저발열형 Premixed Cement를 사용한 콘크리트의 기초물성 평가 및 수화열 해석에 관한 연구 Fundamental Evaluation and Hydration Heat Analysis of Low Heat Concrete with Premixed Cement원문보기
본 연구에서는 시멘트와 광물질혼화재인 고로슬래그미분말과 플라이애쉬를 미리 혼입한 Premixed Cement를 사용한 콘크리트와 수축저감제가 혼입된 3성분계 콘크리트, OPC 100%의 콘크리트에 대하여 기초물성 평가로 공기량, 슬럼프, 압축강도 및 건조수축 시험을 수행하고, 수화열 해석을 수행하여 Premixed Cement를 사용한 콘크리트의 현장 적용성을 검토하였다. 검토결과 Premixed Cement를 사용한 콘크리트는 목표 작업성 및 설계기준압축강도를 충분히 만족하며, 건조수축 측면에서도 수축 저감제를 혼입한 3성분계 콘크리트와 유사한 건조수축 특성을 나타내었다. 또한, 수화열 해석 결과 Premixed Cement를 사용한 콘크리트는 목표 온도균열지수를 충분히 확보할 뿐만 아니라, 수축 저감제를 혼입한 3성분계 콘크리트보다 경제성을 확보할 수 있는 방안으로 도출되었다. 향후 매스콘크리트구조물 시공에 있어 구조물의 내구성능 및 유지관리 편의성 향상을 위해 Premixed Cement를 사용한 콘크리트의 현장적용은 바람직한 것으로 판단된다.
본 연구에서는 시멘트와 광물질혼화재인 고로슬래그미분말과 플라이애쉬를 미리 혼입한 Premixed Cement를 사용한 콘크리트와 수축저감제가 혼입된 3성분계 콘크리트, OPC 100%의 콘크리트에 대하여 기초물성 평가로 공기량, 슬럼프, 압축강도 및 건조수축 시험을 수행하고, 수화열 해석을 수행하여 Premixed Cement를 사용한 콘크리트의 현장 적용성을 검토하였다. 검토결과 Premixed Cement를 사용한 콘크리트는 목표 작업성 및 설계기준압축강도를 충분히 만족하며, 건조수축 측면에서도 수축 저감제를 혼입한 3성분계 콘크리트와 유사한 건조수축 특성을 나타내었다. 또한, 수화열 해석 결과 Premixed Cement를 사용한 콘크리트는 목표 온도균열지수를 충분히 확보할 뿐만 아니라, 수축 저감제를 혼입한 3성분계 콘크리트보다 경제성을 확보할 수 있는 방안으로 도출되었다. 향후 매스콘크리트구조물 시공에 있어 구조물의 내구성능 및 유지관리 편의성 향상을 위해 Premixed Cement를 사용한 콘크리트의 현장적용은 바람직한 것으로 판단된다.
This study carried out to evaluate the hydration heat analysis and fundamental characteristics such as air content, slump, compressive strength and dry shrinkage according to concrete with premixed cement, ternary concrete and OPC concrete for using concrete with premixed cement. The results of expe...
This study carried out to evaluate the hydration heat analysis and fundamental characteristics such as air content, slump, compressive strength and dry shrinkage according to concrete with premixed cement, ternary concrete and OPC concrete for using concrete with premixed cement. The results of experiment are founded that concrete with premixed cement have sufficient performances such as workability, compressive strength and dry shrinkage. Also, the results of hydration heat analysis are founded that concrete with premixed cement have more performance than ternary concrete and OPC concrete at a point of view for the quality control such as thermal crack reducing and economic benefit. Therefore, it is desirable that concrete with premixed cement should be used to rise durability performance and convenience of maintenance.
This study carried out to evaluate the hydration heat analysis and fundamental characteristics such as air content, slump, compressive strength and dry shrinkage according to concrete with premixed cement, ternary concrete and OPC concrete for using concrete with premixed cement. The results of experiment are founded that concrete with premixed cement have sufficient performances such as workability, compressive strength and dry shrinkage. Also, the results of hydration heat analysis are founded that concrete with premixed cement have more performance than ternary concrete and OPC concrete at a point of view for the quality control such as thermal crack reducing and economic benefit. Therefore, it is desirable that concrete with premixed cement should be used to rise durability performance and convenience of maintenance.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 시멘트와 광물질혼화재인 고로슬래그미분말과 플라이애쉬 등을 미리 혼입한 Premixed Cement를 사용한 콘크리트와 보통포틀랜드시멘트 100%를 사용한 콘크리트, 수축저감제가 혼입된 3성분계 콘크리트에 대하여 기초물성 평가와 수화열 해석을 수행하여 Premixed Cement를 사용한 콘크리트의 현장 적용성을 검토하고자 한다.
