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문제 정의
- 본 논문에서는 문헌조사를 바탕으로 터널내 시멘트 콘크리트 포장의 양생에 영향을 주는 환경 인자들을 검토하고 터널 현장조사를 통하여 관련 인자에 대한 정보를 정량화하였다. 분석결과를 토대로 터널 내 시멘트 콘크리트 포장의 양생제 살포에 대한 정량적으로 판단할 수 있는 기준과 함께 세부적인 시공방법 및 관리방안을 현장 기술자에게 제시하기 위함이다.
- 본 논문에서는 문헌조사를 바탕으로 터널내 시멘트 콘크리트 포장의 양생에 영향을 주는 환경 인자들을 검토하고 터널 현장조사를 통하여 관련 인자에 대한 정보를 정량화하였다. 분석결과를 토대로 터널 내 시멘트 콘크리트 포장의 양생제 살포에 대한 정량적으로 판단할 수 있는 기준과 함께 세부적인 시공방법 및 관리방안을 현장 기술자에게 제시하기 위함이다.
- 현장조사는 터널 내에서 양생제를 어디까지 뿌려야 하는지를 정량화하기 위한 기초자료를 얻기 위해 수행하였으며, 총 3회에 걸쳐 이뤄졌다. 조사항목은 앞서 살펴본 ACI에서 제시한 노모그래프에 나타난 대기온도, 상대습도, 콘크리트 온도, 풍속 등과 같은 입력변수 및 그로 인해 발생한 수분증발율 및 블리딩을 조사하였다(KS F 2406, 2009; KS F 2414, 2010).
제안 방법
- 온•습도 센서를 이용한 환경특성 조사방법을 추가하고, 시편을 제작하여 정확한 콘크리트 수분증발량을 측정하였다.
- 시공 하루 전 습도센서를 120cm 높이에 설치하고 4cm 바로 아래에 온•습도 센서를 부착한 증발수집기를 설치하였다.
- 각 터널의 진•출입구 벽면에 이슬이 맺힌 구간의 거리를 조사하였고, 터널 내의 상대습도, 풍속 및 온도를 측정하여 각 변수들간의 상관성을 검토하였다.
- 현장조사는 터널 내에서 양생제를 어디까지 뿌려야 하는지를 정량화하기 위한 기초자료를 얻기 위해 수행하였으며, 총 3회에 걸쳐 이뤄졌다. 조사항목은 앞서 살펴본 ACI에서 제시한 노모그래프에 나타난 대기온도, 상대습도, 콘크리트 온도, 풍속 등과 같은 입력변수 및 그로 인해 발생한 수분증발율 및 블리딩을 조사하였다(KS F 2406, 2009; KS F 2414, 2010). 1차 현장조사에서는 여름철과 가을철에 다양한 터널 길이에 따른 환경특성을 조사 및 분석하였다.
- 조사항목은 앞서 살펴본 ACI에서 제시한 노모그래프에 나타난 대기온도, 상대습도, 콘크리트 온도, 풍속 등과 같은 입력변수 및 그로 인해 발생한 수분증발율 및 블리딩을 조사하였다(KS F 2406, 2009; KS F 2414, 2010). 1차 현장조사에서는 여름철과 가을철에 다양한 터널 길이에 따른 환경특성을 조사 및 분석하였다. 터널 내에서 양생제 살포에 대한 1차 현장조사 결과를 검증하기 위하여 2, 3차 현장조사를 진행하였다.
- 1차 현장조사에서는 여름철과 가을철에 다양한 터널 길이에 따른 환경특성을 조사 및 분석하였다. 터널 내에서 양생제 살포에 대한 1차 현장조사 결과를 검증하기 위하여 2, 3차 현장조사를 진행하였다. 온•습도 센서를 이용한 환경특성 조사방법을 추가하고, 시편을 제작하여 정확한 콘크리트 수분증발량을 측정하였다.
- 온•습도 센서를 이용한 환경특성 조사방법을 추가하고, 시편을 제작하여 정확한 콘크리트 수분증발량을 측정하였다. 일련의 시험 및 분석을 통해 터널 입구로부터 얼마만큼의 거리까지 양생제를 살포해야하는지를 제안하였다. 이를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
- 1차 조사에서는 현장의 터널 내 양생제 살포 현황을 파악하고, 웨더스테이션을 설치하여 환경 인자들을 측정하였다. 여름에는 총 16개의 터널, 가을에는 총 10개의 터널을 조사하였다.
