최근 대형 매스콘크리트 구조물의 온도균열 저감을 위해 저열 포틀랜드시멘트(LPC), 삼성분계 저발열시멘트(TBC) 및 조강형저발열시멘트(EBC)에 대한 다양한 연구와 현장적용이 이루어지고 있다. 콘크리트 구조물의 온도균열검토를 위해서는 단열온도 예측모델이 필수적이지만, 아직 많은 종류의 배합에 대한 자료가 축적되어 있지 않으며, 단열온도 상승 시험체의 용적에 따른 결과 차이가 보고되고 있다. 따라서 이 연구에서는 결합재 종류 및 단열 시험체 용적에 따른 단열온도 상승시험을 수행하고 배합별 최대 단열온도 상승양과 반응계수를 분석 제시하였다. 실험 결과, TBC 배합의 최대 단열온도 상승양($Q_{\infty}$) 및 반응계수(r)가 가장 작은 것으로 나타났다. 또한 단열 시험체 용적에 따라 $Q_{\infty}$과 r가 다르게 나타났으며, 50 l 시험체에 의한 측정 결과가 60 l보다 일정하게 높은 상관관계를 나타냈다. 이상의 상관관계를 이용하면, 6 l 시험체에 의한 결과로 50 l 시험체의 단열온도 상승양을 예측할 수 있어 현장 콘크리트 품질관리 및 기초연구단계에서 활용할 수 있을 것으로 판단된다.
최근 대형 매스콘크리트 구조물의 온도균열 저감을 위해 저열 포틀랜드시멘트(LPC), 삼성분계 저발열시멘트(TBC) 및 조강형저발열시멘트(EBC)에 대한 다양한 연구와 현장적용이 이루어지고 있다. 콘크리트 구조물의 온도균열검토를 위해서는 단열온도 예측모델이 필수적이지만, 아직 많은 종류의 배합에 대한 자료가 축적되어 있지 않으며, 단열온도 상승 시험체의 용적에 따른 결과 차이가 보고되고 있다. 따라서 이 연구에서는 결합재 종류 및 단열 시험체 용적에 따른 단열온도 상승시험을 수행하고 배합별 최대 단열온도 상승양과 반응계수를 분석 제시하였다. 실험 결과, TBC 배합의 최대 단열온도 상승양($Q_{\infty}$) 및 반응계수(r)가 가장 작은 것으로 나타났다. 또한 단열 시험체 용적에 따라 $Q_{\infty}$과 r가 다르게 나타났으며, 50 l 시험체에 의한 측정 결과가 60 l보다 일정하게 높은 상관관계를 나타냈다. 이상의 상관관계를 이용하면, 6 l 시험체에 의한 결과로 50 l 시험체의 단열온도 상승양을 예측할 수 있어 현장 콘크리트 품질관리 및 기초연구단계에서 활용할 수 있을 것으로 판단된다.
To secure the thermal crack resistance of mass concrete, researches and the field applications of low heat portland cement (LPC), ternary blended cement (TBC) which is produced by blending ordinary portland cement with blast furnace slag and fly ash, and early strength low heat blended cement (EBC) ...
To secure the thermal crack resistance of mass concrete, researches and the field applications of low heat portland cement (LPC), ternary blended cement (TBC) which is produced by blending ordinary portland cement with blast furnace slag and fly ash, and early strength low heat blended cement (EBC) increased in recent years. Although the model for adiabatic temperature rise is necessary for estimating the risk of thermal cracking of concrete structures, sufficient data have not been accumulated for these mixtures. In addition, the differences in adiabatic test results have been reported for the volume of test specimens. Therefore, the present study evaluated the characteristics of adiabatic temperature rise based on the type of binder and the volume of the adiabatic test specimen. Test results indicated that the maximum temperature rise ($Q_{\infty}$) and the reaction factor (r) of TBC were the lowest. Test results also showed that $Q_{\infty}$ and r changed with respect to the volume of test specimen. $Q_{\infty}$ and r obtained from 6l equipment were lower than those of 50l equipment. Therefore, corrections with respect to this phenomenon was confirmed and the corrections factors are presented.
