조기강도 개선형 시멘트 및 초기수화 촉진 혼화제를 사용한 콘크리트의 조기압축강도 발현특성 평가 Evaluation of Early Compressive Strength of Concrete Using Early Strength Improvement Type Cement and Early Strength Activator원문보기
본 연구에서는 콘크리트의 조기강도 확보를 통해 골조공기를 단축하는 것을 목표로 하여 시멘트 종류, 고성능감수제의 감수율, 초기수화 촉진 혼화제의 혼입에 따른 콘크리트의 조기강도 발현성능을 검토하였다. 조기강도 개선형 시멘트와 Sodium persulfate, Potassium hydroxide의 초기수화 촉진물질에 의해 12시간에 5MPa, 18시간에 14MPa의 조기강도를 확보할 수 있는 것으로 나타났다. 이를 통해 건설현장에서 거푸집의 골조공기를 단축시켜 원가절감이 가능할 것으로 기대된다.
본 연구에서는 콘크리트의 조기강도 확보를 통해 골조공기를 단축하는 것을 목표로 하여 시멘트 종류, 고성능감수제의 감수율, 초기수화 촉진 혼화제의 혼입에 따른 콘크리트의 조기강도 발현성능을 검토하였다. 조기강도 개선형 시멘트와 Sodium persulfate, Potassium hydroxide의 초기수화 촉진물질에 의해 12시간에 5MPa, 18시간에 14MPa의 조기강도를 확보할 수 있는 것으로 나타났다. 이를 통해 건설현장에서 거푸집의 골조공기를 단축시켜 원가절감이 가능할 것으로 기대된다.
In this study, revelation performance of concrete at early age according to types of cement, water reducing ratio of high performance superplasticizer and mixing of accelerator for early hydration was examined aiming for reduction of construction period of framework through securing strength at earl...
In this study, revelation performance of concrete at early age according to types of cement, water reducing ratio of high performance superplasticizer and mixing of accelerator for early hydration was examined aiming for reduction of construction period of framework through securing strength at early age of concrete. It was observed that strength at early age, 5MPa in 12hours, 14MPa in 18hours, is secured by early strength improvement type cement and using promotion admixture for early hydration which are Sodium persulfate, Potassium hydroxide. Therefore cost reduction is expected to be possible in construction site by reducing construction period of frame work.
In this study, revelation performance of concrete at early age according to types of cement, water reducing ratio of high performance superplasticizer and mixing of accelerator for early hydration was examined aiming for reduction of construction period of framework through securing strength at early age of concrete. It was observed that strength at early age, 5MPa in 12hours, 14MPa in 18hours, is secured by early strength improvement type cement and using promotion admixture for early hydration which are Sodium persulfate, Potassium hydroxide. Therefore cost reduction is expected to be possible in construction site by reducing construction period of frame work.
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문제 정의
본 연구에서는 건설현장의 작업가능시간을 고려하여 최단시간 연속공정이 이루어 질 수 있도록 콘크리트 타설 후 12시간에 수평거푸집 해체 및 18시간에 수평부재 거푸집 해체가 가능한 콘크리트를 개발하는 것을 목표로 하여 시멘트의 종류, 고성능감수제와 초기수화 촉진 첨가제 종류에 따른 콘크리트의 조기강도 발현성능을 검토하였다.
본 연구에서는 콘크리트 조기강도 확보를 통해 노무자의 비연속적 작업시간을 감소시켜 골조공기를 단축하는 것을 목표로 하였다. Table 1은 본 연구의 콘크리트 성능 목표를 나타낸 것으로 콘크리트 공사표준시방서에서 제시하고 있 는 거푸집 제거 기준을 적용하여 콘크리트의 재령에 따른 목표압축강도를 타설 후 12시간에 5MPa, 18시간에 14MPa 로 설정하였다.
본 연구에서는 콘크리트의 조기강도 확보를 통해 골조공기를 단축하는 것을 목표로 하여 시멘트 종류, 고성능감수제 의 감수율, 초기수화 촉진 혼화제의 혼입에 따른 콘크리트의 조기강도 발현성능을 검토하였다. 조기강도 개선형 시멘트 와 Sodium persulfate, Potassium hydroxide의 초기수 화 촉진물질에 의해 12시간에 5MPa, 18시간에 14MPa의 조기강도를 확보할 수 있는 것으로 나타났다.
