동절기에 콘크리트를 시공할 경우 초기동해와 강도발현이 지연되는 문제가 있으며, 이를 방지하기 위해서는 콘크리트가 동결하기 이전에 시멘트의 수화반응이 일정수준 이하 진행되는 것이 중요하다. 이에 본 연구는 저온에서도 수화열이 높게 발생되는 $Al_2O_3$성분이 함량이 높은 CSA, 알루미나시멘트를 OPC에 치환하여 물성평가를 수행하였다. 그 결과 CSA, 알루미나시멘트를 사용하여 $-5^{\circ}C$의 저온환경에서 초기에 수화반응이 빠르게 진행되며, 급결현상 및 유동성저하현상이 발생되었고, 석고를 사용하여 응결시간을 지연하며 유동성을 확보하여 작업성을 개선하였다. 또한 단열양생공법을 적용하여 모르타르의 동결시간을 지연하였으며 수축보상효과를 증진시켰고 3일, 7일 강도가 증진되었다. 따라서 본 연구 결과 저온환경에서 CSA, 알루미나시멘트 및 석고를 사용하여 조기에 강도발현 증진효과가 우수하였으며, 석고 및 단열양생공법을 적용하여 작업성, 동결저항성, 조기강도 발현 성능이 개선되어 초기동해를 방지하는데 효과가 있을 것으로 판단된다.
동절기에 콘크리트를 시공할 경우 초기동해와 강도발현이 지연되는 문제가 있으며, 이를 방지하기 위해서는 콘크리트가 동결하기 이전에 시멘트의 수화반응이 일정수준 이하 진행되는 것이 중요하다. 이에 본 연구는 저온에서도 수화열이 높게 발생되는 $Al_2O_3$성분이 함량이 높은 CSA, 알루미나시멘트를 OPC에 치환하여 물성평가를 수행하였다. 그 결과 CSA, 알루미나시멘트를 사용하여 $-5^{\circ}C$의 저온환경에서 초기에 수화반응이 빠르게 진행되며, 급결현상 및 유동성저하현상이 발생되었고, 석고를 사용하여 응결시간을 지연하며 유동성을 확보하여 작업성을 개선하였다. 또한 단열양생공법을 적용하여 모르타르의 동결시간을 지연하였으며 수축보상효과를 증진시켰고 3일, 7일 강도가 증진되었다. 따라서 본 연구 결과 저온환경에서 CSA, 알루미나시멘트 및 석고를 사용하여 조기에 강도발현 증진효과가 우수하였으며, 석고 및 단열양생공법을 적용하여 작업성, 동결저항성, 조기강도 발현 성능이 개선되어 초기동해를 방지하는데 효과가 있을 것으로 판단된다.
In order to examine the possibility of practical use of aluminate cement concrete at low-temperature environment with insulation method, an experimental studies on flowability, setting time, freezing temperature, size variation and compressive strength of the mortar at low-temperature were conducted...
In order to examine the possibility of practical use of aluminate cement concrete at low-temperature environment with insulation method, an experimental studies on flowability, setting time, freezing temperature, size variation and compressive strength of the mortar at low-temperature were conducted. Compressive strength was increased in use of CSA, aluminate cement with gypsum. Workability and physical properties were improved by using aluminate cement and gypsum. In addition, freezing resistance and physical properties were improved by applying the insulation curing method. Especially, when alumina cement and gypsum were used together, the insulation curing method was more effective in improving the compressive strength.
In order to examine the possibility of practical use of aluminate cement concrete at low-temperature environment with insulation method, an experimental studies on flowability, setting time, freezing temperature, size variation and compressive strength of the mortar at low-temperature were conducted. Compressive strength was increased in use of CSA, aluminate cement with gypsum. Workability and physical properties were improved by using aluminate cement and gypsum. In addition, freezing resistance and physical properties were improved by applying the insulation curing method. Especially, when alumina cement and gypsum were used together, the insulation curing method was more effective in improving the compressive strength.
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문제 정의
따라서, 본 연구에서는 알루미나시멘트를 사용한 저온환경하 콘크리트의 실무 활용 가능성을 검토할 목적으로 알루미나시멘트 및 알루미나 복합체를 활용한 모르타르의 배합조건에 따른 기본물성 및 온도거동특성을 평가하였다. 또한 알루미나시멘트의 발열반응을 증진시킴에 따른 특성변화를 분석하기 위해 단열양생을 적용한 시험체와 비교하였다.
