[논문]초고층 구조물 시공을 위한 고성능 콘크리트의 펌프압송 기술에 관한 실험적 연구

김규동; 한천구

doi:10.5345/jkibc.2015.15.4.375

초록
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본 연구에서는 초고층 구조물 시공시, 적용되는 규격별 고성능 콘크리트의 특성을 평가하고 60MPa의 고성능 콘크리트를 대상으로 높이가 500m부터 575m인 지점까지 압송계측 결과를 근거로 하여 압송성능과 고성능 콘크리트의 유동특성의 상관관계를 분석하였다. 분석 결과, 각 규격별 굳지 않은 콘크리트의 물성과 재령 12시간의 초기강도 및 기준 재령에서의 압축강도 및 탄성계수는 모두 품질기준을 만족함이 확인되었다. 또한, 높이별 최대 압송압력은 약 5% 정도씩 증가하였으며, 시간당 토출량도 최소 $25m^3$를 만족하는 것으로 나타났다. 펌프압송 후 콘크리트의 온도증가와 압송전의 콘크리트 소성점도의 크기에 따라 슬럼프 플로우의 손실이 증가됨을 확인할 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, high performance concrete of C60 and C80 were applied to a super tall building and those had satisfactory properties of fresh and hardened concrete to the requirements even changes according to time. Especially the evaluation and analysis of the relation of the rheological properties ...

In this study, high performance concrete of C60 and C80 were applied to a super tall building and those had satisfactory properties of fresh and hardened concrete to the requirements even changes according to time. Especially the evaluation and analysis of the relation of the rheological properties and puMPability of high performance concrete, C60-14 which was applied to the height of from 500m to 575m in the building, was carried out bymeasuring pumping pressure and pumping speed, testing concrete properties at before and after pumping. As results, themax. pumping pressure showed increase of 5% at every 25m higher pumping and the average pumping speed showed the above $25m^3$ per hour whichmeans proper productivity. Additionally it was verified that the loss of slump flow after pumping was increased according to plastic viscosity values and the increment of temperature through concrete pumping.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 설계강도 60~80MPa의 고성능 콘크리트를 적용하는 실제 초고층 건축물을 대상으로, 높이 575m 까지 60MPa 고성능 콘크리트의 수직 압송시 계측결과를 근거로 하여, 펌프압송 성능과 고성능 콘크리트의 유동특성과의 상관관계를 분석, 실제 초고층 건축물 시공시 그 분석결과를 적극 활용함으로서, 초고층 건축물의 시공계획과 초고층 펌프압송 시공 시에 유효한 자료로 활용하고자 한다.

제안 방법

한편, 유동특성에 따른 압송가능 여부, 시공 생산성을 극대화할 수 있는 품질관리 시스템을 수립하기 위한 절차는 Figure 6과 같다. 먼저, 압송을 위한 최적배합설계를 위해 원재료 검토, 저점도 HPC 개발을 위한 배합실험을 수행하고, 최적배합으로 도출된 시방배합의 현장 적용에 있어서 반입된 콘크리트의 유동특성과 경화특성에 대한 평가와 압송 시의 압송압력, 토출량 등에 대한 모니터링을 실시하여 생산품질관리에 피드백하는 품질관리 시스템을 실시한다.
고성능 콘크리트의 규격별 굳지 않은 특성과 경화 시 역학적 특성 검토를 위한 실험계획은 Table 1, 2와 같다. 먼저, 콘크리트의 규격은 60, 80MPa로 2수준, W/B는 강도 및 골재크기별로 27, 29, 34% 로 하였으며, 골재는 14, 20mm의 2수준으로 실험계획 하였다. C80-20과 C80-14는 기준 재령 56일, C60-14는 기준재령 28일에 각각의 설계기준강도를 만족하도록 하였으며, 이에 따라 각 규격별로 마이크로 실리카의 치환율을 차별화하여 적용하였다.
본 연구에서는 초고층 구조물 시공시, 적용되는 규격별 고성능 콘크리트의 유동특성과 경화특성을 평가하고 압송높이별 압송성능을 모니터링하였으며, 그 결과를 정리하면 다음과 같다.

대상 데이터

본 실험에 사용한 재료로서 시멘트는 현지에서 생산되는 1종 보통 포틀랜드 시멘트로써 BS EN 197-1 CEM1 42.5 N의 품질기준을 만족하는 제품을 사용하였으며, 물리, 화학적 특성은 Table 4와 같다. 플라이애시는 수화열 저감, 유동성 및 내구성 확보 등을 목적으로 사용되었으며, 특히 둥근입자 형태는 고층부로의 압송특성을 개선할 수 있으므로 그 사용이 필수적이다.