Table 1은 본 연구의 콘크리트 성능 목표를 나타낸 것으로 콘크리트 공사표준시방서에서 제시하고 있 는 거푸집 제거 기준을 적용하여 콘크리트의 재령에 따른 목표압축강도를 타설 후 12시간에 5MPa, 18시간에 14MPa 로 설정하였다. 이는 통상 건설현장의 작업개시시간을 오전 7시로 설정하였을 경우 12시간 타설 후 익일 작업개시 시점에서 수직부재의 거푸집을 해체하고, 오후 작업개시 후 수평부재의 거푸집을 해체하는 것을 목적으로 설정하였다.
제안 방법
본 연구에서는 콘크리트 조기강도 확보를 통해 노무자의 비연속적 작업시간을 감소시켜 골조공기를 단축하는 것을 목표로 하였다. Table 1은 본 연구의 콘크리트 성능 목표를 나타낸 것으로 콘크리트 공사표준시방서에서 제시하고 있 는 거푸집 제거 기준을 적용하여 콘크리트의 재령에 따른 목표압축강도를 타설 후 12시간에 5MPa, 18시간에 14MPa 로 설정하였다. 이는 통상 건설현장의 작업개시시간을 오전 7시로 설정하였을 경우 12시간 타설 후 익일 작업개시 시점에서 수직부재의 거푸집을 해체하고, 오후 작업개시 후 수평부재의 거푸집을 해체하는 것을 목적으로 설정하였다.
Table 7은 본 연구에 사용한 콘크리트 배합조건을 나타낸 것으로 목표슬럼프 및 목표공기량은 각각 180±25mm 및 4.5±1.5%로 설정하였으며, W/C 47%, 잔골재율 47%, 단위수량을 160kg/m3으로 설정하였다.
콘크리트의 성능 평가는 Table 8에서 보는 바와 같이 굳지 않은 콘크리트에 대해서는 유동성 평가를 위해 KS F 2421에 의한 슬럼프플로 및 KS F2421에 의한 공기량시 험을 실시하였다. 경화 콘크리트의 압축강도는 KS F 5405 에 따라 실시하였으며, 초기 재령의 강도를 평가하기 위하여 10, 12, 14, 16, 18, 24시간 강도를 측정하였고, 이후 3일, 7일, 28일에서 압축강도를 측정하였다.
이하, ESA) 5종을 적용 하여 초기수화 촉진 성분에 따른 콘크리트의 조기강도 발현 성능을 검토하였다. 또한, 콘크리트의 양생온도 영향을 평가하기 위해 12℃와 20℃의 양생온도 조건을 설정하였다.
시리즈 II에서는 ESIC를 대상으로 PC에 초기수화 촉진 첨가제(Early Srength Activator. 이하, ESA) 5종을 적용 하여 초기수화 촉진 성분에 따른 콘크리트의 조기강도 발현 성능을 검토하였다. 또한, 콘크리트의 양생온도 영향을 평가하기 위해 12℃와 20℃의 양생온도 조건을 설정하였다.
콘크리트의 조기강도 발현성능을 평가하기 위해 Table 2와 같이 시리즈 I, II로 나누어 실험을 수행했다. 시리즈 I에서는 시멘트의 종류 및 고성능감수제의 감수율에 따른 콘크리트의 조기강도 발현성능을 확인하기 위해 시멘트 종류는 1종 보통포틀랜드시멘트(Ordinary Potland Cement. 이하, OPC)와 OPC의 조기강도발현성능을 개선한 조강형시 멘트(Early Strength Improvement type Cement. 이하, ESIC)로 설정하고 감수제는 고형분량이 다른 폴리카르본산 계 고성능 감수제(Polcarboxylate superplasticizer. 이하, PC) 를 사용하였다.
콘크리트의 성능 평가는 Table 8에서 보는 바와 같이 굳지 않은 콘크리트에 대해서는 유동성 평가를 위해 KS F 2421에 의한 슬럼프플로 및 KS F2421에 의한 공기량시 험을 실시하였다. 경화 콘크리트의 압축강도는 KS F 5405 에 따라 실시하였으며, 초기 재령의 강도를 평가하기 위하여 10, 12, 14, 16, 18, 24시간 강도를 측정하였고, 이후 3일, 7일, 28일에서 압축강도를 측정하였다.
