초고층 구조물에 적용되는 고강도 콘크리트의 배합설계 - 세계 최고층 빌딩 버즈 두바이 타원 사례 - Mix Design of High Strength Concrete for the High-Rise Building - The Tallest Building in the World, Burj Dubai Tower -원문보기
Mix design of C80A which is applied to the vertical members of The Burj Dubai Tower, the tallest building of the world, was performed so as to meet the requirements of rheological property, mechanical properties & construction sequences based on material analysis in Dubai, UAE. Experimental investig...
Mix design of C80A which is applied to the vertical members of The Burj Dubai Tower, the tallest building of the world, was performed so as to meet the requirements of rheological property, mechanical properties & construction sequences based on material analysis in Dubai, UAE. Experimental investigations were carried out to evaluate & optimize the quantities of total binders, the proportions of Micro Silica, Dune Sand & PFA, changes of S/a and the comparison of chemical admixture, etc. Approximately $65,000m^3$ of C80A concrete has been poured to the vertical members since 16-Apr-2006. In the actual application, it was showed that C80A has proper early strength achievement, excellent mechanical properties and satisfactory flowability & workability. The results of extensive site testing can be summarized that the average compressive strength at 28days is 98.8MPa, the average elastic modulus at 28days is 47.8GPa, the flow of concrete after pumping at the height of 250m (L72) was over 500mm.
Mix design of C80A which is applied to the vertical members of The Burj Dubai Tower, the tallest building of the world, was performed so as to meet the requirements of rheological property, mechanical properties & construction sequences based on material analysis in Dubai, UAE. Experimental investigations were carried out to evaluate & optimize the quantities of total binders, the proportions of Micro Silica, Dune Sand & PFA, changes of S/a and the comparison of chemical admixture, etc. Approximately $65,000m^3$ of C80A concrete has been poured to the vertical members since 16-Apr-2006. In the actual application, it was showed that C80A has proper early strength achievement, excellent mechanical properties and satisfactory flowability & workability. The results of extensive site testing can be summarized that the average compressive strength at 28days is 98.8MPa, the average elastic modulus at 28days is 47.8GPa, the flow of concrete after pumping at the height of 250m (L72) was over 500mm.
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문제 정의
본 연구는 Tower부에 적용될 고강도 콘크리트 중에서 지하 2층~지상26층까지의 수직부재에 설계된“ T-C80A-20”의 배합설계를 위주로 기술하고 있으며, 당사가 국내에 기적용하였던 기존의 배합자료와 중동지역의 재료 특성을 근거로 하여 소요 품질기준을 만족하는 최적배합을 도출하고자 하였다.
본 연구는 당사인 삼성물산 건설부문이 두바이에서 시공하고 있는 세계 최고층 빌딩, 버즈 두바이 타워에 적용된 고강도 콘크리트의 기술 자료로서, 중동지역의 재료특성과 소요품질기준을 만족하도록 최적화된 배합설계 과정을 요약한 것이다.
제안 방법
C80A는 수직부재용 콘크리트 중에서 역학적 특성과 수축변형 특성이 가장 우수한 콘크리트로서, 당초 26층까지 설계되었지만, 구조적 안정성과 이점을 극대화하기 위해 펌프 압송이 가능한 높이까지 적용되도록 계획하였다. 이를 위해 현장 도착 플로우를 550±751皿로 관리하였으며, 압송 높이에 따른 손실폭을 고려하여 그 관리기준을 차별화함으로써 타설 시의 원활한 시공성을 확보하도록 하였다.
그림 1에서 알 수 있듯이 Tower부의 수직부재는 큐브 공시 체로 최대 80MPa, 상층부는 60MPa인 고강도 콘크리트로 설계되었으며, 수평부재의 경우 층별, 용도별로 35~50MPa로 설계되었지만, 원활한 현장 품질관리를 목적으로 전체를 큐브강도 50MPa인 콘크리트로 단일화 하고자 하였다. Podium의 경우 구조물의 기능과 요소별로 C35-C60 Grade의 다양한 콘크리트가 적용되었다.
설계 및 시방서에 명기된 요구조건과 시공조건을 고려하여 현장 품질관리 기준을 설정하였으며, 이를 만족하기 위한 배합인자를 선정, (표 5 참조) 실내배합을 수행하였다. 실내배합 결과를 근거로 배합인 자를 최적화하여 레미콘 시험생산을 실시한 후, 현장 Mock-Up Test를 거쳐 최종적으로 배합을 결정하였으며, 각 재료별 최적 배합범위를 표 6에 정리하였다.
5 참조) 실내배합을 수행하였다. 실내배합 결과를 근거로 배합인 자를 최적화하여 레미콘 시험생산을 실시한 후, 현장 Mock-Up Test를 거쳐 최종적으로 배합을 결정하였으며, 각 재료별 최적 배합범위를 표 6에 정리하였다.
