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문제 정의
- 따라서, 본 연구에서는 기존에 보편적으로 사용되는 보양 방법들의 문제점을 보완하고 한중 콘크리트 시공 시 소요 품질을 확보하기 위한 보양 시스템 구축의 일환으로서, 열선 양생 방법을 적용한 실제 구조체 콘크리트의 열선매입조건 변화에 따른 내부온도 분포 이력 측정실험을 수행하였다. 또한, 실험결과를 토대로 콘크리트 내부의 총발열량과 표면에서의 총손실 열량의 관계로부터 콘크리트의 평균온도 예측 식과 프로세스를 도출하고 이를 통하여 각종 보양 방법별 슬래브 콘크리트의 온도 이력을 예측.
- 본 실험에서는 열선매입에 따른 보양 효과의 비교. 검토가 용이할 것으로 판단되는 SRC라 멘 조 주 甘복합건물의 슬래브를 각각 대상 건축물 및 부재로 선정하였다.
제안 방법
- 이에 따라 상기한 온도 이력 예측식 과 프로세스를 이용하여 두께 135mm의 슬래브를 대상으로 일평균 기온 -5笆, 일교차 10℃인 외기조건 하에서 의 각종 보양 방법별 경과 시간에 따른 72시간 동안의 콘크리트 온도 이력을 추정하였다. 기본적인 조건으로서 콘크리트의 단위시멘트량 340kg/m3, 치기 온도 10℃로 하였으며, 콘크리트 열 경계면의 열 손실 계수는 콘크리트 표준시방서, 일본 한중 콘크리트 시공지침 등에서 제시된 값을 이용하여 실즉값과 가장 근사한 계산 결과가 얻어지는 각각의 계수 값을 선정하였다. 그 결과, 합판 거푸집의 경우 구조체가 외기에 완전히 개방되었을 때 T.
- 매입형 열선에 의한 콘크리트 보양 효과 검토를 위한 평가항목으로서 구조체의 부위별. 단 면 깊이별 온도 편차 발생 여부와 온도상승 효과를 선정하였으며, 이를 위해 열선으로부터 수평거리 및 부재 표면으로부터 깊이에 따른 콘크리트의 온도분포에 대한 경시 변화를 측정하였다.
- 5℃의 범위로서 그다지 혹한기라고 볼 수 없으며, 기존의 다른 보양 방법과의 비교가 곤란한 것으로 판단된다. 따라서, 본 장에서는 콘크리트의 열적 특성을 고려한 온도 이력예측을 위한 계산식 및 프로세스를 도출하고 이를 통한 각종 보양 방법별 온도 이력을 예측. 비교함으로써 열 선 양생 방법의 적용성을 검토하였다.
- 따라서, 본 연구에서는 기존에 보편적으로 사용되는 보양 방법들의 문제점을 보완하고 한중 콘크리트 시공 시 소요 품질을 확보하기 위한 보양 시스템 구축의 일환으로서, 열선 양생 방법을 적용한 실제 구조체 콘크리트의 열선매입조건 변화에 따른 내부온도 분포 이력 측정실험을 수행하였다. 또한, 실험결과를 토대로 콘크리트 내부의 총발열량과 표면에서의 총손실 열량의 관계로부터 콘크리트의 평균온도 예측 식과 프로세스를 도출하고 이를 통하여 각종 보양 방법별 슬래브 콘크리트의 온도 이력을 예측. 비교함으로써 열선 양생 방법의 적용성을 검토하였다.
- 또한, 실험결과를 토대로 콘크리트 내부의 총발열량과 표면에서의 총손실 열량의 관계로부터 콘크리트의 평균온도 예측 식과 프로세스를 도출하고 이를 통하여 각종 보양 방법별 슬래브 콘크리트의 온도 이력을 예측. 비교함으로써 열선 양생 방법의 적용성을 검토하였다.
- 또한, 실험결과를 토대로 콘크리트 내부의 총발열량과 표면에서의 총손실 열량의 관계로부터 콘크리트의 평균온도 예측 식과 프로세스를 도출하고 이를 통하여 각종 보양 방법별 슬래브 콘크리트의 온도 이력을 예측. 비교함으로써 열선 양생 방법의 적용성을 검토하였다.
- 매입형 열선에 의한 한중 콘크리트 보양 방법의 적정한 활용을 위해서는 더 혹독한 조건하에서의 보 양 효과를 온도 이력 예측을 통하여 검증할 필요가 있다. 이에 따라 상기한 온도 이력 예측식 과 프로세스를 이용하여 두께 135mm의 슬래브를 대상으로 일평균 기온 -5笆, 일교차 10℃인 외기조건 하에서 의 각종 보양 방법별 경과 시간에 따른 72시간 동안의 콘크리트 온도 이력을 추정하였다. 기본적인 조건으로서 콘크리트의 단위시멘트량 340kg/m3, 치기 온도 10℃로 하였으며, 콘크리트 열 경계면의 열 손실 계수는 콘크리트 표준시방서, 일본 한중 콘크리트 시공지침 등에서 제시된 값을 이용하여 실즉값과 가장 근사한 계산 결과가 얻어지는 각각의 계수 값을 선정하였다.
