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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 동절기 콘크리트 공사에서 가열 양생 없이 콘크리트 공사를 하기 위해 시멘트의 광물조성을 변화시키는 방법으로 개발된 고분말도 발열분체을 사용한 시멘트를 개발하였으며[3], 이를 검증하기 위해 실 부재 사이즈의 Mock-Up 시험체를 제작하여 현장적용성을 평가해보고자 한다.
- 인천 송도지역은 수도권 지역으로 1월 평균 기온이 -5℃ 이하 이며 2016년 1월 최저기온이 -17℃로 국내에서도 기온이 낮은 지역으로 동절기 콘크리트 공사를 수행함에 있어서 가열양생이 필수적인 지역으로 본 연구에서 최적의 현장 Test를 할 수 있는 조건으로 판단된다. 또한 인천 송도지역은 신도시 지역으로 꾸준한 건축공사가 진행되고 있어 추후 개발된 기술의 현장적용이 가능한 지역이므로 현장 Mock-Up 실시를 통해 현장적용 성능평가를 하고자 하였다.
- 본 연구에서는 동절기 콘크리트 공사에서 가열 양생 없이 콘크리트 공사를 하기 위해 시멘트의 광물조성을 변화시키는 방법으로 개발된 고분말도 발열분체을 사용한 시멘트(NCC : Non Curing Cement)를 사용한 콘크리트의 성능을 평가하기 위해 실 부재 사이즈의 Mock-Up 시험체를 제작하여 현장적용성을 평가한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
제안 방법
- 가열양생은 현장시공 조건과 동일하게 하기 위해서 24시간동안 열풍기를 통해 가열을 실시하였으며, 천막양생은 타설직후 거푸집을 감싸는 형식으로 열풍기 없이 양생하는 방법으로 실시하였고, 마지막으로 외기노출 조건으로 세 가지의 양생방법을 통해 Mock-Up Test를 진행하였다. 기준배합으로 위 세 가지 양생방법으로 시험을 진행하였으며, NCC를 사용한 콘크리트는 가열양생을 하지 않고 천막양생 및 외기노출 조건 두 가지로 시험으로 총 5개의 시험체를 제작하여 시험을 진행하였다.
- 각 양생조건에 따른 기준배합과 NCC의 압축강도를 3일, 7일 28일 강도를 측정하였다. 또한 보다 정확한 강도발현성능을 평가하기 위해 3일, 28일에 코어를 채취해서 압축강도를 평가하였다[7,8].
- 국내 동절기 NCC(Non-Curing Cement)를 사용한 무양생 콘크리트 기술의 현장적용 성능을 평가하기 다음과 같이 현장 Mock-Up 시험을 진행하였다.
- 가열양생은 현장시공 조건과 동일하게 하기 위해서 24시간동안 열풍기를 통해 가열을 실시하였으며, 천막양생은 타설직후 거푸집을 감싸는 형식으로 열풍기 없이 양생하는 방법으로 실시하였고, 마지막으로 외기노출 조건으로 세 가지의 양생방법을 통해 Mock-Up Test를 진행하였다. 기준배합으로 위 세 가지 양생방법으로 시험을 진행하였으며, NCC를 사용한 콘크리트는 가열양생을 하지 않고 천막양생 및 외기노출 조건 두 가지로 시험으로 총 5개의 시험체를 제작하여 시험을 진행하였다.
- 본 연구에서는 기존 연구 고찰을 통해 얻어진 동절기 무양생이 가능하도록 개발된 시멘트[3]를 가지고 시험을 진행하였다. 동절기 무양생 시멘트(이하 NCC로 표기)의 특성은 2.1절에서 나타낸 기존 시멘트의 분급 및 조강형 포틀랜드 시멘트의 배합비별 성능을 평가하여 다음과 Table 4와같은 최적의 배합을 도출하였다.