- 2차 현장조사는 2011년 5월에 688m의 중터널인 산인 터널을 대상으로 하였으며, 1차 현장조사 결과를 검증하기 위한 실험 및 조사를 진행하였다. 터널 중앙을 기준으로 양측의 특성이 비슷하다고 판단하여 시공구간의 절반 길이에 맞추어 터널 외부, 입구 및 중앙부까지 조사하였다. 대상구간에는 린 콘크리트가 타설된 상태였다.
- 외부와 중앙부에는 추가적으로 웨더스테이션을 설치하였다. 각 측정지점에서 콘크리트 시편 2개를 제작하여 초기 무게를 측정하고, 이후 무게 감량을 통해 수분증발량을 산출하였다. 콘크리트의 블리딩 측정은 0m~18m 타설시점에 직경 29.
- 5cm 원형통 시편 2개를 제작하여 실시하였다. 풍속은 휴대용 웨더스테이션을 활용하여 각 지점의 50cm 높이에서 측정하였고, 적외선 온도계를 이용하여 콘크리트 및 시편온도를 측정하였다. 각각 한 지점에서 5번씩 측정하여 산술평균을 통해 측정결과를 산출하였다.
- 풍속은 휴대용 웨더스테이션을 활용하여 각 지점의 50cm 높이에서 측정하였고, 적외선 온도계를 이용하여 콘크리트 및 시편온도를 측정하였다. 각각 한 지점에서 5번씩 측정하여 산술평균을 통해 측정결과를 산출하였다. 현장에 사용된 플라이애쉬 콘크리트의 슬럼프 및 공기량은 각각 3.
- 3차 현장조사는 2011년 8월 18~19일에 걸쳐 전라남도 보성군에 위치한 2,211m의 장대터널인 겸백터널에서 광양에서 목포방면으로 2차 현장조사 때와 유사한 항목들의 시험을 수행하였다. 산인터널에서와 같이 터널 외부를 비롯하여 입구부터 중앙부까지 환경변화를 조사하였다. 본 조사대상인 2차로에 린콘크리트가 타설되어 있었으며, 계측 시스템은 산인터널과 유사하다.
- 출입구를 제외한 터널 내부는 밀폐되어 있고, 직사광선의 영향이 적어 터널 내 대기온도 변화는 1차 현장조사에서와 같이 외부에서 크고 터널 중앙부로 갈수록 적었다. 시멘트 콘크리트 포장 내부에 온도측정 센서(i-Button)를 매설하여 터널 내부에서 대기온도 및 콘크리트 온도변화를 살펴보았다. Fig.
- 다음으로 터널에서 입구부터 264m까지 상대습도의 변화를 조사하였다. Fig.
- 증발시편을 사용하여 콘크리트의 수분증발량을 측정하였다. Fig.
- 풍속은 터널 실외에서부터 터널 중앙부 800m까지 측정하였다. 터널 실외의 풍속 값과 비교했을 때, 터널 입구, 18m 및 중앙지점에서 각각 외부풍속의 60%, 40%, 10% 수준으로 나타났다.
대상 데이터
- 1차 조사에서는 현장의 터널 내 양생제 살포 현황을 파악하고, 웨더스테이션을 설치하여 환경 인자들을 측정하였다. 여름에는 총 16개의 터널, 가을에는 총 10개의 터널을 조사하였다. 각 조사 시기별로 터널의 길이가 150m를 초과하지 않는 2개의 터널에만 양생제를 살포하는 것으로 나타났다.
- 2차 현장조사는 2011년 5월에 688m의 중터널인 산인 터널을 대상으로 하였으며, 1차 현장조사 결과를 검증하기 위한 실험 및 조사를 진행하였다. 터널 중앙을 기준으로 양측의 특성이 비슷하다고 판단하여 시공구간의 절반 길이에 맞추어 터널 외부, 입구 및 중앙부까지 조사하였다.
- 터널 중앙을 기준으로 양측의 특성이 비슷하다고 판단하여 시공구간의 절반 길이에 맞추어 터널 외부, 입구 및 중앙부까지 조사하였다. 대상구간에는 린 콘크리트가 타설된 상태였다. Fig.
