펌프 압송에 의한 굳지않은 콘크리트의 특성 변화에 관한 실험적 연구 = An Experimental Study on the Properties of Fresh Concrete determined to Pumping

국문 초록 (Abstract)

한글초록:도시 산업의 발달과 도시 인구의 증가 등 도시 집중화에 따른 토지 효율의 극대화 필요성은 초고층 건축물에 대한 요구를 증대시켰으며 그에 따라 주거용 건축물을 중심으로 한 초고층 철근콘크리트 건축물의 건설이 급증하고 있는 추세이다. 최근 국내에서도 건축물의 대형화, 고층화 추세에 따른 다양한 건축 시공기술의 개발이 이루어지고 있으며 특히 초고층 건축물의 시공기술에 있어 고압 펌프의 압송에 의한 콘크리트의 타설이 일반화되면서 고압 펌프 및 압송 배관 등 기계적인 부분에 관한 발전은 빠른 속도로 진행되고 있다. 이미 국내의 기술로 약 400m 높이까지 직접 압송하여 콘크리트를 타설한 실례에서도 알 수 있듯이 초고층 건축물의 시공에서 펌프 압송에 의한 콘크리트의 타설 기술은 점차 발전하고 있는 추세이다.펌프에 의한 콘크리트 타설 공법은 시공성, 작업의 용이성 및 타설량의 증대 등으로 인하여 공기를 단축할 수 있는 장점을 가지고 있긴 하나 건축물의 대형화, 초고층화에 따른 배관길이의 증가와 그에 따른 단위 수량의 손실 등으로 인해 압송성 및 시공성이 저하되는 문제점 등 주로 초고층에서의 압축 부재를 중심으로 한 펌프 압송 전·후 콘크리트의 특성 변화에 대한 문제가 제기되고 있으며 이에 대한 충분한 데이터의 확보 및 기초 연구가 요구되고 있다.실제 콘크리트 펌프에 의해 압송된 콘크리트의 성능 및 특성에 대한 변화는 다분히 정성적이며 여러 가지 인자에 의해 다양한 변화를 나타내게 되는데, 이러한 모든 변화에 대한 정량적인 기준을 제시함에는 다소 어려움이 있는 것이 사실이다. 특히 실제 시공 현장의 경우 펌프 압송 전·후 콘크리트의 특성 변화에 대한 고려를 통해 소정의 품질 확보와 성능 변화에 대해 평가할 수 있는 품질 관리의 기준이 필요한 실정이나, 현재 펌프 압송 전·후 콘크리트의 특성 변화에 대한 연구 및 품질관리 기준 등에 관한 기존의 자료가 미비하여 이에 대한 연구개발 및 기초 자료 확보의 필요성이 증대되고 있다. 또한 향후 초고층 철근콘크리트 건축물의 시공에 있어서도 펌프 압송 전·후 콘크리트의 특성 변화에 대한 품질관리 기준이 필요하게 될 것이며, 이상과 같은 품질관리의 기준 설정을 위한 제반 자료의 제시가 필요한 실정이다. 이에 본 연구에서는 현재 펌프 압송 공법에 의해 시공 중인 초고층 건축물을 대상으로 하여 현장 내에 반입된 레디믹스트 콘크리트(이하 “레미콘”)의 펌프 압송 전 채취 시료와 압송 후 채취 시료에 대해 비교·분석하고 그 결과에 따른 콘크리트의 특성 변화에 대해 검토함으로써 향후 초고층 건축물의 현장 콘크리트 타설을 위한 기초 자료로 제시하고자 한다.펌프 압송 전·후 현장 타설 콘크리트의 특성 변화에 관한 현장 실험을 통하여 얻은 결론은 다음과 같다.1. 굳지않은 콘크리트의 슬럼프 플로우는 압송 후 전체적으로 감소하는 경향을 나타냈다. 각 배합인자와의 관계에서 살펴볼 때, 단위 시멘트량이 증가할수록 압송 후 슬럼프 플로우의 감소폭이 점차 증가하는 경향을 나타냈으며, 혼화제에 대해서도 비슷한 경향을 보여 혼화제 첨가율이 증가할수록 압송 후 슬럼프 플로우의 감소폭이 점차 증가하는 경향을 나타냈다. 이는 상기의 분석에서와 같이 단위 시멘트량의 증가에 따라 혼화제 첨가율이 증가하게 되고, 펌프에 의한 압송이 시멘트 입자와 혼화제 입자간의 흡착에 영향을 미쳐 콘크리트의 유동 특성에 변화를 주기 때문으로 판단되며, 향후 고유동 콘크리트에 필수적인 고성능 AE 감수제의 적용에 대한 지속적인 실험 및 연구가 필요할 것으로 사료된다. 물시멘트비의 증가에 따른 슬럼프 플로우의 증가는 기존의 이론에서와 같이 나타났으나 본 실험에서의 특이한 현상은 물시멘트비가 증가할수록 압송 후 슬럼프 플로우의 감소폭이 커지는 것으로 나타났고, 압송 높이에 있어서도 압송 후의 슬럼프 플로우의 감소폭이 미미한 증가를 보였다.2. 공기량은 슬럼프 플로우와는 반대의 경향을 보여 압송 후의 공기량이 전체적으로 증가하는 경향을 나타냈다. 단위 시멘트량의 증가에 따른 공기량의 증가는 단위 시멘트량의 증가에 따른 슬럼프 플로우의 감소를 제어하기 위한 혼화제의 첨가에 기인한 것으로 이 같은 현상은 혼화제 첨가율의 증가에 따라서도 유사하게 나타나 혼화제 첨가율이 증가할수록 압송 후 공기량의 증가폭이 급격히 증가하는 것으로 나타나고 있다. 물시멘트비의 증가에 따라 공기량은 감소하는 경향을 보였으며, 물시멘트비의 증가에 따른 압송 후 공기량의 증가율도 감소하는 것으로 나타났다. 압송 높이에 대해서는 압송 후의 공기량이 증가하기는 하였으나 압송 높이의 증감에 따른 뚜렷한 경향은 보이지 않았다. 3. 굳은 콘크리트의 압축강도는 전체적으로 미미한 변화를 보였으며, 압송 후에 소폭의 감소 현상이 나타났다. 특히 단위 시멘트량 396kg/㎥과 혼화제 첨가율 1.76%의 범위에서 압송 후에 급격한 강도의 감소를 보인 것은 혼화제 첨가에 의한 공기량의 증가 및 혼화제의 발현 특성에 기인한 것으로 상기에 분석한 슬럼프 플로우와 공기량의 증감에도 영향을 받는 것으로 판단된다. 물시멘트비의 증가에 따른 압축강도의 저하는 선행 연구에서도 밝혀진 바 있으며, 본 실험에서는 물시멘트비가 증가할수록 압송 후 압축강도의 감소폭이 증가하고 있음이 나타났다. 