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문제 정의
- 현재 다양한 양생방법들이 사용되고 있으나, 양생제를 이용한 방법이 효율적이고 비용이 적게 든다는 장점이 있다. 본 연구에서는 시멘트 콘크리트 포장의 장기적인 내구성 확보를 위하여 양생제 살포시기, 살포량, 횟수 등을 평가하는 방법과 그 기준을 정량화하고자 한다.
- ACI에서는 일반 콘크리트 배합뿐만 아니라 다양한 혼합물(플라이애시 배합, 초속경 시멘트 등)을 고려하여 1차 Fogging, 2차 양생제 살포, 3차 습윤포 양생의 절차로 규정되어 있다(ACI, 2001). 배합이 다른 콘크리트의 건조수축이나 블리딩 수의 발현정도 등이 서로 다르다는 점을 고려하여 배합별 차별화된 양생방법을 제시한 것이다. 각 주에서는 콘크리트 포장 시공 초기의 건조수축 균열방지와 장기강도의 증진을 위해 환경적 특성을 고려한 적정 양생제 살포량를 적용하고 있다.
- 본 연구에서는 수분증발량, 마모저항성 실험을 통해 양생제 살포 방법(살포시기, 살포량, 살포횟수)에 따른 콘크리트 성능평가에 대해서 연구를 하였다. 그 결과를 요약하면 다음과 같다.
제안 방법
- 본 논문의 연구 목적은 후자에 부합하기 때문에 양생제 살포에 따른 콘크리트의 성능을 평가하는 방법에 대하여 검토한 결과, 탄산화 깊이 측정, 건조수축, 반발경도, 염소이온침투저항성, 강도관련 사항, 수분증발율, 표면흡수율, 마모저항성 등 다양한 방법들이 있었다. 각 실험방법이 양생제의 효율성을 평가하기 위한 방안으로 타당한지를 검증하기위한 실내실험을 진행하였다.
- KS F 2730에 제시된 테스트해머와 시험과정을 통해 양생제의 살포시기에 대한 효과를 반발경도로 평가하였다(KS F 2730, 2008). Fig.
- 다음으로 양생제 살포량에 따른 일반 및 플라이애시콘크리트의 탄성계수, 압축강도, 휨강도를 검토하였다. 탄성계수는 비피괴시험법을 통해 얻었으며, 강도시험으로 압축강도 및 휨강도를 산출하였다.
- 다음으로 양생제 살포량에 따른 일반 및 플라이애시콘크리트의 탄성계수, 압축강도, 휨강도를 검토하였다. 탄성계수는 비피괴시험법을 통해 얻었으며, 강도시험으로 압축강도 및 휨강도를 산출하였다. Fig.
- 콘크리트 시편의 수분손실량을 평가하는 것이 양생제의 효과를 정량적으로 판단할 수 있는지를 검토하기위해 모르타르에 적용하는 KS F 2406를 시험에 적용하였다(KS F 2406, 2009). 플라스틱 몰드에 콘크리트를 2층 각 50회 다진 후 표면을 마무리하고 최초 무게를 측정한다. 정해진 시간에 양생제를 살포하되 KS F 2406를 참고하여 잔유량을 다음 Eq.
- ASTM C 1585에 제시된 콘크리트의 표면흡수율을 측정하기 위해 수분증발량을 측정한 시편으로 실시하였으며, 측정시간은 5분, 10분, 15분, 20분, 30분, 45분, 60분, 120분, 180분으로 하였다(ASTM C 1585, 2004). 실험결과, 표면흡수율은 살포량이 많을수록 적었으며, 초기에 급격히 증가하였다.
- 하지만 기존에는 회전커터 날에 의한 시험방법으로 되어 있으나, 마모가 심하게 발생하는 문제가 있다(ASTM C 944, 2005). ASTM에도 명시되어 있듯이 수명이 짧아 90분 실험 후 교체해야하는 등 콘크리트의 마모저항성을 평가하기에 문제가 있어 본 연구에서는 다이아몬드 날로 교체하여 실험하였다. 수직하중은 196.
- ASTM에도 명시되어 있듯이 수명이 짧아 90분 실험 후 교체해야하는 등 콘크리트의 마모저항성을 평가하기에 문제가 있어 본 연구에서는 다이아몬드 날로 교체하여 실험하였다. 수직하중은 196.13N(20kg)을 적용하여 1분 단위로 최대 5분간 실험하며, 마모실시 후에는 공기압축기를 활용하여 표면의 먼지를 제거한 후 무게변화를 측정한다. 다음 시험시 다이아몬드 날을 표면에 위치시킬 때 같은 자리에 맞춰지도록 주의를 기울였다.
