[논문]저온 환경에서 콘크리트 포장의 강도발현 촉진을 위한 양생방법 연구

류성우; 김진환; 홍승호; 박제진

doi:10.7855/ijhe.2017.19.3.011

문제 정의

이와 같은 선행된 연구들에 대한 검토를 통해 본 논문에서는 저온 환경에서 조기 강도발현을 할 수 있도록 다양한 양생방법에 대한 현장 성능시험을 수행하였으며, 공학적인 기초 물성들을 평가하였다. 그 결과를 바탕으로 저온 환경에서 콘크리트 포장의 품질을 향상시킬 수 있는 방안을 마련하는 것에 초점을 맞춰 연구를 수행하였다.
미국의 경우는 일반 콘크리트 배합뿐만 아니라 다양한 혼합물(플라이애시 배합, 초속경 시멘트 등)을 고려하여 1차 Fogging, 2차 양생제 살포, 3차 습윤포양생 절차로 규정되어 있다(ACI, 2001). 배합이 다른 콘크리트의 건조수축이나 블리딩 수의 발현정도 등이 서로 다르다는 점을 고려하여 배합별 차별화 된 양생방법을 제시한 것이다. 각 주마다 양생제 살포량을 적게는300ml/cm², 많게는 447ml/cm²로 제시하고 있다.
본 논문에서는 이른 봄이나 초겨울에 콘크리트 포장을 시공하는 저온 환경에서 습도를 확보하고 보온 효과를 통해 강도발현을 앞당길 수 있는 양생방법에 대해 연구하였다. 2차례에 걸쳐 현장에서 적용가능한 다양한 양생방법을 검토하였으며, 일련의 연구 결과를 요약하면 다음과 같다.
전체적으로 해당 고속도로 구간은 산악지형이어서 터널과 교량이 많았으며, 본 실험이 이뤄진 곳은 130m 길이의 토공부로 터널과 터널 사이에 위치한다. 본 연구에서는 양생방법에 따른 강도 차이를 간접적으로 알아보기 위하여 Fig. 2와 같이 총 5가지의 양생 방법에 대해 검토하였다. 이 방법들은 일반적으로 현장에서 가장 많이 쓰이는 일반 양생제 살포 외에, 흑색 양생제 살포, 양생포 설치, 버블 시트 설치, 양생포에 비닐을 덮은 경우이다.
이 방법들은 일반적으로 현장에서 가장 많이 쓰이는 일반 양생제 살포 외에, 흑색 양생제 살포, 양생포 설치, 버블 시트 설치, 양생포에 비닐을 덮은 경우이다. 본 연구에서는 줄눈 절삭 시 발생하는 콘크리트의 파손 문제점을 개선하기 위한 것이 목적이기 때문에 일반 양생제 살포를 제외한 나머지 변수들은 줄눈이 시공되는 위치를 기준으로 좌우 30cm 폭(전체 60cm 폭)에 살포 및 설치하였다.
시험 계획은 다양한 양생방법을 현장에 적용하여 적용성 및 그 성능을 평가하기 위하여 수행하였다. 시험시공은 2015년 10월에 울산포항 고속도로 구간 내에서 이뤄졌다.
이와 같은 선행된 연구들에 대한 검토를 통해 본 논문에서는 저온 환경에서 조기 강도발현을 할 수 있도록 다양한 양생방법에 대한 현장 성능시험을 수행하였으며, 공학적인 기초 물성들을 평가하였다. 그 결과를 바탕으로 저온 환경에서 콘크리트 포장의 품질을 향상시킬 수 있는 방안을 마련하는 것에 초점을 맞춰 연구를 수행하였다.

