[논문]고무경도계를 이용한 콘크리트의 응결시간 추정 가능성 분석

한민철; 한인덕; 신용섭

doi:10.14190/jrcr.2019.7.4.358

고무경도계를 이용한 콘크리트의 응결시간 추정 가능성 분석
Estimation of Setting Time of Concrete Using Rubber Hardness Meter 원문보기

Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute = 한국건설순환자원학회 논문집, v.7 no.4, 2019년, pp.358 - 366

한민철 (청주대학교 건축공학과) , 한인덕 (제주대학교 건축공학과) , 신용섭 (청주대학교 건축공학과)

초록
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본 연구는 현재 작업자의 경험과 감각에만 의존하고있는 표면 마감작업시간 판정을 Durometer 측정치와 Proctor 관입저항 시험치를 비교하여 응결시간 판정에 듀로미터를 활용함으로써 실무 구조체의 과학적이고 정량적인 표면 마감시간의 추정 가능성을 분석하고자 하였다. 연구 결과로 Durometer 측정치와 Proctor 관입저항 시험치는 상관성이 높다고 판단되어 콘크리트의 경우 초결 측정시에는 Durometer C type으로 42HD전후 일 때 표면 마감작업 개시가능 시간결정에, 종결 측정시에는 Durometer D type으로 10HD 전후일때 표면마감 한계시간, 양생개시 시간 등에 유용하게 사용할 수 있을 것으로 사료되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

The purpose of this study is to explore the possibility of estimating optimum surface finishing work time of the fresh concrete placed at the job site by applying a surface hardness test meter(Durometer). Tests are carried out by measuring and comparing the Proctor penetration resistance test and hardness test by Durometer. Correlations between Procter penetration test and hardness test by Durometer were obtained. Two different types Durometer were applied to estimate setting time. Test results indicate that the measurement of the Durometer and the test of the Proctor penetration resistance are highly correlated. When measuring the initial setting time with Durometer, initial setting time is reached when the hardness value by the type C Durometer is reached around 42HD, and when final setting is measured with the type D Durometer, the surface finishing work time limit and curing time can be estimated with 10HD of Durometer.

주제어

표/그림 (31)

그림 Fig. 1. Operating time for surface finish
그림 Fig. 2. Proctor penetration resistance tester
그림 Fig. 4. Measurement of surface hardness by Durometer
그림 Fig. 3. Durometer C, D type
표 Table 1. Shapes of the needle depending on durometer types
표 Table 2. Experimental plan of series 1
표 Table 3. Experimental plan of series 2
표 Table 4. Mixture proportions of mortars
표 Table 5. Mixture proportions of concretes
표 Table 6. Physical properties of cement
표 Table 7. Physical properties of fine aggregate
그림 Fig. 5. CGS particle size distribution according to sampling time
그림 Fig. 6. Mixing sequence of mortar
그림 Fig. 7. Mixing sequence of concrete
그림 Fig. 9. Penetration resistance with elapsed time depending on cement types
그림 Fig. 10. Initial set and final set with FC contents
그림 Fig. 11. Hardness by durometer C type with elapsed time
그림 Fig. 8. Particle shape of CGS
표 Table 8. Test results for fresh mortars
표 Table 9. Test results for fresh concretes
그림 Fig. 12. Hardness by durometer D type with elapsed time
그림 Fig. 13. Relationships between proctor resistance and hardness by durometer
그림 Fig. 14. Penetration resistance with elapsed time
그림 Fig. 15. Initial set and final set with CGS contents
그림 Fig. 16. Hardness by durometer C type with elapsed time
그림 Fig. 17. Hardness by durometer D type with elapsed time
그림 Fig. 18. Relationship between penetration resistance and hardness by Durometer in mortar
그림 Fig. 19. Hardness by durometer C type with elapsed age in concrete
그림 Fig. 20. Hardness by durometer D type with elapsed age in concrete
그림 Fig. 21. Relationship between penetration resistance and hardness by durometer in concrete
그림 Fig. 22. Relationship between hardness by durometer in mortar and hardness by durometer in concrete

AI 본문요약
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문제 정의

그러므로 본 연구에서는 표면 마감작업시간과 연관된 초결 및 종결의 응결시간을 Durometer를 이용하여 측정한 값과 Proctor 관입저항 시험기를 이용한 측정치를 비교하여 상관성을 구함으로서 듀로미터의 간편한 방법으로 실무 구조체의 과학적이고 정량적인 표면 마감작업시간의 추정 가능성을 분석하고자 한다.
본 연구에서는 콘크리트 표면 마감시간 예측관리와 연관하여 Durometer를 이용한 콘크리트의 표면저항치로 응결시간 추정방법을 제안하고자 Proctor 관입 저항시험기와 비교 분석하였는데, 그 결과를 요약하면 다음과 같다.