콘크리트의 조기강도 발현성능을 평가하기 위해 Table 2와 같이 시리즈 I, II로 나누어 실험을 수행했다. 시리즈 I에서는 시멘트의 종류 및 고성능감수제의 감수율에 따른 콘크리트의 조기강도 발현성능을 확인하기 위해 시멘트 종류는 1종 보통포틀랜드시멘트(Ordinary Potland Cement.
대상 데이터
굵은골재는 최대치수 25mm 화강암 부순골재를 사용하 였으며, 잔골재는 태안산 바닷모래를 사용하였다. 각각의 골재에 대한 물리특성을 Table 6에 나타내었다.
또한, 시리즈 II에서 사용한 감수제는 고형분 함량 20±2%, 감수 율 21%의 것을 사용하였으며, 초기수화 촉진 첨가제로서 각각 Sodium persulfate, Sodium nitrite Sodium hydroxide, Calcium nitrite, Potassium hydroxide를 포함 한 5종을 사용하였다.
시리즈 I에서 사용한 감수제는 고형분의 함량이 14±2%, 18±2% 로 각각의 감수율은 18% 및 20%인 것을 사용하였다.
이론/모형
콘크리트는 KS F 2425에 준하여 1축형 강제식 믹서를 사용하여 혼합하였다. 콘크리트의 비빔순서는 믹서에 시멘 트와 잔골재, 굵은골재를 투입한 후 건비빔을 30초 실시하고, 고성능감수제를 투입한 배합수를 넣고 콘크리트를 혼합 하였다.
성능/효과
1) 시멘트 종류에 따른 콘크리트의 조기강도 발현성능 검토 결과 조기강도 개선형 시멘트를 사용한 콘크리트가 조기강도 발현성능이 우수한 것으로 나타났으나 12시간에 5MPa의 목표강도를 확보할 수 없었다.
12시간에서의 목표강도인 5MPa를 만족하는 첨가제는 ESA-SP와 ESA-PH로 나타 났고, 18시간에서는 ESA-SH를 제외한 모든 종류의 수준에서 목표강도를 만족하는 것으로 나타났다. 12시간과 18시간에서의 압축강도 발현의 결과로부터 ESA-SP 를 혼입 한 콘크리트가 초기압축강도 발현에 가장 효과적인 것으로 확인되었다.
Figure 11은 12시간과 18시간에서의 목표강도에 대한 압축강도 발현율 나타낸 것이다. 12시간에서의 목표강도인 5MPa를 만족하는 첨가제는 ESA-SP와 ESA-PH로 나타 났고, 18시간에서는 ESA-SH를 제외한 모든 종류의 수준에서 목표강도를 만족하는 것으로 나타났다. 12시간과 18시간에서의 압축강도 발현의 결과로부터 ESA-SP 를 혼입 한 콘크리트가 초기압축강도 발현에 가장 효과적인 것으로 확인되었다.
2) 조기강도 개선형 시멘트를 사용하고 PC(High range) 계 고성능감수제에 Sodium persurfate계 수화촉진 첨가제를 사용하면 목표강도를 만족하는 것으로 나타 났다.
Figure 12는 목표조기강도를 만족하는 ESA-SP와 ESA-PH 콘크리트의 양생온도에 따른 초기강도는 나타낸 것이다. 20℃양생온도 조건에서는 12시간과 18시간에서 목표강도인 5MPa 및 14MPa를 만족하는 결과를 나타냈지만 12℃양생온도 조건에서는 모두 목표강도에 미달하는 것으로 나타났다. 저온환경시 콘크리트의 조기강도는 양생 온도의 관리가 매우 중요한 요인이 되는 것으로 판단된다.
3) 20℃양생의 경우 목표강도를 확보할 수 있었으나, 12℃의 저온양생 에서는 조기강도의 발현이 지연되는 것으로 나타났다. 따라서 동절기 시공 시, 현장 양생온도의 관리가 필요할 것으로 판단된다.
4) 본 연구의 범위에서 검토한 조기강도발현 콘크리트를 사용하여 양생온도를 20℃이상으로 유지할 경우, 골조 1개 층당 3일 Cycle이 가능한 콘크리트 성능을 확보할 수 있을 것으로 판단된다.
