[논문]조기강도 개선형 시멘트를 사용한 콘크리트의 조기강도 발현 특성

박규연; 김용로; 김규용

doi:10.5345/jkibc.2013.13.3.227

조기강도 개선형 시멘트를 사용한 콘크리트의 조기강도 발현 특성
Early Strength Development Properties of Concrete using Early Strength Improvement Type Cement 원문보기

한국건축시공학회지 = Journal of the Korea Institute of Building Construction, v.13 no.3, 2013년, pp.227 - 234

박규연 (Department of Architectural Engineering, Chungnam National University) , 김용로 (Technology Research & Development Institute, Daelim Industrial) , 김규용 (Technology Research & Development Institute, Daelim Industrial)

초록
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본 연구에서는 3종 조강시멘트에 비해 경제성을 개선하고, 1종 보통포틀랜드시멘트에 비해 조강성능을 개선한 조기강도 개선형 시멘트를 사용한 조강콘크리트의 양생온도 및 물시멘트비에 따른 굳지 않은 콘크리트 특성 및 조기강도 발현 특성을 검토함으로써, 이를 활용한 조강콘크리트의 실용화를 위한 기초자료를 제시하고자 하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this research, early strength development performance of early strength improvement type ordinary cement which is economically feasible early strength cement(Type III), improved early strength ordinary cement(Type I), was estimated to derive minimum curing temperature and proper water to cement ratio according to cement for early strength development through examination of fresh concrete properties and compressive strength according to water to cement ratio curing $10^{\circ}C$, $15^{\circ}C$ and $20^{\circ}C$ to suggest fundamental data for practical use of early strength concrete.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 보통포틀랜드시멘트의 분말도 및 혼합재조정에 의한 조기강도 개선 효과를 검토하고, 조기강도 개선형 시멘트를 사용한 콘크리트의 양생온도 및 물시멘트비에 따른 특성을 검토함으로써 다음과 같은 결론을 얻었다.
시리즈 Ⅰ에서는 시멘트의 분말도를 4수준, 석고종류를 일반, 무수석고의 2수준, 무수석고 첨가율을 4수준으로 설정하여 이를 사용한 콘크리트의 응결시간, 슬럼프, 공기량 및 조기강도를 평가하여 최적의 성능을 발현하는 수준을 도출하고자 하였다.
시리즈 Ⅱ에서는 시리즈 Ⅰ에서 도출된 시멘트와 보통포틀랜드 시멘트 및 3종 조강시멘트로 시멘트 종류를 3수준으로 설정한 후, 물시멘트비를 3수준, 양생온도를 3수준으로 설정하여 물시멘트비 및 양생온도에 따른 조기강도 발현 특성과 양생온도에 따른 최적 배합비 도출을 위한 자료를 확보하고자 하였다.
이와 같은 배경에서 본 연구에서는 분말도 및 혼합재 조정에 의해 보통포틀랜드시멘트의 조기강도 발현 성능 개선 효과를 검토하고, 이를 통해 도출된 조기강도 개선형 시멘트를 사용한 콘크리트의 조기강도 발현 특성을 검토함으로써 향후 건축 현장에서 이를 활용한 조강콘크리트의 실용화를 위한 기초자료를 제시하고자 하였다.

제안 방법

본 연구에서 적용한 콘크리트 배합은 Table 6과 같으며, 조강 성능이 개선된 시멘트의 특성 비교를 목적으로 하여 혼화재료는 적용하지 않는 배합으로 설정하였다.
본 연구의 실험계획은 Table 1에서 보는 바와 같이 분말도 및 석고 종류, 첨가율에 따른 1종 보통포틀랜드 시멘트의 조강 성능 개선 효과를 검토하기 위한 시리즈 Ⅰ과 이를 통하여 도출된 조강성능 개선형 시멘트를 사용한 콘크리트의 조기강도 발현 특성을 검토하기 위한 시리즈 Ⅱ로 계획하였다.
석고 종류별 검토시에는 1종 보통포틀랜드시멘트 생산시 적용되는 석고 첨가량을 기준으로 하여 무수석고를 동일량 사용하였을 경우의 효과를 비교하고자 하였고, 무수석고 첨가율은 종류별 검토시 적용된 석고량을 기준으로 –0.2%～+0.4%까지 변경하여 효과를 검토하였다.
한편, 시리즈 Ⅱ에서는 공동주택 현장에서의 골조 공기기 5일 사이클을 가정하여 이에 필요한 시공성 및 조기강도 측면에서 조강 콘크리트 목표 성능을 Table 2와 같이 설정하였고, 상기 실험요인에 따른 성능을 검토하였다.