- 콘크리트의 온도측정을 위해 K-type의 온도 센서를 매입하였으며, 실험조건별 분류기호 및 측정 위 치는 표 2와 같다. 즉, 온도측정 위치는 열선 통과 구간(이하, 열선 구간) 및 열선과 열선 사이 구간(이 하., 열선 사이 구간)으로 구분하였으며, 슬래브 상부 표면으로부터 깊이별로 3cm(상부근위치 ), 9cm(중심부'), 15cm(하 부근위치) 지점으로 하였다.
- 콘크리트 내부에의 열선매입에 따른 부위별 온도분포 이력을 파악하기 위한 실험 인자로서 열선의 매입 간격과 열선히팅여부를 선정하였다. 즉, 현장 배근 간격을 고려하여 열선매입 간격을 4수준으로 구분하였으며, 열선을 매입한 부위(이하, 열선가열 부위)와 열선을 매입하지 않은 부위(이하, 비열선 부위)로 구분하여 수행하였다. 싣험인자 및 수준은 표 1과 같다.
- 콘크리트의 온도측정을 위해 K-type의 온도 센서를 매입하였으며, 실험조건별 분류기호 및 측정 위 치는 표 2와 같다. 즉, 온도측정 위치는 열선 통과 구간(이하, 열선 구간) 및 열선과 열선 사이 구간(이 하.
대상 데이터
- 본 실험에서는 열선매입에 따른 보양 효과의 비교. 검토가 용이할 것으로 판단되는 SRC라 멘 조 주 甘복합건물의 슬래브를 각각 대상 건축물 및 부재로 선정하였다. 한편, 대상 슬래브는 지하층 주차장 바닥으로서 부재의 단면두께는 180mm, 상 부근의 피복 두께는 30mm였다.
- 적용된 콘크리트는 설계 기준강도 240kgf/cm2의 레디믹스트 콘크리트로서 최대골재 크기 25mm, 슬 럳프 15cm였으며, 매입형 열선은 직경 0.6mm의 발열선 위에 1mm 두께의 PVC 절연체로 피복하고 그 위에 0.8mm의 주석 도금된 연동선 편조를 씌워 총 직경이 4.2mm이며, 약 20W/m의 발열 특성을 보유하고 있는 정열 전선을 사용하였다.
- 콘크리트 내부에의 열선매입에 따른 부위별 온도분포 이력을 파악하기 위한 실험 인자로서 열선의 매입 간격과 열선히팅여부를 선정하였다. 즉, 현장 배근 간격을 고려하여 열선매입 간격을 4수준으로 구분하였으며, 열선을 매입한 부위(이하, 열선가열 부위)와 열선을 매입하지 않은 부위(이하, 비열선 부위)로 구분하여 수행하였다.
성능/효과
- (1) 부재 단면이 작고 상부 표면이 외기에 노출되어 있는 현장 타설 콘크리트 슬래브 부재에 대해 열선 양생 방법을 적용한 결과, 22cm의 간격으로 열선을 매입한 경우 외기온 -2~5.5℃의 조건하에서 24시간 경과 시점까지 1(TC 정도의 온도상승 효과가 있는 것으로 나타났다.
- (2) 균등한 품질확보를 위한 적정 열선매입 간격은 외기온도와 풍속 등의 외부환경 조건과 슬래브 상부 면에의 보온재 피복 여부와 보온재료의 종류 등 열 경계조건에 따라 다소 차이가 있을 수 있으나 20cm 내외가 적절하며 철근 배근 간격 및 현장 여건에 따라 25cm까지도 가능한 것으로 판단된다.
- 기본적인 조건으로서 콘크리트의 단위시멘트량 340kg/m3, 치기 온도 10℃로 하였으며, 콘크리트 열 경계면의 열 손실 계수는 콘크리트 표준시방서, 일본 한중 콘크리트 시공지침 등에서 제시된 값을 이용하여 실즉값과 가장 근사한 계산 결과가 얻어지는 각각의 계수 값을 선정하였다. 그 결과, 합판 거푸집의 경우 구조체가 외기에 완전히 개방되었을 때 T.Okcal/met, 개구부를 밀폐하여 무풍조건이 되었을 경우 3.4kcal/m2h℃< 적용하는 것이 가장 근사한 결과를 나타냈으며, 콘크리트의 노출 표면은 풍속을 고려할 필요가 없을 경우 7.4kcal/m2h℃, 일반적인 완전노출조건에 대해서는 1아ccal/m%℃, 시트 덮음 5.0kcal/m2h℃, 보온매트를 # 를 적용하는 것이 가장 적정한 것으로 나타났다.