전반적으로 모르타르가 동결되기 전까지 CAC가 수축정도를 증가시키며 석고는 CAC와 함께 수화반응을 통해 팽창을 유발하여 수축보상을 발생시켰으며, 모르타르가 동결된 이후에도 지속적으로 완만하게 수축 및 팽창을 발현하는 것으로 나타났다. 본 연구에서는 CA계열과 C12A7계열의 CAC를 석고와 함께 사용할 경우 체적팽창으로 인한 균열발생을 방지하기 위해서 석고의 혼입비율을 각각 3:1, 2:1로 설정하는 것이 유효한 것으로 나타났다. 즉 동일한 석고의 사용량에서도 함께 사용된 CAC의 종류에 따라 팽창성능이 크게상이하며 이는 CAC와 석고의 수화반응과정에서 ettringite및 mono sulfate 수화물이 형성되고 모르타르 내부 조직구조가 밀실하게 채워지며 조직구조가 형성되는 특성에 의한 것으로 추정된다[3].
본 연구에서는 저온환경에서 시공이 가능하고 초기 강도 발현 특성이 우수한 저온환경하 콘크리트의 실무 활용 가능성을 검토할 목적으로 알루미나시멘트 및 알루미나 복합체를 활용한 모르타르의 석고사용 및 단열양생공법의 적용에 따른 플로우, 응결시간, 온도거동, 수축거동 및 압축강도 특성을 검토하였으며 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
본 연구에서는 저온환경에서 알루미나시멘트의 사용방법에 따른 모르타르의 초기발열효과와 강도발현특성을 비롯한 온도거동 특성을 평가하고자 하였다. 또한 초기발열효과를 증진시킴에 따른 특성변화를 분석하기 위해 단열양생을 적용한 시험체와 비교하였으며, 이를 위해 다음과 같은 실험계획을 수립하였다.
또한 알루미나시멘트의 발열반응을 증진시킴에 따른 특성변화를 분석하기 위해 단열양생을 적용한 시험체와 비교하였다. 이를 통해 저온환경 알루미나시멘트의 적정배합을 제안하고 한중콘크리트에 사용하는 방안을 연구하기 위한 기초자료를 제시하고자 한다.
제안 방법
단열공법 방법은 Figure 2와 같이 25mm 두께의 압축스티로폼 단열재와 3mm 두께의 금속판을 사용하여 밑면과 옆면이 단열재로 구성된 300×300×150mm의 내부공간을 갖춘 상부가 열린 직육면체형태의 단열박스를 제작하였으며, 단열박스의 내부 온도를 –5℃까지 냉각시킨 뒤 모르타르 시험체를 제작하여 단열박스에 투입한 뒤 상부를 단열재로 밀봉하여 –5℃로 설정된 항온 항습기에서 양생하였다.
단열공법의 적용여부에 따른 특성을 검토하기 위해 열전도율이 낮은 스티로폼을 사용한 단열거푸집을 사용하였고, 모르타르 내 온도거동, 수축거동, 압축강도 등 기초물성을 측정하였다.
지연제는 저온환경에서 지연제가 혼합수에 용해되는데 시간이 소요되며, CAC 종류에 따라 지연제가 혼합수에 용해되는 속도가 달라질 수 있다. 따라서, 지연제의 용해속도가 본 실험결과에 미치는 영향을 동등하게 설정하기 위해 혼합수에 지연제를 완전히 용해시킨 후 모르타르 제조를 수행하였다. 감수제 및 지연제의 화학적 성질을 Table 7에 나타내었다.
따라서, 본 연구에서는 알루미나시멘트를 사용한 저온환경하 콘크리트의 실무 활용 가능성을 검토할 목적으로 알루미나시멘트 및 알루미나 복합체를 활용한 모르타르의 배합조건에 따른 기본물성 및 온도거동특성을 평가하였다. 또한 알루미나시멘트의 발열반응을 증진시킴에 따른 특성변화를 분석하기 위해 단열양생을 적용한 시험체와 비교하였다. 이를 통해 저온환경 알루미나시멘트의 적정배합을 제안하고 한중콘크리트에 사용하는 방안을 연구하기 위한 기초자료를 제시하고자 한다.