대상 데이터

또한, 콘크리트 제조시 사용한 혼화제는 국내 E사의 제품으로 Table 5와 같은 물리적 성질을 가지고 있는 폴리카르본산계 고성능감수제를 적용하였다.
본 연구에서 사용한 시멘트는 국내 S사의 제품으로서 1종 보통포틀랜드시멘트(OPC) 및 3종 조강시멘트(HSC)의 물리적 성능은 Table 3과 같다.

성능/효과

1) 시멘트의 분말도 증가에 의해 응결시간 단축 및 조기 강도 향상 효과가 확인되었으나, 슬럼프 로스 및 공기량 감소를 고려한 적정 분말도의 설정이 필요한 것으로 나타났다.
2) 혼합재로서 석고의 첨가에 따른 조기강도 개선 효과가 확인되었으며, 슬럼프 유지 성능을 고려할 경우 무수석고의 적용이 효과적인 것을 확인할 수 있었다.
3) 시멘트 종류에 따른 조기강도 발현 특성 검토 결과 15시간까지는 HSC> ESIC> OPC의 순서로 빠르게 나타났으나, 42시간 이후에는 ESIC 및 HSC의 강도 발현에는 큰 차이가 없는 것으로 나타났다.
4) 시멘트 종류에 관계없이 양생온도가 낮을수록 조기강도 발현도 저하되었으며, 양생온도가 낮을수록 조강형 시멘트의 효과가 우수한 것으로 나타났다.
5) 시멘트물비와 조기강도와의 관계를 통해 본 연구에서 목표로 설정한 15시간에서의 수직부재 탈형 강도를 고려할 경우 조강성능이 개선된 시멘트의 적용으로 약 110～180 kg/m3 정도 단위시멘트량 저감이 가능한 것으로 나타났다.
6) 분말도 및 혼합재 첨가에 의해 보통포틀랜드시멘트의 조강성능을 개선한 시멘트를 사용한 조강콘크리트의 성능 검토 결과, 우수한 조기강도 발현 효과뿐만 아니라 경제적인 배합 설계 적용이 가능한 것을 확인할 수 있었다.
OPC의 경우 양생온도 15℃에서는 물시멘트비 40%에서도 본 연구에서 설정한 목표 성능인 5MPa/15hr의 확보는 곤란한 것으로 나타났으며, 수평부재 탈형 강도 목표를 만족시키기 위해서는 물시멘트비 45% 이하로의 설정이 필요한 것으로 나타났다.
그러나 분말도 변화에 따른 슬럼프 및 공기량 시험 결과를 제시한 Figure 2에서 보는 바와 같이 분말도가 증가할수록 경과시간에 따른 슬럼프 로스가 크게 발생하는 것으로 나타났으며, 공기량도 감소하는 경향이 나타났다.
그러나 조강형 시멘트인 ESIC 및 HSC의 경우 양생온도를 15℃ 수준으로 확보할 경우 물시멘트비 50%에서도 5MPa/15hr의 확보가 가능한 것을 알 수 있으며, 물시멘트비 40%의 경우 18시간에서 수평부재 탈형 강도 목표로 설정한 14MPa 이상을 확보할 수 있는 것으로 나타났다.
또한, Figure 4는 석고 종류에 따른 슬럼프 및 공기량 변화를 나타낸 것으로서, 공기량의 경우 OPC에 비해 석고 첨가에 따라 감소되는 것으로 나타났으나, 슬럼프의 경우 석고 첨가에 따른 영향은 크지 않았으며, 특히 무수석고를 사용하는 경우 슬럼프 유지 성능 확보에도 효과적인 것을 확인할 수 있었다.
또한, 양생온도 15℃ 이상에서는 ESIC 및 HSC의 경우 목표로 설정한 5MPa/15hr의 수직부재 탈형 강도를 발현할 수 있는 것으로 나타났으며, 24시간 이후에는 수평부재의 탈형 목표 강도도 가능한 것으로 나타나 조강형 시멘트의 사용에 의한 조기강도 콘크리트 제조의 유효성을 확인할 수 있었다.
또한, 조강형 시멘트인 ESIC 및 HSC의 경우 재령 7일까지는 OPC에 비해 높은 강도를 발현하고 있으나, 재령 28일에서는 OPC와 유사한 강도를 발현하고 있어, 장기 재령에서의 강도 발현율은 다소 저하하는 것을 알 수 있었다.
석고 종류별로는 일반 석고를 사용하는 것보다는 무수석고를 사용하는 것이 응결시간 단축 및 조기강도 향상에 효과적인 것으로 나타났다.
시멘트 종류별로는 Figure 10에서 보는 바와 같이 본 연구에서 수직부재의 탈형 목표로 설정한 15시간 압축강도를 기준으로 하여 양생온도 10℃에서 OPC 대비 ESIC가 675%, HSC가 875%, 양생온도 15℃에서 ESIC가 304%, HSC가 420%, 양생온도 20℃에서 ESIC가 199%, HSC가 208%의 강도발현 성능을 보이고 있어, 양생온도가 낮을수록 조강형 시멘트의 효과가 우수한 것으로 나타났다.
양생온도 10℃에서는 본 연구에서 목표로 한 수직부재의 강도발현시기인 15시간에서 5MPa를 만족하는 시멘트는 없었으나, 시멘트 종류별로는 HSC의 조기강도 발현 성능이 가장 우수하였으며 약 16.5시간에서 수직부재 탈형 강도 확보가 가능한 것으로 나타났다.
이와 같이 슬럼프 로스가 크게 발생되고, 확보되는 공기량이 낮을 경우 실제 현장 적용시 적정한 시공성 확보를 위해 단위수량이 증가되거나, 고성능AE감수제 첨가율이 증가될 가능성이 있으며, 이에 따라 실제 확보되는 조기강도도 저하될 우려가 있으므로, 이를 고려한 적정 분말도의 설정 및 유동성 개선을 위한 조치가 필요한 것으로 확인되었다.

