최근 국내에서는 대형 및 초고층화 건축물에 대한 관심과 수요가 증가하고 있는 추세와 함께 콘크리트의 성능이 중요시 되고 있다. 이를 뒷받침하는 기술로 매스콘크리트 및 고강도 콘크리트 시공기술의 확보는 대단히 중요하다. 고강도 콘크리트의 경우 다량의 분체량에 따른 시멘트의 수화반응(hydration) 활성으로 콘크리트 내부에 높은 온도의 수화열이 발생하고 외부와 온도차로 인한 열응력의 증가 및 그로인한 균열, 슬럼프 로스현상 등의 문제점들이 많이 발생하고 있어 대책이 필요한 실정이다. 본 연구에서는 매스콘크리트 및 고강도 콘크리트의 수화열을 제어하기 위하여 혼화재의 종류와 혼입량의 변화, 배합수를 Ice-flake로 100% 대체함으로써 고강도 콘크리트의 수화열을 저감하고자 하였으며, 실험결과 콘크리트의 수화열 저감 방안으로 혼화재는 고로슬래그와 플라이 애쉬를 사용하고 배합수로 Ice-flake를 사용함으로써 콘크리트의 유동성개선 및 슬럼프로스 저감효과를 볼 수 있으며, 콘크리트 최고 온도를 크게 떨어트려 매스 콘크리트 및 고강도 콘크리트의 수화열에 의한 균열저감 및 품질향상에 크게 기여할 것으로 판단된다.
최근 국내에서는 대형 및 초고층화 건축물에 대한 관심과 수요가 증가하고 있는 추세와 함께 콘크리트의 성능이 중요시 되고 있다. 이를 뒷받침하는 기술로 매스콘크리트 및 고강도 콘크리트 시공기술의 확보는 대단히 중요하다. 고강도 콘크리트의 경우 다량의 분체량에 따른 시멘트의 수화반응(hydration) 활성으로 콘크리트 내부에 높은 온도의 수화열이 발생하고 외부와 온도차로 인한 열응력의 증가 및 그로인한 균열, 슬럼프 로스현상 등의 문제점들이 많이 발생하고 있어 대책이 필요한 실정이다. 본 연구에서는 매스콘크리트 및 고강도 콘크리트의 수화열을 제어하기 위하여 혼화재의 종류와 혼입량의 변화, 배합수를 Ice-flake로 100% 대체함으로써 고강도 콘크리트의 수화열을 저감하고자 하였으며, 실험결과 콘크리트의 수화열 저감 방안으로 혼화재는 고로슬래그와 플라이 애쉬를 사용하고 배합수로 Ice-flake를 사용함으로써 콘크리트의 유동성개선 및 슬럼프로스 저감효과를 볼 수 있으며, 콘크리트 최고 온도를 크게 떨어트려 매스 콘크리트 및 고강도 콘크리트의 수화열에 의한 균열저감 및 품질향상에 크게 기여할 것으로 판단된다.
Recently, the interest and demand for large-scale buildings and skyscrapers have been on the rise, and the performance of concrete is an area of high priority. Securing 'mass concrete and high strength concrete' is very important as a key construction technology. For high strength concrete, the high...
Recently, the interest and demand for large-scale buildings and skyscrapers have been on the rise, and the performance of concrete is an area of high priority. Securing 'mass concrete and high strength concrete' is very important as a key construction technology. For high strength concrete, the high heat of hydration takes place inside the concrete because of the vitality of hydration in cement due to the large amount of powder, and leads to problems such as an increase of thermal stress due to the temperature difference with the outside, which results in cracks and slump loss. For this reason, measures to solve these problems are needed. This study aims to reduce the hydration heat of high strength concrete to control the hydration heat of mass concrete and high strength concrete, by replacing the type of admixture, The purpose of this study is to control the hydration heat of high strength concrete and mass concrete. Our idea for this purpose is to apply not only the types and contents of admixture but also incorporation mixing water to ice-flake. As a result of the test, the use of blast furnace slag and fly ash as admixture, and the use of ice-flake as mixing water can improve the liquidity of concrete and reduce slump loss. Significantly dropping the maximum temperature will contribute greatly to reducing cracks due to hydration heat in mass concrete and high strength concrete, and improve quality.