60분 경시변화 후의 슬럼프 및 공기량은 초기의 값에 비해 5∼20mm와 0.6∼0.9%의 범위로 감소되 는 경향을 보였으나 목표치인 180±25mm 및 4.5±1.5%의 범위에 만족하는 것으로 나타났다.
ESIC + PC(Ordinary)를 사용한 경우, 12시간에서 강도 측정이 가능하였고, OPC콘크리트 보다 조기강도의 발현이 빠른 경향을 보였다. 또한, ESIC에 PC(high range)를 적용 한 콘크리트에서 가장 빠른 조기강도 발현을 확인할 수 있었 다.
Figure 10은 초기수화 촉진 첨가제 사용에 따른 콘크리트의 초기강도발현을 나타낸 것으로 콘크리트 배합 후 10시간부터 압축강도가 발현되는 것을 확인할 수 있었다. 또한 첨가제 종류에 따른 효과는 ESA-SP와 ESA-PH가 가장 효과적인 것으로 나타났다.
ESIC + PC(Ordinary)를 사용한 경우, 12시간에서 강도 측정이 가능하였고, OPC콘크리트 보다 조기강도의 발현이 빠른 경향을 보였다. 또한, ESIC에 PC(high range)를 적용 한 콘크리트에서 가장 빠른 조기강도 발현을 확인할 수 있었 다. 그러나 Figure 6에 나타낸 바와 같이 본 연구에서 목표 로 하는 수직부재 거푸집 탈형시간인 12시간을 만족할 수 없었으며, 가장 초기강도 발현이 우수한 ESIC+PC(High range)콘크리트의 경우에도 16시간 이후에 수직부재의 거푸집 탈형이 가능한 것으로 확인되었다.
본 연구에서는 콘크리트의 조기강도 확보를 통해 골조공기를 단축하는 것을 목표로 하여 시멘트 종류, 고성능감수제 의 감수율, 초기수화 촉진 혼화제의 혼입에 따른 콘크리트의 조기강도 발현성능을 검토하였다. 조기강도 개선형 시멘트 와 Sodium persulfate, Potassium hydroxide의 초기수 화 촉진물질에 의해 12시간에 5MPa, 18시간에 14MPa의 조기강도를 확보할 수 있는 것으로 나타났다. 이를 통해 건설현장에서 거푸집의 골조공기를 단축시켜 원가절감이 가능할 것으로 기대된다.
첨가제 종류에 따른 슬럼프의 차이는 나타나지 않았으나 공기량은 ESA-SP가 가장 높고 ESA-PH가 가장 낮은 결과로 나타났다. 60분 경시변화 후의 슬럼프 및 공기량은 초기의 값에 비해 5∼20mm와 0.
Figure 2와 3은 시멘트 종류 및 감수제의 감수율에 따른 슬럼프 및 공기량의 시험결과를 나타낸 것이다. 초기슬럼프 범위에서 60분의 경시변화 이후 약 10~30mm 감소하였지만 목표 슬럼프치를 만족하는 것으로 나타났으며, 육안상으로도 재료분리가 없어 현장에서의 시공성을 충분히 만족할 것으로 판단된다. 또한 공기량은 경시변화에 따른 손실값이 0.
초기의 슬럼프값과 공기량은 각각 215∼200mm와 5.6∼4.7%의 범위로 나타났으며 목표슬럼프 및 공기량을 만족하는 것으 로 확인되었다.
후속연구
조기강도 개선형 시멘트 와 Sodium persulfate, Potassium hydroxide의 초기수 화 촉진물질에 의해 12시간에 5MPa, 18시간에 14MPa의 조기강도를 확보할 수 있는 것으로 나타났다. 이를 통해 건설현장에서 거푸집의 골조공기를 단축시켜 원가절감이 가능할 것으로 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
노무자 의 비연속적 작업은 무엇에 기인하여 발생하는가?