본 연구에서는 저온환경에서 알루미나시멘트의 사용방법에 따른 모르타르의 초기발열효과와 강도발현특성을 비롯한 온도거동 특성을 평가하고자 하였다. 또한 초기발열효과를 증진시킴에 따른 특성변화를 분석하기 위해 단열양생을 적용한 시험체와 비교하였으며, 이를 위해 다음과 같은 실험계획을 수립하였다.
경화된 모르타르의 압축강도는 KS L ISO 679에 의거하여 시멘트의 강도 시험 방법에 따라 40×40×160mm 철제몰드를 사용하여 제작하였다. 모르타르 실험체는 -5℃의 항온항습기 내부에서 단열양생공법의 적용여부에 따라 실험체를 양생하였고 재령기간 3, 7일과 14일 저온양생 이후 14일 상온양생에 대한 압축강도를 측정하였다. 저온에서 모르타르를 양생할 경우 시험체의 수분이 동결되어 얼음의 강도가 측정될 수 있으며, 이를 방지하기 위해 상온에서 6시간 동안 추가로 양생하여 동결된 수분을 해빙시킨 후 압축강도를 측정하였다.
모르타르의 수축거동은 40×40×160mm 철제 몰드에 모르타르를 채운 후 시편의 중앙부에 매립형 strain gauge(길이:60mm, 게이지율:2.11±1%, gauge resistance : 120±0.5Ω)를 설치하고 data logger를 이용하여 -5℃의 항온항습기 내부에서 단열양생공법의 적용여부에 따라 모르타르의 길이변화에 따른 수축거동을 측정하였다.
모르타르의 온도거동 측정 실험 방법으로 Ø100×200mm의 용기에 모르타르를 채운 후 시편의 중앙부에 열전대를 매립하고 밀봉한 상태로 data logger를 이용하여 -5℃의 항온항습기 내부에서 단열양생공법의 적용여부에 따라 모르타르 내부의 온도거동을 측정하였다.
세부 실험배합은 본 연구에 앞서 CAC와 시멘트를 혼입하여 사용할 경우 초기급결 및 작업성이 급감하는 것으로 나타났으며, 이와 같은 문제점을 개선하기 위해 유동화제와 지연제를 설정하였다[2]. 유동화제는 PC계 고성능AE감수제를 바인더 대비 0.
시멘트 및 CAC 복합재료는 국내 시판되는 제품들 중 보통 포틀랜드시멘트, CSA계 시멘트, 광물조성에 따라 CA,C12A7을 각각 주성분으로 구성된 CAC와 석고가 혼입된 복합재료를 사용하였으며, CAC 제조업체에서 제안하는 가이드배합을 참조하여 CAC와 석고의 적정혼합비를 2:1, 3:1로 설정하였다. 잔골재는 ISO 표준사를 사용하였다.
시멘트, 골재, 혼합수, 혼화재료 등 모든 실험재료는 5℃로 설정된 항온항습기에 3일간 보관하여 재료의 온도를 저온상태로 동일하게 설정하였다. 실험체의 양생방법은 단열공법의 적용 여부에 따라 저온일반양생 실험체와 저온단열양생 실험체의 두 가지로 구분하였으며, 각각의 실험체는 수분증발로 인한 건조수축 및 균열이 발생되는 것을 방지하기 위해 공기에 노출되지 않도록 실험체 상부에 아크릴필름을 설치하여 밀봉된 상태로 양생하였다. 단열공법 방법은 Figure 2와 같이 25mm 두께의 압축스티로폼 단열재와 3mm 두께의 금속판을 사용하여 밑면과 옆면이 단열재로 구성된 300×300×150mm의 내부공간을 갖춘 상부가 열린 직육면체형태의 단열박스를 제작하였으며, 단열박스의 내부 온도를 –5℃까지 냉각시킨 뒤 모르타르 시험체를 제작하여 단열박스에 투입한 뒤 상부를 단열재로 밀봉하여 –5℃로 설정된 항온 항습기에서 양생하였다.