To secure the thermal crack resistance of mass concrete, researches and the field applications of low heat portland cement (LPC), ternary blended cement (TBC) which is produced by blending ordinary portland cement with blast furnace slag and fly ash, and early strength low heat blended cement (EBC) increased in recent years. Although the model for adiabatic temperature rise is necessary for estimating the risk of thermal cracking of concrete structures, sufficient data have not been accumulated for these mixtures. In addition, the differences in adiabatic test results have been reported for the volume of test specimens. Therefore, the present study evaluated the characteristics of adiabatic temperature rise based on the type of binder and the volume of the adiabatic test specimen. Test results indicated that the maximum temperature rise ($Q_{\infty}$) and the reaction factor (r) of TBC were the lowest. Test results also showed that $Q_{\infty}$ and r changed with respect to the volume of test specimen. $Q_{\infty}$ and r obtained from 6l equipment were lower than those of 50l equipment. Therefore, corrections with respect to this phenomenon was confirmed and the corrections factors are presented.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
따라서 이 연구에서는 결합재 종류 및 단열 시험체 용적이 콘크리트 단열온도 상승양에 미치는 영향을 검토하여 향후 매스콘크리트 연구단계 또는 현장 품질관리에서 기초자료로 제시하고자 하였다.
가설 설정
9와 같이 단열온도 상승시험 장비는 콘크리트 중심부의 온도상승을 센서에 의해 계측하고 외측용기를 가열함으로써 단열 조건을 모사한다. 콘크리트 내부에 결합재와 골재가 균일하게 혼합되어 있다고 가정하고, 단열 제어가 완벽하다면 콘크리트의 온도는 전체적에 걸쳐 균일하게 나타날 것이다. 그러나 단열기기 외측 용기의 온도를 중앙부와 실시간으로 동일하게 제어한다는 것은 온도 측정 및 제어 오차로 인하여 불가능하다.
제안 방법
40%인 25 mm 부순골재를 사용하였다. OPC 배합은 비중 1.20인 나프탈렌계 표준형 AE감수제를 사용하였으며, LPC, TBC, EBC 배합은 비중 1.05인 폴리카르본산계 고성능 감수제를 사용하였다.
Table 1은 결합재 종류 및 단열 시험체 용적에 따른 콘 크리트 단열온도 상승양을 검토하기 위한 실험계획이다. 결합재 종류는 OPC, LPC, TBC, EBC를 사용하였으며, 콘크리트의 단위결합재량은 300, 400, 500 kg/m3로 3수준으로 하였다. 또한 배합수를 포함한 각각의 원재료는 20oC항온실에 보관하여 콘크리트의 타설온도를 일정하게 맞추어 실험을 실시하였다.
결합재 종류는 OPC, LPC, TBC, EBC를 사용하였으며, 콘크리트의 단위결합재량은 300, 400, 500 kg/m3로 3수준으로 하였다. 또한 배합수를 포함한 각각의 원재료는 20oC항온실에 보관하여 콘크리트의 타설온도를 일정하게 맞추어 실험을 실시하였다. 목표 슬럼프는 150±25 mm, 목표 공기량은 4.
목표 슬럼프는 150±25 mm, 목표 공기량은 4.5±1.5%로 각각 설정하였으며, 이를 만족 하는 범위에서 화학혼화제의 양을 조절하여 투입하였다.
실험항목으로는 6 l 및 50 l 단열 시험체 용적에 따른 콘크리트 단열온도 상승시험을 실시하여 최대 단열온도 상승양(Q∞) 및 반응계수(r)를 구하였다.
) 및 반응계수(r)를 구하였다. 이를 통하여 배합별 단열 시험체 용적에 따른 결과값의 상관관계를 검토하였다.
콘크리트 배합은 Fig. 1과 같은 two-shaft twin mixer를 사용하였으며, 결합재와 골재를 투입하고 30초간 건비빔을 실시한 후, 물과 화학혼화제를 투입하고 90초간 비빔을 실시하였다.
콘크리트의 단열온도 상승시험은 Fig. 2와 같은 일본의 T사 장비를 사용하여 실시하였다. 콘크리트가 단열 상태를 유지할 수 있도록 열량을 공급하는 장비 본체는 Fig.
대상 데이터
Table 2는 이 연구에 사용된 각 재료의 물리·화학적 특성이다. LPC는 국내 S사 제품을, OPC, TBC, EBC는 국내 H사의 제품을 사용하였다. 잔골재는 표건밀도 2.
LPC는 국내 S사 제품을, OPC, TBC, EBC는 국내 H사의 제품을 사용하였다. 잔골재는 표건밀도 2.59, 흡수율 1.57%인 강모래를 사용하였고, 굵은골재는 조립율 7.06, 흡수율 0.40%인 25 mm 부순골재를 사용하였다. OPC 배합은 비중 1.
성능/효과
1) 결합재 종류에 따른 단열온도 상승시험 결과, Q∞은 EBC 배합이, r는 TBC 배합이 가장 작은 것으로 나타났다.
2) 모든 배합에서 Q∞은 단위결합재량에 비례하여 증가하였으며, LPC 배합을 제외한 모든 배합이 유사한 기울기를 나타내었다.
3) 모든 배합에서 6 l 시험체가 50 l 시험체에 비해 Q∞ 과 r가 작은 것으로 나타났다.