- 각 양생조건에 따른 기준배합과 NCC의 압축강도를 3일, 7일 28일 강도를 측정하였다. 또한 보다 정확한 강도발현성능을 평가하기 위해 3일, 28일에 코어를 채취해서 압축강도를 평가하였다[7,8].
- 시험 인자 및 수준은 다음 Table 6과 같이 기존 배합 기준으로 일반 양생, 천막보양 및 가열양생을 인자로 하였으며, 외기 온도, 천막보양내 온도, 콘크리트 중심부, 표면부 온도를 측정하였다[4,5,6].
- 온도조건에 따른 강도발현 성능을 측정하기 위해 3일, 7일 28일 강도를 측정하였으며, 보다 정확한 강도발현 성능을 확인하기 위해 3일, 28일에 코어강도를 측정하였다.
대상 데이터
- 동절기 무양생 콘크리트의 현장 Mock-Up 시험을 위해 인천 송도지역 공동주택 현장에 적용되는 콘크리트 배합 기준으로 다음 Table 5와 같이 배합을 기준으로 본 연구에서 개발된 NCC(Non-Curing Cement)를 프리믹스한 제품을 적용하여 시험을 진행하였다.
- 본 연구에서는 S사 1종 보통 포틀랜드 시멘트(분말도 3,390㎠/g, OPC로 표기)와 S사에서 상용화중인 1종 조강형 포틀랜드 시멘트(분말도 4,220㎠/g, HBC로 표기)를 사용하였다. 또한 고분말도 시멘트 제조를 위하여 분급기를 사용하여 S사 1종 보통 포틀랜드 시멘트 제품의 입도를 조정하여 고분말도 11,000㎠/g(NT로 표기)를 혼합 제조한 원료를 사용하였다. 다음 표에 사용된 재료의 물리화학적 특성을 나타내었다.
- 본 연구에서는 S사 1종 보통 포틀랜드 시멘트(분말도 3,390㎠/g, OPC로 표기)와 S사에서 상용화중인 1종 조강형 포틀랜드 시멘트(분말도 4,220㎠/g, HBC로 표기)를 사용하였다. 또한 고분말도 시멘트 제조를 위하여 분급기를 사용하여 S사 1종 보통 포틀랜드 시멘트 제품의 입도를 조정하여 고분말도 11,000㎠/g(NT로 표기)를 혼합 제조한 원료를 사용하였다.
- 본 연구에서는 기존 연구 고찰을 통해 얻어진 동절기 무양생이 가능하도록 개발된 시멘트[3]를 가지고 시험을 진행하였다. 동절기 무양생 시멘트(이하 NCC로 표기)의 특성은 2.
성능/효과
- 1) 일반현장에서 사용되는 27MPa의 기준배합을 기준으로 NCC를 사용한 콘크리트와의 양생조건에 따른 콘크리트의 온도이력을 측정한 결과, 콘크리트 내부의 온도차이가 크게 10℃이상 차이가 나는 것으로 나타났으며, 이는 NCC의 자기발열 분체에 의한 저온에서의 온도발열이 이루어 지고 있는 것으로 판단되며, 동절기 초기 콘크리트의 발열이 외기노출된 구조물에서도 충분히 콘크리트 자체 발열로 강도발현이 가능할 것으로 판단된다. 또한 NCC를 사용한 콘크리트에서의 콘크리트 표면 온도도 같이 상승하는 것으로 나타나 최소한의 보양으로도 콘크리트 자체발열 온도로 콘크리트 표면 동해현상을 방지할 수 있을 것으로 판단된다.
- 2) 압축강도 측정결과 NCC를 사용한 콘크리트에서의 압축강도는 기준배합 대비 3일강도 기준으로 최대 5MPa 이상 더 강도발현이 가능한 것으로 나타났으며, 이는 동절기에서 최소한의 양생(천막양생)만으로도 초기동해 및 안정적인 강도발현이 가능할 것으로 판단된다. 우수한 초기강도 발현을 통한 동절기 공사 공기단축 효과도 있을 것으로 판단된다.
