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문제 정의
- 구조체가 요구하는 콘크리트의 소요 강도를 조기에 발현하는 방법들로는 부 배합에 의한 고강도 콘크리트트 적용, 조강 시멘트 사용, 양생 온도 조절 및 조강용 혼화제 사용 등이 있다. 그러나 경제성, 제품생 산성, 현장 적용성 및 상황 등을 고려할 때 조강용 혼화제 사용에 의한 콘크리트 소요 강도의 조기 발현이 가장 효과적인 것으로 판단되어, 본 연구에서는 조강용 혼화제 개발과 배합실험을 통하여 현장적 용이 가능한 조강 콘크리트의 배합설계를 하고자 한다.
제안 방법
- 본 연구는 조기강도 발현 콘크리트의 배합설계를 위하여 표 1에 나타낸 바와 같이 1차 실험에서는 물시멘트비(W/C)를 고정하고 리그닌계, 나프탈린계, 폴리 카본 산계 조강 혼화제를 동일하게 첨가하여 굳지 않은 콘크리트의 슬럼프, 슬럼프 플로우, 공기량 경시 변화를 측정하였으며, 압축강도 발현은 공시 체 제작 16시간부터 72시간까지 측정하였다. 2차 실험에서는 1차 실험의 배합을 조정하여 조강 콘크리트에 적합한 혼화제를 선정하여 혼화제 첨가량 및 양생 온도 변화에 의한 콘크리트의 물성 변화를 측정하였으며, 최종 배합을 결정하여 실제 BZP 생산에 의해 시간대별 압축강도 시험을 실시하였다.
- 거푸집 탈형을 위한 소요 강도인 5.0MPa을 얻을 수 있는 재령 초기 압축강도 측정을 위해 양생 온도 20±2P에서 72hr 이내 강 도변화를 측정하였으며 그림 2에 나타내었다. 전체적으로 20hr 경과 후 소요 강도인 5MPa을 만족하였다.
- 본 연구는 조기강도 발현 콘크리트의 배합설계를 위하여 표 1에 나타낸 바와 같이 1차 실험에서는 물시멘트비(W/C)를 고정하고 리그닌계, 나프탈린계, 폴리 카본 산계 조강 혼화제를 동일하게 첨가하여 굳지 않은 콘크리트의 슬럼프, 슬럼프 플로우, 공기량 경시 변화를 측정하였으며, 압축강도 발현은 공시 체 제작 16시간부터 72시간까지 측정하였다. 2차 실험에서는 1차 실험의 배합을 조정하여 조강 콘크리트에 적합한 혼화제를 선정하여 혼화제 첨가량 및 양생 온도 변화에 의한 콘크리트의 물성 변화를 측정하였으며, 최종 배합을 결정하여 실제 BZP 생산에 의해 시간대별 압축강도 시험을 실시하였다.
- 혼화제 종류별 콘크리트 물성 변화를 측정 결과 폴리 카본 산계에서 가장 우수한 성능을 나타내었으며, 이에 따라 폴리 카본 산계 혼화제 첨가량(1.0%, 1.2%) 및 양생 온도 조건을 변화 시켜 콘크리트 물성변화를 측정하였다. 그림 3에서 보는 바와 같이 폴리 카본 산계 첨가량이 1.
- 20%의 부순 굵은 골재를 사용하였다. 혼화제는 G 사에서 본 연구를 위하여 개발한 리그닌계, 나프탈린계 및 폴리 카본 산계 조강용 AE감수제를 사용하였다.
대상 데이터
- 시멘트는 분말도 3, 265cm/g인 L 사 보통포틀랜드시멘트를, F/A는 비중 2.20, 강열감량 2%, 분말도 3, 568crn/g의 S 사제품을 사용하였으며, 골재는 밀도 2.59, 조립률 2.89, 홉수율 1.12%의 부순 잔골재와 밀도 2.61, 조립률 6.73, 홉수율 1.20%의 부순 굵은 골재를 사용하였다. 혼화제는 G 사에서 본 연구를 위하여 개발한 리그닌계, 나프탈린계 및 폴리 카본 산계 조강용 AE감수제를 사용하였다.
성능/효과
- 1) 혼화제 종류에 따른 콘크리트 경시 변화 및 압축강도에 미치는 영향을 검토한 결과 리그닌계 및 나프탈렌계보다 폴리 카본 산계를 적용하였을 경우 우수한 성능을 나타내었으며, 조기 강도 증진에 효과적이었다.
- 1, 2차 실내시험의 결과를 토대로 확정된 현장 적용 배합으로 BZP(Batcher-Plant)에서 혼화제 투입 후 1분 비빔에 의해 제조되는 콘크리트의 슬럼프와 공기량은 각각 22.5cm와 4.7%를 나타내었다. 또한, 현장도달 시간을 고려하여 경과 시간 30분 후 측정한 값은 19.
- 2) 플리카본산계 혼화제 적용시 첨가량 및 양생온도 변화에 따른 영향을 검토한 결과 첨가량 1.2%, 양생온도 12.5℃일 때 가장 효과적으로 수평거푸집 탈형강도인 16MPa에 도달하는데 48hr 가량 소요되었다.