계획하였다. 이를 위해 현장 도착 플로우를 550±751皿로 관리하였으며, 압송 높이에 따른 손실폭을 고려하여 그 관리기준을 차별화함으로써 타설 시의 원활한 시공성을 확보하도록 하였다. 사진 1은 펌프 압송직전의 C80A 플로우 전경이며, 사진 2는 실구조물과 동일한 조건에서 실시한 현장 실물모형실험
유동성 및 역학적 특성이 우수한 것으로 나타났다. 콘크리트의 균일한 품질관리를 목적으로 단일제품을 사용하도록 하였으며, 표 1은 그 물리. 화학적 특성 실험결과를 나타낸 것이다.
대상 데이터
M/S(Micro Silica)는 고강도 콘크리트의 압축강도 등 역학적 특성과 고층부 압송성 및 내구성 증진에 있어서 필수적인 재료로서, 국내에서도 유통되고 있는 노르웨이산 제품 (Densfied) 을 사용하였으며, 전체 결합재량의 10%를 치환하였다. 비중은 2.
“T-C80A—20”콘크리트는 2005년 4월 16일 첫 타설을 실시하여 현재(지상 80층)까지 약 65, 000 nf정도가 Tower부의 수직부재에 적용되었다. 현장 적용결과, 역학적 특성 측면에서 재령 28일의 압축강도는 평균 98.
인도(India)로서 압송 높이에 따라 전체 결합재량의 15-20% 정도 치환되었다. 본 제품은 ASTM C618의 Type F 기준에 적합한 제품으로서 비중은 2.2이며, 그 특성치는 표 2와 같다.
본 프로젝트의 고강도 콘크리트에는 석회암 골재가 사용되었으며, 최대치수 201皿 결과 90.3 0.76 0.34골재를 주로 하여, 압송높이에 따라 14mm및 10mm 골재의 사용을 통해 압송부하를 최소화하도록 배합설계에 반영하였다. 잔 골재의 경우 부순 모래와 사막 모래(Dune Sand)를 혼합하여 사용하였으며, 부순 모래는 석회암을 파쇄하여 세척한 것으로서 조립률이 3.
34골재를 주로 하여, 압송높이에 따라 14mm및 10mm 골재의 사용을 통해 압송부하를 최소화하도록 배합설계에 반영하였다. 잔 골재의 경우 부순 모래와 사막 모래(Dune Sand)를 혼합하여 사용하였으며, 부순 모래는 석회암을 파쇄하여 세척한 것으로서 조립률이 3.3~3.5의 범위이고, Dune Sand는 사막지역의 천연모래로서 0.3皿1체를 90%이상 통과하는 세립자이다. 표 4는 Dune Sand와 부순 모래의 입도시험결과를 나타낸 것이다.
성능/효과
Tower부의 수직부재에 적용되었다. 현장 적용결과, 역학적 특성 측면에서 재령 28일의 압축강도는 평균 98.8M", 탄성계수는 평균 47.8GPa로서 상당히 우수한 것으로 나타났으며, 유동성 측면에서도 현장 도착플로우가 580~650剛의 범위를 유지하면서 고층부 압송 후에도 플로우 500 皿 이상의 시공성을 확보하는 것으로 나타났다. 사진 3은 CPBCConcrete Placing Boom)을 이용한 윙 코아 월 타설 전경을, 사진 4는 현장 전체 전경을 나타낸 것이다.
시멘트는 UAE의 북부 Ras Al Khaimah라는 지역에서 생산되는 제품으로서 양질의 석회암을 바탕으로 유동성 및 역학적 특성이 우수한 것으로 나타났다. 콘크리트의 균일한 품질관리를 목적으로 단일제품을 사용하도록 하였으며, 표 1은 그 물리.
04% 단위수량, 분체량, S/a 특성은 층당 3일 공정을 위해 필수적인 조기강도, 기준재령에서의 압축강도 및 탄성계수로 구분된다. 조기강도 발현을 목적으로 족진형 혼화제의 선정실험과, M/S(실리카흄) 및 PFA(플라이애쉬)의 치환율 실험을 통해 재령 12시간에 lO.OMPa를 만족하도록 하였으며, 기준재령에서의 압축강도 또한 배합강도 및 설계기준강도를 상회하는 것을 확인할 수 있었다. 탄성계수의 경우도 석회암 골재와 혼화재료 치환율의 최적화를 통해 시방기준을 모두 만족하는 안정적인 결과를 도출하였다.
OMPa를 만족하도록 하였으며, 기준재령에서의 압축강도 또한 배합강도 및 설계기준강도를 상회하는 것을 확인할 수 있었다. 탄성계수의 경우도 석회암 골재와 혼화재료 치환율의 최적화를 통해 시방기준을 모두 만족하는 안정적인 결과를 도출하였다. 그림 2~3은 C80A의 압축강도 및 탄성계수 측정결과를 도식화한 것이다.
후속연구
진행되고 있다. 본 자료는 현재 지속적으로 증가되는 중동지역의 초고층 시장에 있어서 그 지역적 재료특성에 적합한 고강도 콘크리트 배합기술과 역학적 특성 파악 및 현장 실용화를 위한 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
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