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문제 정의
- 이 연구에서는, 기존에 수행된(Kwon 2013b) 수평배관 350m와 548m 길이의 펌핑 실험을 통해 측정된 토출량, 압력 등의 데이터들을 바탕으로 여러 조건에서의 충진율을 조사해 보았다. 또한 여러 영향 인자를 고려해서 충진율을 계산할 수 있는 모델을 제안하였다.
- 따라서 여러 영향 인자들을 동시에 고려해서 충진율과의 관계를 분석할 필요가 있다. 이 연구에서는 여러 영향 인자들을 고려하여 충진율 예측 모델을 제안하고자 하였다. 이를 위해 콘크리트의 점도와 항복응력, 그리고 스트로크 시간을 동시에 고려하여 회귀분석을 수행하였다.
제안 방법
- 이 연구에서는, 기존에 수행된(Kwon 2013b) 수평배관 350m와 548m 길이의 펌핑 실험을 통해 측정된 토출량, 압력 등의 데이터들을 바탕으로 여러 조건에서의 충진율을 조사해 보았다. 또한 여러 영향 인자를 고려해서 충진율을 계산할 수 있는 모델을 제안하였다. 콘크리트의 펌핑 실험에서는 총 4가지의 콘크리트 배합이 사용되었으며, 수평 배관 길이, 콘크리트의 유동특성, 그리고 펌핑 압력을 변수로 실험이 수행되었다.
- 또한 여러 영향 인자를 고려해서 충진율을 계산할 수 있는 모델을 제안하였다. 콘크리트의 펌핑 실험에서는 총 4가지의 콘크리트 배합이 사용되었으며, 수평 배관 길이, 콘크리트의 유동특성, 그리고 펌핑 압력을 변수로 실험이 수행되었다.
- 제안된 충진율 모델식을 이용하여 콘크리트의 점도와 항복응력, 그리고 스트로크 시간의 변화에 따른 충진율의 변화량을 분석하였다. Table 6과 같이 3가지 경우에 대하여 충진율을 계산하였다.
- Case 1은 항복응력과 스트로크 시간을 고정한 상태에서 점도만을 변화시킨 경우, case 2는 점도와 스트로크 시간을 고정한 상태에서 항복응력만 변화시킨 경우, 마지막으로 case 3는 점도와 항복응력을 고정한 상태에서 스트로크 시간만 변화시킨 경우이다. 펌핑 실험으로부터 측정된 충진율의 범위가 70%에서 90%인 것을 고려하여, 충진율이 80%인 경우의 콘크리트 점도, 항복응력, 그리고 스트로크 시간을 기준으로 콘크리트의 유동특성을 변화시키며 충진율의 변화량을 분석하였다.
- 기존에 수행된 350m와 548m 수평배관 펌핑 실험 데이터를 통하여 콘크리트의 유동특성, 토출량, 그리고 스트로크 시간과 충진율의 관계를 파악하였다. 또한 콘크리트의 유동특성과 스트로크 시간으로부터 충진율을 계산할 수 있는 모델을 제안하였다.
- 기존에 수행된 350m와 548m 수평배관 펌핑 실험 데이터를 통하여 콘크리트의 유동특성, 토출량, 그리고 스트로크 시간과 충진율의 관계를 파악하였다. 또한 콘크리트의 유동특성과 스트로크 시간으로부터 충진율을 계산할 수 있는 모델을 제안하였다. 펌핑 실험에는 총 4가지 콘크리트 배합이 사용되었으며, 실험 결과를 분석하여 얻은 결론은 다음과 같다.
- 2. 콘크리트의 유동특성과 스트로크 시간으로부터 충진율을 계산할 수 있는 모델식을 제안하였다. 제안된 모델식의 검증을 위해 펌핑 실험으로부터 측정된 충진율과 모델식으로부터 계산된 충진율과 비교하였다.
