고층 건축물에 사용할 CFT 기둥에 적합한 고유동 콘크리트를 개발하고, 이를 적용하여 실물대의 Mockup 실험을 진행하여 시공시 문제점 및 관리기술을 확보하고자 하였다. 사전에 재료선정실험을 진행하여 CFT 기둥에 가장 적합한 재료를 선정하고, 시공성을 향상시키기 위하여 2단계에 걸쳐 실험을 진행하였다. 1차 실험에서는 타설방법, 유도관의 유무, 타선속도, 낙하높이 등을 변수로 실험을 진행하여 그중 시공성이 우수하면서 품질관리에 문제가 없는 변수를 대상으로 2차 실험을 진행하였다 2차 실험에서는 $9.6{\cal}m$ 높이의 강관에 타설방법을 달리하여 콘크리트 충전실험을 진행하였다. 실험결과 시공성 향상을 위하여 기존의 시공지침과 차이를 가진 변수에서도 우수한 충전성능을 보임을 확인하였다.
고층 건축물에 사용할 CFT 기둥에 적합한 고유동 콘크리트를 개발하고, 이를 적용하여 실물대의 Mockup 실험을 진행하여 시공시 문제점 및 관리기술을 확보하고자 하였다. 사전에 재료선정실험을 진행하여 CFT 기둥에 가장 적합한 재료를 선정하고, 시공성을 향상시키기 위하여 2단계에 걸쳐 실험을 진행하였다. 1차 실험에서는 타설방법, 유도관의 유무, 타선속도, 낙하높이 등을 변수로 실험을 진행하여 그중 시공성이 우수하면서 품질관리에 문제가 없는 변수를 대상으로 2차 실험을 진행하였다 2차 실험에서는 $9.6{\cal}m$ 높이의 강관에 타설방법을 달리하여 콘크리트 충전실험을 진행하였다. 실험결과 시공성 향상을 위하여 기존의 시공지침과 차이를 가진 변수에서도 우수한 충전성능을 보임을 확인하였다.
Full scale construction tests of CFT(concrete filled steel tube) column to solve construction problem and to confirm quality were performed in apartment site. To improve construction efficiency, the tests has been accomplished two stages after the tests for material mixing design had been completed....
Full scale construction tests of CFT(concrete filled steel tube) column to solve construction problem and to confirm quality were performed in apartment site. To improve construction efficiency, the tests has been accomplished two stages after the tests for material mixing design had been completed. In the first stage, the experimental variables were the placing methods, existence of guiding pipe, placing velocity and drop height and the height of specimen were $3.6{\cal}m$. In the second stage, Filling steel tube of 9.6m height with concrete was performed by two ways, that is, the pump-up method and the dropping method. The filled condition of the concrete and concrete strength distribution according to the column height were checked and the quality of the CFT column was confirmed.
Full scale construction tests of CFT(concrete filled steel tube) column to solve construction problem and to confirm quality were performed in apartment site. To improve construction efficiency, the tests has been accomplished two stages after the tests for material mixing design had been completed. In the first stage, the experimental variables were the placing methods, existence of guiding pipe, placing velocity and drop height and the height of specimen were $3.6{\cal}m$. In the second stage, Filling steel tube of 9.6m height with concrete was performed by two ways, that is, the pump-up method and the dropping method. The filled condition of the concrete and concrete strength distribution according to the column height were checked and the quality of the CFT column was confirmed.
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문제 정의
재료선정실험을 통하여 선정된 업체를 대상으로 제시된 성능기 준에 맞추어 배합설계 및 생산관리는 레미콘 사가 주관하도록 하고 당 연구소에서는 품질관리 및 기술적인 문제해결 등의 관리에 중점을 두는 것으로 하였다. 또한, 향후 CFT 공법을 일반화시키기 위하여 충 전시 기술적인 문제점, 품질관리 방법 및 시공성 평가 등을 통하여 기존의 설계상의 성능을 확보할 수 있는 방안을 마련하고자 하였다.