Recently, the interest and demand for large-scale buildings and skyscrapers have been on the rise, and the performance of concrete is an area of high priority. Securing 'mass concrete and high strength concrete' is very important as a key construction technology. For high strength concrete, the high heat of hydration takes place inside the concrete because of the vitality of hydration in cement due to the large amount of powder, and leads to problems such as an increase of thermal stress due to the temperature difference with the outside, which results in cracks and slump loss. For this reason, measures to solve these problems are needed. This study aims to reduce the hydration heat of high strength concrete to control the hydration heat of mass concrete and high strength concrete, by replacing the type of admixture, The purpose of this study is to control the hydration heat of high strength concrete and mass concrete. Our idea for this purpose is to apply not only the types and contents of admixture but also incorporation mixing water to ice-flake. As a result of the test, the use of blast furnace slag and fly ash as admixture, and the use of ice-flake as mixing water can improve the liquidity of concrete and reduce slump loss. Significantly dropping the maximum temperature will contribute greatly to reducing cracks due to hydration heat in mass concrete and high strength concrete, and improve quality.
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문제 정의
따라서, 본 연구는 매스콘크리트 및 고강도 콘크리트의 수화열을 저감시키기 위하여 혼화재의 종류 및 혼입량의 변화를 주어 시멘트량 감소에 따른 수화열 저감 효과를 실험하였으며, 배합수를 Ice-flake로 대체함으로써 초기 콘크리트 온도를 저감시켜 슬럼프 로스 저감 및 고강도 콘크리트 수화열의 최고온도 저감 및 최고 온도 도달시간을 지연시키는 것을 목적으로 하였다.
본 실험에서는 Table 4와 Table 5에서 나타낸 바와 같이, 하절기의 매스콘크리트 및 고강도 콘크리트(28일 압축 강도 60~80MPa)의 슬럼프 로스 저감 및 수화열 저감대책의 검토를 목적으로, 물결합재비 30%, 잔골재율 45%, 목표 슬럼프 플로우 500±50mm, 목표 공기량 4.5%의 배합 조건으로 하였다.
본 연구는 하절기의 매스콘크리트 및 고강도 콘크리트(28일 압축강도 60~80MPa)의 슬럼프 로스 저감 및 수화열 저감대책을 검토하기 위한 연구로서, 콘크리트 혼화재(고로슬래그 분말, 플라이 애쉬)를 첨가함으로써 시멘트량 감소로 인한 수화열 저감과 배합수를 Ice-flake로 100% 대체하는 방법을 실험적으로 검토하였다. 또한 실험용 콘크리트는 슬럼프 플로우 및 슬럼프 로스 시험, 응결시험 및 56일까지의 압축강도시험, 단열온도상승시험 등을 실시한 후 그 결과를 고찰하였다.
본 연구에서는 매스콘크리트 및 고강도 콘크리트의 수화 열을 제어하기 위하여 혼화재의 종류와 혼입량의 변화, 배합수를 Ice-flake로 100% 대체함으로써 고강도 콘크리트의 수화열을 저감하고자 하였으며, 실험결과 콘크리트의 수화열 저감 방안으로 혼화재는 고로슬래그와 플라이 애쉬를 사용하고 배합수로 Ice-flake를 사용함으로써 콘크리트의 유동성개선 및 슬럼프로스 저감효과를 볼 수 있으며, 콘크리트 최고 온도를 크게 떨어트려 매스 콘크리트 및 고강도 콘크리트의 수화열에 의한 균열저감 및 품질향상에 크게 기여할 것으로 판단된다.
제안 방법
또한, 간이 단열온도 상승 실험을 위한 거푸집의 내부 크기는 800×800×800mm 크기로 제작하였다. 거푸집은 열손실을 방지하기 위하여 내부에서 복사열 차단 단열재 (6mm)를 부착한 후, 100mm 스티로폼과 합판으로 거푸집을 제작하였다. 온도의 측정은 데이터로거(MV2000)를 이용하여 측정하였으며, 측정위치는 Figure ２에 나타낸 바와 같이 중심부와 가장자리를 측정하였다.