일반적으로 사용되는 보통포틀랜드시멘트 모르타르와의 비교를 위해 물-결합재비 42%, 결합재와 잔골재의 비를 1:3으로 하는 Plain 배합을 선정하였다. 알루미나시멘트 사용배합은 OPC(Ordinary Portland Cement) 대비 CAC(Calcium Aluminate Cement)를 30%만큼 치환하여 사용하도록 설정하였다. OPC에 CAC를 혼입하여 사용할 경우 급결현상 및 강도저하가 발생될 수 있으며, SO3성분을 포함하는 석고를 혼입하여 위의 문제점을 방지할 수 있다.
세부 실험배합은 본 연구에 앞서 CAC와 시멘트를 혼입하여 사용할 경우 초기급결 및 작업성이 급감하는 것으로 나타났으며, 이와 같은 문제점을 개선하기 위해 유동화제와 지연제를 설정하였다[2]. 유동화제는 PC계 고성능AE감수제를 바인더 대비 0.5%로 설정하였고, 지연제는 무수구연산을 바인더 대비 0.25%로 설정하였다.
10℃에서 제작된 굳지않은 모르타르는 냉각되는 과정에서 온도가 저하되며 동결되기 직전에 일시적으로 온도가 상승한 후 다시 감소한다. 이 때 온도가 상승된 후 다시 저하하기 직전의 시점을 모르타르가 동결한 것으로 판단하였으며, 이 시점을 동결온도로 측정하였다[5,6].
이에 따라 CAC 제품종류에 따라 해당 원료업체에서 제시하는 적정 석고의 사용방법에 따라 CAC와 석고의 비율을 2:1, 3:1로 혼합 적용하고, 저온환경하 모르타르의 양생과정에서 발생되는 수화열에 따른 특성을 검토하기 위해 모르타르 제작온도를 10±2℃로 유지하였으며, 시편의 양생온도는 –5℃로 설정하였다.
일반적으로 사용되는 보통포틀랜드시멘트 모르타르와의 비교를 위해 물-결합재비 42%, 결합재와 잔골재의 비를 1:3으로 하는 Plain 배합을 선정하였다. 알루미나시멘트 사용배합은 OPC(Ordinary Portland Cement) 대비 CAC(Calcium Aluminate Cement)를 30%만큼 치환하여 사용하도록 설정하였다.
모르타르 실험체는 -5℃의 항온항습기 내부에서 단열양생공법의 적용여부에 따라 실험체를 양생하였고 재령기간 3, 7일과 14일 저온양생 이후 14일 상온양생에 대한 압축강도를 측정하였다. 저온에서 모르타르를 양생할 경우 시험체의 수분이 동결되어 얼음의 강도가 측정될 수 있으며, 이를 방지하기 위해 상온에서 6시간 동안 추가로 양생하여 동결된 수분을 해빙시킨 후 압축강도를 측정하였다.
5Ω)를 설치하고 data logger를 이용하여 -5℃의 항온항습기 내부에서 단열양생공법의 적용여부에 따라 모르타르의 길이변화에 따른 수축거동을 측정하였다. 총 수축량은 건조수축을 제외한 자기수축만을 측정하기 위해 건조수축이 발생하지 않도록 시편을 밀봉하였으며, 모르타르가 몰드에 부착되어 구속력과 마찰력이 발생되는 것을 방지하기 위해 몰드의 바닥과 양쪽 끝단부에 0.5mm 두께의 PE 필름을 설치하였으며 자기수축만 발생할 수 있게 설정한 후 수축 거동을 측정하였다.
대상 데이터
감수제는 국내 L사에서 상용중인 AE형 폴리카르본산계 감수제를 사용하였고, 지연제는 C사에서 판매하는 분말형태의 무수구연산을 선정하였다. 지연제는 저온환경에서 지연제가 혼합수에 용해되는데 시간이 소요되며, CAC 종류에 따라 지연제가 혼합수에 용해되는 속도가 달라질 수 있다.
을 각각 주성분으로 구성된 CAC와 석고가 혼입된 복합재료를 사용하였으며, CAC 제조업체에서 제안하는 가이드배합을 참조하여 CAC와 석고의 적정혼합비를 2:1, 3:1로 설정하였다. 잔골재는 ISO 표준사를 사용하였다. 시멘트 및 골재의 물리 화학적 성질을 Table 5, 6에 나타내었다.
이론/모형
경화된 모르타르의 압축강도는 KS L ISO 679에 의거하여 시멘트의 강도 시험 방법에 따라 40×40×160mm 철제몰드를 사용하여 제작하였다.
