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[국내논문] 조강형 첨가제 사용에 따른 저온환경에서의 3D 프린팅 콘크리트의 압축강도 특성
Compressive Strength Characteristics of 3D Printing Concrete in Low Temperature Environment by Using Early Strength Improvement Type Additive 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.21 no.10, 2020년, pp.386 - 392  

유병현 (동남기업(주) 중앙연구소) ,  이동규 (동남기업(주) 중앙연구소) ,  박종필 (동남기업(주) 중앙연구소) ,  황병일 (동남기업(주) 중앙연구소)

초록
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3D 프린팅 콘크리트는 연속 적층 시 적층고가 높아짐에 따라 콘크리트의 자중이 증가되기 때문에 연속 적층성 확보를 위해 하단부 콘크리트가 적정 시간에 경화되어야 한다. 특히, 기온이 낮은 동절기의 경우 콘크리트의 경화속도가 늦어지게 되는데, 3D 프린팅 콘크리트 시공 중 하단부 콘크리트의 강도발현이 낮아 콘크리트의 자중을 버티지 못하게 되면 적층된 콘크리트가 무너지게 되는 문제가 발생된다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서는 저온환경에서의 3D 프린팅 콘크리트의 초기강도를 증진이 필수적이다. 국내외 문헌에서는 Amine계, Nitrate계, Sodium계, Calcium계 등의 무기계 화학 첨가제를 사용하여 콘크리트의 초기강도를 증진시킨 사례가 보고되고 있다. 이에 본 연구에서는 Amine계, Nitrate계 및 Sodium계 조강형 첨가제 샘플 5종을 제작하여 그 성능을 평가하였고, 우수한 성능을 보인 샘플을 선별하여 이를 적용한 3D 프린팅 콘크리트의 초기강도 특성을 확인하였다. 그 결과 Nitrate계 첨가제 사용 시 10 ℃ 환경에서 기존 20 ℃ 환경의 3D 프린팅 콘크리트 배합대비 동등 이상의 초기강도 발현이 가능한 것을 확인할 수 있었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The self-weight of the 3D printing concrete increases with increasing printing height. Therefore, the lower layer must be hardened within a suitable time to secure continuous printing performance. In particular, the hardening speed of concrete is slow in the winter season when the temperature was lo...

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AI 본문요약
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문제 정의