고로슬래그 및 플라이 애쉬 치환율에 따른 굳지 않은 콘크리트의 유동성에 미치는 영향을 평가하기 위하여 콘크리트의 슬럼프 플로우 실험을 하였다. 고로슬래그 및 플라이 애쉬를 혼합한 콘크리트의 목표 슬럼프 플로우 500±50mm 를 달성하기 위하여 고성능 감수제 사용량을 0.
고로슬래그 및 플라이 애쉬를 혼합한 콘크리트의 목표 슬럼프 플로우 500±50mm 를 달성하기 위하여 고성능 감수제 사용량을 0.25∼1.19c×% 첨가하였으며, 물-분체비는 30%로 동일하게 고정하였다.
본 연구는 하절기의 매스콘크리트 및 고강도 콘크리트(28일 압축강도 60~80MPa)의 슬럼프 로스 저감 및 수화열 저감대책을 검토하기 위한 연구로서, 콘크리트 혼화재(고로슬래그 분말, 플라이 애쉬)를 첨가함으로써 시멘트량 감소로 인한 수화열 저감과 배합수를 Ice-flake로 100% 대체하는 방법을 실험적으로 검토하였다. 또한 실험용 콘크리트는 슬럼프 플로우 및 슬럼프 로스 시험, 응결시험 및 56일까지의 압축강도시험, 단열온도상승시험 등을 실시한 후 그 결과를 고찰하였다.
5%의 배합 조건으로 하였다. 또한, 보통 포틀랜드 시멘트 및 플라이 애쉬 첨가량 10, 20, 30%, 고로 슬래그 분말 첨가량 10, 30, 50%의 치환율 변화와 배합수를 얼음으로 100% 치환한 고강도 콘크리트를 제조 하여 슬럼프 플로우 및 슬럼프 로스 시험, 응결시험 및 56일까지의 압축강도시험, 단열온도상승 시험 등을 실시하였다.
본 연구에서는 수화열 저감을 위하여 일반 수도수(약 20℃)와 얼음을 분쇄한 Ice-flake를 사용하였으며, Ice-flake는 냉동 얼음을 분쇄하여 5mm이하의 얼음조각을 사용하였다.
수도수와 Ice-flake를 배합수로 사용하였으며, 슬럼프 로스 특성을 확인하기 위해 2대의 믹서를 이용하여 동일한 조건하에서 각각의 시료를 같은 속도로 천천히 믹싱하며, 매 30분 간격으로 슬럼프 플로우값을 측정하였다.
거푸집은 열손실을 방지하기 위하여 내부에서 복사열 차단 단열재 (6mm)를 부착한 후, 100mm 스티로폼과 합판으로 거푸집을 제작하였다. 온도의 측정은 데이터로거(MV2000)를 이용하여 측정하였으며, 측정위치는 Figure ２에 나타낸 바와 같이 중심부와 가장자리를 측정하였다.
매스콘크리트 및 고강도 콘크리트의 경우 부재의 크기와 다량의 분체량에 의한 콘크리트의 수화열 및 외부와의 온도 차로 인한 열응력 발생으로 콘크리트 균열이 문제시되고 있다. 이를 제어하는 방법으로 혼화재의 종류와 혼입량의 변화, 배합수를 Ice-flake로 대체함으로써 수화열을 저감하고자 한다.
대상 데이터
배합수에 따른 수화발열특성을 보기위해 혼화재별 간이단열온도 상승 실험을 통해 가장 높게 나온 BS10%와 FA20%를 선택하여 실험을 실시하였다. 수도수와 Ice-flake를 각각 배합수로 사용하였을 때 간이 단열온도 상승 실험 결과 배합초기 Ice-flake에 의해 떨어진 콘크리트 온도가 최대 상승온도에 똑같은 영향을 주어 확연한 온도 차이를 나타내었으며, OPC에서는 타설 후 22시간 만에 최고온도에 도달하였고, 다음으로 OPC-ICE, BS-ICE, FA-ICE 순으로 나타났다.
본 실험에서 사용된 시멘트는 국내 S사의 보통포틀랜드 시멘트를 사용하였으며, 그 물리적·화학적 특성은 Table １과 같다.