본 연구의 실험방법으로 모르타르의 혼합은 KS L 5109에 의거하여 수경성 시멘트 페이스트 및 모르타르의 기계적 혼합방법의 배합절차에 따라 전동식 혼합믹서를 사용하였으며, 실험실의 내부온도는 10±2℃로 설정하였다.
플로우는 KS F 2476에 따라 전동식 플로테이블을 사용하여 플로우를 측정하였으며, 응결시간은 KS F 2436에 의거하여 관입법을 사용하여 측정하였다. 실험실의 온도는 10±2℃, 습도는 55±2%로 설정하여 실험을 실시하였다.
성능/효과
1) OPC에 CSA 및 알루미나시멘트를 사용한 모르타르는-5℃의 저온환경에서도 초기에 수화반응이 빠르게 진행되며, CSA 및 알루미나시멘트와 석고를 사용한 경우 3일에 5MPa 이상의 압축강도를 발현하였다. 단열 양생공법을 적용하여 전 재령기간의 압축강도가 증진되었으며 C12A7계열의 CAC를 사용한 C2/S2가 강도 발현이 가장 우수하였다.
2) OPC에 알루미나시멘트를 단독으로 치환할 경우 플로우 저하 및 급결현상이 나타났으며, 이는 석고를 첨가하여 응결시간을 지연하고 유동성을 증진시켜 작업성을 개선할 수 있었다.
3) 단열양생을 적용할 경우 Plain의 동결시간은 190분으로 단축되었고 동결온도는 –1.2℃로 저하하였다.
3) 저온환경에서 OPC에 CSA, 알루미나시멘트를 사용할 경우 OPC를 단독으로 사용한 실험 대비 모르타르의 온도저하 속도가 증가하였으며, 석고의 사용량이 증가할수록 동결시간이 지연되었다. 이는 수화반응이 빠르게 진행되어 자유수가 감소한 것에 기인한 것으로 판단되며, 단열양생공법을 적용하여 모르타르의 온도저하 속도가 감소하였고 동결시간이 지연되었다.
4) 저온환경에서 OPC에 CSA, 알루미나시멘트 및 석고를 사용할 경우 초기 6시간동안 경화되는 과정에서 빠르게 수축한 이후 지속적으로 완만하게 팽창하여 수축보상이 진행되는 것으로 나타났다. 단열양생공법을 적용할 경우 전반적으로 수축현상이 감소하였다.
특히, CSA 및 CAC와 석고를 함께 사용한 시험체는 3일 압축강도가 5MPa 이상 발현되었으며, 앞서 단열양생을 적용하지 않은 시험체의 14일 저온양생이후 14일 상온에서 양생한 압축강도가 감소하였던 결과와 비교하여 단열양생을 적용할 경우 중장기적인 측면에서의 압축강도 발현성능의 저하가 감소하였다. C12A7 계열의CAC와 석고를 사용한 C2/S2가 3일 압축강도가 12.5MPa로 가장 우수하였으며, CSA, CA계열의 CAC를 사용한 C1/S2가 각각 7.58MPa, 7.88MPa로 높게 측정되었다.
CAC를 단독으로 치환한 시험체는 C1/S0, C2/S0 모두 4시간동안 수축한 후 4시간 이후부터 48시간까지 지속적으로 완만하게 소폭 수축하였다. 단열양생을 적용할 경우 C1/S0, C2/S0 모두 총 수축량이 증가하였으며, 이는 단열양생을 적용할 경우 CAC의 수화반응이 더 진행되었으며 이로 인해 모르타르 자기수축이 더 발생된 것으로 판단된다.
CAC와 석고를 3:1의 비율로 시멘트에 치환한 C1/S1 시험체는 초기 4시간까지 수축한 뒤 6시간까지 다소 높은 팽창 정도를 나타냈으며 그 후 지속적으로 완만하게 소폭 팽창하였다. CAC와 석고를 2:1의 비율로 시멘트에 치환한 C1/S2 시험체는 2시간 이후부터 8시간까지 다소 팽창정도가 크게 나타난 뒤 8시간 이후부터 지속적으로 완만하게 팽창하는 것으로 나타났으며, 전반적으로 총 수축량보다 팽창정도가 더 높게 측정되었다. C2/S2 시험체는 6시간까지 수축한 뒤 6시간 이후부터 지속적으로 완만하게 소폭 팽창하였다.
