非脫型거푸집 開發에 關한 硏究 : 기둥 및 보 부재적용을 중심으로 = (A) Study on Development of Permanent Cement Mortar Form : Focused on Cement Mortar Form which is applied for Column and Beam members

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 국내 현장에서 사용하는 거푸집의 문제점을 개선하여 시스템 거푸집의 일종인 비탈형거푸집의 개발 및 실용화를 위하여 무기질 재료로 거푸집을 제작하였다. 비탈형거푸집의 개발은 모르터에 혼화재료(폴리머, 플라이애쉬, 실리카흄 등)를 혼입하여 거푸집이 요구하는 성능을 만족하는 적정 시멘트 모르터를 개발하기 위해 굳지않은 모르터와 굳은 모르터에 대하여 각종 실험을 실시하였다. 굳지 않은 모르터 실험에서는 유동성, 충전성, 점성을 조사하여 비탈형거푸집 제작용 모르터의 적정배합을 도출하고, 굳은 모르터 실험에서는 역학적 특성과 내구성 조사 및 내부 성상을 조사하여 비탈형거푸집으로의 적용 가능성을 검토하였다. 또한 대량 생산을 위한 방안으로 공장 생산시에 경제성을 고려한 상압증기 양생방법을 도출한후, 생산 원가를 조사하여 경제성을 확인하였다.
비탈형거푸집의 성능실험에서는 후타설 콘크리트와 비탈형거푸집의 부탁 성능 향상을 위한 실험 및 내화시험을 실시하여, 도출된 내부 형상으로 보 및 기둥 시험체를 제작하여 성능실험을 실시하였다. 또한 비탈형거푸집의 공장 생산을 하기 위한 방안으로 비탈형거푸집 제작용 몰드를 설계하고, 비탈형거푸집의 생산성에 관하여도 조사하였다.
또한 현장실험을 하기 위해 비탈형거푸집 조립용 가설재를 계획한 후 거푸집의 시공시 안전성을 검토하기 위하여, 구조해석 프로그램(MIDAS)으로 가설재의 구조 검토를 실시하였다. 이후 현장실험을 실시하여 비탈형거푸집의 시공성 및 품질시험을 하여 다음과 같은 결론을 도출하였다.
(1) 비탈형거푸집용 모르터의 요구 성능을 만족하는 혼화재료양은 폴리머의 혼입률은 10％이하, 섬유 2.5％이하, 플라이애쉬 20％이하, 실리카흄 10％이하로 나타났다.
(2) 공장생산을 위한 비탈형거푸집용 상압증기양생법은 최고온도 65℃, 4시간을 가열하면 적정한 요구성능이 발휘되었으며, 거푸집용 모르터의 생산비용을 검토한 결과 폴리머 및 섬유를 혼입한 실험체 보다 실리카흄을 혼입한 실험체가 경제성이 우수한 것으로 나타났다.
(3) 비탈형거푸집과 후타설 콘크리트와의 부착강도, 전단강도, 휨강도를 증진시키기 위한 방안으로 고안된 형상을 실험한 결과 철망을 매입한 형태가 강도의 측면에서는 우수하나 제작성능이 떨어짐으로 내부요철형이 구조성능 및 제작에 적합한 것으로 나타났다.
(4) 비탈형거푸집용 복합실험체로 내화시험을 한 결과 거푸집 단면을 내화피복 두께에 포함시킨 실험체가 내화기준에 합격하였음으로 비탈형거푸집의 단면도 피복두께에 포함하여 설계를 하면 현대 RC구조체와 동일한 단면을 유지함으로 사용에 문제가 없을 것으로 판단된다.
(5) 비탈형거푸집으로 제작한 기둥·보 실험체는 성능실험에서 기준 실험체보다 최대하중이 증가하는 것으로 나타났다. 이는 비탈형거푸집의 내부철근과 모르터의 강도가 거푸집 속에 타설된 큰코리트와 함께 하중을 분담하면서 내력이 상승 된 것으로 나타났다.
(6) 비탈형거푸집 제작용 몰드를 제작하여 거푸집을 생산한 바 우수한 품질의 비탈형거푸집을 생산하였고, 제작시간은 24시간 이내로 초기에 계획한 PC 공장의 1베드에서 부재1개당/1일의 사이클 공정이 가능한 것으로 확인되었으며, 작업인 수는 2∼3명으로 제작이 가능하여, 본 비탈형거푸집을 공장에서 대량 생산하여 건축물에 적용하면 공기의 단축효과가 큰 것으로 나타났다.
(7) 비탈형거푸집을 사용하여 현장적용 실험을 한 결과 기준 합판거푸집과 비교하여 시공성능이 우수한 것으로 나타났다. 또한 비탈형거푸집의 내부철근 및 거푸집이 시공오차 범위를 만족하는 것으로 나타났다.