제안 방법

1. 1차 현장평가에서는 저온 환경조건에서 콘크리트 포장의 줄눈 절삭에 따른 파손을 저감하기 위해 5가지 양생방법의 효과를 비교·분석하였다.
2. 2차 현장평가에서는 실제 저온환경조건에서 시험시공을 통해서 일반양생제와 양생포에 비닐을 설치한 두 가지 양생방법에 대해 줄눈절삭 시기에 따른 성숙도와 줄눈상태를 평가하였다. 성숙도를 분석한 결과, 양생포에 비닐을 설치한 경우는 대기 온도가 하강하는 시기에도 보온효과로 인해 슬래브 온도가 증가하였으며, 결과적으로 높은 성숙도를 보였다.
2차 현장 시험에서도 1차와 같이 온도 센서를 설치하여 콘크리트 포장 및 시편의 온도 데이터를 측정하였고, 이를 근거로 성숙도를 비교·분석하였다.
본 논문에서는 이른 봄이나 초겨울에 콘크리트 포장을 시공하는 저온 환경에서 습도를 확보하고 보온 효과를 통해 강도발현을 앞당길 수 있는 양생방법에 대해 연구하였다. 2차례에 걸쳐 현장에서 적용가능한 다양한 양생방법을 검토하였으며, 일련의 연구 결과를 요약하면 다음과 같다.
다음으로 슬래브의 온도변화를 성숙도 개념을 적용하여 분석하였다. 각 줄눈절삭 시기에 따른 성숙도를 도시한 것이 Fig.
2차 현장 시험에서도 1차와 같이 온도 센서를 설치하여 콘크리트 포장 및 시편의 온도 데이터를 측정하였고, 이를 근거로 성숙도를 비교·분석하였다. 다음으로 실제 제작한 슬래브를 양생 시간에 따라 절삭하기 때문에 줄눈부의 상태를 평가하였으며, 라벨링 면적을 측정하여 FHWA에서 제안한 방법으로 검토하였다. 줄눈별 라벨링 평가 방법은 줄눈에 발생한 라벨링의 길이와 폭을 측정하여 그 면적을 계산한다.
줄눈별 라벨링 평가 방법은 줄눈에 발생한 라벨링의 길이와 폭을 측정하여 그 면적을 계산한다. 다음으로 줄눈의 단위 길이당 면적을 계산하여 라벨링 지수를 산정하였다. 산정식은 FHWA에서 제시한 다음 식을 적용하여 상태등급을 평가하였다(FHWA, 2006).
다음으로 줄눈절삭 시기에 따라 줄눈 파손을 육안으로 조사한 후 그 면적을 측정하였다. 측정한 면적을 앞서 살펴본 FHWA에서 제안한 라벨링 상태 지수 산출식을 이용하여 건전도를 평가한 결과가 Table 4이며, Fig.
0(L)m 규격의 슬래브를 총 2개를 설치하여 각 시기별로 줄눈을 절삭하였다. 물성 평가로는 슬럼프, 공기량 및 응결시간을 측정하였다.
양생방법에 따라 강도 발현이 줄눈절삭 상태에 영향을 미치기 때문에 각 변수별로 콘크리트 타설 후 6, 12, 18, 21, 24, 27, 30 시간 후에 줄눈절삭을 하고 상태를 평가하였다. 2.
양생방법에 따른 줄눈 상태 평가는 온도 센서를 이용하여 콘크리트 포장 및 시편의 온도 데이터를 측정하였고, 이를 근거로 성숙도를 비교·분석하였다.
이러한 줄눈의 상대 평가를 위하여 각 줄눈의 지수(R)를 산정한 후 구간별 등급을 부여하였다. 각 줄눈의 줄눈 상태 등급은 Table 2와 같이 라벨링 지수에 따라 구분된다.
초기 데이터를 분석한 후 2주 후에 데이터를 획득하여 분석하였다. 분석은 19일 12시까지만 하였는데, 그 이유는 현장에서 작업을 위해 양생처리 방법들을 제거하였기 때문이다.
콘크리트 타설 방향은 포항방향으로 시공하였으며, 각 실험 변수에 따른 콘크리트의 양생 온도 변화를 검토하기 위해서 온도 측정용 센서인 아이버튼을 콘크리트 표면에서 약 1.5cm 깊이에 설치하였다. 표면처리방법으로 종방향 타이닝을 시공하고 콘크리트 타설 후 약 1시간 정도 지나서 전체 구간에 일반양생제를 살포하였다.
5cm 깊이에 설치하였다. 표면처리방법으로 종방향 타이닝을 시공하고 콘크리트 타설 후 약 1시간 정도 지나서 전체 구간에 일반양생제를 살포하였다. 이후 바로 흑색양생제도 실험위치에 살포하였다.

대상 데이터

시험 계획은 다양한 양생방법을 현장에 적용하여 적용성 및 그 성능을 평가하기 위하여 수행하였다. 시험시공은 2015년 10월에 울산포항 고속도로 구간 내에서 이뤄졌다. 전체적으로 해당 고속도로 구간은 산악지형이어서 터널과 교량이 많았으며, 본 실험이 이뤄진 곳은 130m 길이의 토공부로 터널과 터널 사이에 위치한다.
시험시공은 쌍용기술연구소 내 재료 야적장에서 이뤄졌으며, 슬래브 타설은 2016년 3월 30일에 완료하였으며, 3월 30일부터 4월 1일까지 각 시험변수별로 줄눈절삭을 수행하고 그 상태를 평가하였다.
시험시공은 2015년 10월에 울산포항 고속도로 구간 내에서 이뤄졌다. 전체적으로 해당 고속도로 구간은 산악지형이어서 터널과 교량이 많았으며, 본 실험이 이뤄진 곳은 130m 길이의 토공부로 터널과 터널 사이에 위치한다. 본 연구에서는 양생방법에 따른 강도 차이를 간접적으로 알아보기 위하여 Fig.