- 다양한 시험법을 적용하여 양생제 살포 효과를 평가한 결과, 수분증발량과 마모저항성 실험이 선정되었다. 그 외 실험 방법들은 Table 2에 나타난 바와 같이 양생제 살포효과를 측정하지 못하였거나 적용하기에 문제가 있었다.
- 수분증발량은 18cm×18cm×7cm 플라스틱 몰드를 사용하여 양생제를 살포한 표면만 공기 중에 노출시킨 후 28일까지 수분증발량을 측정하였다.
- 이는 콘크리트가 아닌 모르타르에 대한 것이며, 표면에 수분이 사라질 때까지 시편을 보관한 후 양생제를 살포하는 방법으로 수분손실량을 측정하였기 때문에 콘크리트의 수분증발량에 직접 적용하기에는 한계가 있다. 따라서, 콘크리트 블리딩량을 고려한 증발량 계산 방식을 도입하였다. 본 논문의 예비실험에서 일반 및 플라이애시 배합의 블리딩량은 0.
- 국내 기준값을 고려하여 0.4ℓ/㎡의 양생제를 미살포시편 및 타설 후 15분, 30분, 45분, 60분, 90분 경과 후에 살포한 시편을 제작하였다. 성능을 평가하기 위해 앞서 검토한 수분증발량, 마모저항성 실험을 하였다.
- 4ℓ/㎡의 양생제를 미살포시편 및 타설 후 15분, 30분, 45분, 60분, 90분 경과 후에 살포한 시편을 제작하였다. 성능을 평가하기 위해 앞서 검토한 수분증발량, 마모저항성 실험을 하였다.
- 본 연구에서 마모저항성 시험은 기준은 28일 양생 후 5분 동안 시험하는 것을 기준으로 하였으나, 시험여건상 시편 당 1분 단위로 3분 동안만 마모량을 측정하였다. Fig.
- 살포량에 대한 실험에서는 살포시기를 타설 후 30분으로 고정하였으며, 살포량에 대한 변수는 미살포, 0.1ℓ/㎡, 0.3ℓ/㎡, 0.5ℓ/㎡, 0.7ℓ/㎡, 0.9ℓ/㎡ 으로 하였다. 수분증발량은 28일까지 하였으며, 마모저항성 시험은 장비를 보완하여 5분 동안 실험하였다.
- 9ℓ/㎡ 으로 하였다. 수분증발량은 28일까지 하였으며, 마모저항성 시험은 장비를 보완하여 5분 동안 실험하였다.
- 고속도로공사 전문시방서에서 살포횟수는‘종·횡방향으로 2회 이상 얼룩이 없도록 살포, 포장면의 양측면까지 양생제 살포’를 권장하고 있다(한국도로공사, 2009). 본 실험에서는 살포량 0.3ℓ/㎡, 0.4ℓ/㎡, 0.5ℓ/㎡, 0.6ℓ/㎡ 를 각각 1회 전량 살포 및 2회 분할 살포하여 일반 콘크리트에 대한 수분증발량, 마모저항성을 측정하였다. 2회 분할 살포 시 방법으로, A방법은 타설 10분 후에 살포할 양생제량의 절반을, 나머지 절반을 1차 살포후 20분 뒤에 추가 살포하는 것으로 텍사스 도로국 에서 규정하고 있는 방법이다(Texas, 2008).
이론/모형
- 건조수축 시험법의 유효성을 검토하기 위하여 일반콘크리트에 대하여 양성철이 수행한 연구에서와 같은 시편크기 및 방법을 적용하였다(KS F 2424, 2010; 양성철, 2004). 콘크리트 시편을 만든 후 초기 7일 수중양생 후 6면에서 증발이 이루어지도록 하였다 양성철연구에서는 석회암을 사용하였을 때 28일 건조수축이 470με이었는데, 본 실험에서 60분 이내에 양생제를 살포하였을 경우, 동일한 범위 이내로 나타났다.
- 양생제 살포 유무에 따른 5mm 깊이의 표면조직의 차이가 물에 녹아있는 이온들의 침투정도에 영향을 미칠 것에 착안하여 ASTM C 1202 및 KS F 2711에서 제시하는 방법을 염소이온 침투저항성을 평가하였다(ASTMC 1202, 2005 ; KS F 2711, 2012). 시험결과는 Fig.
