[논문]펌핑 조건에 따른 콘크리트 작업성 변화 실내 평가 방법 제안

이정수; 장경필; 권승희

doi:10.14190/jrcr.2020.8.4.413

[국내논문] 펌핑 조건에 따른 콘크리트 작업성 변화 실내 평가 방법 제안
Suggestion of a Evaluation Method for Variation of Concrete Workability According to Pumping Condition through Lab-Scale Test 원문보기

Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute = 한국건설순환자원학회 논문집, v.8 no.4, 2020년, pp.413 - 420

이정수 (명지대학교 하이브리드구조실험센터) , 장경필 (한국건설기술연구원 국민생활연구본부) , 권승희 (명지대학교 토목환경공학과)

초록
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이 연구에서는 펌핑 후 콘크리트의 작업성 변화를 실내에서 평가하기 위한 새로운 실험 장비를 개발하였다. 이 장비는 실제 펌핑 중 콘크리트가 받는 압력과 전단을 모사할 수 있도록 설계되었다. 실내 실험 장비를 사용한 펌핑 후 콘크리트 작업성 변화 평가 가능성을 검토하기 위하여 실규모 펌핑 실험과 실내 모사 실험을 동시에 수행하였다. 실규모 펌핑 실험에 사용한 콘크리트의 설계기준압축강도는 24, 35, 60MPa이며, 배관의 길이는 130, 304, 518m이다. 펌핑 실험과 동일한 콘크리트를 사용하여 실제 펌핑 조건(압력, 전단, 펌핑 시간)을 고려한 실내 모사 실험을 수행하였다. 실험 전, 실규모 펌핑 실험 후, 실내 모사 실험 후 콘크리트의 작업성(슬럼프 또는 슬럼프 플로)을 측정하였다. 실규모 펌핑 실험과 실내 실험 모두 콘크리트의 작업성이 감소하였으며, 두 실험의 결과가 매우 유사하게 측정되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, a new lab-scale test equipment was developed to evaluate the variation of concrete workability after pumping. The equipment was designed to simulate the pressure and shearing applied to concrete during actual pumping. In order to examine the feasibility of evaluating variation of concrete workability through lab-scale test equipment, real-scale pumping tests and lab-scale tests were performed together. The design strength of concrete used in the both tests was 24, 35, and 60MPa, and the length of pipe used in pumping tests was 130, 304, and 518m. The lab-scale tests were performed in consideration of actual pumping conditions(pressure, shearing, and pumping duration time). The workability(slump or slum flow) of concrete was measured before test, after the pumping test, and after lab-scale test. In all tests, workability of all concrete mixtures decreased. In addition, the results of both tests were measured greatly similarly.

Keyword

표/그림 (11)

그림 Fig. 1. Flow mechanism of concrete in the pipe during pumping
그림 Fig. 3. Schematic description of equipment for pumping simulation
그림 Fig. 2. Schematic description of shear stress and pressure acting on concrete during pumping
그림 Fig. 4. Detail of equipment for pumping simulation
표 Table 1. Concrete mixture proportions
그림 Fig. 5. Details of pumping circuit for real-scale concrete pumping
그림 Fig. 6. Experimental method for examining field application of lab-scale test equipment
표 Table 2. Variable of concrete pumping tests
그림 Fig. 7. Comparison of concrete slump(or slump flow) after lab-scale test and real-scale pumping test
표 Table 3. Measured pumpability of concrete and calculated pumping duration
표 Table 4. Result of slump or slump flow test

AI 본문요약
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문제 정의

이 연구에서는 콘크리트 펌핑 메커니즘을 바탕으로 콘크리트에 가해지는 압력과 전단을 모사할 수 있는 실내 실험 장비를 개발하였다. 또한 동일한 콘크리트에 대하여 실규모 펌핑 실험과 실내 모사 실험을 동시에 수행하여 개발된 실내 실험 장비를 통한 펌핑후 콘크리트 작업성 평가 가능성을 검토하고자 하였다.
또한 동일한 콘크리트에 대하여 실규모 펌핑 실험과 실내 모사 실험을 동시에 수행하여 개발된 실내 실험 장비를 통한 펌핑후 콘크리트 작업성 평가 가능성을 검토하고자 하였다.
이 연구에서는 펌핑에 의한 콘크리트의 작업성 변화를 평가하기 위한 실내 실험 장비를 개발하였다. 이 장비를 사용한 실내 평가 가능성을 검토하기 위하여 세 가지 콘크리트 배합(24, 35, 60MPa) 과 세 가지 길이의 배관(120, 304, 518m)을 사용한 실규모 펌핑실험을 수행하였으며, 펌핑 실험과 동일한 조건을 적용하여 실내실험을 수행하였다.

