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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 슬래그 시멘트 및 벨라이트 시멘트, 석회석 미분말 등과 같은 결합재에 따른 고성능 자기충전 콘크리트의 최적 배합조건을 도출하고, 현장에서의 제조, 운반, 타설에 따른 유동성, 충전성 및 재령별 강도발현 특성, 그리고 현장 최적 배합조건에 따른 재료비 및 현장적용에 따른 시공자료 등을 평가하여, 결합재 종류에 따른 자기충전 콘크리트의 시공성 및 경제성 등의 특성을 비교·분석하고자 한다.
제안 방법
- 또한 이 범위에서 벨라이트계의 실험결과가 약간 우수한 것은 벨라이트 시멘트 및 대량의 석회석 미분말 사용으로 인한 고성능 AE 감수제의 흡착 및 분산성능이 개선되었기 때문으로 사료된다.2,8) 이러한 실험결과를 고려하여 배처 플랜트의 최적 배합시간을 75초로 선정하였다.
- Table 3에 제시한 배합조건으로 현장 최적배합 조건을 도출한 후, 이에 따른 배처 플랜트의 시험배합을 실시하여 콘크리트의 배합시간을 선정하였으며, 배처 플랜트의 연속생산성 시험을 통하여 자기충전 콘크리트의 유동성 및 시공성을 확인하였다. 또한, 최적 배합시간에 따른 시간당 생산량 및 시공계획을 사전에 분석하였다.
- Table 4의 현장 최적배합에 대한 응결시간 및 블리딩 시험, 자기충전 콘크리트의 침하량 시험, 배처 플랜트의 배합시간 선정시험 및 연속 생산성 시험을 실시하였으며, 이에 따른 실험결과는 다음과 같다.
- 결합재에 따른 자기충전 콘크리트의 경제성 분석은 최적 배합조건에 대한 재료적 측면 및 설계물량과 실타설량에 대한 시공적 측면으로 나누어 평가하였다.
- 결합재에 따른 자기충전 콘크리트의 생산성, 운반, 타설 및 시공성에 대한 실험결과를 분석하였으며, 최적 배합조건에 따른 재료비 및 설계물량에 대한 실타설량을 비교하여, 이에 따른 경제성 평가를 실시하였다.
- 배처 플랜트에서 자기충전 콘크리트의 배합시간은 콘크리트의 성능뿐만 아니라 시간당 생산량 및 현장 타설속도와도 상관성이 높다. 따라서 조정실 게이지의 믹서 암페어와 배합시간의 관계를 실험으로 분석하였으며, 이에 따른 자기충전 콘크리트의 유동성을 확인하였다.
- 5%인 슬래그 시멘트이며, 잔골재는 강모래, 굵은골재는 20 mm 쇄석을 사용하였다. 또한, 고성능 AE 감수제 및 증점제의 적합성을 고려하여 폴리 카본산계 및 폴리 싸카라이드계를 사용하였으며, 각각의 재료실험 결과는 요구성능을 만족하였다.
- Table 3에 제시한 배합조건으로 현장 최적배합 조건을 도출한 후, 이에 따른 배처 플랜트의 시험배합을 실시하여 콘크리트의 배합시간을 선정하였으며, 배처 플랜트의 연속생산성 시험을 통하여 자기충전 콘크리트의 유동성 및 시공성을 확인하였다. 또한, 최적 배합시간에 따른 시간당 생산량 및 시공계획을 사전에 분석하였다.
- 본 연구에서는 결합재에 따른 고성능 자기충전 콘크리트의 선행연구에서 도출된 기본 배합을 기초로, 슬래그계(슬래그 시멘트＋석회석 미분말) 및 벨라이트계(벨라이트 시멘트＋석회석 미분말)의 잔골재 용적비(Sr), 굵은골재 용적비(Gv) 및 물-시멘트비(W/C)에 따른 유동성과 강도발현으로 실내의 배합조건을 선정하였다.4,5)
- 여기서 설계기준강도는 재령 91일이며, 콘크리트의 변동계수(V)를 10%로 가정한 할증계수(α)와 수중저감계수를 각각 1.2 및 0.95로 하여 배합강도를 산정하였다.