- 콘크리트 시편의 수분손실량을 평가하는 것이 양생제의 효과를 정량적으로 판단할 수 있는지를 검토하기위해 모르타르에 적용하는 KS F 2406를 시험에 적용하였다(KS F 2406, 2009). 플라스틱 몰드에 콘크리트를 2층 각 50회 다진 후 표면을 마무리하고 최초 무게를 측정한다.
- 미국 FHWA 보고서에 따르면 마모저항은 양생에 의해 영향을 받는 유용한 실험 중의 하나로 소개하였고, ACI 308R-01에서는 양생제의 양생효율성 실험으로 효과적임을 언급하였다(FHWA, 2006; ACI, 2001). 표면 마모저항성 실험은 ASTM C 944 기준에 의거하여 실시하였다. 하지만 기존에는 회전커터 날에 의한 시험방법으로 되어 있으나, 마모가 심하게 발생하는 문제가 있다(ASTM C 944, 2005).
성능/효과
- 양생제의 성능평가 방법은 크게 양생제 자체의 특성을 평가하는 방법과 양생제가 살포된 콘크리트의 성능을 평가하는 방법 두 가지가 있다. 본 논문의 연구 목적은 후자에 부합하기 때문에 양생제 살포에 따른 콘크리트의 성능을 평가하는 방법에 대하여 검토한 결과, 탄산화 깊이 측정, 건조수축, 반발경도, 염소이온침투저항성, 강도관련 사항, 수분증발율, 표면흡수율, 마모저항성 등 다양한 방법들이 있었다. 각 실험방법이 양생제의 효율성을 평가하기 위한 방안으로 타당한지를 검증하기위한 실내실험을 진행하였다.
- 양생제 살포 유무에 따른 5mm 깊이의 표면조직의 차이가 물에 녹아있는 이온들의 침투정도에 영향을 미칠 것에 착안하여 ASTM C 1202 및 KS F 2711에서 제시하는 방법을 염소이온 침투저항성을 평가하였다(ASTMC 1202, 2005 ; KS F 2711, 2012). 시험결과는 Fig. 2와 같이 결과는 모두 2,000~4,000 Coulombs 범위로써 염소이온 침투수준은 보통이었으며, 살포량에 따른 염소이온 침투저항성은 경향이 없는 것으로 판단된다.
- 그림에서 알 수 있듯이 양생기간 3일 후와 7일 후의 수분손실량이 장 많았고 양생 14일과 28일 후에는 수분손실이 비교적 적었다. 양생제 살포시기는 타설 후 30분 전후가 수분손실량이 상대적으로 적었으며, 타설 후 90분 이후에 양생제를 살포하는 것은 큰 의미가 없었다. 본 시험 결과를 바탕으로, 수분증발량 혹은 수분증발율을 측정하는 것은 전체적으로 양생제 살포 유무 혹은 시기에 따른 효과를 평가할 수 있는 타당한 방법으로 판단된다.
- 양생제 살포시기는 타설 후 30분 전후가 수분손실량이 상대적으로 적었으며, 타설 후 90분 이후에 양생제를 살포하는 것은 큰 의미가 없었다. 본 시험 결과를 바탕으로, 수분증발량 혹은 수분증발율을 측정하는 것은 전체적으로 양생제 살포 유무 혹은 시기에 따른 효과를 평가할 수 있는 타당한 방법으로 판단된다.
- ASTM C 1585에 제시된 콘크리트의 표면흡수율을 측정하기 위해 수분증발량을 측정한 시편으로 실시하였으며, 측정시간은 5분, 10분, 15분, 20분, 30분, 45분, 60분, 120분, 180분으로 하였다(ASTM C 1585, 2004). 실험결과, 표면흡수율은 살포량이 많을수록 적었으며, 초기에 급격히 증가하였다. 하지만, FHWA에서는 수분증발량과 흡수율 사이의 관계에서 비례한다는 것을 보고하였으며, 본 실험결과에서도 Fig.
- 다음 시험시 다이아몬드 날을 표면에 위치시킬 때 같은 자리에 맞춰지도록 주의를 기울였다. 유성₩수성 콘크리트 배합에 따른 실험결과, Fig. 6과 같이 유성양생제 및 콘크리트배합에 따른 차이를 평가할 수 있는 방법 중의 하나로 판단되었다.