본 연구에서는 저발열형 Premixed Cement를 사용한 콘크리트의 현장적용을 위한 기초물성 평가로 굳지 않은 콘크리트의 물성 및 경화한 콘크리트의 물성을 평가하고자 한다. 이러한 기초물성 평가는 적용하고자 하는 현장 콘크리트 구조물의 고품질 및 원활한 시공을 위하여 수행하였으며, 이를 통하여 적용하고자 하는 현장의 결합재 종류 및 혼입률에 대한 최적배합을 도출하고자 한다.
본 연구에서는 저발열형 Premixed 시멘트를 사용한 콘크리트의 현장적용을 위하여 기초물성 평가 및 수화열 해석 결과를 OPC 100% 및 3성분계 배합 콘크리트와 비교하여 검토하였으며, 이를 바탕으로 실제 건설현장에 저발열형 Premixed 시멘트를 사용한 콘크리트의 현장적용을 수행하였다. 이를 통하여 다음의 결론을 얻을 수 있었다.
수화열 해석 대상인 정거장 구조물의 중요도를 고려하여 콘크리트 표준시방서 상에서 정하는 “유해한 균열발생을 제한”을 위해 온도균열지수 0.7이상 확보를 목표로 하였다(균열을 방지할 경우 온도균열지수 1.5 이상, 균열 발생을 제한할 경우 온도균열 지수 1.2 이상 및 1.5 미만).
본 연구에서는 저발열형 Premixed Cement를 사용한 콘크리트의 현장적용을 위한 기초물성 평가로 굳지 않은 콘크리트의 물성 및 경화한 콘크리트의 물성을 평가하고자 한다. 이러한 기초물성 평가는 적용하고자 하는 현장 콘크리트 구조물의 고품질 및 원활한 시공을 위하여 수행하였으며, 이를 통하여 적용하고자 하는 현장의 결합재 종류 및 혼입률에 대한 최적배합을 도출하고자 한다.
이상의 기초물성 평가 결과들을 바탕으로 저발열형 Premixed Cement를 사용한 콘크리트의 현장적용성을 실제 시공중인 고속철도 현장의 정거장 구조물을 대상으로 수화열 해석을 통해 검토하고자 한다. 이를 통하여 대상 현장의 정거장 구조물 시공에 있어 시공성 및 품질 확보, 공사기간 등 여러 조건들을 충족시키기 위하여 최적배합을 도출하고자 한다.
이상의 기초물성 평가 결과들을 바탕으로 저발열형 Premixed Cement를 사용한 콘크리트의 현장적용성을 실제 시공중인 고속철도 현장의 정거장 구조물을 대상으로 수화열 해석을 통해 검토하고자 한다. 이를 통하여 대상 현장의 정거장 구조물 시공에 있어 시공성 및 품질 확보, 공사기간 등 여러 조건들을 충족시키기 위하여 최적배합을 도출하고자 한다.
제안 방법
”의 설계기준에 준하여 당초 18m로 설계된 부분을 현장 시공여건에 따라 일부 구간은 18~30m로 시공하는 방안도 수화열해석을 통해 검토하고자 한다.
광물질혼화재인 고로슬래그미분말과 플라이애쉬가 혼입된 콘크리트는 일반콘크리트에 비해 초기강도는 다소 낮게 나타나지만, 장기재령에서는 잠재수경성 및 포졸란 반응에 의해 강도가 회복된다는 점이 기존의 연구 및 문헌(Yoon et al., 2013)에서 검토된 바 있으며, 본 연구에서는 이를 검토하여 현장적용 타당성을 검증하기 위해 OPC, OSFR 및 PreC 배합에 대하여 3, 7, 28 및 56일 압축강도를 측정하였다.
따라서, 대상 고속철도 현장의 시공성 및 경제성 등 종합적인 분석 결과 저발열형 Premixed Cement를 사용한 콘크리트 배합을 정거장 구조물의 최적배합으로 선정하였으며, 완공 후 정거장 구조물의 재료적 성능 일체성을 고려하여 시공 전단계에 동일한 조건의 콘크리트를 Fig. 16과 같이 현장타설하였다.
또한, 경화한 콘크리트의 건조수축 시험은 KS F 2424 “모르타르 및 콘크리트의 길이 변화 시험 방법”을 참고하여 100×100×400mm의 각주형 시험체를 제작하고, Fig. 5와 같이 시험체 내부에 매립형 스트레인게이지와 데이터 로거를 통해 길이변화를 측정하였다.