- 3. 제안된 충진율 모델식을 이용하여 콘크리트의 유동특성 변화에 따른 충진율의 변화량을 분석하였다. 항복응력과 스트로크 시간을 고정한 상태에서 점도가 10 Pa·s에서 300 Pa·s까지 변화할 때의 충진율의 변화폭은 거의 40% 가까이 되는 것으로 나타났다.
- 9%를 사용하였다. 50MPa, 80MPa 고점도, 80MPa 저점도 배합에서는 각각 결합재 무게의 0.9%, 1.5%, 1.1%를 사용하였다. 80MPa 저점도 배합에서는 점도를 낮추기 위하여 혼화재로 지르코니아 실리카퓸을 사용하였다.
- 펌핑 실험에는 총 4가지의 콘크리트 배합이 사용되었으며, 수평 배관 길이, 콘크리트의 유동특성, 그리고 펌핑 압력을 변수로 실험이 수행되었다. 350m 길이의 펌핑 실험에서는 모든 배합에 대해 압력수준을 2가지로 하여 각각 토출량, 스트로크 시간, 그리고 충진율을 측정하였다. 548m 길이의 펌핑 실험에서는 30MPa 콘크리트를 제외한 모든 배합에 대해 압력수준을 3가지로 하여 각각 토출량, 스트로크 시간, 그리고 충진율을 측정하였다.
- 350m 길이의 펌핑 실험에서는 모든 배합에 대해 압력수준을 2가지로 하여 각각 토출량, 스트로크 시간, 그리고 충진율을 측정하였다. 548m 길이의 펌핑 실험에서는 30MPa 콘크리트를 제외한 모든 배합에 대해 압력수준을 3가지로 하여 각각 토출량, 스트로크 시간, 그리고 충진율을 측정하였다.
- 배관 내 압력을 측정하기 위하여 총 6개 지점(0m, 5m, 100m, 300m, 400m, 500m)에 압력계를 설치하였다. 또한 토출량 측정을 위하여 토출부에 0.
- 배관 내 압력을 측정하기 위하여 총 6개 지점(0m, 5m, 100m, 300m, 400m, 500m)에 압력계를 설치하였다. 또한 토출량 측정을 위하여 토출부에 0.9mx0.9mx1.2m의 box를 제작하여 box의 0.5m, 1.0m 높이까지 콘크리트가 채워지는 시간을 측정하였으며, 이로부터 단위 시간당 토출량을 계산하였다. 압력 센서 설치 모습과 토출량 측정 모습을 Fig.
- 4에 나타내었다. 토출량 측정과 동시에 스트로크 수를 측정하였으며, 이로부터 단위 시간당 스트로크 횟수를 계산하였다. 콘크리트의 점도와 항복응력은 콘크리트 Rheometer(Koehler et al.
대상 데이터
- 또한 여러 영향 인자를 고려해서 충진율을 계산할 수 있는 모델을 제안하였다. 콘크리트의 펌핑 실험에서는 총 4가지의 콘크리트 배합이 사용되었으며, 수평 배관 길이, 콘크리트의 유동특성, 그리고 펌핑 압력을 변수로 실험이 수행되었다.
-
2.1 콘크리트 펌프
펌핑 실험에는 일반콘크리트 뿐만 아니라 초고강도콘크리트와 같이 점도가 매우 높은 콘크리트를 압송할 수 있는 대용량 펌프를 사용하였다. 앞서 언급했듯이, 콘크리트 펌핑에는 피스톤 방식의 펌프를 사용한다.
- 콘크리트의 펌핑 실험을 위하여 수평 길이 350m와 548m 배관을 설치하였다. 펌핑 실험 현장의 전경을 Fig.
- 직선 구간은 약 48m로 설치되었다. 350m 길이의 펌핑 실험에서는 6개의 직선 라인이 설치되었으며, 548m 길이의 펌핑 실험에서는 10개의 직선 라인이 설치되었다. 각 직선 구간을 연결하는 곡선부에는 반경 1.
- 1m인 곡관 두 개를 사용하여 연결하였다. 실험에 사용된 배관의 내경은 127mm이며, 배관 두께는 9.3mm이다.