- NCC의 천막양생 조건하에서의 콘크리트 중심부 온도는 최대 28℃ 까지 상승하였으며, 이는 기준배합대비 최대 6℃이상 콘크리트 온도가 상승한 것으로 나타났다. NCC의 경우 천막양생의 경우 외기노출 조건보다 콘크리트 표면의 온도가 콘크리트 내부의 온도와 비슷한 조건으로 상승하는 것으로 나타나, 외기노출 조건보다 콘크리트 표면에서의 온도상승이 뚜렷하게 상승하는 것으로 나타났다. 이는 최소한의 양생(외기차단)만으로도 NCC의 초기표면동해 및 콘크리트의 안정적인 강도발현이 가능할 것으로 판단된다.
- NCC의 외기노출 조건하에서의 콘크리트 중심부 온도는 최대 24℃ 까지 상승하였으며, 이는 기준배합대비 최대 10℃이상 콘크리트 온도가 상승한 것으로 나타났다. NCC의 경우 콘크리트 자체의 발열반응에 의해 콘크리트 내부 온도가 같은 조건의 기준배합 대비 크게 상승하는 것으로 나타났다.
- Figure 7은 외기노출 NCC의 콘크리트 내외부 온도 및 양생온도를 측정한 결과이다. NCC의 외기노출 조건하에서의 콘크리트 중심부 온도는 최대 24℃ 까지 상승하였으며, 이는 기준배합대비 최대 10℃이상 콘크리트 온도가 상승한 것으로 나타났다. NCC의 경우 콘크리트 자체의 발열반응에 의해 콘크리트 내부 온도가 같은 조건의 기준배합 대비 크게 상승하는 것으로 나타났다.
- Figure 8은 천막양생 NCC의 콘크리트 내외부 온도 및 양생온도를 측정한 결과이다. NCC의 천막양생 조건하에서의 콘크리트 중심부 온도는 최대 28℃ 까지 상승하였으며, 이는 기준배합대비 최대 6℃이상 콘크리트 온도가 상승한 것으로 나타났다. NCC의 경우 천막양생의 경우 외기노출 조건보다 콘크리트 표면의 온도가 콘크리트 내부의 온도와 비슷한 조건으로 상승하는 것으로 나타나, 외기노출 조건보다 콘크리트 표면에서의 온도상승이 뚜렷하게 상승하는 것으로 나타났다.
- 각 양생조건에 따른 온도 측정결과를 Figure 3에 나타내었다. 가열양생은 타설 직후부터 약 24시간동안 열풍기를 통해 가열양생을 실시하였으며, 천막양생 및 가열양생 모두 3일간 양생조건을 유지하였다.
- Figure 4는 외기노출 기준배합에서의 콘크리트 내외부 온도 및 양생온도를 측정한 결과이다. 기준배합의 외기노출 조건하에서의 콘크리트 중심부 온도는 최대 14℃까지 상승하였으며, 약 3일 이후 콘크리트 중심부 온도가 외기와 비슷하게 떨어지는 것을 알 수 있었다.
- 또한 NCC의 경우 외기노출 조건에서도 3일강도가 12MPa을 상위하는 것으로 나타나 기준배합의 외기노출 조건보다 최대 2배 정도 강도가 더 발현하는 것으로 나타났다. 또한 NCC를 사용한 배합인 경우 외기노출인 경우에도 기준배합의 가열양생을 한 배합과 거의 비슷한 강도발현 효과를 내는 것을 알 수 있었다.