(8) 비탈형거푸집과 후타설 콘크리트와의 부착강도는 6kg/㎠ 이상의 강도로 나타났으며, 후타설 콘크리트 타설시 합판거푸집보다 비탈형거푸집의 측압에 의한 변형이 적게 나타났고, 내부 충전상태도 양호하게 나타났다.
(9) 본 연구에서 실험한 비탈형거푸집의 가설재 설치 간격은 기둥 부재는 클램프를 50cm 간격으로 시공하고, 보 부재는 동바리가 없이 시공 가능한 최대 경간은 2.68m, 동바리를 1개소로 설치 시 유효 경간은 5.4m, 동바리 2개소 설치시 유효 경간은 9.03m 로 검토되었다. 따라서 안전측을 고려하면 동바리를 2m마다 설치하면 가능한 것으로 나타났다.
이상의 결과로부터 비탈형거푸집을 실용화할 경우 공기, 시공성, 안전성 등에서 우수한 성능을 발휘할 것으로 판단되며, 추후 벽체용 비탈형거푸집과 비탈형거푸집의 생산성 향상을 위한 몰드의 모듈화 등의 개발이 필요 할 것으로 판단된다. 또한 본 연구에서는 마감용 비탈형거푸집을 개발하였으나, 추후 비탈형거푸집을 구조용 비탈형거푸집으로 개발하여 시공시 가설재의 사용을 줄이는 방안을 연구하여, 철근 콘크리트 공사에서 가장 생산성이 낮은 거푸집공정을 합리화하여, 최종 목표인 자동화 철근 콘크리트 공법을 위한 방안으로 본 연구가 초석이 되었으면 한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The purpose of this study is to develop and to apply this permanent cement mortar form as one of those system forms to improve existing form's problems. To produce the required effect of this permanent cement mortar form, the inorganic, fresh and hardening mortar intermixed admixture(polymer, flyash, silica fume etc.) is tested in various conditions for the suitable cement mortar form. In the case of fresh mortar test, mortar fluidity, packing ability and viscosity are tested for the suitable mixing condition. In the case of hardening mortar test, mechanical characteristics, durability and internal shape are tested for the possibility of permanent cement mortar form. After the normal pressure steam curing is drawn for the form's mass production plan, the production cost is examined and the economy is affirmed. In the test of permanent cement mortar form's efficiency, comparative test between form and after placing concrete is done. Those manufactured beam and column specimens done from the previous test are examined structurally. To manufacture this form, the mold is designed and mold productivity is examined. To do the field test, the temporary material of permanent cement mortar form is designed and the temporary material is tested to examine the structure of it by MIDAS program.
(1) The admixture intermixing rate for satisfying the form mortar requirement is 'below 10% polymer, below 2.5% fiber, below 20% flyash, and below 10% silica fume respectively.
(2) The suitable method of normal pressure steam curing for the form's mass production is 4 hours in 65℃ considering production cost, the silica fume admixture is economic
(3) The comparison of bonding strength, shearing strength and flexural strength between form and after placing concrete is examined. Wire netting type among them shows excellent strength but the production efficiency is low. Internal irregularities type shows good quality in structure and production efficiency.
(4) In the fire proof test with combined specimen, the fire proof covering including form section thickness is satisfied with the fire proof criterion. It is considered that form section thickness has no problem
(5) The proof stress of column and beam specimen using permanent cement mortar form shows high level. It is thought that internal steel bar, mortar compressive strength and concrete placed could increase stress.
(6) Good permanent cement mortar form is producted from design4 form mold. It is thought that 2-3 persons in one bed could produce 1 piece/l day.
(7) In the field installation test, permanent cement mortar form shows better installation efficiency and duration reduction compared to existing wood forms.
(8) The bonding strength of form and that of internal placed concrete are above 6kgf/㎠, Lateral pressure bearing transformation of permanent form is 1/4~1/10. It is smaller than wood form's transformation.
(9) In the case of the temporary material installing intervals in this study, that clamp is installed in 50㎝ for the column member and the maximum non timbering install span is 2.65m, the effective span with one timber is 5.4m, the effective span with two timbers is 9.03m and Considering the constructional safety, it is possible to install 2m intervals of timbers.
If the above mentioned permanent cement mortar form is applied, it could show duration reduction, good safety, installation easiness and so on. It is surmised that wall permanent form and mold module for improving form productivity would be applicable. In addition to it, permanent form for completing was developed in this study. In the future, the structural permanent form would be developed to decrease opportunity of using temporary material. It is hoped that this study would give a help to base of the form process and the automatic RC method in the end.