본 연구에 사용된 플라이 애쉬는 충남 당진 산 플라이 애쉬를 사용하였으며, 물리·화학적 성질은 Table 3과 같다.
본 연구에서는 3종 슬래그 미분말을 사용하였으며, 그 물리·화학적 성질은 Table ２에 나타낸 바와 같다
성능/효과
1) 고로슬래그 치환율에 따른 콘크리트 온도 특성으로 고로슬래그 30% 이상 치환 시 수화열 저감효과를 볼 수있었으며, 플라이 애쉬 치환 시에는 모두 OPC보다 낮은 온도를 보여 고로슬래그보다 온도 저감 효과가 큰것으로 나타났다.
2) 외기온이 높은 하절기의 배합수에 따른 유동특성으로 배합수를 Ice-flake로 대체하였을 때 일반 수도수보다 유동성이 현저히 증가하는 것으로 나타났으며, 슬럼프 로스 특성을 실험한 결과 Ice-flake에 의해 떨어진 콘크리트 온도가 상승하여 수도수와 같은 온도에 도달하는 시간은 2시간 이상 소요되며, 수도수와 온도가 같아지는 시간만큼 슬럼프 로스 저감 효과를 볼 수있었다.
3) 모든 콘크리트의 배합조건에서 콘크리트 온도특성으로 배합수를 Ice-flake로 대체 하였을 때 배합초기 얼음에 의해 떨어진 콘크리트 온도가 최대상승온도에 영향을 주어 최대 17∼20℃ 정도의 온도저하 효과를 나타내었다.
또한, Figure 5에서 보는바와 같이 OPC에서 가장 빠른 온도 상승을 보여 최고온도 도달시간 또한 가장 빨리 도달 하였다. 고로슬래그 치환율이 증가할수록 최고온도 도달시간이 확연하게 늦어지는 것을 볼 수 있었다. 고로슬래그를 혼입한 경우 수화열 저감 및 지연효과도 동시에 볼 수 있었으며, OPC와 BS50%와의 최고온도 도달시간은 약 8시간 이상 차이가 나는 것을 볼 수 있었다.
고로슬래그 치환율이 증가할수록 최고온도 도달시간이 확연하게 늦어지는 것을 볼 수 있었다. 고로슬래그를 혼입한 경우 수화열 저감 및 지연효과도 동시에 볼 수 있었으며, OPC와 BS50%와의 최고온도 도달시간은 약 8시간 이상 차이가 나는 것을 볼 수 있었다.
고로슬래그와 플라이 애쉬 혼입량에 따른 압축강도는 Figure 8~9에 나타낸 바와 같이 고로슬래그와 플라이 애쉬 혼입량이 증가할수록 초기강도는 낮아지는 경향을 보였으며, 간이 단열온도 상승 실험에서 가장 높은 온도를 보였던 고로슬래그 치환율 10%에서는 재령이 증가하여도 OPC보다 낮은 강도발현을 보였다. 플라이 애쉬보다 고로슬래그에서좀 더 높은 강도 발현을 볼 수 있었으며, BS10%를 제외한 고로슬래그와 플라이 애쉬 모두 재령이 경과할수록 OPC보다 높은 강도를 나타내었다.
또한 본 실험에서는 Ice-flake를 혼입함에 따른 초기 수 화열 저감 효과는 Ice-flake를 혼입함으로써 약 16℃정도 저감효과를 보였고, 이로 인하여 기존 OPC에 비해 최고온도 도달시간이 크게 지연되었으며, OPC-ICE의 경우 OPC 에 비해 약 12시간 지연되었으며, BS-ICE는 약 16시간, FA-ICE의 경우는 약 21시간 지연효과가 있는 것으로 나타나, Ice-flake 대체 시 수화열 저감 및 지연효과를 동시에 볼 수 있었다.
배합수에 따른 유동특성으로는 배합수를 Ice-flake로 대체하였을 경우 일반 수도수보다 유동성이 크게 증가하는 것을 확인할 수 있었으며, 슬럼프 플로우값을 500±50㎜를 기준으로 하였을 때 고성능 감수제 사용량으로 유동성을 확인한 결과 Figure 10에서 보는 바와 같이 혼합시 수도수를 Ice-flake로 대체하였을 경우 고성능 감수제 사용량이 감소하는 것을 볼 수 있으며, 고로슬래그 및 플라이 애쉬(10%)에 Ice-flake를 적용하여도 동일한 결과를 얻을 수 있었다.