CAC와 석고를 함께 치환한 시험체의 동결시간은 CAC를 단독으로 치환한 시험체 대비 동결시간이 증가하였고 동결온도는 C1/S2는 –1.6℃로 감소하였으며 C1/S1, C2/S2는 큰 차이가 없는 것으로 나타났다.
특히, C2/S0는 C1/S0보다 플로우가 작게 나타났으며, 이는 C12A7 화학성분이 CA보다 반응성이 높으며 수화반응이 빠르게 진행된 것에 기인한 것으로 판단된다[3]. CSA 및 CAC와 석고가 함께 사용된 배합의 경우 석고함량이 증가될수록 플로우가 증가하였으며 CSA, C1/S2, C2/S2가 서로 유사한 것으로 나타났다.
C2/S0가 C1/S0보다 응결시간이 빠르게 나타났으며, 앞서 플로우 측정실험에서 검토하였던 C12A7 화학성분이 CA보다 반응성이 높은 원인에 따른 결과로 추정된다. CSA 및 CAC와 석고가 함께 사용된 배합의 경우 응결시간이 1~2시간 정도 지연되었으며, 공통적으로 C12A7로 형성된 CAC를 사용한 배합이 가장 빠르게 나타났으며 CA, CSA의 순서로 측정되었다.
해당 배합은 모두 SO3 및 석고성분이 포함된 배합으로서 석고가 사용됨에 따라 초기강도의 발현이 우수하게 나타났으며, 초기 동결로 인한 피해를 방지하는데 유리할 것으로 판단된다. CSA, C2/S2 시험체의 3일 압축강도는 약 7MPa로 가장 높게 나타났으며 14일 저온양생이후 14일 상온에서 양생한 압축강도는 다른 시험체 대비 상대적으로 낮게 측정되었다. 따라서 초기 압축강도 발현성능이 높을 경우 저온환경이 해제된 이후 중장기적인 측면에서의 압축강도 발현성능은 다소 불리한 것으로 판단된다.
Figure 4는 모르타르의 저온환경에서 2일동안의 수축거동을 나타낸 것이다. CSA, CAC 및 석고가 사용되지 않은 Plain의 수축거동은 6시간동안 시험체가 급격히 수축하였고 6시간 이후부터 24시간까지 는 완만하게 수축하였으며, 24시간 이후부터는 수축변화가 거의 없는 것으로 나타났다. 단열양생을 적용할 경우 Plain은 수축하는 정도가 2시간정도 빨라졌으며 4시간동안 급격히 수축한 뒤, 4시간 이후부터 소폭 팽창하였고 12시간 이후부터 수축변화가 거의 없는 것으로 나타났다.
CSA를 사용한 시험체는 5시간동안 급격히 수축한 이후 5시간 이후부터 48시간까지 완만하게 소폭 팽창하는 것으로 나타났다. 단열양생을 적용한 CSA는 6시간까지 수축한 후 6시간 이후부터 48시간까지 완만하게 소폭 팽창하였다.
1) OPC에 CSA 및 알루미나시멘트를 사용한 모르타르는-5℃의 저온환경에서도 초기에 수화반응이 빠르게 진행되며, CSA 및 알루미나시멘트와 석고를 사용한 경우 3일에 5MPa 이상의 압축강도를 발현하였다. 단열 양생공법을 적용하여 전 재령기간의 압축강도가 증진되었으며 C12A7계열의 CAC를 사용한 C2/S2가 강도 발현이 가장 우수하였다.
C2/S2 시험체는 6시간까지 수축한 뒤 6시간 이후부터 지속적으로 완만하게 소폭 팽창하였다. 단열양생을 적용할 경우 C1/S1, C1/S2, C2/S2 모두 수축하는 정도가 감소하였으며 전체적으로 석고의 함량에 따른 팽창하는 정도가 증가하는 것으로 나타났다.
단열양생을 적용할 경우 CSA 시험체의 동결시간은 256분으로 증가하였고 동결온도는 –1.1℃로 나타났으며, 동결된 이후 온도가 저하하는 속도가 다소 완만해지는 것으로 나타났다.