- 펌핑 실험에 사용된 콘크리트 배합은 일반 강도와 고강도 콘크리트 배합을 모두 사용하였다. 실험에 사용된 콘크리트의 배합표를 Table 2에 나타내었다.
- 실험에 사용된 콘크리트의 배합표를 Table 2에 나타내었다. 콘크리트의 압축강도는 30MPa, 50MPa, 80MPa이며, 압축강도 80MPa에 해당하는 배합에서는 고점도, 저점도 배합으로 두 가지 콘크리트를 사용하였다(Table 2에서 S80-H, S80-L). 굵은 골재의 최대 크기는 20mm이며, 잔골재의 조립률은 2.
- 85이다. 시멘트는 A사의 1종 시멘트를 사용하였으며, 비중은 3.15이다. 압축강도 30MPa의 일반 강도 배합에서는 감수제를 사용하였고, 50MPa과 80MPa의 고강도 배합에서는 폴리카르본산계 고성능감수제를 사용하였다.
- 15이다. 압축강도 30MPa의 일반 강도 배합에서는 감수제를 사용하였고, 50MPa과 80MPa의 고강도 배합에서는 폴리카르본산계 고성능감수제를 사용하였다. 30MPa 배합에서의 혼화제 사용량은 결합재 무게의 0.
데이터처리
- 이 연구에서는 여러 영향 인자들을 고려하여 충진율 예측 모델을 제안하고자 하였다. 이를 위해 콘크리트의 점도와 항복응력, 그리고 스트로크 시간을 동시에 고려하여 회귀분석을 수행하였다. 회귀분석에 사용한 식은 다음의 식 (2)와 같으며, 충진율이 100%에서 각각의 영향인자들의 변화에 의해 감소되는 지수함수의 형태로 고려하였다.
- 회귀분석을 통해 얻어낸 상수들의 값으로부터 콘크리트의 점도, 항복응력, 그리고 스트로크 시간이 작을수록 충진율은 높다는 것을 알 수 있다. 이 논문에서 제안한 모델의 정확성을 검증하기 위해 식 (2)로부터 계산된 충진율과 펌핑 실험으로부터 측정된 충진율을 비교하였으며, 그 결과를 Fig. 8에 나타내었다. 정확도 계산은 아래의 식 (3)을 사용하였다.
- 콘크리트의 유동특성과 스트로크 시간으로부터 충진율을 계산할 수 있는 모델식을 제안하였다. 제안된 모델식의 검증을 위해 펌핑 실험으로부터 측정된 충진율과 모델식으로부터 계산된 충진율과 비교하였다. 비교 결과, 계산된 충진율이 측정된 충진율을 약 97.
이론/모형
- 토출량 측정과 동시에 스트로크 수를 측정하였으며, 이로부터 단위 시간당 스트로크 횟수를 계산하였다. 콘크리트의 점도와 항복응력은 콘크리트 Rheometer(Koehler et al. 2006)를 사용하여 측정하였다.
성능/효과
- 펌핑 실험으로부터 측정된 충진율의 범위는 약 70%에서 90% 사이로 나타났다. 실험 결과를 살펴보면, 모든 배합에서 압력이 높을수록 토출량이 많은 것으로 측정되었으며, 스트로크 시간은 짧은 것으로 측정되었다. 따라서 토출량과 스트로크 시간은 각각 펌핑 압력에 따라 비례와 반비례 관계의 경향이 뚜렷하다고 볼 수 있다.
- 5에 나타내었다. 실험 결과를 살펴보면, 토출량은 충진율과 비례관계를 보이는 것을 알 수 있으며, 스트로크 시간은 충진율과 반비례관계를 보이는 것으로 나타났다. 스트로크 시간이 길수록 실린더 내에 채워지는 콘크리트의 양이 많을 것으로 예상한 것과는 다르게, 스트로크 시간이 짧을수록 실린더 내에 채워지는 콘크리트의 양이 더 많은 것으로 확인되었다.