제안 방법

이 연구에서는 실제 펌핑 중 콘크리트가 받는 압력과 전단을 모사할 수 있는 장비를 개발하였으며, Fig. 3에 실험 장비의 사양을 나타내었다. 이 장비는 콘크리트 용기와 덮개, 전단을 가하기 위한 모터와 베인 회전체, 압력을 가하기 위한 유압 펌프, 베인의 회전속도와 시간에 따른 압력 변화를 제어할 수 있는 프로그램으로 구성되어 있다.
콘크리트 용기는 유압장치에 의해 발생하는 압력을 충분히 견딜 수 있도록 제작되었으며, 유압장치는 콘크리트 펌핑 중 배관내부 압력을 고려하여 최대 200bar의 압력을 가할 수 있도록 하였다. 베인 회전체는 최대 3.
4에 실내 실험 장비의 형상을 나타내었다. 용기와 콘크리트 계면에서의 미끄러짐을 방지하기 위해 용기 내부에 원주 방향으로 돌기를 두었다. 베인 회전체는 용기 덮개에 결합되어 있으며 높은 압력조건에서도 덮개와 회전체의 축 사이에 발생하는 마찰력을 최소화하도록 제작되었다.
이 연구에서는 실규모 펌핑 실험과 실내 모사 실험을 동시에 수행하였으며, 두 실험에서 측정된 콘크리트의 슬럼프 변화를 서로 비교하였다.
6에 이 연구에서 수행한 실험 방법을 나타내었다. 실규모펌핑 실험 과정에서 배관 내부의 압력을 측정하였으며, 토출 부에 사각형 박스를 설치하여 콘크리트 부피와 채움 시간 측정 결과로부터 토출량을 계산하였다. 이 결과로부터 콘크리트가 배관을 따라 이동하는 시간과 베인의 회전속도를 계산하여 실내 모사 실험에 적용하였다.
실규모펌핑 실험 과정에서 배관 내부의 압력을 측정하였으며, 토출 부에 사각형 박스를 설치하여 콘크리트 부피와 채움 시간 측정 결과로부터 토출량을 계산하였다. 이 결과로부터 콘크리트가 배관을 따라 이동하는 시간과 베인의 회전속도를 계산하여 실내 모사 실험에 적용하였다. 콘크리트의 이동 시간은 펌핑 거리와 배관의 반경, 실험으로부터 측정된 토출량을 사용하여 다음 식(2)를 따라 계산된다.
콘크리트의 이동 시간은 펌핑 거리와 배관의 반경, 실험으로부터 측정된 토출량을 사용하여 다음 식(2)를 따라 계산된다. 펌프 내부에서의 콘크리트 이동 시간은 피스톤 행정 시간 (stroke time, _)을 직접 측정하여 실내 실험에 적용하였다.
위한 실내 실험 장비를 개발하였다. 이 장비를 사용한 실내 평가 가능성을 검토하기 위하여 세 가지 콘크리트 배합(24, 35, 60MPa) 과 세 가지 길이의 배관(120, 304, 518m)을 사용한 실규모 펌핑실험을 수행하였으며, 펌핑 실험과 동일한 조건을 적용하여 실내실험을 수행하였다. 실험 과정에서 콘크리트의 슬럼프 및 슬럼프 플로를 측정하였으며, 다음과 같은 결론을 얻었다.
1. 펌핑 후 콘크리트의 작업성 변화를 평가하기 위한 실내 실험장비를 개발하였다. 이 장비는 펌핑 중 배관 내부의 콘크리트가 받는 압력과 전단을 모두 고려할 수 있도록 제작되었다.
2. 실내 실험 장비는 제어 프로그램을 통해 콘크리트에 가해지는 압력과 베인의 회전속도를 시간에 따라 변화시킬 수 있도록 설계되었다. 피스톤 펌프의 맥동을 고려할 수 있으며, 배관을 따라 선형적으로 감소하는 압력을 모사할 수 있다.
3. 실내 실험 장비를 사용한 펌핑 후 콘크리트 작업성 변화 평가가능성을 검토하기 위하여 실규모 펌핑 실험과 동일한 펌핑조건의 실내 모사 실험을 수행하였다. 모든 실험 후 콘크리트의 슬럼프(또는 슬럼프 플로)가 감소하였으며, 실규모 펌핑실험과 실내 실험 결과가 매우 유사한 것을 확인하였다.