CSA, CAC 및 석고가 사용되지 않은 Plain의 수축거동은 6시간동안 시험체가 급격히 수축하였고 6시간 이후부터 24시간까지 는 완만하게 수축하였으며, 24시간 이후부터는 수축변화가 거의 없는 것으로 나타났다. 단열양생을 적용할 경우 Plain은 수축하는 정도가 2시간정도 빨라졌으며 4시간동안 급격히 수축한 뒤, 4시간 이후부터 소폭 팽창하였고 12시간 이후부터 수축변화가 거의 없는 것으로 나타났다.
전반적으로 모르타르가 동결되기 전까지 CAC가 수축정도를 증가시키며 석고는 CAC와 함께 수화반응을 통해 팽창을 유발하여 수축보상을 발생시켰으며, 모르타르가 동결된 이후에도 지속적으로 완만하게 수축 및 팽창을 발현하는 것으로 나타났다. 본 연구에서는 CA계열과 C12A7계열의 CAC를 석고와 함께 사용할 경우 체적팽창으로 인한 균열발생을 방지하기 위해서 석고의 혼입비율을 각각 3:1, 2:1로 설정하는 것이 유효한 것으로 나타났다.
단열양생을 적용할 경우 대부분의 시험체의 압축강도가 전 재령구간에서 증가하였다. 특히, CSA 및 CAC와 석고를 함께 사용한 시험체는 3일 압축강도가 5MPa 이상 발현되었으며, 앞서 단열양생을 적용하지 않은 시험체의 14일 저온양생이후 14일 상온에서 양생한 압축강도가 감소하였던 결과와 비교하여 단열양생을 적용할 경우 중장기적인 측면에서의 압축강도 발현성능의 저하가 감소하였다. C12A7 계열의CAC와 석고를 사용한 C2/S2가 3일 압축강도가 12.
플로우는 OPC만 사용한 실험체가 가장 높게 나타났으며, CSA 및 CAC가 사용될 경우 저감되었고, 석고가 사용될수록 플로우가 증가하였다. 특히, 석고가 사용되지 않은 CAC단독으로 사용된 C1/S0, C2/S0는 시간이 경과함에 따라 유동성이 급격히 감소하였으며 수분증발로 인한 표면건조를 비롯하여 급결현상이 발생되었다. 특히, C2/S0는 C1/S0보다 플로우가 작게 나타났으며, 이는 C12A7 화학성분이 CA보다 반응성이 높으며 수화반응이 빠르게 진행된 것에 기인한 것으로 판단된다[3].
Table 9는 플로우 및 응결시간 측정결과를 나타낸 것이다. 플로우는 OPC만 사용한 실험체가 가장 높게 나타났으며, CSA 및 CAC가 사용될 경우 저감되었고, 석고가 사용될수록 플로우가 증가하였다. 특히, 석고가 사용되지 않은 CAC단독으로 사용된 C1/S0, C2/S0는 시간이 경과함에 따라 유동성이 급격히 감소하였으며 수분증발로 인한 표면건조를 비롯하여 급결현상이 발생되었다.
모르타르가 초기에 동결피해를 방지하지기 위해서는 3일 압축강도가 5MPa를 발현하는 것이 중요한 것으로 알려져 있으며, 이를 만족하는 시험체는 CSA, C1/S2, C2/S2인 것으로 나타났다. 해당 배합은 모두 SO3 및 석고성분이 포함된 배합으로서 석고가 사용됨에 따라 초기강도의 발현이 우수하게 나타났으며, 초기 동결로 인한 피해를 방지하는데 유리할 것으로 판단된다. CSA, C2/S2 시험체의 3일 압축강도는 약 7MPa로 가장 높게 나타났으며 14일 저온양생이후 14일 상온에서 양생한 압축강도는 다른 시험체 대비 상대적으로 낮게 측정되었다.