- 실험 결과를 살펴보면, 토출량은 충진율과 비례관계를 보이는 것을 알 수 있으며, 스트로크 시간은 충진율과 반비례관계를 보이는 것으로 나타났다. 스트로크 시간이 길수록 실린더 내에 채워지는 콘크리트의 양이 많을 것으로 예상한 것과는 다르게, 스트로크 시간이 짧을수록 실린더 내에 채워지는 콘크리트의 양이 더 많은 것으로 확인되었다.
- 콘크리트의 유동특성 및 펌핑 실험으로부터 측정된 충진율 측정 결과를 Table 4에 나타내었다. 펌핑 실험에 사용된 각 콘크리트 배합에 대한 유동특성 실험 결과를 살펴보면, 콘크리트의 압축강도가 증가할수록 점도는 증가하는 경향을 보였다.
- 회귀분석을 통해 얻어낸 상수들의 값으로부터 콘크리트의 점도, 항복응력, 그리고 스트로크 시간이 작을수록 충진율은 높다는 것을 알 수 있다. 이 논문에서 제안한 모델의 정확성을 검증하기 위해 식 (2)로부터 계산된 충진율과 펌핑 실험으로부터 측정된 충진율을 비교하였으며, 그 결과를 Fig.
- 위의 결과로부터, 이 논문에서 제안한 충진율 모델식의 타당성이 검증되었다. 따라서 실제 현장에서 콘크리트의 유동특성과 스트로크 시간에 따른 펌핑 효율을 파악하는 데 활용될 수 있을 것으로 사료된다.
- 항복응력과 스트로크 시간을 고정한 상태에서 점도가 10 Pa·s에서 300 Pa·s까지 변화할 때의 충진율의 변화폭은 거의 40% 가까이 되는 것으로 나타났다.
- 분석 결과를 살펴봤을 때, 충진율에 영향을 미치는 인자들 중에 콘크리트의 점도가 충진율의 변화량에 가장 민감한 것으로 밝혀졌으며, 두 번째로는 스트로크 시간, 그리고 항복응력 순으로 충진율의 변화에 영향을 미치는 것으로 나타났다.
- 1. 실험을 수행한 모든 콘크리트 배합에서 토출량이 증가할수록 충진율은 증가하고, 스트로크 시간은 짧을수록 충진율이 증가하는 것으로 확인되었다.
- 제안된 모델식의 검증을 위해 펌핑 실험으로부터 측정된 충진율과 모델식으로부터 계산된 충진율과 비교하였다. 비교 결과, 계산된 충진율이 측정된 충진율을 약 97.3%의 높은 정확도로 예측하였다.
- 점도와 스트로크 시간을 고정한 상태에서 항복응력이 10Pa에서 300Pa까지 변화할 때의 충진율의 변화폭은 10% 정도이다. 점도와 항복응력을 고정한 상태에서 스트로크 시간이 1초에서 15초까지 변화할 때의 충진율의 변화폭은 30% 정도로 나타났다. 충진율에 영향을 미치는 인자 중 콘크리트의 점도가 충진율의 변화량에 가장 민감한 것으로 밝혀졌다.
- 점도와 항복응력을 고정한 상태에서 스트로크 시간이 1초에서 15초까지 변화할 때의 충진율의 변화폭은 30% 정도로 나타났다. 충진율에 영향을 미치는 인자 중 콘크리트의 점도가 충진율의 변화량에 가장 민감한 것으로 밝혀졌다.
- 항복응력과 스트로크 시간을 고정한 상태에서 점도가 10Pa·s에서 300Pa·s까지 변화할 때의 충진율은 약 92%에서 54%까지로 변화폭은 거의 40% 가까이 되는 것으로 나타났다.
후속연구
- 위의 결과로부터, 이 논문에서 제안한 충진율 모델식의 타당성이 검증되었다. 따라서 실제 현장에서 콘크리트의 유동특성과 스트로크 시간에 따른 펌핑 효율을 파악하는 데 활용될 수 있을 것으로 사료된다.
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