성능/효과

1)고성능 콘크리트의 굳지 않은 특성으로, 경시변화에 따른 각 규격별 슬럼프 플로우 손실은 40∼45mm로 유사한 경향으로 품질기준을 만족하는 결과를 나타내었다. 하지만, 60MPa HPC의 수직압송 시험결과에서 알 수 있듯이 압송 마찰에 따른 슬럼프 플로우 손실과 온도증가량이 크게 나타났으며, 이를 고려한 생산품질관리와 추가적인 데이터 확보와 분석이 필요한 것으로 판단되었다.
2) 경화 콘크리트 특성으로 ACS거푸집 조기 해체를 위한 재령 12시간의 초기강도와 기준 재령에서의 압축강도및 탄성계수 값은 모든 규격의 HPC와 60MPa HPC의 수직 압송에 따른 압송 전·후의 평가에서도 양호한 결과를 나타내었다. 특히, 재령 12시간의 초기강도는 압송 후에 상당히 높은 값을 나타내어 조기강도에 대한 합리적인 평가방법에 대해 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단되었다.
3) 펌프압송성능의 모니터링 결과, 높이별 최대 압송압력이 평균적으로 약 5% 정도씩 증가하는 일반적인 경향을 보였으며, 시간당 토출량도 25m³ 이상의 안정적인 압송효율을 나타내었다. 또한, 펌프압송 후 콘크리트의 온도증가와 압송 전의 콘크리트 소성점도의 크기에 따라 슬럼프 플로우의 손실이 증가됨을 확인할 수 있었다.
이상의 안정적인 압송효율을 나타내었다. 또한, 펌프압송 후 콘크리트의 온도증가와 압송 전의 콘크리트 소성점도의 크기에 따라 슬럼프 플로우의 손실이 증가됨을 확인할 수 있었다.

후속연구

2) 경화 콘크리트 특성으로 ACS거푸집 조기 해체를 위한 재령 12시간의 초기강도와 기준 재령에서의 압축강도및 탄성계수 값은 모든 규격의 HPC와 60MPa HPC의 수직 압송에 따른 압송 전·후의 평가에서도 양호한 결과를 나타내었다. 특히, 재령 12시간의 초기강도는 압송 후에 상당히 높은 값을 나타내어 조기강도에 대한 합리적인 평가방법에 대해 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단되었다.
1)고성능 콘크리트의 굳지 않은 특성으로, 경시변화에 따른 각 규격별 슬럼프 플로우 손실은 40∼45mm로 유사한 경향으로 품질기준을 만족하는 결과를 나타내었다. 하지만, 60MPa HPC의 수직압송 시험결과에서 알 수 있듯이 압송 마찰에 따른 슬럼프 플로우 손실과 온도증가량이 크게 나타났으며, 이를 고려한 생산품질관리와 추가적인 데이터 확보와 분석이 필요한 것으로 판단되었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	고성능 콘크리트를 작은 직경의 배관을 통해 고층부까지 압송할 경우 어떠한 문제가 발생하는가?	일반 건축물에 사용되는 보통강도 콘크리트와는 달리 초고층 건축물에는 고강도, 고유동성을 갖춘 고성능 콘크리트가 필연적으로 사용되어지며, 고성능 콘크리트는 그 배합의 특성상 물결합재비(이하, W/B)가 낮고, 다량의 결합재를 사용함에 따라 일반 콘크리트에 비해 상대적으로 높은 점성을 가지게 된다[2]. 또한, 이러한 고성능 콘크리트를 작은 직경의 배관을 통해 고층부까지 압송할 경우, 배관내에 상당한 부하가 발생하여, 시간당 타설량 감소와 시공생산성 저하를 유발하게 되므로, 고성능 콘크리트에 대한 물성개선이나 장비, 배관시스템의 최적화 등 압송부하를 낮추고자 하는 노력이 필요하게 된다.
	고성능 콘크리트의 특징은?	일반 건축물에 사용되는 보통강도 콘크리트와는 달리 초고층 건축물에는 고강도, 고유동성을 갖춘 고성능 콘크리트가 필연적으로 사용되어지며, 고성능 콘크리트는 그 배합의 특성상 물결합재비(이하, W/B)가 낮고, 다량의 결합재를 사용함에 따라 일반 콘크리트에 비해 상대적으로 높은 점성을 가지게 된다[2]. 또한, 이러한 고성능 콘크리트를 작은 직경의 배관을 통해 고층부까지 압송할 경우, 배관내에 상당한 부하가 발생하여, 시간당 타설량 감소와 시공생산성 저하를 유발하게 되므로, 고성능 콘크리트에 대한 물성개선이나 장비, 배관시스템의 최적화 등 압송부하를 낮추고자 하는 노력이 필요하게 된다.
	건축물의 고층화, 대형화에 따라 시공 및 생산성 측면에서 중요한 기술은?	최근 건축물의 고층화, 대형화가 진행되면서 국내뿐만 아니라 전 세계적으로 수많은 초고층 건축물들이 도시의 랜드마크를 형성하고 있다. 이러한 초고층 건축물을 시공하는데는 많은 핵심요소 기술들이 적용되는데, 그 중에서 특히, 고층부로 콘크리트를 이송시키는 압송기술은 시공 및 생산성 측면에서 상당히 중요한 기술이라 할 수 있다[1].

참고문헌 (4)

Kim GD, Lee SH, Kang SK, Kim JH, Kim KJ. Evaluation of Rheological Properties of High Strength Concrete at Differentmixing Parameter. Journal of the Korea Concrete Institute. 2007 Aug;19(2):653-56.
Lee JH,moon HJ, Kim JJ. An experimental study on puMPability characteristics of high strength concretemixed polymix. Journal of the Korea Concrete Institute. 2012 Oct;24(5):509-16.

원문보기 상세보기
Goto K. Pumping up of Concrete in the 296m High-rise Building. Journal of the Architecture Institute of Japan. 1993;197-98.
Jiro S. Change in Flowability of Self-CoMPacting Concrete due to External Force[master's thesis].[Kghi (Japan)]: Koghi University of Technology; 2003. 28 p.

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