  • 하지만, 단위 시멘트량이 증가하게 되면 콘크리트의 점성이 크게 증가되어 압송성 및 사출성 저하로 인한 3D 프린팅 장비에 부하가 많이 걸리게 되는 문제점이 있다. 이에 본 연구에서는 저온환경에서 3D 프린팅 콘크리트의 초기 강도 증진를 위한 조강형 첨가제를 제조하여 이를 적용한 3D 프린팅 콘크리트의 강도특성을 평가하고, 10 ℃ 저온환경에서 연속 적층이 가능하도록 5 MPa 이상을 초기강도를 확보하기 위한 조강형 첨가제 사용량을 도출하고자 한다.
  • 본 연구에서는 10 ℃ 저온환경에서 3D 프린팅 콘크리트의 초기강도를 증진시켜 연속 적층성을 확보하기 위해 Amine계, Nitrate계 및 Sodium계 원료를 바탕으로 조강형 첨가제 샘플 5종을 제작하여 성능을 비교평가 하였다. 가장 우수한 성능을 보인 샘플을 선별하여 기존 20℃ 환경에서 3D 프린팅 콘크리트와 동등한 수준의 초기강도(5 MPa 이상) 확보가 가능한 조강형 첨가제의 최적 사용량 도출을 위한 실험을 진행하였고, 결론을 요약하며 다음과 같다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
국내에서 동절기 콘크리트의 초기강도 확보 방안은 무엇인가? 이러한 문제점을 해결하기 위해서 저온환경에서의 3D 프린팅 콘크리트의 초기강도 확보가 필수적이다. 일반적으로 국내에서 동절기에 콘크리트의 초기강도를 확보하기 위한 방안으로 단위 시멘트량을 증가시키거나, 조강형 혼화제를 적용하는 방안 등이 적용되고 있고, 추가적으로 양생온도를 한중콘크리트의 기준 온도인 4 ℃보다 높은 10~15 ℃수준으로 관리하여 콘크리트의 초기강도를 확보하고자 하고 있다.[1, 2, 3] 본 연구에 사용된 3D 프린팅 콘크리트 배합은 선행연구를 통해 상온(20 ℃) 조건에서 연속 적층성이 검증된 배합으로 1일 재령에서 5 MPa 이상의 압축강도가 확보된 상태이다.
3D 프린팅 콘크리트의 실용화에서 필수적인 것은 무엇인가? 현재 전 세계적으로 3D 프린팅 콘크리트에 관한 연구개발이 활발히 진행되고 있지만 아직까지는 대부분 실내 환경조건에서의 기초적 연구단계에 머물러 있기는 상태이다. 3D 프린팅 콘크리트의 실용화를 위해서는 현장 환경조건 반영이 필수적인데, 우리나라의 경우 4계절에 대한 고려가 되어야 한다. 3D 프린팅 콘크리트는 연속 적층 시 적층고가 높아짐에 따라 콘크리트의 자중이 증가되기 때문에 연속 적층성 확보를 위해 하단부 층의 콘크리트가 적정 시간에 경화되어야 한다.
하단부 층의 콘크리트가 적정시간에 경화되지 않는 이유와 그랬을 때 문제점은? 3D 프린팅 콘크리트는 연속 적층 시 적층고가 높아짐에 따라 콘크리트의 자중이 증가되기 때문에 연속 적층성 확보를 위해 하단부 층의 콘크리트가 적정 시간에 경화되어야 한다. 하지만, 기온이 낮은 동절기의 경우 콘크리트의 경화속도가 늦어지게 되는데, 3D 프린팅 콘크리트 시공 중 하단부 콘크리트의 강도발현이 낮아 자중을 버티지 못하게 되면 적층된 콘크리트가 무너지게 되는 문제가 발생된다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서 저온환경에서의 3D 프린팅 콘크리트의 초기강도 확보가 필수적이다.
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참고문헌 (7)

  1. Korea Concrete Institute, Concrete Standard Specification, Chapter14 cold weather concrete, 2009, pp.157-158. 

  2. J. H. Lee, Y. H. Jung, Y. R. Kim, "Development of early strength concrete technology for shortening the construction period", Dealim Technology Information, pp.36-45, 2009. 

  3. G. Y. Kim, Y. R. Kim, J. H. Park, "Investigation of Early-Age Concrete Strength Development Using Hardening Accelerator", Journal of Korea Concrete institute, Vol.28, No.3, pp.309-316, June. 2016. DOI: https://doi.org/10.4334/JKCI.2016.28.3.309 

  4. H. Justnes, Erik C. Nygaard, "Technical calcium nitrate as set accelerator for cement at low temperatures", Cement and Concrete Research, Vol.25, No.8, pp.1766-1774, Dec. 1995. DOI: https://doi.org/10.1016/0008-8846(95)00172-7 

  5. S. S. Lee, H. Y. Song, J. H. Lee, "An Experimental Study on the Early Strength Development Properties of Concrete According to Curing Condition and Used Materials", ournal of Korea Concrete institute, Vol.20, No.6, pp.721-729, Dec. 2008. DOI: https://doi.org/10.4334/JKCI.2008.20.6.721 

  6. J. P. Park, Y. W. Jung, "Performance Improvement of High Performance Shrinkage Reducing Agent using Early Strength Improving Agent", Journal of Korea Academia-Industrial cooperation Society, Vol.17, No.4, pp.296-302, April. 2016. DOI: https://doi.org/10.5762/KAIS.2016.17.4.296 

  7. H. Mohamed, "Effect of Calcium Formate as an Accelerator on the Physicochemical and Mechanical Properties of Pozzolanic Cement Pastes", Cement and Concrete Research, Vol.34, No.6, pp.1051-1056, June. 2004. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2003.11.015 

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