국내의 골조공사에서 공기지연의 원인과 빈도 분석결과 노무자의 비연속적 작업, 기후요인, 노무분쟁으로 인한 파 업 등이 빈도가 높은 원인으로 분석되었다[2]. 이 중 노무자 의 비연속적 작업은 콘크리트의 양생기간에 따른 탈형강도 미발현으로 후속공정인 거푸집 해체 작업이 진행되지 못하 는 것에 기인한 것으로 판단된다. 이에 골조공사에서 크리티 컬 패스로 작용하는 형틀공사기간을 단축하기 위하여 시스템 거푸집의 활용, 프리케스트 콘크리트의 적용, 철근 선조 립 공법 등의 방법들이 제시되고 있다[3].
형틀공사기간 단축을 위해 제시되는 방법은?
이 중 노무자 의 비연속적 작업은 콘크리트의 양생기간에 따른 탈형강도 미발현으로 후속공정인 거푸집 해체 작업이 진행되지 못하 는 것에 기인한 것으로 판단된다. 이에 골조공사에서 크리티 컬 패스로 작용하는 형틀공사기간을 단축하기 위하여 시스템 거푸집의 활용, 프리케스트 콘크리트의 적용, 철근 선조 립 공법 등의 방법들이 제시되고 있다[3]. 그러나, 현장의 양중장비 운용 및 원가를 감안하면 콘크리트 타설 후 강도를 조기에 발현하여 거푸집 해체시기를 단축하는 것이 노무자 의 연속작업을 가능하게 하여 골조 공사기간을 줄이는 매우 효과적인 기술요소로 채택되고 있다[4,5].
조기강도 개선형 시멘트 및 초기수화 촉진 첨가제를 사용 한 콘크리트의 조기강도 특성을 평가한 결과는?
1) 시멘트 종류에 따른 콘크리트의 조기강도 발현성능 검토 결과 조기강도 개선형 시멘트를 사용한 콘크리트 가 조기강도 발현성능이 우수한 것으로 나타났으나 12시간에 5MPa의 목표강도를 확보할 수 없었다.
2) 조기강도 개선형 시멘트를 사용하고 PC(High range) 계 고성능감수제에 Sodium persurfate계 수화촉진 첨가제를 사용하면 목표강도를 만족하는 것으로 나타 났다.
3) 20℃양생의 경우 목표강도를 확보할 수 있었으나, 12℃의 저온양생 에서는 조기강도의 발현이 지연되는 것으로 나타났다. 따라서 동절기 시공 시, 현장 양생온 도의 관리가 필요할 것으로 판단된다.
4) 본 연구의 범위에서 검토한 조기강도발현 콘크리트를 사용하여 양생온도를 20℃이상으로 유지할 경우, 골 조 1개 층당 3일 Cycle이 가능한 콘크리트 성능을 확보할 수 있을 것으로 판단된다.
참고문헌 (7)
Kim DH, Kim MJ, Lee SH. An Experimental Study on Reduction of Workin Period of Concrete using High Early Strength Binder. Proceedings of the fall Symposium of the Korea Concrete Institute;2008 Nov 7; Ilsan, Korea; Korea Concrete Institute; 2008 p. 513-6
Jung JH, Lee G, Hong GH, Lee CH. An Analysis on Difficulties and Delay Factors for the Development and Application of Technologies for Reduction of Construction Duration. Journal of Architectural Institute of Korea. 2010 Jan;26(1):121-8
Kim MH, Lee SH, Kang SP, Khil BS, Joo JH. Development of early strength of high-strength cocrete according to curing temperature for application of system form. Journal of the Korea Concrete Institute. 2001 Dec;13(6):536-43
Kim KM, Park SJ, Hwang IS, Kim KH, Practical Application of High Early Strength Type Concrete Using High Early Strength Type Binder, Proceedings of the Fall Symposium of Architectural Institute of Korea; 2009 Oct 24; Chuncheon, Korea: Architectural Institute of Korea; 2009. p. 471-4
Lee SS, Song HY, Lee JH, An experimental study on the early strength development properties of concrete according to curing condition and used materials, Journal of the Korea Concrete Institute. 2008 Dec ;20(6):721-9
Han CG, Hwang IS, Lee SH, Kim GD. Properties of Strength Development of Concrete at Early Age with Water Cement Ratio and Cement Factor. Journal of Architectural Institute of Korea. 2004 Apr;20(4):77-84
Park KY, Kim YR, KIM GY. Early Strength Development Properties of Concrete Using Early Strength Improvement Type Cement. Journal of the Korea Institute of Building Construction. 2013 Jun;13(3):227-34
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