[논문]저발열 콘크리트를 사용한 교각 기초-기둥의 수화열 해석에 관한 연구

전중규; 김선길; 전찬기; 김기형

doi:10.14190/jrcr.2014.2.3.217

저발열 콘크리트를 사용한 교각 기초-기둥의 수화열 해석에 관한 연구
Study on Hydration Heat Analysis of Pier Foundation-Column Using Low Heat Concrete 원문보기

Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute = 한국건설순환자원학회 논문집, v.2 no.3, 2014년, pp.217 - 224

전중규 (코오롱글로벌 기술연구소) , 김선길 (코오롱글로벌 기술연구소) , 전찬기 (인천대학교 도시건설공학과) , 김기형 (여주대학교 토목공학과)

초록
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본 연구에서는 Premixed 혼합시멘트를 사용한 저발열 콘크리트에 대하여 기초물성 평가로 공기량, 슬럼프 및 압축강도 시험을 수행하고, 수화열 해석을 수행하여 Premixed 혼합시멘트를 사용한 콘크리트의 현장 적용성을 검토하였다. 검토 결과 Premixed 혼합시멘트를 사용한 저발열 콘크리트는 목표 작업성 및 설계기준 압축강도를 충분히 만족하였다. 또한, 수화열 해석 결과 Premixed 혼합시멘트를 사용한 저발열 콘크리트는 목표 온도균열지수를 충분히 확보할 수 있었다. 따라서, 현장 교량구조물의 교각 기초-기둥의 시공에 있어 Premixed 혼합시멘트를 사용한 저발열 콘크리트의 적용은 바람직한 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study carried out to evaluate the hydration heat analysis and fundamental characteristics such as air content, slump and compressive strength for field application of low heat concrete with premixed cement. The results of experiment show that low heat concrete with premixed cement have sufficient performances on the workability and compressive strength. In addition, hydration heat analysis shows that low heat concrete with premixed cement make sure of target thermal cracking index. Therefore, it is desirable to apply the low heat concrete with premixed cement on pier foundation-column.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 보통포틀랜드시멘트와 광물질혼화재인 고로슬래그미분말 및 플라이애쉬 등을 미리 혼입한 Premixed 혼합시멘트를 사용한 저발열 콘크리트에 대하여 기초물성 평가 및 수화열 해석을 수행하여 현장 교량구조물의 교각 기초-기둥에 적용하고자 한다.
본 연구에서는 Premixed 시멘트를 사용한 저발열 콘크리트의 현장적용을 위하여 기초물성 평가 및 수화열 해석을 수행하였으며, 이를 통하여 다음의 결론을 얻었다.
본 연구에서는 Premixed 혼합시멘트를 사용한 저발열 콘크리트의 현장적용 타당성을 검증하기 위해 각각의 배합에 대하여 7일, 28일 압축강도를 측정하였다. 재령 28일의 콘크리트 설계기준강도(f_ck)는 각각 27.
본 연구에서는 당초 설계된 보통포틀랜드시멘트만 사용한 콘크리트 배합을 바탕으로 Premixed 혼합시멘트로 변경한 저발열 콘크리트의 현장적용을 위한 기초물성 평가로 공기량, 슬럼프 및 압축강도를 평가하였다. 이러한 기초물성 평가는 현장 콘크리트 구조물의 고품질 및 원활한 시공을 위하여 수행하였으며, 이를 통하여 적용하고자 하는 현장의 결합재 종류 및 혼입률에 대한 최적배합을 도출하고자 한다.
수화열 해석 대상인 교량구조물의 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 온도균열지수 1.2 이상 및 1.5 미만).
본 연구에서는 당초 설계된 보통포틀랜드시멘트만 사용한 콘크리트 배합을 바탕으로 Premixed 혼합시멘트로 변경한 저발열 콘크리트의 현장적용을 위한 기초물성 평가로 공기량, 슬럼프 및 압축강도를 평가하였다. 이러한 기초물성 평가는 현장 콘크리트 구조물의 고품질 및 원활한 시공을 위하여 수행하였으며, 이를 통하여 적용하고자 하는 현장의 결합재 종류 및 혼입률에 대한 최적배합을 도출하고자 한다.