이론/모형

기초 물성으로는 슬럼프, 공기량, 응결시간을 측정하였으며, Table 3은 그 결과이다(KS 규정, 2006 ; KS규정, 2007 ; KS 규정, 2012). 응결시간은 초결의 경우 약 9시간 4분, 종결은 15시간 19분 정도에 나타났다.
성숙도(Maturity)란 바로 이러한 콘크리트 강도 발현에 있어서 양생온도와 시간이 미치는 영향을 정량적으로 표시한 함수로서 크게 Nurse-Saul가 제안한 식과 Arrhenius 공식에 근거한 식이 있다. 본 연구에서는 상대적으로 계산방법이 쉽고 널리 사용되고 있는 Nurse-Saul을 사용하였다. 1950년대 Nurse-Saul에 의하여 증기양생의 효과를 정량화하기 위하여 콘크리트의 강도를 온도와 시간의 함수로 제안한 모형식이 Eq.
다음으로 줄눈의 단위 길이당 면적을 계산하여 라벨링 지수를 산정하였다. 산정식은 FHWA에서 제시한 다음 식을 적용하여 상태등급을 평가하였다(FHWA, 2006).

성능/효과

이후 대기 온도가 상승하면서 슬래브의 온도는 14시가 되어 최고가 되었다. 1차 현상 평가에서와 같이 전반적으로 양생포에 비닐을 설치한 경우가 그렇지 않은 경우보다 온도가 높았다.
전체적으로 검토하였을 때, 양생포+비닐 구간은 야간에 설치를 하여도 수화반응에 의해 발생한 열을 보호하여 강도발현을 증가시키는 효과가 가장 컸다. 다음으로 양생포와 흑색 양생제 살포구간을 살펴보면 최종 성숙도는 유사하지만, 시공초기 양생포 설치구간의 온도는 상대적으로 온도가 더 높았다. 반면 흑색 양생제 살포구간은 오직 태양광선이 내리쬘 때만 효과가 있는 것을 확인하였다.
다음으로 양생포와 흑색 양생제 살포구간을 살펴보면 최종 성숙도는 유사하지만, 시공초기 양생포 설치구간의 온도는 상대적으로 온도가 더 높았다. 반면 흑색 양생제 살포구간은 오직 태양광선이 내리쬘 때만 효과가 있는 것을 확인하였다. 때문에 콘크리트 슬래브가 겪는 온도 변화의 폭은 흑색 양생제 살포구간이 훨씬 커서 예측하지 못한 균열 발생 가능성이 높을 것으로 판단된다.
하지만 각 양생 방법마다 개선해야 할 부분이 있었다. 버블시트, 양생포, 그리고 양생포+비닐 구간의 경우는 양생포의 끝단에 바람에 날리지 않도록 해야 할 것이며, 흑색양생제는 미관상 문제가 있는 것으로 나타났다.
11이다. 분석결과와 같이 양생포에 비닐을 설치한 경우가 일반 양생제만을 살포한 경우보다 더 높은 성숙도를 보였으며, 시간이 갈수록 그 차이는 커졌다.
2차 현장평가에서는 실제 저온환경조건에서 시험시공을 통해서 일반양생제와 양생포에 비닐을 설치한 두 가지 양생방법에 대해 줄눈절삭 시기에 따른 성숙도와 줄눈상태를 평가하였다. 성숙도를 분석한 결과, 양생포에 비닐을 설치한 경우는 대기 온도가 하강하는 시기에도 보온효과로 인해 슬래브 온도가 증가하였으며, 결과적으로 높은 성숙도를 보였다. 줄눈상태평가 결과에서도 양생포에 비닐을 설치한 경우가 재령 21시간에서 부터는 Excellent 상태였으며, 상대적으로 양생제만 살포한 경우보다 더 양호하였다.
양생포+비닐 구간의 성숙도가 1094℃·hr, 양생포 구간이 1055℃·hr, 흑색 양생제 구간은 1048℃·hr,버블시트 구간은 1022℃·hr, 그리고 일반 양생제 구간이 989℃·hr로 나타났다.
두 종류의 양생제 외 3가지 양생방법은 표면에 일정강도가 발현되었다고 판단된 10월 14일 21:30에 설치하였다. 양생포나 양생포+비닐을 적용한 방법에서는 즉각적인 온도 증가가 나타났다. 반면에 일반양생제 살포구간을 포함한 다른 구간들은 유사한 패턴을 보였다.
조금씩 강도가 발현되는 12시간 재령의 줄눈 상태는 어느 정도의 형태를 갖추고 있어 6시간 재령의 상태와는 많은 차이가 있었다. 양생포에 비닐을 설치한 경우는 Fair 상태였으나, 양생제만을 살포한 경우에는 상태가 좋지 않은 것으로 평가되었다. 재령 18시간에서는 전자는 Good 상태였으나, 후자는 Fair 상태였다.
양생포+비닐 구간의 성숙도가 1094℃·hr, 양생포 구간이 1055℃·hr, 흑색 양생제 구간은 1048℃·hr,버블시트 구간은 1022℃·hr, 그리고 일반 양생제 구간이 989℃·hr로 나타났다. 전체적으로 검토하였을 때, 양생포+비닐 구간은 야간에 설치를 하여도 수화반응에 의해 발생한 열을 보호하여 강도발현을 증가시키는 효과가 가장 컸다. 다음으로 양생포와 흑색 양생제 살포구간을 살펴보면 최종 성숙도는 유사하지만, 시공초기 양생포 설치구간의 온도는 상대적으로 온도가 더 높았다.
하지만 10월 15일 4:30분부터는 버블시트를 설치한 구간에서도 온도 증가가 나타났다. 점점 동이 트면서 흑색 양생제를 살포한 구간이 일반양생제 살포구간보다 약간 온도가 더 높았다. 해가 뜨는 시각인 10월 15일 7:30에는 일반양생제와 흑색양생제 살포구간의 온도 증가가 급격히 나타난 반면, 그 이외의 구간들에서는 상대적으로 태양의 직사광선이 바로 내려쬐지 않아 온도증가는 완만하게 증가하였다.
타설 후 6시간에 줄눈을 절삭한 경우는 두 양생법 모두 콘크리트의 강도 발현이 미미하여 손상이 발생하였다. 조금씩 강도가 발현되는 12시간 재령의 줄눈 상태는 어느 정도의 형태를 갖추고 있어 6시간 재령의 상태와는 많은 차이가 있었다. 양생포에 비닐을 설치한 경우는 Fair 상태였으나, 양생제만을 살포한 경우에는 상태가 좋지 않은 것으로 평가되었다.
1차 현장평가에서는 저온 환경조건에서 콘크리트 포장의 줄눈 절삭에 따른 파손을 저감하기 위해 5가지 양생방법의 효과를 비교·분석하였다. 현장에서 측정한 온도 데이터를 바탕으로 성숙도를 평가한 결과, 양생포 혹은 양생포+비닐 구간의 양생효과가 가장 양호하였으며, 흑색양생제 살포, 버블시트 설치, 그리고 일반 양생제 순으로 나타났다. 하지만 각 양생 방법마다 개선해야 할 부분이 있었다.