- 각 측정지점에서 콘크리트 시편 2개를 제작하여 초기 무게를 측정하고, 이후 무게 감량을 통해 수분증발량을 산출하였다. 콘크리트의 블리딩 측정은 0m~18m 타설시점에 직경 29.5cm 원형통 시편 2개를 제작하여 실시하였다. 풍속은 휴대용 웨더스테이션을 활용하여 각 지점의 50cm 높이에서 측정하였고, 적외선 온도계를 이용하여 콘크리트 및 시편온도를 측정하였다.
- 3차 현장조사는 2011년 8월 18~19일에 걸쳐 전라남도 보성군에 위치한 2,211m의 장대터널인 겸백터널에서 광양에서 목포방면으로 2차 현장조사 때와 유사한 항목들의 시험을 수행하였다. 산인터널에서와 같이 터널 외부를 비롯하여 입구부터 중앙부까지 환경변화를 조사하였다.
- 산인터널에서와 같이 터널 외부를 비롯하여 입구부터 중앙부까지 환경변화를 조사하였다. 본 조사대상인 2차로에 린콘크리트가 타설되어 있었으며, 계측 시스템은 산인터널과 유사하다. 터널 입구에서 300m 지점까지는 2011.
성능/효과
- 여름에는 총 16개의 터널, 가을에는 총 10개의 터널을 조사하였다. 각 조사 시기별로 터널의 길이가 150m를 초과하지 않는 2개의 터널에만 양생제를 살포하는 것으로 나타났다. 각 터널의 진•출입구 벽면에 이슬이 맺힌 구간의 거리를 조사하였고, 터널 내의 상대습도, 풍속 및 온도를 측정하여 각 변수들간의 상관성을 검토하였다.
- 18에 시공하였으며, 다음날 1km지점까지 시공을 완료하였다. 시공재료인 플라이애쉬 콘크리트의 슬럼프 및 공기량은 각각 3.5cm, 5.3%로 기준을 만족하였다. 콘크리트 28일 휨강도는 기준에 모두 부합하였고, 블리딩 측정결과는 산인터널과 유사하였다.
- 터널 길이별로 건조구간의 길이를 측정하여 정한 것이 Table 2이다. 터널이 설치된 지역, 설치방향, 콘크리트 타설 시기, 조사시간 등에 따라 차이가 있지만, 본 연구에서는 조사대상 터널의 입구 혹은 출구로부터 약 40m 정도까지 터널 벽면에 이슬이 맺혀 있는 것으로 나타났다. 여름철에 비해 상대적으로 상대습도가 낮은 가을철의 터널 구간에는 신설 시멘트 콘크리트 포장의 양생 중임에도 불구하고 벽면에 이슬이 맺히는 구간이 발견되지는 않았다
- 전반적으로 1,400m 터널의 경우, 터널 중앙부에서는 바람이 거의 불지 않는 반면, 150m 터널의 경우, 외부와의 풍속변화폭이 크지 않았다. 전체적으로 계절에 관계없이 150m 길이의 터널은 전 구간이 바람의 영향을 상대적으로 크게 받고 있었고, 터널 안 상대습도도 실외에 비해 약 5%밖에 높지 않아 콘크리트 포장 표면의 많은 수분 손실이 우려되었다. 반면 1,400m 이상의 장대터널은 진입부로부터 일정 거리 이후에는 상대습도가 높고 바람이 약하게 불고 있어 증발량이 상대적으로 적었다.
- 4와 같다. 풍속측정 결과에서의 패턴과 유사하게 500m 이상의 터널에서는 터널 내부로 이동함에 따라 온도가 낮아졌으나, 150m 터널은 상대적으로 그 감소폭이 상대적으로 적었다.
- 대부분의 터널은 터널 중앙부로 갈수록 다습한 환경임을 확인할 수 있다. 본 조사결과, 1.05 습도 비를 초과하는 터널 내 구간(터널 입구로부터 약 40~60m 이상의 위치)에서는 양생제를 살포하지 않아도 대부분 포장 표면에 아무런 문제가 발생하지 않으며, 터널 벽면에 건조구간이 발생하지 않았다. 터널의 길이, 시공시기 및 지역 등에 따라 터널 내 환경이 변화하지만, 1차 육안조사를 바탕으로 150m를 초과하는 길이의 터널은 최소한 출•입구에서부터 약 60m까지는 양생제를 살포하는 것을 권장한다.
