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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 단열갱폼의 현장적용 검토를 통해 단열갱폼의 동절기 보양 우수성을 확인하고 현장 적용에 따른 경제적 타당성을 평가해보고자 한다.
- 1억 원가량의 공사비를 절감할 수 있었다. 본 논문은 그동안 실험실 테스트로 나타난 분석결과와 달리 실제 현장적용을 통해 단열갱폼의 효율성, 경제성을 분석하고자 하였다. 최근 대기업을 중심으로 단열갱폼 적용이 증가하고 있으며 그에 따른 현장의 니즈로 늘어나는 추세이다.
- 본 연구는 동절기 콘크리트 보양 공법 현황에 대해 고찰하고 버블시트와 단열갱폼의 특징을 이전 문헌 조사를 통해 알아보았다. 이중 공동주택 외벽에 적용되는 단열갱폼을 실제 공동주택 현장 전체동에 적용하여 콘크리트 온도이력, 열관류율, 경제성 등을 검토하였다.
제안 방법
- 본 현장 초기양생은 타설 후 24시간 실시하며, 내부온도 10℃이상을 목표로 가열+보온을 겸용하여 진행하였다. 계속양생은 콘크리트 타설 후 24시간이 지난 후 실시하며 내부온도 5℃이상을 목표로 천막보온으로 계획하였다.
- 고체알콜 품목은 타설 전 실내 가열을 위해 추가된 자재이다. 고체알콜은 가열 시 CO2 가 발생하지 않는 연료로서 민원대비와 추가열원확보 차원에서 투입하였다.
- 그리고 ‘경질우레탄 보드를 접착한 갱폼 사용에 따른 콘크리트 온도이력 및 강도발현 특성’ 연구를 통해 외부 천막보양 없이 단열갱폼을 적용하여 보양작업 감소와 내부급열비용을 줄일 수 있는 가능성을 검토하였다.
- 먼저 ‘한중 환경시 폴리우레탄폼 도포 갱폼 사용에 따른 콘크리트 온도이력 특성’을 통해 우레탄 폼을 도포한 단열갱폼을 사용하여 동절기 콘크리트 온도이력과 압축강도를 비교 분석하여 단열갱폼의 적용가능성에 대해 검토해 보았다.
- Figure 6은 단열갱폼이 적용 시 콘크리트 온도를 측정하기 위해 열전대 설치 위치를 나타낸 것이다. 먼저 동절기콘크리트 타설 시 단열 취약부인 벽체 하단부(Low) 온도이력을 검토하고, 측정 표준지점인 벽체 중앙부(Cent) 온도이력, 그리고 슬라브면과 가장 가까운 벽체 최상부측(High) 온도이력을 측정하였다. 열전대 세부 설치위치(향)는 북향으로 설정하여 각 측정 높이별로 갱폼의 외측면에 설치하여 가장 불리한 조건을 기준으로 온도를 측정하였다.
- 본 연구에서는 동절기 공사 시 일반갱폼 대비 단열갱폼시공 경제성 검증을 위해 공동주택 건설현장의 온도이력, 열손실량, 보양공사 투입비 비교·검토 등 현장적용 평가를 실시하였으며 그 주요결과는 다음과 같다.
- 한중콘크리트 초기양생은 소요 압축강도가 얻어질 때까지 콘크리트의 온도를 5℃ 이상으로 유지하여야 하며,[9] 또한 소요 압축강도에 도달한 후 2일간은 구조물의 어느 부분이라도 0℃ 이상이 되도록 유지하여야 한다고 규정하고 있다. 본 현장 초기양생은 타설 후 24시간 실시하며, 내부온도 10℃이상을 목표로 가열+보온을 겸용하여 진행하였다. 계속양생은 콘크리트 타설 후 24시간이 지난 후 실시하며 내부온도 5℃이상을 목표로 천막보온으로 계획하였다.
- 본 현장에서는 적산온도를 토대로 거푸집 탈형 시기를 결정하였다. Figure 8은 타설 후 1.
- 실험측정을 위한 동절기 타설 기간은 2017년 12월 1일부터 2018년 2월 28일까지 90일 동안 진행하였다. 실험계획은 굳지 않은 콘크리트에서 콘크리트 온도, 슬럼프, 공기량, 염화물량 등을 측정하고, 경화 콘크리트에서는 온도 이력, 적산온도, 열관류율, 동절기 보양 투입비용을 분석하였다.
- 양생계획은 초기양생과 계속양생으로 구분하여 계획하였다. 한중콘크리트 초기양생은 소요 압축강도가 얻어질 때까지 콘크리트의 온도를 5℃ 이상으로 유지하여야 하며,[9] 또한 소요 압축강도에 도달한 후 2일간은 구조물의 어느 부분이라도 0℃ 이상이 되도록 유지하여야 한다고 규정하고 있다.