후속연구

향후 양생포에 비닐을 설치한 양생방법에 대해 개선점을 보완하여 실제 저온 환경 혹은 동절기에 적용할 경우의 효과를 분석할 것이며, 이와 더불어 관련 시공장비에 대한 개발 연구를 추가로 수행할 것이다. 또한 일련의 연구 결과를 바탕으로, 현 시방기준에 포함되어 있지 않은 저온 상태에 대한 기준을 수립할 계획이다.
향후 양생포에 비닐을 설치한 양생방법에 대해 개선점을 보완하여 실제 저온 환경 혹은 동절기에 적용할 경우의 효과를 분석할 것이며, 이와 더불어 관련 시공장비에 대한 개발 연구를 추가로 수행할 것이다. 또한 일련의 연구 결과를 바탕으로, 현 시방기준에 포함되어 있지 않은 저온 상태에 대한 기준을 수립할 계획이다.

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	콘크리트 포장에서의 적절한 양생이 이루어지지 않을 경우 어떤 특성을 보이는가?	콘크리트 포장에서의 양생은 피막을 형성하는 양생제, 비닐시트, 수분공급 등의 방법을 통해 과도한 증발을 방지하여 강도, 내구성, 수밀성 등을 증진시키고 수화반응을 촉진시키기 위한 것으로 콘크리트 초기 품질관리에 있어 중요한 단계이다. 적절한 양생이 이뤄지지 않을 경우, 콘크리트 표면에서 초기 수화반응에 필요한 수분이 증발되어 낮은 강도특성을 보인다(Kosmatka et al., 1988).
	콘크리트 포장에서의 양생은 무엇인가?	콘크리트 포장에서의 양생은 피막을 형성하는 양생제, 비닐시트, 수분공급 등의 방법을 통해 과도한 증발을 방지하여 강도, 내구성, 수밀성 등을 증진시키고 수화반응을 촉진시키기 위한 것으로 콘크리트 초기 품질관리에 있어 중요한 단계이다. 적절한 양생이 이뤄지지 않을 경우, 콘크리트 표면에서 초기 수화반응에 필요한 수분이 증발되어 낮은 강도특성을 보인다(Kosmatka et al.

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