- 따라서, 콘크리트 블리딩량을 고려한 증발량 계산 방식을 도입하였다. 본 논문의 예비실험에서 일반 및 플라이애시 배합의 블리딩량은 0.49kg/m2과 0.3kg/m2이었다. 이를 모르타르의 수분증발량 기준에 더한 결과, 각각 1.
- 이민경은 깬모래(부순모래) 및 세척사의 조립률을 달리하여 재령 28일의 콘크리트 블록에 대하여 마모저항성(5분) 및 APT(40톤, 5만회) 실험하였다(이민경, 2011). 콘크리트 블록에 대한 APT실험 결과를 조립률과 마모량과의 관계로 살펴본 결과, 조립률 2.8의 콘크리트 블록은 마모가 거의 일어나지 않았으나, 조립률 2.2 블록은 마모가 심하게 발생하였다. 콘크리트 배합에 사용한 잔골재의 조립률이 2.
- 일반콘크리트의 경우 적용시기가 빠를수록 수분증발량이 적게 나타났으며, 플라이애시 콘크리트의 경우는 미소한 차이지만 타설 후 30분 후에 살포한 시편이 15분 후에 살포한 것보다 수분증발량이 적었다. 30분 후 살포한 시편을 기준으로 일반콘크리트는 앞에서 살펴본 수분증발량 기준 1.04kg/m2(72시간양생)을 만족하였으나, 플라이애쉬 콘크리트는 기준인 0.89kg/m2보다 약 0.1g/m2 정도 많은 것으로 평가되었다. 추가 검증실험에서 전체적인 경향은 유사하였으며, 일반콘크리트 및 플라이애시 콘크리트의 수분증발량이 타설 후 30분 정도에 가장 적은 것으로 나타났다.
- 1g/m2 정도 많은 것으로 평가되었다. 추가 검증실험에서 전체적인 경향은 유사하였으며, 일반콘크리트 및 플라이애시 콘크리트의 수분증발량이 타설 후 30분 정도에 가장 적은 것으로 나타났다.
- 여기서 5분 동안의 마모량을 예측하기 위하여 0~1분 사이의 마모량이 많기 때문에 이를 제외하고, 1~2분 및 2~3 사이의 마모량을 평균한 값을 2배하여 3분 후의 마모량에 합산하였다. 그 결과, 양생제를 살포하지 않은 구간에서 가장 많은 마모가 발생하였다. 약 30분 후에 살포한 경우는 기준값인 13.
- 11은 각각 일반 및 플라이애시 콘크리트의 살포량에 따른 수분증발량 측정 결과이다. 살포량이 많아질수록 수분증발량이 줄어드는 경향을 보였다. 특히 일반콘크리트의 경우 초기 3일 동안에 플라이애시콘크리트의 경우 초기 6일 동안에 수분증발량이 많아서 변곡점을 만드는데, 이는 초기 수분손실 방지가 중요하다는 것을 의미한다.
- 12와 같다. 미살포와 양생제를 살포했을 경우를 비교 시, 살포량이 증가함에 따라 마모저항성이 증가하는 경향이 나타났다. 일반콘크리트의 경우에는 평가기준을 통과하는 살포량은 0.
- 양생제 살포량에 대한 실험 결과를 종합하여 볼 때, 0.5ℓ/㎡ 정도 살포 시 콘크리트 양생에 효과적이라고 판단되었다.
- 본 실험은 일반콘크리트에 대해서만 수행하였다. 수분증발량 실험 결과, Fig. 13과 Fig. 14에 나타난 바와 같이 양생제 살포량이 증가할수록 시간에 따른 수분증발량은 감소하며, 3일까지는 양생제 살포량 실험에서와 같이 수분증발량이 많았다. 살포 방법이 다르더라도 전체적으로 1회 전량 살포 시보다 2회 분할 살포한 경우가 수분손실량이 적었다.
- Table 3은 살포량 및 살포방법에 대한 3일 수분손실률을 미살포 시편에 대한 상대비율로 나타낸 것이다. 모두 미살포 시편의 수분증발량의 50% 이하의 수준에 해당하였고, 2회 분할 살포한 경우가 효율적이며, B방법의 2회 살포 시 감소폭이 더 컸다. 앞서 살펴본 일반콘크리트의 살포량별 수분손실률과 비교 시, 살포량 측면에서 경향은 비슷하였다.