배합수에 따른 수화발열특성을 보기위해 혼화재별 간이단열온도 상승 실험을 통해 가장 높게 나온 BS10%와 FA20%를 선택하여 실험을 실시하였다. 수도수와 Ice-flake를 각각 배합수로 사용하였을 때 간이 단열온도 상승 실험 결과 배합초기 Ice-flake에 의해 떨어진 콘크리트 온도가 최대 상승온도에 똑같은 영향을 주어 확연한 온도 차이를 나타내었으며, OPC에서는 타설 후 22시간 만에 최고온도에 도달하였고, 다음으로 OPC-ICE, BS-ICE, FA-ICE 순으로 나타났다.
2) 플라이 애쉬 치환율에 따른 수화발열 특성 플라이 애쉬 혼입량에 따른 간이 단열상승 온도 및 최고 온도 도달시간을 Figure 6~7에 나타내었다. 실험 결과, OPC와 비교하여 플라이 애쉬 치환율이 증가할수록 최고온도 도달시간이 지연되는 것을 확인할 수있었으며, 플라이 애쉬 혼입률 30%의 경우 OPC와 비교하여 최고온도 도달 시간은 약 4시간 차이가 났으며, 플라이 애쉬 혼입으로 인한 최고 온도도 낮아지는 것으로 나타났다. 플라이 애쉬 혼입률에 따른 수화열 및 최고온도 도달시간을 고로슬래그와 비교하였을 경우 동일 혼입률 30%에서 최고온도는 고로슬래그가 약 71.
19c×% 첨가하였으며, 물-분체비는 30%로 동일하게 고정하였다. 실험결과 Figure ３과 같이 고로슬래그와 플라이 애쉬를 혼합한 콘크리트의 경우 OPC에 비하여 혼입량이 증가할수록 고성능 감수제의 사용량 또한 감소하였으며, 동일한 혼화제의 양을 사용하였을 경우 고로슬래그와 플라이 애쉬를 혼입하지 않은 OPC의 슬럼프 플로우값보다 높게 나타나 고로슬래그와 플라이 애쉬를 혼입할 경우 유동성이 증가 하는 것을 볼 수 있었다.
실험결과, Ice-flake를 배합수로 사용하였을 경우 비빔시간 약 3분에 걸쳐 대부분의 얼음이 녹는 모습을 확인할 수 있었으며, Ice-flake 사용 시 수도수에 비해 슬럼프 플로우값은 15%~25% 정도 높게 나타났으며, 슬럼프 로스 현상을 비교한 결과, 수도수의 경우 슬럼프 플로우가 400mm에서 300mm로 100mm 낮아지는데 걸린 시간은 약 60분이 걸린데 반해, Ice-flake를 사용한 경우 슬럼프 플로우 500mm가 300mm로 200mm 낮아지는데 걸린 시간은 120분으로 나타나 일반 수도수에 비해 고강도 콘크리트의 유동성 개선 및 슬럼프 로스 저감효과는 우수한 것으로 판단된다.
이러한 결과는 Ice-flake 사용에 따른 온도 저감효과로 인하여 초기 수화반응이 억제되어 (응결지연으로 나타남) 온도가 높은 일반 수도수 배합 콘크리트에 비해 유동성이 좋아진 것으로 판단된다.
실험 결과, OPC와 비교하여 플라이 애쉬 치환율이 증가할수록 최고온도 도달시간이 지연되는 것을 확인할 수있었으며, 플라이 애쉬 혼입률 30%의 경우 OPC와 비교하여 최고온도 도달 시간은 약 4시간 차이가 났으며, 플라이 애쉬 혼입으로 인한 최고 온도도 낮아지는 것으로 나타났다. 플라이 애쉬 혼입률에 따른 수화열 및 최고온도 도달시간을 고로슬래그와 비교하였을 경우 동일 혼입률 30%에서 최고온도는 고로슬래그가 약 71.8℃, 플라이 애쉬가 약 69. 5℃를 나타내었으며, 최고온도 도달시간은 약 28시간으로 비슷한 경향을 나타내었다.