본 연구에서는 CFT 기등의 시공성을 개선하면서 동시에 구조적인 성능이 확보되도록 일본의 신도시하우징협회에서 발간한 “CFT 구조기술지침. 동해설”에 나타나 있는 지침을 기준으로 하여 시공사의 입장에서 여러가지 시공성을 개선시킬 수 있는 방법을 변수로 하여 CFT 기등의 내卓 콘크리트의 충전에 따른 시공성능, 콘크리트 재료의 물성 변화, 충전 콘크리트의 강도확보 및 품질 관리적인 측면에서 CFT 기둥에 적합한 재료개발과 시공성능을 확보할 수 있는 방 안올 찾아보고자 하였다.
실물대 실험의 목적은 CFT 기등의 콘크리트 충전 시공 방법에 대한 시공성을 평가하여 향후 CFT 기둥에 대한 시공 기술력을 갖추기 위함이다. 재료선정실험을 통하여 선정된 업체를 대상으로 제시된 성능기 준에 맞추어 배합설계 및 생산관리는 레미콘 사가 주관하도록 하고 당 연구소에서는 품질관리 및 기술적인 문제해결 등의 관리에 중점을 두는 것으로 하였다.
.이를 기준으로 하여 실물 크기의 강관기등을 제작하여 현장에서 조립부터 내부 콘크리트의 타설 단계까지를 Mockup 실험으로 진행하여 CFT 기등의 충전 성 및 현장 적용 시 발생할 수 있는 문제점을 사전에 파악하여 해결방안을 마련하는 것을 본 연구의 목적으로 하였다.
콘크리트 충전 시 측 압력 에 의한 강관웨브의 변형능력이 상대적으로 취약한 각 형강 관을 실험대상으로 선정하였다. 접합부에서는 충전성능이 불리하고 공극 발생 우려가 있는 내다 이어 프램 형식을 채택하여 다이어프램 하부의 충전성능을 평가하고자 하였다. 충전성능 실험은 2단계로 계획하여 진행하였다.
가설 설정
5) 압입 시 측압을 고려하여 압입 높이를 결정하고, 압입 속도는 Im/분이 하로 한다. 단, 외 다이어프램의 경우는 제한이 없다.
제안 방법
충전성능 실험은 2단계로 계획하여 진행하였다. 1차 실험은 1개 층 높이3.6m)를 대상으로 6개의 변수로 실험을 진행하였고, 이것을 토대로 2차 실험은 3개 층 높이(9.6m)의 1절을 대상으로 하여 타설방법을 변수로 실험을 진행하였다. 단계별 실험에서 고려한 변수를 정리하면 표 4~5와 같다.
본 연구에서도 변수별로 공극이 발생하는 현황을 파악하기 위하여 콘크리트가 양생된 이후에 강관을 해체하여 다이어프램 하부의 공극률을 조사하였다. 1차 실험은 2.4m와 3m 지점의 다이어프램 하부에서 공극률을 조사하였다. IP-4 실험체는 8%와 15%를 IW-4 실험체 는 34%와 25%가 발생하여 낙입공법에서 공극이 많이 발생하는 경향을 나타내었다.
CFT 기등의 충전실험을 2단계로 진행함으로서 시 공성능을 향상시키고, 재료의 품질관리, 현 장시공시의 문제 등을 해결하고자 하였으며, 실제로 실험을 진행하면서 재료적인 문제를 비롯하여 여러가지 문제를 보완할 수 있었다. 실험 결과는 고 유동 콘크리트의 재료 물성실험과과 강관의 변형성능, 다이어프램 하부의 공극량 발생 현황, 충전 콘크리트의 강도 그리고 시공성 평가 등으로 나누어 비교 분석하였다.
CFT 충전에 적합하다고 판단되는 소요 강도, 유동성, 분리 저항성 및 충전 성 등에 대해서 요구되는 콘 리트의 성능 기준을 콘크리트 시방서와 CFT 구조기 술 지침 및 실 시공사례를 분석한 후 성능 기준을 설정하였다. 설정된 충전용 콘크리트의 성능기준은 표 1 와 같다.
강관 내의 압축강도를 평가하기 위하여 강관을 해체한 후 각 높이별로 코어를 채취하여 압축강도 실험을 진행하였다. 각 단계별 표준공시체 및 코어 공 시체 에 대한 강도시험 결과를 그림 6~7에 나타내었다.
CFT 시공지 침에서는 표준공시 체에서 2mm 이하로 규정되어 있다. 따라서 시공성 실험 시 본 실험체와 별도로 표준공시 체를 별도로 준비하여 침하량을 측정하였다. 침하량 측정 결과 1차 실험의 경우 표준공시 체는 0.