목차 (Table of Contents)

• 국문요약 = ⅰ
• 목차 = ⅳ
• Ⅰ. 서론 = 1
• 1.1 연구의 배경 및 목적 = 1
• 1.2 연구의 방법 및 범위 = 3
• 1.3 연구의 추진체계 = 4
• 1.4 비탈형거푸집의 고찰 = 6
• 1.4.1 거푸집의 변천과정 = 6
• 1.4.2 비탈형거푸집의 요구성능 = 11
• 1.4.3 기존 영구거푸집의 문제점 = 12
• 1.4.4 비탈형거푸집의 형태 및 종류 = 15
• Ⅱ. 비탈형거푸집용 모르터개발 = 19
• 2.1 모르터용 혼화재료 = 19
• 2.1.1 폴리머 = 19
• 2.1.2 플라이애쉬 = 24
• 2.1.3 실리카흄 = 26
• 2.2 굳지않은 모르터 실험 = 27
• 2.2.1 실험개요 = 27
• 2.2.2 실험계획 = 28
• 2.2.3 사용재료 = 29
• 2.2.4 배합계획 = 32
• 2.2.5 실험방법 = 34
• 2.2.6 실험결과 및 분석 = 37
• 2.3 굳은 모르터 실험 = 52
• 2.3.1 실험개요 = 52
• 2.3.2 실험계획 = 52
• 2.3.3 사용재료 = 53
• 2.3.4 배합계획 = 54
• 2.3.5 공시체 제작 및 양생 = 55
• 2.3.6 실험방법 = 55
• 2.3.7 실험결과 및 분석 = 59
• 2.4 공장생산을 위한 양생법 개발 = 85
• 2.4.1 개요 = 85
• 2.4.2 실험방법 = 85
• 2.4.3 실험결과 = 87
• 2.5 소결 = 92
• Ⅲ. 비탈형거푸집의 성능실험 = 93
• 3.1 개요 = 93
• 3.2 성능 실험 = 94
• 3.2.1 개요 = 94
• 3.2.2. 실험계획 = 94
• 3.2.3 시험체 계획 및 실험방법 = 97
• 3.2.4 실험결과 및 고찰 = 102
• 3.3 내화성능실험 = 108
• 3.3.1 개요 = 108
• 3.3.2 실험계획 = 108
• 3.3.3 실험방법 = 110
• 3.3.4 실험결과 및 분석 = 113
• 3.4 부재성능실험 = 120
• 3.4.1 개요 = 120
• 3.4.2 실험계획 = 121
• 3.4.3 사용재료의 특성 = 125
• 3.4.4 시험체 제작 = 126
• 3.4.5 실험방법 = 126
• 3.4.6 실험결과 및 분석 = 128
• 3.5 소결 = 136
• Ⅳ. 비탈형거푸집의 제작 및 생산성 검토 = 137
• 4.1 개요 = 137
• 4.2 제작용 몰드설계 = 137
• 4.3 제작방법 = 138
• 4.4 제작 및 생산성검토 = 141
• 4.5 접합부 계획 = 144
• 4.6 가설재 설치 = 146
• 4.6.1 작용 하중 = 146
• 4.6.2 가설재 검토 = 148
• 4.6.3 가설재 존치기간 = 159
• 4.7 소결 = 161
• Ⅴ. 비탈형거푸집의 현장적용 실험 = 162
• 5.1 개요 = 162
• 5.2 현장실험 계획 = 163
• 5.2.1 사용재료 = 164
• 5.2.2 시험체 제작 = 165
• 5.3 현장실험 시공 = 166
• 5.4 시공품질실험 = 170
• 5.4.1 내부철근의 허용오차측정 = 170
• 5.4.2 시공오차측정 = 171
• 5.4.3 콘크리트 충전성 평가 = 172
• 5.4.4 콘크리트 타설시 거푸집의 변형 검토 = 172
• 5.4.5 부착성능검토 = 173
• 5.5 실험결과 및 분석 = 175
• 5.5.1 거푸집 내부철근의 허용오차 = 175
• 5.5.2 비탈형거푸집의 시공오차 = 175
• 5.5.3 콘크리트의 충전성 = 176
• 5.5.4 콘크리트 타설시 변형 = 178
• 5.5.5 거푸집의 부착성능검토 = 180
• 5.6 소결 = 181
• Ⅵ. 결론 = 182
• 參考文獻 = 185
• 표목차 = 191
• 그림목차 = 193
• 사진목차 = 197
• 부록 = 199
• 비탈형 거푸집의 경제성 검토 = 199
• 비탈형거푸집 설치시 가설재 검토 = 213
• Abstract = 220