고로슬래그와 플라이 애쉬 혼입량에 따른 압축강도는 Figure 8~9에 나타낸 바와 같이 고로슬래그와 플라이 애쉬 혼입량이 증가할수록 초기강도는 낮아지는 경향을 보였으며, 간이 단열온도 상승 실험에서 가장 높은 온도를 보였던 고로슬래그 치환율 10%에서는 재령이 증가하여도 OPC보다 낮은 강도발현을 보였다. 플라이 애쉬보다 고로슬래그에서좀 더 높은 강도 발현을 볼 수 있었으며, BS10%를 제외한 고로슬래그와 플라이 애쉬 모두 재령이 경과할수록 OPC보다 높은 강도를 나타내었다. 이는 고로슬래그와 플라이 애쉬의 잠재수경성에 의한 장기강도 증진 효과에 따른 것으로 판단된다.
혼화재 종류에 따른 압축강도를 보았을 때 OPC와 고로슬래그에서는 비슷한 강도 발현을 보였고 플라이 애쉬 20%를 사용한 콘크리트 압축강도에서 가장 큰 차이를 보였다. 그러나 강도발현이 상승하고 있는 추세를 보이고 있어 장기재령으로 갈수록 동등한 강도를 나타낼 것으로 판단된다
후속연구
이상의 연구 결과를 종합하여 볼 때 콘크리트의 수화열 저감 방안으로 혼화재로는 고로슬래그와 플라이 애쉬를 사용하고 배합수로 Ice-flake를 사용함으로써 콘크리트의 유동성개선 및 슬럼프 로스 저감효과를 볼 수 있으며, 콘크리트 최고 온도를 크게 낮추어 그로 인한 열응력 감소로 매스 콘크리트 및 고강도 콘크리트의 수화열에 의한 균열저감 및 품질향상에 크게 기여할 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
분리타설 방법과 프리쿨링에 의한 방법의 문제점은?
또한, 매스콘크리트의 수화열 저감을 위해 혼화재를 사용 하는 방법은 수화열 저감의 한계가 있으며, 분리타설 방법과 프리쿨링에 의한 방법의 경우 분리 타설로 인한 구조체의 일체화가 문제시 되고 있으며, 또한 프리쿨링에 의한 방법은 제한적인 요건들을 가지고 있고 추가 시설비를 필요로 한다.
고강도 콘크리트에서 발생하는 문제점은?
이를 뒷받침하는 기술로 매스콘크 리트 및 고강도 콘크리트 시공기술의 확보는 대단히 중요하다. 그러나, 고강도 콘크리트의 경우 다량의 분체량 사용에 따른 시멘트의 수화반응 활성으로 콘크리트 내부에 높은 온도의 수화열이 발생하고 외부와의 온도차로 인한 열응력의 증가 및 균열발생, 슬럼프 로스현상 등의 문제점들이 많이 발생하고 있어 이를 해결하기 위한 많은 연구가 이루어지고 있다[1,2,3,4,5].
콘크리트의 성능을 뒷받침하는 기술은 무엇이 있는가?
최근 국내에서는 대형 및 초고층화 건축물에 대한 관심과 수요가 증가하고 있는 추세이며 이로 인하여 콘크리트의 성능이 중요시 되고 있다. 이를 뒷받침하는 기술로 매스콘크 리트 및 고강도 콘크리트 시공기술의 확보는 대단히 중요하다. 그러나, 고강도 콘크리트의 경우 다량의 분체량 사용에 따른 시멘트의 수화반응 활성으로 콘크리트 내부에 높은 온도의 수화열이 발생하고 외부와의 온도차로 인한 열응력의 증가 및 균열발생, 슬럼프 로스현상 등의 문제점들이 많이 발생하고 있어 이를 해결하기 위한 많은 연구가 이루어지고 있다[1,2,3,4,5].
참고문헌 (10)
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Chung CH, Park JH, Lee SH. Study on Precooling of Concrete Using Ice and Cooling Water. Journal of the Korea Concrete Institute. 2000 Jan;12(3):95-102.
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