- 먼저 동절기콘크리트 타설 시 단열 취약부인 벽체 하단부(Low) 온도이력을 검토하고, 측정 표준지점인 벽체 중앙부(Cent) 온도이력, 그리고 슬라브면과 가장 가까운 벽체 최상부측(High) 온도이력을 측정하였다. 열전대 세부 설치위치(향)는 북향으로 설정하여 각 측정 높이별로 갱폼의 외측면에 설치하여 가장 불리한 조건을 기준으로 온도를 측정하였다. 한중콘크리트 공사 경제성 검토는 야간 열원관리에 필요한 인건비와 열풍기 사용량 감소로 줄어드는 실내등유비용과 같이 일반갱폼 대비 감소된 비용을 토대로 비교·검토하였다.
- 본 연구는 동절기 콘크리트 보양 공법 현황에 대해 고찰하고 버블시트와 단열갱폼의 특징을 이전 문헌 조사를 통해 알아보았다. 이중 공동주택 외벽에 적용되는 단열갱폼을 실제 공동주택 현장 전체동에 적용하여 콘크리트 온도이력, 열관류율, 경제성 등을 검토하였다. 적용현장은 지하 3층 지상 21층 규모의 벽식구조이며, 4개동 전부 단열갱폼을 적용하였다.
- 또한 타설층과 슬라브 보양천막 사이에는 기존방식과 달리 열풍기 설치 등의 공간가열양생을 실시하지 않았다. 최근 동절기보양으로 인한 화재사고가 빈번히 발생하여 본 현장에서 슬라브 상부 열풍기 가동을 지양하도록 하였다.
- 본 현장에 사용된 레미콘은 국내 00레미콘사의 설계기준 강도 24MPa 를 사용하였고, 배합사항은 Table 5와 같다. 콘크리트 배합사항 특징으로 비동절기 기간에는 고로슬래그 치환율을 30%계획하였고, 동절기 기간에는 콘크리트 수화열 관리를 위해 고로슬래그 치환율을 20% 로 관리하였다. W/B비는 49.
- 한중콘크리트 공사 경제성 검토는 야간 열원관리에 필요한 인건비와 열풍기 사용량 감소로 줄어드는 실내등유비용과 같이 일반갱폼 대비 감소된 비용을 토대로 비교·검토하였다.
대상 데이터
- 단열갱폼의 경제성 검토를 위한 적용현장은 서울시 마포구 창전동 ○○번지 일대 주택재건축 정비사업 현장으로 ○○건설에서 시공하였다. 총 4개 동 최고 21층으로 이루어져 있으며, 4개동 모두 단열갱폼을 적용하였다.
- 동절기 실험을 위한 기간은 2017년 12월∼2018년 2월까지의 실험결과를 연구범위로 한정한다.
- 본 현장에 사용된 레미콘은 국내 00레미콘사의 설계기준 강도 24MPa 를 사용하였고, 배합사항은 Table 5와 같다. 콘크리트 배합사항 특징으로 비동절기 기간에는 고로슬래그 치환율을 30%계획하였고, 동절기 기간에는 콘크리트 수화열 관리를 위해 고로슬래그 치환율을 20% 로 관리하였다.
- 측정 타설 구간은 103동 4층이고, 평균 1회 타설 물량은 216㎥이다. 실험측정을 위한 동절기 타설 기간은 2017년 12월 1일부터 2018년 2월 28일까지 90일 동안 진행하였다. 실험계획은 굳지 않은 콘크리트에서 콘크리트 온도, 슬럼프, 공기량, 염화물량 등을 측정하고, 경화 콘크리트에서는 온도 이력, 적산온도, 열관류율, 동절기 보양 투입비용을 분석하였다.
- 이중 공동주택 외벽에 적용되는 단열갱폼을 실제 공동주택 현장 전체동에 적용하여 콘크리트 온도이력, 열관류율, 경제성 등을 검토하였다. 적용현장은 지하 3층 지상 21층 규모의 벽식구조이며, 4개동 전부 단열갱폼을 적용하였다. 동절기 실험을 위한 기간은 2017년 12월∼2018년 2월까지의 실험결과를 연구범위로 한정한다.
- 단열갱폼의 경제성 검토를 위한 적용현장은 서울시 마포구 창전동 ○○번지 일대 주택재건축 정비사업 현장으로 ○○건설에서 시공하였다. 총 4개 동 최고 21층으로 이루어져 있으며, 4개동 모두 단열갱폼을 적용하였다. 현장개요는 Table 1 과 같고, Figure 2 는 적용현장의 전경을 나타낸 것이다.
- 7% 이다. 측정 타설 구간은 103동 4층이고, 평균 1회 타설 물량은 216㎥이다. 실험측정을 위한 동절기 타설 기간은 2017년 12월 1일부터 2018년 2월 28일까지 90일 동안 진행하였다.
성능/효과
- 2) 단열갱폼이 적용된 콘크리트의 경우 열저항(R)이 1.755의 값을 나타냈고, 열관류율은 0.57W/㎡K로 나타났다. 열저항 수치가 높고 열관류율 값이 가장 낮은 단열갱폼 콘크리트 벽체가 성능이 가장 우수한 것으로 나타났다.