제안 방법

Series 2는 CGS를 잔골재로 사용하는 콘크리트로서 물결합재 비는 50%, CGS 0%인 Plain의 경우 목표 슬럼프는 150±25mm, 목표 공기량은 4.5±1.5%로하여 모든 배합에 동일하게 적용하였다.
이때 CGS는 부순 잔골재와 혼합하여 사용하였는데, 혼합비율은 0, 25, 50, 75, 100%로 실험계획 하였다. 굳지않은 콘크리트시험으로 슬럼프 및 공기량을, 응결시간의 경우는 습식체가름한 모르타르에서는 Series 1과 동일하게 Proctor 관입 저항치와 Durometer C, D type의 관입저항치를 측정하는 것으로 하였고, 콘크리트에서는 Durometer만을 측정하는 것으로 하였다.
또한 오차를 최소화 하기위해 Durometer 측정치는 5회 측정 후 평균값을 사용하였으며, 콘크리트의 응결측정은 콘크리트 시험체(압축강도 시험용으로 ∅100×200mm 공시체)에 Durometer를 직접 관입시켜 저항치를 측정하였다.
2016). 또한 응결시간을 Proctor 관입저항시험기로 측정할 때 Durometer C type과 D type도 같이 측정하였다. 단, ASTM D 2240의 방법을 참고하여 측정하였다.
먼저 Series 1의 경우 모르타르 배합비는 1:5에 물결합재 비는 100%, 목표 플로우는 150±25mm, 목표 공기량은 4.5±1.5%로 하였으며, 응결시간에 변화가 나타날 수 있는 FC의 치환율을 0, 25, 50, 75, 100%로 계획하였다.
11은 FC 치환율 변화에 따른 Durometer C type에 대한 측정치를 나타낸 것이다. 먼저 경도에서는 단위를 규격화하여 사용하고 있지 않음에 본 논문에서는 Durometer의 C type과 D type의 경도치 단위를 HD로 통일하여 나타내었다.
5%로 하였으며, 응결시간에 변화가 나타날 수 있는 FC의 치환율을 0, 25, 50, 75, 100%로 계획하였다. 실험사항으로 굳지않은 모르타르에서는 플로치와 공기량을, 응결시간 시험으로는 Proctor 관입 저항치와 Durometer C, D type의 관입저항치를 측정하도록 하였다.
5%로하여 모든 배합에 동일하게 적용하였다. 이때 CGS는 부순 잔골재와 혼합하여 사용하였는데, 혼합비율은 0, 25, 50, 75, 100%로 실험계획 하였다. 굳지않은 콘크리트시험으로 슬럼프 및 공기량을, 응결시간의 경우는 습식체가름한 모르타르에서는 Series 1과 동일하게 Proctor 관입 저항치와 Durometer C, D type의 관입저항치를 측정하는 것으로 하였고, 콘크리트에서는 Durometer만을 측정하는 것으로 하였다.

대상 데이터

본 실험에 사용한 재료는 국내산의 일반적인 것을 이용하였다. 단, OPC 및 미립자 시멘트의 물리적 성질은 Table 6과 같으며, CGS 및 골재의 물리적 성질은 Table 7, 입도곡선은 Fig.
본 연구에 사용된 Durometer는 H사의 것을 이용하였다.
본 연구의 실험계획은 Series 1과 2로 계획한다. 즉, Series 1은 미립자 시멘트(Fine Particles Cement: 이하 FC)를 사용하는 시멘트 모르타르, Series 2는 Coal Gasification Slag(CGS)를 잔골재로 활용하는 콘크리트를 대상으로 실험을 진행한다.

이론/모형

또한 응결시간을 Proctor 관입저항시험기로 측정할 때 Durometer C type과 D type도 같이 측정하였다. 단, ASTM D 2240의 방법을 참고하여 측정하였다. 또한 오차를 최소화 하기위해 Durometer 측정치는 5회 측정 후 평균값을 사용하였으며, 콘크리트의 응결측정은 콘크리트 시험체(압축강도 시험용으로 ∅100×200mm 공시체)에 Durometer를 직접 관입시켜 저항치를 측정하였다.
7의 순서에 따라 실시하였다. 응결시간 측정과 관련하여 모르타르를 이용하는 Proctor 관입저항시험기의 경우는 KS F 2436의 방법에 따라 진행하였다. 즉, 응결이 진행됨에 따라 관입시 침에 작용하는 저항값도 증가하는 원리로 초결과 종결 시간을 산정하도록 되어있다.