- 본 실험 결과 측정된 슬래브 상하층의 외기온도 조건과 콘크리트의 열적 특성값으로부터 식(5)를 이용하여 콘크리트의 평균온도를 산출한 결과는 그림 6과 같으며, 계산식에 의한 온도변화 경향이 실측값과 매우 유사할 뿐만 아니라 임의의 시점에서의 실측값과의 온도 차이가 2~3P 이내로서 열 선양 생콘크리트의 온도예측이 충분히 가능할 것으로 판단된다. 다만, 계산 값이 실측값에 비해 초기 온도가 다소 높게 나타나는 것은 콘크리트의 단열 온도상승식을 이용한 수화발열량 산출 시 시멘트 수화 발열 곡선의 휴지기간(Dormant Period)에 대한 부분이 계산식에서는 고려되지 않았으며, 실 제 조건에서 타설 시 낮은 온도의 거푸집과 철근 등에 의한 손실 열량이 고려되지 않은 점에 기인하는 것으로 판단된다.
- 이러한 실험 결과들은 열선매입 간격이 일정 간격을 초과하는 경우 슬래브의 단위 표면적 당 공급 열량 이 감소되며, 이로 인해 열선으로부터의 이격거리가 큰 지점에서는 단위 시간당 외기에 의한 열 손실량 이 열선으로부터의 공급 열량을 초과하는데 기인하는 것으로 판단된다.
- 이상의 실험 결과로부터 열선 양생에 따른 동절기 콘크리트의 보양 효과를 확인할 수 있었으나 실험 여건상 외기온이 -2.0~5.5℃의 범위로서 그다지 혹한기라고 볼 수 없으며, 기존의 다른 보양 방법과의 비교가 곤란한 것으로 판단된다. 따라서, 본 장에서는 콘크리트의 열적 특성을 고려한 온도 이력예측을 위한 계산식 및 프로세스를 도출하고 이를 통한 각종 보양 방법별 온도 이력을 예측.
- 그림 5에 나타낸 슬래브의 표면 및 상부근 위치에서의 열선가열 부위(Heating)와 비열선 부위 (Non-heating)에 대한 온도변화 측정 결과로부터 열선에 의한 콘크리트 보양 효과를 확인할 수 있다. 즉, 열선가열 부위에서는 표면으로부터 3cm 깊이에서의 온도분포가 콘크리트 타설시점부터 지속적으로 상승하여 약 18시간 경과 시 20笆이상의 온도를 나타낸 반면, 비열선 부위에서는 시간의 경과에 따라 최초 타설 시점의 콘크리트 온도에 비해 다소 저하되는 것으로 나타났다. 더욱이 기존 타설부위와 접한 슬래브 단부에서는 비열선 부 의의 경우 약 5℃ 정도까지 콘크리트 온도가 저하} 듸어 열선가열 부위와 약 20℃의 온도차이를 보이고 있음을 알 수 있다.
- 한편, 기존의 가열 보양 방법을 적용하는 경우에는 실제로 외기온도의 강하에 따른 동반 온도하강 가능성이 매우 크므로 적정수준의 온도를 균등하게 유지하는 것이 매우 곤란한 것으로 판단되며, 열선에 의한 보양에서도 3일(72시간) 동안 지속적으로 전원 공급하는 것을 전제로 한 예측 결과로서 가정된 외기조건 하에서 24시간 이내에 전원공급을 중단할 경우에는 그 시점으로부터 급격한 온도강하를 고려하여 별도의 보온조치를 하든가 보양 기간을 연장하는 것이 불가피할 것으로 판단된다.
- 열선 구간은 열선으로부터 측정점의 거리가 5mm 이내로서 열선매입 간격에 관계없이 콘크리트 타설 개시 후 18시간 정도 경과 시 20-23℃ 정도의 온도분포를 보였다. 한편, 열선 사이 구간은 열선으로부터 이격거리가 11~ 17.5cm의 범위로서, 열선매입 간격 22cm인 S1-2의 경우 열선 구간인 S1-1의 경우와 유사한 온도변화 경향을 보이고 있는 것에 비하여 열선매입 간격이 25cm 이상인 경우에는 외기온이하 강함에 따라 열선가열에 의한 콘크리트의 온도상승 효과가 급격히 저하되는 것으로 나타났다.
후속연구
- (3) 본 연구에서 제시된 실험 및 온도이력 예측 결과를 토대로 종합적으로 검토해 볼 때, 0℃ 이하의 기온이 3일 이상 지속되는 혹한기 조건 하에서 열선 보양방법을 적용하는 경우에도 외기 온도 및 보양조건을 고려한 콘크리트의 온도 예측식 및 프로세스를 이용하여 시공 전에 검토. 보완한다면, 동절기 시공시 콘크리트 구조체의 품질 확보와 공기단축이 가능할 것으로 판단된다.
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