- 3) 일반갱폼에서는 영하의 기온에서 열손실이 크게 발생하는 것으로 나타났다. 그러나 단열갱폼은 타설 직후부터 꾸준한 수화발열을 단열재로 열손실을 최소화하여 일정한 양생온도가 유지되어 단열갱폼의 높은 단열성능을 확인할 수 있었다.
- 4) 실 보양투입비용은 사전계획대비 약 5천 2백만 원을 절감하였으며, 기존 일반갱폼대비 약 1억 6천만 원을 절감하였다. 참고로 변경 전 갱폼 자재비는 2억 6천만 원에서 변경 후 3억 1천만 원으로 약 5천만 원이 증가되었다.
- 결과적으로 당 현장에서는 단열갱폼 변경으로 인해 약 1.1억 원 가량의 공사비를 절감한 것으로 나타났다. 이러한 결과는 현장규모와 층, 동수 등이 달라짐에 따라 공사비가 변경될 수 있으니 적용 예정인 현장에서는 사전에 충분한 검토가 이루어져야 할 것으로 판단된다.
- 참고로 변경 전 갱폼 자재비는 2억 6천만 원에서 변경 후 3억 1천만 원으로 약 5천만 원이 증가되었다. 결과적으로 본 현장에서는 단열갱폼 변경으로 인해 약 1.1억 원가량의 공사비를 절감할 수 있었다. 본 논문은 그동안 실험실 테스트로 나타난 분석결과와 달리 실제 현장적용을 통해 단열갱폼의 효율성, 경제성을 분석하고자 하였다.
- 3) 일반갱폼에서는 영하의 기온에서 열손실이 크게 발생하는 것으로 나타났다. 그러나 단열갱폼은 타설 직후부터 꾸준한 수화발열을 단열재로 열손실을 최소화하여 일정한 양생온도가 유지되어 단열갱폼의 높은 단열성능을 확인할 수 있었다.
- 본 현장에 적용된 단열갱폼은 100% 공장제작 방식의 제품으로 현장에서 단열재를 추가로 붙이는 인력투입이 없으며, 기존 방식에서 막연하게 투입되어지는 동절기 보양비용을 기존 일반갱폼 대비 약 80%수준의 경제성을 가진 공법이라 할 수 있겠다. 단열갱폼 구성 및 보양방법은 Figure 3과 같이 타설층의 외벽과 슬라브 상부층만 보양하는 시스템이다.
- 57W/㎡K로 나타났다. 열저항 수치가 높고 열관류율 값이 가장 낮은 단열갱폼 콘크리트 벽체가 성능이 가장 우수한 것으로 나타났다.
- 57W/㎡K로 나타났다. 열저항(R) 수치가 높고 열관류율 값이 가장 낮은 단열갱폼 콘크리트 벽체가 가장 성능이 우수한 것으로 나타났다.
- 5일(35시간)이 지난 후 갱폼을 탈형 하였다. 온도이력 특징으로는 타설 직후 벽체 중앙부(Cent)와 최상부(High) 온도가 비슷한 패턴으로 증가하다가 12시간 경과 후부터 벽체 중앙부 온도가 조금 높게 올라가는 것을 알 수 있었다. 이는 실험측정 방법에서 나타냈듯이 타설면과 상부 슬라브 사이공간에 기존과 다르게 열풍기를 가동하지 않아 온도 상승이 크지 않는 것으로 판단된다.
- 1% 로 매우 우수한 절감대비 효과를 보이고 있다. 이를 금액으로 비교하면 사전계획대비 약 5천2백만 원을 절감하였으며, 기존일반갱폼대비 약 1억 6천만 원을 절감하였다. 참고로 갱폼 도급자재비는 2억 6천만 원에서 단열갱폼 변경으로 인해 3억 1천만 원으로 약 5천만 원의 자재비가 증가하였다.
- Figure 9는 현장적용 전 일반갱폼과 단열갱폼의 열손실량을 파악하기 위해 콘크리트 타설 후 열화상카메라로 촬영한 것이다. 좌측 일반갱폼에서는 타설 후 12시간까지 갱폼 표면에서 발열량이 크게 증가하여 영하의 기온에서 갱폼 표면 열손실이 크게 발생하는 것으로 나타났다. 또한 24시간 이후부터는 표면 열손실로 인해 주변 콘크리트 바닥과 유사한 경향을 보이게 된다.
후속연구
- 최근에는 ‘-20℃ 혹한기 조건에서 단열갱폼 사용에 따른 콘크리트 온도이력 및 미세공극 특성’ 연구에서 단열갱폼 사용시 콘크리트 미세공극 검토를 통해 콘크리트 압축강도와 초기동해 등 상호 상관성을 비교·분석하였다. 그리고 향후 단열갱폼 취약부 보완대책과 상부 슬라브 천막설비시스템 구축 등의 연구도 진행할 예정이다.
- 단열갱폼은 벽전용 갱폼으로 슬라브는 필연적으로 양생 천막을 사용해야하는 구조적 한계를 가지고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 후속연구도 진행하고 있으며, 또한 100% 무가열 시스템을 실현하고자 노력할 것이다.
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