제안 방법

교량의 기초와 기둥에 대해 각각 다른 콘크리트 배합을 적용하였다. 콘크리트 배합에는 Premixed 혼합시멘트와 현장에서 사용되고 있는 골재를 적용하였으며 혼화제는 고성능 AE감수제를 혼합하였다.
더불어 Premixed 혼합시멘트를 사용한 저발열 콘크리트를 적용함으로써 당초 교량 기둥의 분할 타설 높이를 기존 4.8m보다 증가시킬 수 있을 것으로 판단되어, 이에 대해 검토하고자 하며, 대상 구조물의 형상은 Fig. 8과 같다.
본 연구에서는 범용 유한요소해석 프로그램인 MIDAS Civil을 사용하여 수화열 해석을 수행하였으며, 해석 시 mesh는 구조물형상 및 거동을 반영할 수 있는 3D로 대칭조건이 고려되도록 경계조건을 설정하였다. 콘크리트 구조물의 기초와 교각기둥의 배합은 각각 25-27-150, 20-35-150을 적용하였다.
이상의 기초물성 평가 결과들을 바탕으로 Premixed 혼합시멘트를 사용한 저발열 콘크리트의 현장적용성을 실제 시공 중인 OO현장의 교량(교량 1, 교량 2, 교량 3)을 대상으로 수화열 해석을 통해 검토하였다.
본 연구에서는 범용 유한요소해석 프로그램인 MIDAS Civil을 사용하여 수화열 해석을 수행하였으며, 해석 시 mesh는 구조물형상 및 거동을 반영할 수 있는 3D로 대칭조건이 고려되도록 경계조건을 설정하였다. 콘크리트 구조물의 기초와 교각기둥의 배합은 각각 25-27-150, 20-35-150을 적용하였다. 본 해석에 사용한 교량 1, 교량 2, 교량 3은 총 5회에 걸쳐서 타설하였으며 시공조건은 Table 3과 같다.
콘크리트 배합에 대한 성능평가를 위해 공기량, 슬럼프 및 압축강도 실험을 실시하였다. 공기량 및 슬럼프 시험은 Fig.

대상 데이터

콘크리트 구조물의 기초와 교각기둥의 배합은 각각 25-27-150, 20-35-150을 적용하였다. 본 해석에 사용한 교량 1, 교량 2, 교량 3은 총 5회에 걸쳐서 타설하였으며 시공조건은 Table 3과 같다. 시공조건에 따른 대칭조건을 고려한 구조물의 1/2 모델링과 결과 산출지점은 다음 Fig.
교량의 기초와 기둥에 대해 각각 다른 콘크리트 배합을 적용하였다. 콘크리트 배합에는 Premixed 혼합시멘트와 현장에서 사용되고 있는 골재를 적용하였으며 혼화제는 고성능 AE감수제를 혼합하였다. 기초물성 평가를 위한 저발열 콘크리트의 배합은 Table 1에 나타내었다.

이론/모형

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 압축강도 시험은 Fig. 4와 같이 KS F 2405 “콘크리트 압축강도 시험 방법”에 준하여 시험을 수행하였다.