- 이러한 배합조건을 대상으로 현장 배치 플랜트에서 자기충전 콘크리트의 물-시멘트비에 대한 유동성, 배합시간의 선정 및 연속성 시험, 제조 성능에 따른 특성 시험 등을 실시하여 현장의 최적 배합조건을 선정하였으며, 현장에서의 시공성 및 경제성 등을 분석하고자 하였다. 이에 따른 본 연구의 단계적 실험개요는 Fig.
대상 데이터
- 6%)의 영향으로 사료된다. 따라서 Table 1에 제시된 자기충전 콘크리트의 요구성능에 따른 유동성, 충전성 및 재령별 압축강도 실험결과를 고려할 때, Table 4와 같이 슬래그계는 물-시멘트비 41.0%, 벨라이트계는 물-시멘트비 51.0%를 최적 배합조건으로 선정하였다.
- 여기서 슬래그계는 고로슬래그 미분말의 함량이 평균 46.5%인 슬래그 시멘트이며, 잔골재는 강모래, 굵은골재는 20 mm 쇄석을 사용하였다. 또한, 고성능 AE 감수제 및 증점제의 적합성을 고려하여 폴리 카본산계 및 폴리 싸카라이드계를 사용하였으며, 각각의 재료실험 결과는 요구성능을 만족하였다.
이론/모형
- 또한 자기충전 콘크리트의 시험항목은 KSCE 2003-02(슬럼프 플로우 시험)에 따른 슬럼프 플로우 및 500 mm 플로우 도달시간, KSCE 2003-03(깔때기를 사용한 유하시험 방법)에 규정된 V형-깔때기 유하시간, KSCE 2003-01(충전장치를 이용한 간극통과성 시험방법)에 규정된 U형-box 충전시험 등으로 선정하였다.2,6)
성능/효과
- 1) 자기충전 콘크리트의 현장 시험배합에서 유동성, 충전성, 재료분리 저항성 및 재령별 강도발현을 만족하는 물-시멘트비는 슬래그계 41.0%, 벨라이트계 51.0%의 범위가 가장 적합한 것으로 나타났다.
- 또한, Figs. 12 및 13에 나타난 바와 같이 배합시간이 증가할수록 슬럼프 플로우는 증대하였으며, 500 mm 플로우 도달시간은 감소하는 경향을 나타내었다. 이는 배합시간이 증가함에 따라 시멘트 입자의 분산성능이 개선되기 때문으로 사료된다.
- 2) 배합시간 60초 이하에서는 슬럼프 플로우의 관리기준(650 ± 50 mm)을 만족하지 못하였으며, 50초 이하에서는 500 mm 플로우 도달시간의 관리기준(7 ± 3초)을 만족하지 못하였다.
- 2) 응결시간 실험결과, 벨라이트계가 슬래그계보다 지연되었으며, 유리질 슬래그의 입자형태 및 석회석 미분말의 사용량의 차이로 슬래그계가 벨라이트계보다 블리딩량이 증가되었으나 종료시간은 감소되었다.
- 3) 침하량 실험결과, 슬래그계가 벨라이트계보다 침하깊이는 증대하였으나, 종료시간은 짧은 경향을 보였다. 시멘트의 C2S 함량 및 석회석 미분말의 사용량의 차이로 단열온도 상승량 및 상승속도는 슬래그계가 큰 것으로 나타났다.
- 4) 배처 플랜트의 배합시간은 결합재에 관계없이 75초가 적합하였으며, 생산량은 100~110 m3/hr로 동일하였고 생산성 실험결과도 대부분 요구성능을 만족하였다.
- 5) 시공성 분석에서 유동성 및 충전성은 모두 만족하였으며, 재령별 압축강도는 슬래그계가 높게 나타났으나, 경제성 분석에서 벨라이트계가 재료비 약 14.0%, 설계물량-실타설량에서는 3.3% 절감되는 것으로 나타났다.
- 이는 시공관리 외에도 자기충전 콘크리트의 점성유지와 안정적인 품질관리에 의한 것으로 사료된다. 따라서 재료비 및 시공성 측면에서 볼 때, 벨라이트계가 슬래그계보다 경제성 측면에서 우수한 것으로 나타났다.