4) 50 l 시험체는 6 l 시험체에 비해 상대적으로 Q∞은 약 21%, r는 약 14% 높은 결과를 보였다.
수화열 해석 결과에 영향을 미치는 요인으로는 콘크리트의 단열온도 상승양, 열 전달률, 비열, 대류계수, 콘크리트 온도, 외기온도 등이 있다.5) 특히 콘크리트 단열온도 상승양은 수화열 해석 결과에 현저한 영향을 미친다.
이는 매스콘크리트 적용시 내외부 온도차 발생을 크게 유발할 수 있으므로 사용에 주의가 필요할 것으로 판단된다. LPC, TBC, EBC 배합은 단위결합재량 상승에 따른 r 상승 기울기가 유사하지만, TBC 배합의 r가 가장 작은 것으로 나타났다.
r의 경우 모든 단위결합재량에서 OPC, EBC, LPC, TBC 배합 순으로 크게 나타나, 콘크리트의 단열온도 상승 반응계수는 TBC 배합이 가장 작은 것으로 나타났다. 특히 이 가장 작게 나타난 EBC 배합은 TBC 배합보다 r가 20.
r의 경우도 모든 결합재별 배합에서 단위결합재량이 증가할수록 커지는 경향으로 나타났다. 특히 OPC 배합은 단위결합재량 증가에 따른 r 상승이 상대적으로 가파르게 나타났다.
모든 결합재별 배합에서 단위결합재량이 증가함에 따라 Q∞도 커지는 경향으로 나타났다.
모든 단위결합재량에서 OPC, LPC, TBC, EBC 배합 순으로 Q∞가 큰 것으로 나타났다.
특히 LPC 배합은 단위결합재량 증가에 따른 Q∞ 증가량이 상대적으로 크게 나타났지만, OPC, TBC, EBC는 단위결합재량이 증가함에 따른 Q∞ 증가량이 비교적 일정하게 나타났다.
r의 경우 모든 단위결합재량에서 OPC, EBC, LPC, TBC 배합 순으로 크게 나타나, 콘크리트의 단열온도 상승 반응계수는 TBC 배합이 가장 작은 것으로 나타났다. 특히 이 가장 작게 나타난 EBC 배합은 TBC 배합보다 r가 20.7~51.8% 크게 측정되었다. 최근 건설현장에서 공기단축을 목적으로 EBC를 결합재로 사용하여 조기강도를 확보하는 사례가 빈번한데, TBC에 비해 r가 크기 때문에 사전에 충분한 검토를 통한 결합재 선택이 필요할 것으로 판단된다.
후속연구
5) 이상의 단열 시험체 용적에 따른 상관관계를 이용하면, 6 l 시험체에 의한 결과로 50 l 시험체의 단열온도 상승양을 예측할 수 있어, 현장 콘크리트 품질관리 및 기초 연구단계에서 참고자료로 활용할 수 있을 것으로 판단된다.
6) 향후 단열 시험체 용적에 따른 열손실을 이론적으로 추정하는 연구 및 다양한 결합재에 대한 단열온도 상승식을 제시하는 연구가 필요할 것으로 판단된다.
이상의 상관관계를 이용하면, 50 l와 6 l 시험체를 혼용 하여 품질관리를 하는 경우 혹은 기초 연구단계에서, 비교적 시험이 간편한 6 l 시험체에 의한 결과로 단열온도 상승양을 예측하는 참고자료로 활용할 수 있을 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
온도응력에 의한 균열은 무엇에 의해 사전에 검토할 수 있는가?
매스콘크리트 구조물은 콘크리트 타설 후 양생초기에 발생하는 내·외부 온도차 또는 온도하강에 의해 유발된 외부구속이 온도응력을 야기하므로 구조물에 유해한 균열을 발생시킬 수 있다.1-4) 온도응력에 의한 균열은 매스콘크리트의 설계 및 타설 계획단계에서 수화열 해석에 의해 사전에 검토할 수 있다. 수화열 해석 결과에 영향을 미치는 요인으로는 콘크리트의 단열온도 상승양, 열 전달률, 비열, 대류계수, 콘크리트 온도, 외기온도 등이 있다.
4종 저열포틀랜드시멘트를 결합재로 사용하는 연구와 현장 적용이 활발히 이루어지는 이유는 무엇인가?
현행 콘크리트 표준시방서 제18장 매스콘크리트 편에는 보통, 중용열, 조강, 고로슬래그 및 플라이애쉬 시멘트 배합의 단열온도 상승양을 추정할 수 있도록 표준값이 제시되어 있다.2) 그러나 최근 대형 토목구조물의 경우 부재가 크고 1회 타설되는 콘크리트 양이 많기 때문에 시방서에 제시되어 있는 결합재만을 사용하여 수화열에 의한 온도균열을 제어하기에 한계가 있다. 이에 대한 대책의 일환으로 4종 저열포틀랜드시멘트(low heat portland cement: LPC)를 결합재로 사용하는 연구와 현장 적용이 활발히 이루어지고 있다.
