안 작업 시간 확보가 가능하며 초기 동해 및 조기 강도 특성을 가지고 있어 한중 콘크리트에서의 적용 가능성을 확인할 수 있었다. 하지만 타블렛의 경도가 약하고 직경이 큼에 따라 믹싱 중 일부 파손되는 문제점과 모두 반응하지 못하는 문제점도 발견되어 차후 연구로 타블렛의 경도를 높이고 그 직경을 줄이는 연구가 진행되어야 한다고 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
한중 콘크리트 공사에 있어서 가장 중요한 문제는 무엇인가?
최근 콘크리트 구조물은 초고층 건물, 장대 교량, 댐 등과 같이 특수화, 대형화됨에 따라 특수 콘크리트의 연중 시공이 증가하고 있다. 특히, 한중 콘크리트 공사에 있어서 가장 중요한 문제는 굳지 않은 상태에서 콘크리트가 동결하지 않고, 초기 동해를 방지하기 위한 소정의 압축강도를 조속히 확보할 수 있도록 조치를 취하는 것이라 할 수 있다.1-3) 겨울철 한중 콘크리트의 타설시 발생되는 동해로 인한 피해를 방지하기 위해 열풍기의 사용, 결합수와 골재의 가열 등 다양한 방법이 사용되고 있으나 이러한 방법은 사용상의 어려움과 에너지 소비에 따른 경제성 감소 등의 문제점을 가지고 있어서 촉진제나 급결제를 사용하는 경우도 있지만, 급결제 및 촉진제의 경우 수화 초기부터 급격하게 반응하여 급결 함으로서 작업성의 확보가 어렵다는 문제점이 있다.
겨울철 한중 콘크리트 공사 타설시 발생되는 동해로 인한 피해를 방지하기 위해 열풍기의 사용, 결합수와 골재의 가열 등의 방법을 사용할 경우 어떤 문제가 있는가?
특히, 한중 콘크리트 공사에 있어서 가장 중요한 문제는 굳지 않은 상태에서 콘크리트가 동결하지 않고, 초기 동해를 방지하기 위한 소정의 압축강도를 조속히 확보할 수 있도록 조치를 취하는 것이라 할 수 있다.1-3) 겨울철 한중 콘크리트의 타설시 발생되는 동해로 인한 피해를 방지하기 위해 열풍기의 사용, 결합수와 골재의 가열 등 다양한 방법이 사용되고 있으나 이러한 방법은 사용상의 어려움과 에너지 소비에 따른 경제성 감소 등의 문제점을 가지고 있어서 촉진제나 급결제를 사용하는 경우도 있지만, 급결제 및 촉진제의 경우 수화 초기부터 급격하게 반응하여 급결 함으로서 작업성의 확보가 어렵다는 문제점이 있다.4-6)
겨울철 한중 콘크리트의 타설시 급결제 및 촉진제를 사용할 경우 어떤 문제가 있는가?
특히, 한중 콘크리트 공사에 있어서 가장 중요한 문제는 굳지 않은 상태에서 콘크리트가 동결하지 않고, 초기 동해를 방지하기 위한 소정의 압축강도를 조속히 확보할 수 있도록 조치를 취하는 것이라 할 수 있다.1-3) 겨울철 한중 콘크리트의 타설시 발생되는 동해로 인한 피해를 방지하기 위해 열풍기의 사용, 결합수와 골재의 가열 등 다양한 방법이 사용되고 있으나 이러한 방법은 사용상의 어려움과 에너지 소비에 따른 경제성 감소 등의 문제점을 가지고 있어서 촉진제나 급결제를 사용하는 경우도 있지만, 급결제 및 촉진제의 경우 수화 초기부터 급격하게 반응하여 급결 함으로서 작업성의 확보가 어렵다는 문제점이 있다.4-6)
참고문헌 (21)
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KS F 2436, Testing Method for Time of Setting of Concrete Mixture by Penetration Resistance, 2007, pp. 3-8.
김진철, 류종현, "숏크리트용 급결제를 첨가한 시멘트 모 르타르의 응결 및 강도 특성," 콘크리트학회 논문집, 16 권, 1호, 2004, pp. 70-78.
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