- 또한 단열온도 상승량은 벨라이트계(30.8°C)가 슬래그계(49.9°C)보다 낮게 나타났으며, 단열온도 상승속도는 슬래그계(0.62)가 벨라이트계(0.42)보다 큰 것으로 나타났다.
- 실험결과, 물-시멘트비가 증가할수록 단위결합재량의 감소에 따른 잉여수의 증대로 슬럼프 플로우가 증가하는 것으로 나타났으나, 경시변화에 따른 슬럼프 플로우의 변화는 크지 않았다. 또한, 물-시멘트비가 증가할수록 500 mm 플로우 도달시간은 감소하는 경향을 나타내었다.
- 물-시멘트비가 증가할수록 V형-깔때기 유하시간은 감소하는 경향을 나타내었으며, U형-box 충전성 실험결과 슬래그계는 물-시멘트비 41.0%, 벨라이트계는 물-시멘트비 51.0%에서 변곡점을 나타내었다. 이는 결합재-페이스트의 점성차이 및 굵은골재의 맞물림 현상(Arching)으로 사료되지만, 대부분 U-box 충전성 관리기준(300 mm 이상)을 만족하였다.
- 시공결과, 대부분 자기충전 콘크리트의 요구성능을 만족하였으며, 벨라이트계가 슬래그계보다 슬럼프 플로우는 약간 낮게, 500 mm 도달시간은 약간 높게 나타났는데, 이는 콘크리트의 온도에 따른 증점제의 온도민감성 및 점성의 영향으로 사료된다.2)
- 3) 침하량 실험결과, 슬래그계가 벨라이트계보다 침하깊이는 증대하였으나, 종료시간은 짧은 경향을 보였다. 시멘트의 C2S 함량 및 석회석 미분말의 사용량의 차이로 단열온도 상승량 및 상승속도는 슬래그계가 큰 것으로 나타났다.
- 실험결과, Φ150 × 1,210 mm 원형 시험체를 대상으로 벨라이트계는 침하깊이 0.67 mm, 침하종료 9.0시간, 슬래그계는 침하깊이 0.81 mm, 침하종료 8.5시간을 나타내어 슬래그계가 벨라이트계보다 높은 것으로 나타났다.
- 실험결과, 3 m3 생산에 필요한 임계시간은 133초, 에지테이터 1대(6 m3)의 생산에 소요되는 시간은 약 3분 30초로 나타났다. 따라서 플랜트 믹서의 안전율을 고려하면, 배처 플랜트 1대당 자기충전 콘크리트의 생산량은 100~110 m3/hr 정도로 예상할 수 있다.
- 실험결과, 결합재에 따라 약간의 차이는 있으나 자기충전 콘크리트에 요구되는 성능을 대부분 만족하였으며, 표준편차도 매우 안정적인 것으로 나타났다.
- 실험결과, 물-시멘트비가 증가할수록 단위결합재량의 감소에 따른 잉여수의 증대로 슬럼프 플로우가 증가하는 것으로 나타났으나, 경시변화에 따른 슬럼프 플로우의 변화는 크지 않았다. 또한, 물-시멘트비가 증가할수록 500 mm 플로우 도달시간은 감소하는 경향을 나타내었다.
- 실험결과, 벨라이트계는 블리딩량 0.15 cm3/cm2 및 블리딩 종료시간 8.5시간이며, 슬래그계는 블리딩량 0.19 cm3/cm2 및 블리딩 종료시간 7.5시간으로 나타났다. 슬래그계가 블리딩량이 크게 나타난 것은 유리질 입자형태 외에도 분말도가 큰 석회석 미분말의 사용량이 벨라이트계에 비해 매우 적었기 때문에, 미세공극의 충전효과와 시멘트의 흡착효과 감소 등의 영향으로 사료된다.
- 일반적으로 물-시멘트비가 증가할수록 압축강도 발현이 감소하는 경향을 보이지만, 결합재에 따른 강도 감소비율이나 재령별 강도증진 효과는 다른 것으로 나타났다.
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