수화열 해석 결과에 영향을 미치는 요인에는 무엇이 있는가?
1-4) 온도응력에 의한 균열은 매스콘크리트의 설계 및 타설 계획단계에서 수화열 해석에 의해 사전에 검토할 수 있다. 수화열 해석 결과에 영향을 미치는 요인으로는 콘크리트의 단열온도 상승양, 열 전달률, 비열, 대류계수, 콘크리트 온도, 외기온도 등이 있다.5) 특히 콘크리트 단열온도 상승양은 수화열 해석 결과에 현저한 영향을 미친다.
참고문헌 (15)
Kang, S. H., Jeong, H. J., and Park, C. L., "Evaluation on the External Restraint Stress in Mass Concrete," Journal of the Korea Concrete Institute, Vol. 8, No. 5, 1996, pp. 111- 122.
Korea Concrete Institute, Standard Concrete Specification- Chapter 18 Mass Concrete, Kimoondang Publishing Company, Seoul, Korea, 2009, pp. 202-216.
Baek, D. L. and Kim, M. S., "Application of Heat Pipe for Hydration Heat Control of Mass Concrete," Journal of the Korea Concrete Institute, Vol. 20, No. 2, 2008, pp. 157-164.
Cha, S. W. and Jang, B. S., "Thermal Stresses of Roller Compacted Concrete Dam Considering Construction Sequence and Seasonal Temperature," Journal of the Korean Society of Civil Engineering, Vol. 28, No. 6A, 2008, pp. 881-891.
Yoon, D. Y., Yang, O. B., and Min, C. S., "Finite Element Analysis on Heat of Hydration with Reinforcing Steel Bars," Journal of the Korea Concrete Institute, Vol. 17, No. 1, 2005, pp. 43-49.
Lee, K. C., Cho, J. W., Jung, S. H., and Kim, J. J. H., "Study on Hydration Heat of Blended Belite Binder," Journal of the Korea Concrete Institute, Vol. 23, No. 2, 2011, pp. 145- 150. (doi: http://dx.doi.org/10.4334/JKCI.2011.23.2.145)
Kwon, Y. H., "Optimum Mix Proportion of the High Strength and Self Compacting Concrete Used Above-Ground LNG Storage Tank," Journal of the Korea Concrete Institute, Vol. 23, No. 1, 2011, pp. 99-107. (doi: http://dx.doi.org/10.4334/ JKCI.2011.23.1.099)
Park, C., Kim, D. S., Um, T. S., and Lee, J. R., "Manufacture standardization of High Strength Concrete to Use Moderate Heat Portland Cement," Proceedings of the Korea Concrete Institute, Vol. 20, No. 1, 2008, pp. 665-668.
Song, H. W., Lee, C. H., Lee, K. C., Kim, J. H., and Ann, K. Y., "Chloride Penetration Resistance of Ternary Blended Concrete and Discussion for Durability," Journal of the Korea Concrete Institute, Vol. 20, No. 4, 2008, pp. 439-449.
Lim, C. K., Cho, Y. G., Ha, J. H., Hyun, T. Y., and Kim, J. H., "An Experimental Study on The Resistance to Chloride Ion Penetration in High Durability Ternary Blended Concrete," Proceedings of the Korea Concrete Institute, Vol. 23, No. 2, 2011, pp. 193-194.
Shin, I. G., Ha, S. W., Kim, D. S., Kim, J. B., Cho, S. H., and Choi, Y. M., "Field Application of Concrete Using Low Heat Cement of High Early Strength," Proceedings of the Korea Concrete Institute, Vol. 23, No. 2, 2011, pp. 373-374.
Kim, M. W., Son, H. J., Kim, K. M., Park, S. J., Han, M. C., and Han, C. G., "The Effect of Composition Change of Binder on High Early Strength Low," Proceedings of the Korea Concrete Institute, Vol. 23, No. 1, 2011, pp. 325-326.
Korea Concrete Institute, Standard Concrete Specification and Commentary-Chapter 18 Mass Concrete, Kimoondang Publishing Company, Seoul, Korea, 2010, 362 pp.
Hagiwara, S., Development of High Performance Adiabatic Temperature Rise Measuring System for Long Term Measurement, Tokyo Riko Co., Ltd., 2008, pp. 21-26.
Hyun, J. Y., "Development of Experimental Equipment for Thermal Stress in Mass Concrete," M. S. Thesis, Korea Advanced Institute of Science and Technology, 2000, 60 pp.
AI-Helper
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.