대상 데이터

베인 회전체는 용기 덮개에 결합되어 있으며 높은 압력조건에서도 덮개와 회전체의 축 사이에 발생하는 마찰력을 최소화하도록 제작되었다. 실험 장비의 크기는 가로, 세로, 높이가 각각 2.6, 1.5, 2.7m로 실내 배치가 용이하다.
이 연구에서는 Table 1에 나타낸 것과 같이 설계기준 압축강도가 서로 다른 세 가지 콘크리트 배합(24, 35, 60MPa)을 사용하였다. 콘크리트 배합에 사용된 굵은 골재의 최대 직경은 모두 25mm 이다.

이론/모형

제어프로그램을 통해 피스톤 행정 과정에서 발생하는 압력의 맥동과 선형적으로 감소하는 압력을 구현할 수 있으며, 베인의 회전 속도를 제어할 수 있다. 용기와 베인의 크기는 기존 규격(KCI-UC₁₁1, 2019)에 따라 회전 중 굵은골재의 영향을 받지 않는 범위에서 결정하였다.
실험 수행 전, 실규모 펌핑 실험 후, 그리고 실내 실험 후 콘크리트의 슬럼프(또는 슬럼프 플로)를 표준시험방법(KS F 2402, KS F 2594)에 따라 측정하였다.

성능/효과

2013b)에서 펌핑 중 배관 내부 벽면에 수 밀리미터의 얇은 윤활 층이 형성되고, 이 영역에서 대부분의 펌핑 속도가 발현된다고 설명하였다. 또한 콘크리트의 유동특성과 펌핑 조건에 따라 배관 내부 콘크리트 전체가 플러그 흐름(plug flow) 거동을 보이는 경우, 전단 흐름(shear flow)과 플러그 흐름 거동을 동시에 보이는 경우, 그리고 콘크리트 전체가 전단 흐름 거동을 보이는 경우로 구분될 수 있음을 시사하였다.
이 실험 결과는 일부 콘크리트 배합에 대한 사례연구로써 이 연구에서 개발된 실내 실험 장비의 정확성을 일반화하기에는 어려움이 있으나, 실내 실험만으로 펌핑 후 콘크리트의 물성변화 평가가 가능하다는 것을 알 수 있다. 장비의 개선과 실험 방법의 정립을 통해 현장 콘크리트의 펌핑 후 물성변화를 평가하는데 활용할 수 있을 것으로 판단된다.
실내 실험 장비를 사용한 펌핑 후 콘크리트 작업성 변화 평가가능성을 검토하기 위하여 실규모 펌핑 실험과 동일한 펌핑조건의 실내 모사 실험을 수행하였다. 모든 실험 후 콘크리트의 슬럼프(또는 슬럼프 플로)가 감소하였으며, 실규모 펌핑실험과 실내 실험 결과가 매우 유사한 것을 확인하였다.
이 연구에서 실내 실험 장비를 사용하여 펌핑 후 콘크리트의 작업성 변화 평가가 가능함을 확인하였다. 추후 연구에서는 펌핑중 콘크리트의 유동특성(점도와 항복응력) 변화 이력을 검토하기 위한 장비 개선이 이루어질 계획이며, 다양한 압력 및 전단 조건에서의 실험을 통해 콘크리트의 작업성 및 유동특성 변화 메커니즘을 정량적으로 분석하고자 한다.

후속연구

가능하다는 것을 알 수 있다. 장비의 개선과 실험 방법의 정립을 통해 현장 콘크리트의 펌핑 후 물성변화를 평가하는데 활용할 수 있을 것으로 판단된다.
변화 평가가 가능함을 확인하였다. 추후 연구에서는 펌핑중 콘크리트의 유동특성(점도와 항복응력) 변화 이력을 검토하기 위한 장비 개선이 이루어질 계획이며, 다양한 압력 및 전단 조건에서의 실험을 통해 콘크리트의 작업성 및 유동특성 변화 메커니즘을 정량적으로 분석하고자 한다.

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저자의 다른 논문 :

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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