성능/효과

1. 모르타르 시험체에서 Proctor 관입저항시험기와 Durometer의 측정치는 높은 상관관계를 확인할 수 있었다.
2. Durometer C type의 경우는 초결시간, D type의 경우는 종결시간 추정에 양호하게 활용할 수 있는데, 콘크리트의 경우 초결시간은 Durometer C type으로 42HD 전후, 종결시간은 D type으로 10HD 전후의 값을 사용하면 표면 마감시간의 관리에 활용이 가능할 수 있을 것으로 사료된다.
3. Proctor 관입저항 시험기는 무게가 무거우며, 관입침 길이가 길어 반드시 콘크리트를 습식 체가름하여 모르타르 상태에서 진행하여야 하는 불편이 따르지만 Durometer는 휴대가 가능하고, 관입 길이가 짧아 습식체가름 없이 콘크리트면에서 직접 관입저항값을 측정하여도 문제가 없어 편리할 수 있음을 알 수 있었다.
콘크리트의 실험은 Series 2로서, 굳지않은 콘크리트의 특성은 Table 9와 같다. CGS 치환율이 증가할수록 유동성인 슬럼프 및 슬럼프플로는 감소하다가 증가하는 경향, 공기량은 감소하는 경향을 보였다. 이중 유동성은 적정 골재혼합에 따른 점성관계로 저하되었다가 이후에는 CGS의 구형입자 영향으로 증가하였고, 공기량은 CGS의 미연소탄분이 AE제를 흡착함에 기인하여 감소한 것으로 판단된다.
14의 결과로부터 산출한 CGS 치환율 변화별 초결과 종결시간의 응결시간을 나타낸 것이다. CGS를 잔골재로 활용함에 있어, 치환율이 증가할수록 콘크리트의 응결시간은 50%까지는 단축되다 그 이후는 지연되는 경향으로 나타났다.
18은 Series 2의 콘크리트 상태에서 습식 체가름한 모르타르에서 Proctor 관입저항치와 Durometer C, D type측정치의 상관관계를 나타낸 것이다. Durometer C type은 0.9647의 높은 상관계수로 초결시간 측정에 약 40정도의 HD값을, Durometer D type의 경우는 0.9594의 상관성으로 10HD값을 활용하면 종결시간 판정에 용이하게 사용할 수 있을 것으로 판단된다.
21은 습식체가름한 모르타르의 Proctor 관입저항치와 콘크리트에서의 Durometer C type, D type 측정치의 상관관계를 나타낸 것이다. Durometer C type은 상관계수 0.9497로 초결시간 측정에 42HD값 정도를, Durometer D type의 경우는 0.9668의 상관성으로 종결 측정에 10HD값 정도를 활용하면 편리하게 추정할 수 있을 것으로 판단된다.
16, 17은 CGS 잔골재 혼합비율 변화별 습식체가름모르타르에서 경과시간에 따른 Durometer C, D type의 측정치를 나타낸것이다. Series 1과 같이 초결 측정으로는 C type, 종결 측정으로는 D type이 사용 가능하였으며 응결시간이 Proctor 관입저항치와 유사한 경향을 보이는 것을 확인하였다.
Durometer C type은 측정침이 둥근형태로 스펀지나 연질고무의 경도측정에 사용 되고있어 Proctor 관입저항치의 작은 범위와 상관성이 있다. 따라서 시험결과로 초결까지의 측정이 가능한 것으로 나타났으며 약 40HD 전후의 값을 초결 측정치로 사용할 수 있을 것으로 사료된다.
Durometer D type은 측정침의 형상이 바늘형태로 단단한 고무 및 플라스틱의 경도측정에 사용이 되고 있다. 시험결과로 초결이 지난후 종결까지를 측정하기에 효과적임을 알 수 있었다. 약 10HD의 측정치로 하면 종결시간 판정에 사용할 수 있을 것으로 사료된다.
시멘트 모르타르의 실험은 Series 1로서 굳지않은 모르타르의 실험결과는 Table 8과 같다. 즉, FC 치환율이 증가할수록 플로우는 감소하였고, 공기량은 큰 변화가 없었다.
22는 Series 2의 경우 모르타르에서의 Durometer 측정치와 콘크리트에서의 Durometer 측정치를 상호 비교하여 나타낸 것이다. 측정치가 클 경우 모르타르 상태에서 약 4%정도 큰 값으로 지연되는 경향을 나타내지만 45도 곡선을 기준으로 측정치들이 균등하게 분포하고 있어 습식 체가름한 모르타르와 체가름 하지않은 콘크리트간에는 높은 상관성으로 거의 차이가 없음을 확인할 수 있었다. 따라서 실무의 편의성까지도 고려하면 타설된 콘크리트면에서 Durometer C, D type으로 응결시간 추정 및 콘크리트 표면마감 시간결정 품질관리에 유용하게 활용될 수 있을 것으로 사료된다.