본 연구에서는 범용 유한요소해석 프로그램인 MIDAS Civil을 사용하여 수화열 해석을 수행하였으며, 해석시 mesh는 구조물 형상 및 거동을 반영할 수 있는 3D로 대칭조건이 고려되도록 경계조건을 설정하였다. 수화열 해석에 사용된 mesh 및 고려된 시공단계, 각 시공단계별 결과 산출지점 및 1회 타설높이는 Fig.
저발열형 Premixed Cement를 사용한 콘크리트의 기초물성 평가를 위한 콘크리트 배합은 Table 1의 PreC에 나타낸 바와 같으며, 현장적용 타당성 검증을 위한 비교군으로 Table 1과 같이 보통포틀랜드시멘트 100%의 배합(OPC)과 3성분계(보통포틀랜드시멘트 50%, 고로슬래그미분말 30%, 플라이애쉬 20%) 배합(OSFR)을 선정하여 기초물성을 비교평가 하였다.
대상 데이터
실험에 사용된 시멘트는 밀도 3.15g/cm3의 시멘트를 사용하였으며, 고로슬래그미분말 및 플라이애쉬는 각각 밀도 2.2, 2.9g/cm3의 제품을 사용하였다. 잔골재는 밀도 2.
9g/cm3의 제품을 사용하였다. 잔골재는 밀도 2.58g/cm3의 자연사와 밀도 2.6g/cm3의 부순모래를 3:7 비율로 혼합하여 사용하였으며, 굵은골재는 밀도 2.61g/cm3의 부순자갈을 사용하였다.
이론/모형
기초물성 평가를 위한 굳지 않은 콘크리트의 물성으로 공기량 및 슬럼프 시험은 Fig. 2, 3과 같이 KS F 2421 “압력법에 의한 굳지 않은 콘크리트의 공기량 시험 방법” 및 KS F 2402 “콘크리트의 슬럼프 시험 방법”에 준하여 수행하였으며, 경화한 콘크리트의 물성으로 압축강도 시험은 Fig. 4와 같이 KS F 2405 “콘크리트 압축강도 시험 방법”에 준하여 수행하였다.
성능/효과
1. 매스콘크리트구조물의 현장 시공여건 및 구조물 유지관리 등을 개선하기 위해 본 연구에서 기초물성 평가 및 수화열 해석을 수행한 결과, 수축저감제를 혼입한 3성분계 배합 또는 저발열형 Premixed Cement를 사용한 배합의 적용이 일괄타설은 물론 타설길이를 증가시킬 수 있는 방안이라고 사료된다.
2. OPC 100% 배합, 3성분계 배합 및 Premixed Cement를 사용한 배합에 대하여 기초물성 평가를 수행한 결과, 본 연구에서 현장적용을 검토하고자 하는 배합인 PreC 배합은 목표 공기량(4.5±1.5%) 및 슬럼프(150±25mm)를 만족하며, 압축강도도 설계기준강도(27MPa)을 상회하는 결과를 나타내었다.
3. 현장적용 대상 구조물의 수화열 해석 결과, OSFR 및 PreC 배합은 목표 온도균열지수 “유해한 균열발생을 제한”을 위한 0.7 이상을 충분히 확보하는 결과를 나타내었으며, 구조물의 중요도 측면에서 콘크리트 타설 후 양생관리를 철저히 하여 건조수축 균열에도 대비하는 것이 바람직 할 것으로 사료된다.
4. 구조물의 수축 및 시공성, 경제성 측면에서 수축저감제가 혼입된 3성분계 배합은 콘크리트 생산시 수축저감제를 투입하여야 하며, 이는 콘크리트 생산 단가에 영향을 미칠 수 있어, 콘크리트 생산업체에 별도의 시멘트 저장 사이로가 확보될 수 있다면 저발열형 Premixed Cement를 사용한 콘크리트의 현장적용이 보다 합리적일 것으로 판단된다.
8 및 Table 2에 나타낸 바와 같다. Fig. 8 및 Table 2에서 확인할 수 있듯이, 재령 3일, 7일 압축강도는 OPC 배합이 가장 우수한 결과를 나타내었으나, 재령 28일 압축 강도는 OPC, OSFR 및 PreC 배합이 비교적 동등한 수준을 나타내었으며, 재령 56일 압축강도는 OSFR 배합이 가장 우수한 결과를 나타내었다.
OPC 배합은 최종 계측 재령일인 66일에서 -597.0×10-6의 건조수축 결과를 나타냈으며, OSFR 및 PreC 배합은 각각 -471.5×10-6, -497.8×10-6의 유사한 건조수축 특성을 나타내었다.