- 터널 실외의 풍속 값과 비교했을 때, 터널 입구, 18m 및 중앙지점에서 각각 외부풍속의 60%, 40%, 10% 수준으로 나타났다. 전체적으로 풍속은 1차 및 2차 현장조사의 경우에서와 같이 터널 내부로 들어갈수록 줄어들었다.
- 특히, 터널 중앙부는 온도편차가 약 2℃ 이내였다. 조사결과, 터널 내 온도는 내부로 들어갈수록 낮아진다는 점을 재확인하였다.
- 하루동안 상대습도의 변화를 살펴본 결과, 터널 외부와 터널 입구에서의 습도변화는 40~50% 이상의 차이가 났고, 18m 이상의 내부에서의 상대습도 변화는 20~30%로 외부보다 적었다. 터널 시공을 하는 동안에 육안조사 결과, 약 60m 지점 이상에서는 터널의 벽면이 젖어 있었다.
- 10은 각 터널 구간에서의 시간에 따른 누적 수분증발량 변화를 나타낸 것이다. 터널 외부 및 입구에서의 수분증발량이 컸으며, 타설 후 약 3시간 후에 가장 큰 증발량이 나타났다. 터널 중앙부로 이동함에 따라 누적 증발량이 점차 감소하였다.
- 2. 터널 내 환경조건을 조사결과와 현장의 여건을 종합한 결과, 150m를 초과하는 터널은 최소한 출•입구 60m 구역까지는 양생제를 살포하는 것이, 150m 길이의 터널은 전구간에 걸쳐 양생제를 살포하는 것이 콘크리트 포장에 유리할 것으로 판단된다.
- 1. 길이가 150m 초과하는 터널은 터널 내부로 갈수록 상대습도는 증가하였다. 장대터널의 경우, 터널은 중심부의 상대습도가 95%까지 증가하였으며, 콘크리트 포장을 시공 중인 터널의 경우는 콘크리트 수분으로 인해 터널 내부가 시공 및 양생기간 동안에 항상 상대습도가 높았다.
- 3. 대체적으로 터널 내 환경특성 조사에서도 500m 이상의 터널에서는 중앙부로 가까워질수록 바람이 거의 불지 않았으며, 온도는 점차 감소하였다. 반면, 150m 터널의 경우, 외부와의 풍속의 변화가 거의 없었다.
- 4. 산인터널 및 겸백터널에서의 경우, 콘크리트 타설 후 36m 이상의 깊이에서 하루동안의 상대습도 변화는 터널 외부에 비해 약 30% 수준이었다. 또한 외부 및 출입구는 하루 중 온도변화도 터널 내부에 비해 상대적으로 컸다.
- 5. 콘크리트 타설 후 4시간 동안에 터널 전구간에서의 수분증발량과 블리딩량을 측정한 결과, 터널 내부 0~54m 지점에서는 수분증발량이 블리딩량보다 크거나 비슷한 것으로 나타났다.
- 터널내 온도, 상대습도, 풍속 등의 환경조건은 터널의 길이, 위치, 조사시점 등에 따라 변화하는 것을 확인하였다. 하지만 터널 벽면의 이슬이 맺히는 깊이, 풍속 및 온도, 상대습도 변화, 누적 수분증발량 등의 결과들을 종합할 때, 중터널 및 장대터널은 출입구 부분부터 터널 내부로 대략 60m까지, 200m 이하의 단터널에서는 전구간에 걸쳐 양생제를 살포할 것을 제안한다.
- 터널내 온도, 상대습도, 풍속 등의 환경조건은 터널의 길이, 위치, 조사시점 등에 따라 변화하는 것을 확인하였다. 하지만 터널 벽면의 이슬이 맺히는 깊이, 풍속 및 온도, 상대습도 변화, 누적 수분증발량 등의 결과들을 종합할 때, 중터널 및 장대터널은 출입구 부분부터 터널 내부로 대략 60m까지, 200m 이하의 단터널에서는 전구간에 걸쳐 양생제를 살포할 것을 제안한다.
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