후속연구

4% 추가 사용시 강도발현이 오히려 저하되는 것으로 나타났다. 이는 석고의 과다 사용에 따른 응결시간 지연 등에 기인한 것으로 판단되며, 보통포틀랜드시멘트의 조기강도 개선을 위한 첨가시 적정량의 적용이 필요할 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	시멘트 종류에 따른 조기강도의 발현 특징은 어떠합니까?	3) 시멘트 종류에 따른 조기강도 발현 특성 검토 결과 15시간까지는 HSC> ESIC> OPC의 순서로 빠르게 나타났으나, 42시간 이후에는 ESIC 및 HSC의 강도 발현에는 큰 차이가 없는 것으로 나타났다.
	콘크리트의 조기강도를 확보하기 위한 방안으로는 어떠한 것들이 있습니까?	콘크리트의 조기강도를 확보하기 위한 방안으로서는 배합 측면에서 물시멘트비를 낮추거나, 단위시멘트량을 증가시키고[8,9], 촉진형 고성능감수제를 적용시키는 방법[4,5]이 주로 검토되고 있으며, 실제 현장 적용 사례도 증가되고 있다. 그러나 이와 같은 방법은 실제 건축현장에서 적용시 공기단축에 요구되는 조기 강도 성능을 확보하는데 한계가 있거나, 또는 제조비용이 상당히 증가되는 문제점이 제기되고 있는 상황이다.
	골조 및 마감공사에서의 공기단축에 대한 요구를 충족하기 위한 대책은 무엇입니까?	이에 따라 시스템 거푸집의 활용, 철근 선조립 공법, 경량 패널 적용, 프리캐스트 공법, 콘크리트 양생 방법 개선, 조강 콘크리트 등과 같은 다양한 공기단축 기술들이 개발되고, 현장 적용을 도모하고 있다[3].

참고문헌 (10)

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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