후속연구

13은 Series 1의 Proctor 관입저항치와 Durometer C type, D type 측정치간의 상관관계를 나타낸 것이다. 결국, 초결시간은 Durometer C type의 경우 경도값 40HD, 종결은 D type 경도값 10HD 전후 값으로 나타남에 이 값을 실무현장에 적용하여 활용하면 용이하게 응결시간 추정으로 표면 마감 등의 현장작업 관리에 도움이 될 수 있을 것으로 판단된다.
측정치가 클 경우 모르타르 상태에서 약 4%정도 큰 값으로 지연되는 경향을 나타내지만 45도 곡선을 기준으로 측정치들이 균등하게 분포하고 있어 습식 체가름한 모르타르와 체가름 하지않은 콘크리트간에는 높은 상관성으로 거의 차이가 없음을 확인할 수 있었다. 따라서 실무의 편의성까지도 고려하면 타설된 콘크리트면에서 Durometer C, D type으로 응결시간 추정 및 콘크리트 표면마감 시간결정 품질관리에 유용하게 활용될 수 있을 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	Durometer의 원리는?	즉, 경도계는 물질을 강하게 눌러 표면의 영구변형을 관찰하거나, 해머 등을 충돌시켜 반발력을 측정하는 등의 방법을 이용하여 광물이나 재료의 기계적 굳기를 측정하는 장치이다. Durometer는 가해지는 힘과 측정물에 의한 반발력으로 측정하도록 하는 원리인데, 그에 따른 종류로는 일반고무, 연질플라스틱에 사용하는 A type, 스폰지 및 연질고무에 사용하는 C type, 단단한 고무 및 플라스틱에 사용하는 D type이 있다. Table 1은 ASTM D 2240의 표준 규격에 맞추어 제작된 Durometer type별 측정 침의 형상, 측정범위, 허용압력, 침의 직경을 나타낸 것이다.
	Durometer는 무엇인가	Durometer는 고무경도계의 한 종류이다. 즉, 경도계는 물질을 강하게 눌러 표면의 영구변형을 관찰하거나, 해머 등을 충돌시켜 반발력을 측정하는 등의 방법을 이용하여 광물이나 재료의 기계적 굳기를 측정하는 장치이다. Durometer는 가해지는 힘과 측정물에 의한 반발력으로 측정하도록 하는 원리인데, 그에 따른 종류로는 일반고무, 연질플라스틱에 사용하는 A type, 스폰지 및 연질고무에 사용하는 C type, 단단한 고무 및 플라스틱에 사용하는 D type이 있다.
	Durometer를 이용한 콘크리트의 표면저항치로 응결시간 추정방법을 제안한 결과는?	1. 모르타르 시험체에서 Proctor 관입저항시험기와 Durometer의 측정치는 높은 상관관계를 확인할 수 있었다. 2. Durometer C type의 경우는 초결시간, D type의 경우는 종결시간 추정에 양호하게 활용할 수 있는데, 콘크리트의 경우 초결시간은 Durometer C type으로 42HD 전후, 종결시간은 D type으로 10HD 전후의 값을 사용하면 표면 마감시간의 관리에 활용이 가능할 수 있을 것으로 사료된다. 3. Proctor 관입저항 시험기는 무게가 무거우며, 관입침 길이가 길어 반드시 콘크리트를 습식 체가름하여 모르타르 상태에서 진행하여야 하는 불편이 따르지만 Durometer는 휴대가 가능하고, 관입 길이가 짧아 습식체가름 없이 콘크리트면에서 직접 관입저항값을 측정하여도 문제가 없어 편리할 수 있음을 알 수 있었다.

참고문헌 (5)

Han, C.G. (2008). Remicon Quality Control 2, Kimoondang, 141-142.
Kato, J., Makishima, O. (2017). Proposal for effective construction management technique by setting management at concrete placement. Proceedings of Architecture Institute of Japan, 423-424.
Korea Concrete Institue. (2010). Concrete working manual, Concrete curing, Kimoondang, 162-174.
Lee, H.J., Lee, Y.J., Kim, T.W., Min, B.O., Lee, J.s., Han, M.C. (2018). A Feasibility Analysis of the Durometer for Setting Time Assessment of the High Fluidity Concrete with SCMs. Journal of the Architectural Institute of Korea, 18(1), 187-188 [in Korean].
Shin, K.J., Lee, D.K., Seo, D.W., Yoo, C.M., Lim, M.H., Lim, S.H. (2016). Setting Estimation of Cement Paste Using New-type Embedded Sensor. Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute, 4(4), 483-488 [in Korean].

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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