성능/효과

1. 본 현장의 교량 시공에 있어서, 콘크리트 구조물 품질확보 및 시공성 개선, 등의 효과를 얻을 수 있는 방안으로 Premixed 혼합시멘트의 사용이 필수적이며, Premixed 혼합시멘트를 사용한 배합시험 결과, 공기량, 슬럼프 및 압축강도 등 목표치를 모두 만족하였다.
2. 수화열 해석 결과 본 현장의 교량 1, 교량 2 및 교량 3의 기초에 대한 변경된 콘크리트 배합[OPC 100% ⇒ Premixed 혼합시멘트]으로 시공시 최소 온도균열지수 0.7이상으로 “구조물의 유해한 균열 발생을 제한” 할 수 있으며, 1회 타설로 시공이 가능할 것으로 판단된다.
3. 또한, 본 현장의 교량 1, 교량 2 및 교량 3의 교각 기둥에 대한 변경된 콘크리트 배합[OPC 100% ⇒ Premixed 혼합시멘트]으로 시공시 최소 온도균열지수 1.2이상으로 “구조물의 균열 발생을 제한” 할 수 있을 것으로 판단된다.
4. 더불어 대상구조물들은 재료적 성능 일체성을 고려하여 전단계에 동일한 조건의 콘크리트 배합으로 시공하는 것이 바람직하며, 시공적인 측면에서도 양생관리를 철저히 하여 건조수축 균열에도 대비하는 것이 바람직하다.
Table 8에 의하면, 대상구조물 교각 기초에서의 최소 온도균열지수는 각각 0.72, 0.76 및 0.74로 목표 온도균열지수 “유해한 균열발생을 제한”을 위한 0.7 이상을 만족하는 결과를 나타내었으나, 보다 철저한 시공관리가 필요할 것으로 판단된다.
각 배합의 재령 28일 압축강도는 30.2MPa, 49.1MPa로 측정되었으며 이는 설계기준강도 대비 강도 발현율이 각각 112% 및 140%를 나타내어 현장적용 시 구조물의 강도증진에 충분히 문제가 없을 것으로 판단된다.
또한, 각 배합의 슬럼프는 155mm, 165mm로 목표 슬럼프 150±25mm의 오차범위 내에 만족하는 것으로 나타났다.
모든 배합의 목표 공기량은 4.5±1.5%로 설정하였으며, 각 배합의 공기량은 5.7%, 4.4%로 목표 공기량의 오차 범위 내에 만족하는 것으로 나타났다.

후속연구

한편, 대상구조물의 중요도를 고려하여 완공 후 구조물의 재료적 성능 일체성을 감안하여 시공 전단계에 동일한 조건의 콘크리트 배합으로 시공하는 것이 바람직하며, 시공적인 측면에서도 현장여건을 충분히 고려하여 보온양생, 습윤양생 및 담수양생 등을 활용하여 양생관리를 철저히 하여 건조수축 균열에도 대비하는 것이 바람직 할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	플라이애쉬, 고로슬래그미분말 등을 콘크리트에 혼입 했을때 얻는 효과는?	한편, 광물질혼화재인 플라이애쉬, 고로슬래그미분말 등을 콘크리트에 혼입하면 장기강도의 증진, 수밀성 향상, 수화발열속도의 저감 및 내구성 향상에 효과가 있어(Lee et al., 2007; Choi et al.
	최근 국내의 건설 현황은 어떠한가?	최근 국내의 건설 현황을 살펴보면 구조물들은 초고층화 및 대형화되는 추세이며, 또한 특수 환경에 있는 구조물들의 건설도 증가하는 추세이다. 이와 함께 이들 각 구조물에 요구되는 콘크리트 성능도 기존 일반 콘크리트와 달리 고강도, 저발열, 고내구성 등 다양할 뿐만 아니라 시공에 있어 보다 경제적인 시공이 요구되기도 한다(Yoon et al.
	Premixed 혼합시멘트를 사용한 저발열 콘크리트 28일 압축강도는?	각 배합의 재령 28일 압축강도는 30.2MPa, 49.1MPa로 측정되었으며 이는 설계기준강도 대비 강도 발현율이 각각 112% 및 140%를 나타내어 현장적용 시 구조물의 강도증진에 충분히 문제가 없을 것으로 판단된다.

참고문헌 (13)

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Yoon, J.H., Jeon, J.K., Jeon, C.K., Kim, K.H. (2014). Fundamental evaluation and hydration heat analysis of low heat concrete with premixed cement. Journal of Korean Recycled Construction Resources Institute, 2(1), 10-18.

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Yoon, S., Song, Y.W., Jeong, Y., Gong, M.H., Chung, G.T. (2013). Investigation on the properties of concrete using ternary blended cement. Conference paper on Korea Concrete Institute, 165-166.

저자의 다른 논문 :

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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