- 3) 폴리카본산계 혼화제 적용시 현장조건을 감안하여 실험한 결과 콘크리트 경시 변화가 작으며, 수직 거푸집 탈형강도인 5MPa도달시간이 48hr으로 나타났다
- 7%를 나타내었다. 또한, 현장도달 시간을 고려하여 경과 시간 30분 후 측정한 값은 19.5cm와 4.4%로 감소 폭이 작았다.
- 시간 경과에 따라 슬럼프와 슬럼프 플로우는 첨가된 혼화제 중 리그닌계와 나프탈린계에서 감소 폭이 크게 나타나는 반면, 폴리 카본 산계 혼화제를 적용하였을 경우 작은 감소 폭을 나타내었으며, 공기량 변화는 혼화제 종류별로 폴리카본산계, 나프탈린계, 리그닌계 순으로 감소 폭이 크게 발생되었다. 또한, 혼화제 종류별 플라이애시를 5% 치환한 경우 치환하지 않은 것보다 슬럼프, 슬럼프 플로우는 전체적으로 높은 값을 유지하였으나, 공기량의 경우에는 낮은 값을 나타내었다. 이와 같이 굳지 않은 콘크리트 물성 변화를 측정한 결과 첨가된 혼화제 중 폴리 카본 산계에서 가장 우수한 물성을 나타내었으며, 나프탈린계의 경우 경시 변화에 따른 감소 폭이 가장 크게 발생되었다.
- 콘크리트 강도 증진용 AE 감수제 종류에 따른 콘크리트 슬럼프 및 슬럼프 플로우의 경시 변화와 동일 혼화제에서 플라이애시 치환에 따른 물성 변화를 표 2와 그림 1에 나타내었다. 시간 경과에 따라 슬럼프와 슬럼프 플로우는 첨가된 혼화제 중 리그닌계와 나프탈린계에서 감소 폭이 크게 나타나는 반면, 폴리 카본 산계 혼화제를 적용하였을 경우 작은 감소 폭을 나타내었으며, 공기량 변화는 혼화제 종류별로 폴리카본산계, 나프탈린계, 리그닌계 순으로 감소 폭이 크게 발생되었다. 또한, 혼화제 종류별 플라이애시를 5% 치환한 경우 치환하지 않은 것보다 슬럼프, 슬럼프 플로우는 전체적으로 높은 값을 유지하였으나, 공기량의 경우에는 낮은 값을 나타내었다.
- 수중 양생은 양생 온도 20±3℃의 수조에서 일정한 온도를 유지할 수 있도록 하였으며, 대기 양생은 현장과 유사한 대기 조건에 노출시켰다. 양생 기간에 따른 압축강도 증가는 전체적으로 수중 양생에서 높은 값을 나타내었으며, 대기 양생은 일교차에 의한 양 생부 족으로 수중 양생보다 낮은 강도 값을 나타내고 있었다.
- 혼화제 종류별 강도 증진 효과는 리그닌과 나프탈린계보다 폴리 카본 산계를 적용하였을 때 증진 효과가 우수하였으며, 32hr 이후부터 강도증가 비율이 높게 나타났다. 이러한 결과 초기강도 증진에 폴리 카본 산계 혼화제 적용이 유리할 것으로 사료되며, 혼화제 종류별 플라이애시를 치환하지 않은 경우 치환한 것에 비해 20hr 이내에서 비슷한 증진효과를 나타내지만 72hr까지 10~15%의 증진 효과를 나타내었다.
- 또한, 혼화제 종류별 플라이애시를 5% 치환한 경우 치환하지 않은 것보다 슬럼프, 슬럼프 플로우는 전체적으로 높은 값을 유지하였으나, 공기량의 경우에는 낮은 값을 나타내었다. 이와 같이 굳지 않은 콘크리트 물성 변화를 측정한 결과 첨가된 혼화제 중 폴리 카본 산계에서 가장 우수한 물성을 나타내었으며, 나프탈린계의 경우 경시 변화에 따른 감소 폭이 가장 크게 발생되었다.
- 0MPa을 얻을 수 있는 재령 초기 압축강도 측정을 위해 양생 온도 20±2P에서 72hr 이내 강 도변화를 측정하였으며 그림 2에 나타내었다. 전체적으로 20hr 경과 후 소요 강도인 5MPa을 만족하였다. 혼화제 종류별 강도 증진 효과는 리그닌과 나프탈린계보다 폴리 카본 산계를 적용하였을 때 증진 효과가 우수하였으며, 32hr 이후부터 강도증가 비율이 높게 나타났다.
- 전체적으로 20hr 경과 후 소요 강도인 5MPa을 만족하였다. 혼화제 종류별 강도 증진 효과는 리그닌과 나프탈린계보다 폴리 카본 산계를 적용하였을 때 증진 효과가 우수하였으며, 32hr 이후부터 강도증가 비율이 높게 나타났다. 이러한 결과 초기강도 증진에 폴리 카본 산계 혼화제 적용이 유리할 것으로 사료되며, 혼화제 종류별 플라이애시를 치환하지 않은 경우 치환한 것에 비해 20hr 이내에서 비슷한 증진효과를 나타내지만 72hr까지 10~15%의 증진 효과를 나타내었다.
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