5%) 및 슬럼프(150±25mm)를 만족하며, 압축강도도 설계기준강도(27MPa)을 상회하는 결과를 나타내었다. 또한, 건조수축 시험을 수행한 결과, 수축저감 효과가 고려된 결합재의 사용은 매스콘크리트구조물 시공의 수축저감 효과 측면에서 효과적일 것으로 판단된다.
모든 배합의 목표 공기량은 4.5±1.5%로 설정하였으며, Fig. 6에서 확인할 수 있듯이, PreC를 포함한 OPC, OSFR 배합 모두 목표 공기량의 오차 범위 내에 만족하는 것으로 나타났다.
모든 콘크리트의 재령 28일 및 56일 압축강도는 각각 설계기준강도 27.0MPa을 상회하는 결과를 나타내었으며, 본 연구에서 현장적용 타당성을 검증하고자 하는 PreC 배합은 재령 28일 및 56일에서 설계기준강도 대비 강도 발현율이 각각 133.0%, 140.4%를 나타내어 현장적용시 구조물의 장기강도 발현 및 강도증진에 충분히 문제가 없을 것으로 판단된다.
이상의 기초물성 평가 및 수화열 해석 결과들을 분석한 결과, 대상 정거장 구조물의 현장 시공여건 및 구조물 유지관리 등을 개선하기 위하여 당초 설계된 OPC 100%의 콘크리트 배합을 재설계할 필요가 있으며, 그 결과 수축저감제를 혼입한 3성분계 콘크리트 배합(OSFR) 또는 저발열형 Premixed Cement를 사용한 콘크리트 배합(PreC)의 사용이 필수적인 것으로 사료된다.
최소 온도균열지수 검토 결과, 당초 설계된 OPC 배합으로 시공이 진행될 경우, Fig. 15 및 Table 7에 나타낸 바와 같이 정거장 구조물은 높은 수화열에 의해 온도균열 발생확률이 높은 것으로 나타났으며, 이러한 온도균열을 방지하기 위하여 광물질혼화재가 혼입된 OSFR 및 PreC 배합으로 변경하여 적용할 필요가 있다.
하지만, 이상의 결과에서 확인할 수 있듯이 콘크리트의 건조 수축을 저감시킬 수 있는 방안으로 수축저감제 또는 수축저감 효과가 고려된 저발열형 Premixed Cement를 사용한 콘크리트는 현장적용시 메스콘크리트 구조물 시공에 있어서 일괄타설은 물론 타설길이를 증가시킬 수 있는 방안이라고 사료된다.
후속연구
5. 향후 본 연구를 바탕으로 매스콘크리트구조물 시공에 저발열형 Premixed Cement를 사용한 콘크리트를 적용한다면 수화열에 의한 균열 및 건조수축 저감 등 콘크리트의 내구성능, 유지관리 편의성 등을 충분히 향상시킬 수 있을 것으로 판단된다.
7이상을 충분히 확보할 것으로 판단된다. 또한, 대상 구조물의 중요도를 고려하여 완공 후 구조물의 재료적 성능 일체성을 감안하여 시공 전단계에 동일한 조건의 콘크리트 배합으로 시공하는 것이 바람직하며, 시공적인 측면에서 양생관리를 철저히 하여 건조수축 균열에도 대비하는 것이 바람직할 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
Premixed Cement는 어떻게 만듭니까?
이러한 문제들을 해결하기 위해서 콘크리트에 요구되는 성능에 따라 보통포틀랜드시멘트에 각각의 무기질 혼화재들을 일정비율로 미리 혼합한 Premixed Cement를 사용한 콘크리트가 대안으로 적용될 수 있지만, 이것이 어떠한 측면에서 유리한가에 대한 연구는 많이 부족한 실정이며, 실제 현장에서도 활성화가 된 사례가 부족하다고 할 수 있다.
플라이애쉬, 고로슬래그미분말을 콘크리트에 섞으면 어떤 효과가 있습니까?
광물질혼화재이자 산업부산물인 플라이애쉬, 고로슬래그미분말 등을 콘크리트에 혼입하면 장기강도의 증진, 수밀성 향상, 수화발열속도의 저감 및 내구성 향상에 효과가 있어(Lee et al., 2007, Choi et al.
매스콘크리트구조물 시공에 저발열형 Premixed 시멘트를 사용한 콘크리트로 시공하면 얻을 수 있는 이점은 무엇입니까?
5. 향후 본 연구를 바탕으로 매스콘크리트구조물 시공에 저발열형 Premixed Cement를 사용한 콘크리트를 적용한다면 수화열에 의한 균열 및 건조수축 저감 등 콘크리트의 내구성능, 유지관리 편의성 등을 충분히 향상시킬 수 있을 것으로 판단된다.
참고문헌 (14)
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