- 양생제 살포시편에 비하여 미살포 시편의 경우, 증발로 인해 콘크리트 표면을 충분히 양생시키지 못하였음을 의미한다. 양생제 살포량이 증가할수록 마모저항이 커져 감량이 적게 발생하였으며, 살포량을 1회 전량 살포할 경우보다 2회 분할 살포한 경우가 미미하지만 더 효과가 있는 것으로 나타났다. A방법의 마모실험 결과, 미살포시편에 대한 마모손실량은 48~71% 수준으로 나타났으며, B방법의 경우 33~53% 수준으로 나타났다.
- 양생제 살포량이 증가할수록 마모저항이 커져 감량이 적게 발생하였으며, 살포량을 1회 전량 살포할 경우보다 2회 분할 살포한 경우가 미미하지만 더 효과가 있는 것으로 나타났다. A방법의 마모실험 결과, 미살포시편에 대한 마모손실량은 48~71% 수준으로 나타났으며, B방법의 경우 33~53% 수준으로 나타났다.
- 양생제 살포 횟수에에 대한 실험 결과, 1회 살포 시 0.5ℓ/㎡를, 2회 살포 시 0.4ℓ/㎡를 B방법으로 살포하는 것이 콘크리트 양생에 효과적이라고 판단되었다.
- 1. 다양한 평가방법에 대한 검증 실험결과, 양생제의 효과를 평가하기 위한 방법으로 수분증발량, 마모저항성 실험이 타당한 것으로 나타났다.
- 2. 양생제 살포시기에 대한 실험 결과, 콘크리트 배합에 상관없이 수분증발량 및 마모저항성에서 최적 살포시기는 30분 전후가 최적이었다.
- 3. 양생제 살포량의 실험 결과, 양생제를 살포할 경우가 미살포 시편에 비하여 수분증발량이 확연히 줄어들었다. 3일 수분증발량은 일반 및 플라이애시 배합 모두 0.
- 양생제 살포량의 실험 결과, 양생제를 살포할 경우가 미살포 시편에 비하여 수분증발량이 확연히 줄어들었다. 3일 수분증발량은 일반 및 플라이애시 배합 모두 0.3ℓ/㎡ 이상 살포할 경우 미살포 시편에 대한 수분손실률이 50% 수준으로 나타났다. 증발시편을 육안관찰 시, 0.
- 5ℓ/㎡ 이상에서는 피막이 갈라지는 형상이 있었으나 전체적으로 피막을 유지하였다. 마모저항성은 살포량이 증가함에 따라 증가하는 경향이 나타났으며, 일반 콘크리트에서는 0.5ℓ/㎡ 이상에서, 플라이애시 콘크리트에서는 0.3ℓ/㎡ 이상에서 그 차이가 분명하였다.
- 4. 양생제 살포횟수에 대한 연구 결과, 수분증발량은 양생기간에 상관없이 0.3ℓ/㎡ 이상 살포 시 미살포 증발량의 50% 수준으로 나타났다. 분할살포 효과는 0.
- 5ℓ/㎡ 에 대하여 30분 1회, 50분 2회분할 살포 시 가장 크게 나타났다. 마모저항성은 0.4ℓ/㎡ 또는 0.5ℓ/㎡ 이상 살포 시 마모감량이 미살포 마모감량의 50% 수준으로 나타났다. 2회 분할 살포할 경우 1회 전량살포에 비하여 마모저항성이 증가하였으며, 타설 후 30분에 1회, 50분에 2회를 살포한 방법이 더 효과적이었다.
- 5ℓ/㎡ 이상 살포 시 마모감량이 미살포 마모감량의 50% 수준으로 나타났다. 2회 분할 살포할 경우 1회 전량살포에 비하여 마모저항성이 증가하였으며, 타설 후 30분에 1회, 50분에 2회를 살포한 방법이 더 효과적이었다.
- 양생제 살포시기에 대한 실험 결과, 플라이애시 콘크리트에서 기준을 통과하지 못했지만, 전반적으로 타설후 약 30분 전후에 양생제를 살포하는 것이 가장 효율적인 것을 알 수 있었다.
후속연구
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2. 향후 연구 방향
향후 연구에서는 수분손실률과 마모저항성 실험을 통해 도출된 결과가 현장에서와의 차이점을 검증하고 이를 개선하는 연구를 지속적으로 진행할 예정이다
. 아울러, 본 연구가 관련 실무자들이나 시행자들이 활용할 수 있도록 기준이나 지침을 개정하는 작업을 병행할 것이다.
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