현재까지도 CFT 기등의 공극이 구조물의 강도 및 강성에 미치는 영향에 대한 의문은 계속적으로 제기되고 있다. 본 연구에서도 변수별로 공극이 발생하는 현황을 파악하기 위하여 콘크리트가 양생된 이후에 강관을 해체하여 다이어프램 하부의 공극률을 조사하였다. 1차 실험은 2.
CFT 기등의 충전실험을 2단계로 진행함으로서 시 공성능을 향상시키고, 재료의 품질관리, 현 장시공시의 문제 등을 해결하고자 하였으며, 실제로 실험을 진행하면서 재료적인 문제를 비롯하여 여러가지 문제를 보완할 수 있었다. 실험 결과는 고 유동 콘크리트의 재료 물성실험과과 강관의 변형성능, 다이어프램 하부의 공극량 발생 현황, 충전 콘크리트의 강도 그리고 시공성 평가 등으로 나누어 비교 분석하였다.
실험체 계획은 당사에서 기시공한 주상복합건물의 주요 기등의 내력을 충전 강관으로 환산하여 크기를 50cmx50cm로 결정하였고. 콘크리트 충전 시 측 압력 에 의한 강관웨브의 변형능력이 상대적으로 취약한 각 형강 관을 실험대상으로 선정하였다.
설정된 충전용 콘크리트의 성능기준은 표 1 와 같다. 요구성능 기준에 적합한 CFT 기둥용 고 유동 콘크리트를 개발하기 위하여 고 유동 콘크리트 생산능력을 가진 3개사를 사전 조사를 통하여 선정하고 실내배합실험을 진행하였다. 3개사에서 제시한 배합표 는 표 2와 같고, 콘크리트 물성시험 결과는 표 3과 같다.
이를 위하여 기존사례를 분석하여 CFT 기등의 충 전성에 적합한 소요 강도와 유동성을 갖는 고 유동 콘크리트의 물성치를 설정하였다..
접합부에서는 충전성능이 불리하고 공극 발생 우려가 있는 내다 이어 프램 형식을 채택하여 다이어프램 하부의 충전성능을 평가하고자 하였다. 충전성능 실험은 2단계로 계획하여 진행하였다. 1차 실험은 1개 층 높이3.
표 3에서 알 수 있듯이 성능평가시험은 고유동성 및 분리 저항성에 촛점을 맞추고 2장의 시공지침에서 요구하는 재료성능을 발휘하는지를 판단하기 위하여 슬럼프 플로우 시험, L 플로우 시험, V 로트 낙하시험, 단위용적 중량, 공기량, 침하량, 압축강도, 온도 등을 측정항목으로 시험을 진행하였다.
대상 데이터
다만 슬럼프 플로우 시간에서는 K사와 S사, V Lot 시험에서는 S사, 공기량에서는 K사가, 침하량에서는 K사가 기준을 약간 벗어나는 결과를 보였다. 종합적으로 평가하여 품질기준치를 가장 만족한 H사를 Mockup 실험진행 대상업체로 선정하였다.
실험체 계획은 당사에서 기시공한 주상복합건물의 주요 기등의 내력을 충전 강관으로 환산하여 크기를 50cmx50cm로 결정하였고. 콘크리트 충전 시 측 압력 에 의한 강관웨브의 변형능력이 상대적으로 취약한 각 형강 관을 실험대상으로 선정하였다. 접합부에서는 충전성능이 불리하고 공극 발생 우려가 있는 내다 이어 프램 형식을 채택하여 다이어프램 하부의 충전성능을 평가하고자 하였다.
성능/효과
1) 충전용 콘크리트의 압축강도 적용 범위는 240- 600kgf/cm2의 범위로 고강도 콘크리트를 사용할 수 있다.
1. 기존의 시공지침에서 제시한 유도관, 압입 속도 낙하높이 등에 대한 변수로 진행한 1차 실험에서지 침안을 준수한 기준실험체와 품질면에서 큰 차이가 나타나지 않아, 향후 실험에 의한 검증을 통하여 시 공성을 향상시킬 수 있는 공법의 선택이 가능하다고 판단된다.