후속연구
알루미나시멘트는 특수시멘트로서 속경성, 조강성, 발열성이 높은 특성을 나타내며 국외 연구의 경우 저온에서 초기 수화반응으로 인한 강도발현특성이 우수한 것으로 보고되고 있다[4]. 알루미나시멘트의 높은 초기발열특성은 일반적인 상온에서는 높은 수화열로 인해 급결 또는 균열이 발생되어 콘크리트 품질이 저하될 수 있으나, 한중콘크리트와 같은 저온환경에서는 초기발열특성으로 인한 온도상승효과가 자체적으로 가열양생의 효과를 발휘하게 되고, 추가적으로 단열양생공법을 적용하여 초기발열반응으로 인한 온도상승효과를 증진시킬 수 있으며 초기동해피해를 방지할 수 있을 것으로 예상된다. 그러나 국내에서는 한중콘크리트공사에서 알루미나시멘트를 적용한 실질적 시공사례 및 평가연구는 미비한 실정이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
극한지역에서 고층 및 대형건축물의 콘크리트 공사를 할 시 겪는 어려운 점은?
이러한 극한지역의 경우 일반적으로 콘크리트 공사가 불가능한 혹한기의 지속기간이 상당하여 연중 콘크리트 공사가 가능한 시기가 제약된다. 특히, 고층 및 대형건축물과 같은 장기간의 공사기간이 요구되는 건설프로젝트의 경우 연중 공사기간이 부족할 경우 총 공사기간이 연단위로 증가할 수 있으며, 이에 따른 비용이 추가적으로 증가하여 시공에 어려움이 있는 실정이다. 이러한 극한지에서 연중 콘크리트 공사가능시기를 1~2개월 확장할 경우 총 공사기간을 연단위로 저감할 수 있을 것으로 예상된다.
극한지역에서 콘크리트 공사 시기가 제약되는 이유는?
최근 국내 건설산업의 포화로 인해 신규 건설시장으로 진출하기 위한 사업의 일환으로 고위도지역인 몽골, 러시아 등 극한지역에 대한 건설공사를 수행하기 위한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 이러한 극한지역의 경우 일반적으로 콘크리트 공사가 불가능한 혹한기의 지속기간이 상당하여 연중 콘크리트 공사가 가능한 시기가 제약된다. 특히, 고층 및 대형건축물과 같은 장기간의 공사기간이 요구되는 건설프로젝트의 경우 연중 공사기간이 부족할 경우 총 공사기간이 연단위로 증가할 수 있으며, 이에 따른 비용이 추가적으로 증가하여 시공에 어려움이 있는 실정이다.
일부 긴급공사에서 콘크리트가 저온환경에 노출되는 것을 방지하기 위해 무엇을 수행하는가?
현재 국내의 한중콘크리트 공사는 일부 긴급공사를 제외하고는 대부분이 한중콘크리트에서 지정한 기준온도인 4℃ 이하에서 공사를 진행하지 않는 실정이며, 일부 긴급공사에서는 콘크리트가 저온환경에 노출되는 것을 방지하기 위하여 열선, 온풍기 및 단열설비를 사용한 가열보온양생을 수행하는 경우가 대부분이다. 보온양생의 경우 과다한 에너지사용량 및 열원의 불균일한 공급 등으로 인해 품질저하, 공기지연 및 공사비 증대 등의 문제점이 발생되며 보온양생을 최소화 하며 콘크리트 자체의 빙결온도를 저감시키고 초기에 시멘트 수화반응을 촉진시키기 위한 기술개발의 연구가 활발하다[2,3].
참고문헌 (6)
Han CG, Han MC. Determination of the protecting periods of frost damage at early age in cold weather concreting. Journal of Korea Concrete Institute. 2000 Jun;12(3):47-55.
Hong KN, Jung JY. Han SH. Material properties of grout using alumina cement and anhydrite. Journal of the Korean Society of Safety. 2011 Oct;26(5):59-64.
Min TB, Mun YB, Kim HC, Choi HK, Kim JY, Lee HS. A fundamental experiment on preventing frost damage at early age of mortar in low temperature using reduction slag. Journal of the Korea Institute of Building Construction. 2016 Feb;16(1):1-7.
Onder Kirca. Temperature effect on calcium aluminate cement based composite binders[doctor's thesis]. [Ankara (Turkey)]: Middle East Technical University; 2006 July. 209 p.
Jung JY, Min KH, Lee DK, Choi HS. A study of characteristics change of low-shrinkage normal strength concrete according to mixing factors and curing temperature. Journal of the Korea Academia Industrial cooperation Society. 2016 July;17(7):342-7.
Cho HW, Kang ST, Shin HS, Lee JH. Fundamental properties of magnesia-prosphate composite considering mix conditions and curing temperature. Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection. 2012 Nov;16(6):163-70.
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