- 1) 일반현장에서 사용되는 27MPa의 기준배합을 기준으로 NCC를 사용한 콘크리트와의 양생조건에 따른 콘크리트의 온도이력을 측정한 결과, 콘크리트 내부의 온도차이가 크게 10℃이상 차이가 나는 것으로 나타났으며, 이는 NCC의 자기발열 분체에 의한 저온에서의 온도발열이 이루어 지고 있는 것으로 판단되며, 동절기 초기 콘크리트의 발열이 외기노출된 구조물에서도 충분히 콘크리트 자체 발열로 강도발현이 가능할 것으로 판단된다. 또한 NCC를 사용한 콘크리트에서의 콘크리트 표면 온도도 같이 상승하는 것으로 나타나 최소한의 보양으로도 콘크리트 자체발열 온도로 콘크리트 표면 동해현상을 방지할 수 있을 것으로 판단된다.
- 압축강도 측정결과 기준배합에서 가열양생을 한 배합이 초기강도가 가장 높게 발현하는 것으로 나타났다. 또한 NCC의 경우 외기노출 조건에서도 3일강도가 12MPa을 상위하는 것으로 나타나 기준배합의 외기노출 조건보다 최대 2배 정도 강도가 더 발현하는 것으로 나타났다. 또한 NCC를 사용한 배합인 경우 외기노출인 경우에도 기준배합의 가열양생을 한 배합과 거의 비슷한 강도발현 효과를 내는 것을 알 수 있었다.
- 압축강도 측정결과 기준배합에서 가열양생을 한 배합이 초기강도가 가장 높게 발현하는 것으로 나타났다. 또한 NCC의 경우 외기노출 조건에서도 3일강도가 12MPa을 상위하는 것으로 나타나 기준배합의 외기노출 조건보다 최대 2배 정도 강도가 더 발현하는 것으로 나타났다.
- 온도 측정결과 초기 타설 시점에서의 온도는 약 5℃에서 타설을 시작하였으며, 최고온도는 약 11℃이며, 최저온도는 -8℃까지 측정되었다.
- 2) 압축강도 측정결과 NCC를 사용한 콘크리트에서의 압축강도는 기준배합 대비 3일강도 기준으로 최대 5MPa 이상 더 강도발현이 가능한 것으로 나타났으며, 이는 동절기에서 최소한의 양생(천막양생)만으로도 초기동해 및 안정적인 강도발현이 가능할 것으로 판단된다. 우수한 초기강도 발현을 통한 동절기 공사 공기단축 효과도 있을 것으로 판단된다.
- 기준배합의 천막양생 조건하에서의 콘크리트 중심부 온도는 최대 22℃까지 상승하였다. 천막양생만 하여도 콘크리트의 온도를 유지하는데 크게 도움이 되는 것을 알 수 있었다.
- 코어강도 측정결과 3일강도 기준으로 NCC를 사용한 콘크리트에서 10MPa 이상의 강도발현 성능을 나타내는 것을 알 수 있었다. 현장봉합양생을 한 경우보다 코어강도가 약 20% 이상 강도가 더 발현하는 것으로 나타났으며, 현장에 적용시 양생 없이도 충분히 강도발현이 가능하며, 공기단축에 효과도 있는 것으로 판단된다.
- 코어강도 측정결과 3일강도 기준으로 NCC를 사용한 콘크리트에서 10MPa 이상의 강도발현 성능을 나타내는 것을 알 수 있었다. 현장봉합양생을 한 경우보다 코어강도가 약 20% 이상 강도가 더 발현하는 것으로 나타났으며, 현장에 적용시 양생 없이도 충분히 강도발현이 가능하며, 공기단축에 효과도 있는 것으로 판단된다.
후속연구
- NCC의 경우 천막양생의 경우 외기노출 조건보다 콘크리트 표면의 온도가 콘크리트 내부의 온도와 비슷한 조건으로 상승하는 것으로 나타나, 외기노출 조건보다 콘크리트 표면에서의 온도상승이 뚜렷하게 상승하는 것으로 나타났다. 이는 최소한의 양생(외기차단)만으로도 NCC의 초기표면동해 및 콘크리트의 안정적인 강도발현이 가능할 것으로 판단된다.
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