1~2차에 걸친 재료의 물성실험의 결과는 표 7~8과 같다. 1차 실험의 재료 시험 결과를 보면 압입 후 및 낙 입시 슬럼 프 플로우 도달 시간 및 플로우 값이 기준치를 벗어나 는 결과를 보였다. 이는 배관 및 호퍼에 콘크리트 타 설전 물을 살수하였는데 일반 콘크리트와 달리 고 유동 콘크리트는 수량에 민감하기 때문에 영향을 미친 것으로 판단된다.
2. 특히 압입 공법의 경우, 충전 콘크리트의 원할한 충전을 위하여 내부에 부착한 유도관은 강관의 변형, 배관압력 및 공극에 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다.
IP-4 실험체는 8%와 15%를 IW-4 실험체 는 34%와 25%가 발생하여 낙입공법에서 공극이 많이 발생하는 경향을 나타내었다. 2차 실험의 공극발 생량을 보면 압입 공법인 UP 실험체는 높이 2.4m,4.8m, 9.0m의 위치에서 공극률이 각각 0%, 0.36%,4.3%이고, 낙입공법을 사용한 HW 실험체의 경우 공극률이 각각 5.7%, 16.8%, 25%가 발생하였다. 1차실 험과 마찬가지로 낙입공법이 압입 공법보다 공극의 발 생확률이 크고 하부에서 상부로 갈수록 공극 발생량이 많다는 알것을 알 수 있다.
3) 접합부 내 다이어프램의 타설 공 면적은 충전콘크 리트 단면적의 15% 이상, 100mm 이상, 트레미관직경 이상으로 한다. 우각부에 공기구멍을 30mm 이상으로 설치한다.
3. 시공성능을 향상시키기 위하여 일본의 지침안의 타설 속도 기준치（1 m/min 이하）를 초과한 2 m/min까지 타설 속도가 증가하여도 콘크리트의 시공성 및 충전성능 둥 내부 콘크리트의 품질에는 큰 영향을 받지 않는 것을 확인하였다.
4) 내부 콘크리트 충전 방법은 압입 공법 혹은 낙입 충전공법으로 하거나 원심성형 CFT 기등을 채용할 수도 있다.
4. 내 다이어프램을 가진 CFT 기등의 경우 낙입공 법보다는 압입 공법이 시공성 측면에서 보다 우수한 것으로 나타났다. 또한 내 다이어프램 하부의 공극 발생량에서도 압입공법이 낙입공법에 비해 적게 나타났다.
선정시험 결과 3개사 모두 전반적으로 기준치를 거의 벗어나지 않는 결과를 보여 CFT 기둥 충전용 콘크리트를 생산하는 데는 큰 어려움이 없는 것으로 판단되었다. 다만 슬럼프 플로우 시간에서는 K사와 S사, V Lot 시험에서는 S사, 공기량에서는 K사가, 침하량에서는 K사가 기준을 약간 벗어나는 결과를 보였다. 종합적으로 평가하여 품질기준치를 가장 만족한 H사를 Mockup 실험진행 대상업체로 선정하였다.
선정시험 결과 3개사 모두 전반적으로 기준치를 거의 벗어나지 않는 결과를 보여 CFT 기둥 충전용 콘크리트를 생산하는 데는 큰 어려움이 없는 것으로 판단되었다. 다만 슬럼프 플로우 시간에서는 K사와 S사, V Lot 시험에서는 S사, 공기량에서는 K사가, 침하량에서는 K사가 기준을 약간 벗어나는 결과를 보였다.
후속연구
5.압입공법 적용 시 콘크리트 타설 전 배관 통과용 시멘트몰탈을 사용함으로서 부분적으로 몰탈이 혼입되어 강도 저하가 발생하는 현상이 나타났으며 향후 이를 개선할 수 있는 공법 개발이 필요하다
또한 2차 실험 시에는 배관 통과 후 및 압입 후 물성 변화가 기준치를 벗어나는 것으로 나타났 는 데 이는 콘크리트 배관을 70m 정도 배관하고 콘크리트 타설 전 선행몰탈을 통과시킴으로서 부분적으로 몰탈이 혼입되어 나타난 현상으로 판단된다. 따라서 향후 이를 개선하기 위한 연구가 필요하다
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