압송 높이에 따른 압축강도의 변화는 미미하나 압송 후의 압축강도에서 소폭의 감소가 나타났다. 이는 단위수량의 감소로 인한 압축강도의 증가량과 공기량의 증가로 인한 압축강도의 감소량에 대한 상호 작용에 기인한 것으로 사료된다. 4. 각각의 배합인자에 따른 인장강도의 변화는 압송 전·후에 미미한 차이를 보였으나, 단위 시멘트량의 증가에 따라 압송 후 인장강도는 증가하는 것으로 나타났고, 동일 물시멘트비에 대하여 압송 후의 인장강도가 압송 전의 인장강도에 비해 높게 나타나는 경향을 보였다. 혼화제에 대해서는 혼화제의 첨가율이 증가할수록 압송 후 인장강도의 증가폭이 높게 나타났으며, 압송 높이에 따라서는 압송 후의 인장강도에서 소폭의 증가가 나타났다. 이상에서 펌프 압송에 의한 현장 타설 콘크리트의 압송 전·후의 특성변화 실험을 통해 펌프 압송으로 인해 변화되는 콘크리트의 기본 특성에 대한 연구를 실시하였다. 위에 제시된 여러 가지 인자와 함께 경시 변화 실험 및 운송 시간 등을 인자로 하여 각각의 항목에 대한 결과 값을 분석한 결과, 기존의 이론에 부합하며 뚜렷한 경향을 보이는 항목이 있는 반면, 특정한 경향이 나타나지 않는 항목들도 있었다. 이는 본 실험이 현장에 반입되는 레미콘에서 시료를 채취하여 행해진 현장 실험이기 때문으로 판단되며, 각각의 시험이 실험실 내에서의 실험과 같이 통제된 조건하에서 실험이 진행되지 못함에 기인한 것으로 사료된다. 이에 실험의 결과 값에서 다소 큰 폭의 데이터 변동이 있는 시험체가 보이는 경우도 있었으나 이는 통제되지 못했던 기타 변수들의 작용에 의한 것으로 판단되며, 특히 결과 분석 및 결론에 계속해서 언급되는 고성능 AE 감수제의 적용에 대한 연구 및 실제 현장에서의 실험은 펌프 압송에 따른 고유동 콘크리트의 특성변화에 있어 매우 중요하게 작용될 인자로써, 향후 이러한 데이터에 대한 좀 더 세부적인 연구와 이를 위한 충분한 데이터의 확보가 필요할 것이다. 본 연구는 초고층 건축물의 시공에 있어 필수적인 펌프 압송 공법에 대한 기초적인 이론과 펌프 압송 전·후에 대한 콘크리트의 특성 변화 실험을 통해 향후 초고층 철근콘크리트 건축물에 적용될 펌프 압송 공법과 고성능 콘크리트의 특성 변화 경향 및 콘크리트의 품질 관리 기준을 위한 기초자료를 제시하고자 진행되었으며, 본 연구 및 기존의 연구를 바탕으로 초고층 건축물 시공에 적용할 수 있는 다양한 시공 기술 개발 및 고성능 콘크리트의 재료적인 측면에서의 연구가 지속되어져야 할 것이다

국문 초록 (Abstract)

영문초록:The importance for maximizing land efficiency in accordance with the cityward tendency like development of urban industry and increase of the population has increased the supply of high-rise buildings, thereby, construction of high-rise building especially in resident building is increasing rapidly. Recently, various architectural technology has been developed in accordance with the trend of large-sized and high-rised building, and in construction of high-rise building, as concrete placing by pressure pumping with a high pressure pump has been popularized, the mechanical development, such as high pressure pumps or pumping pipes, is progressing rapidly. As we know through the case that concrete placing was done by direct pumping upto the height of 400m with domestic architectural technology, concrete placing by pumping in the construction high-rise building has been increasingly developed. Concrete placing by the pump has the advantage of the reduction of the construction period with workability, easiness of work and the increase of placing, but, the problem of the quality variation of concrete according to pumping has been raised especially concerning absence of compression in the high-rise building, including the increase of the pipe length by high-rising and large-sizing, thereby pumpability or workability deteriorate caused by the loss of the unit quantity. Then, collecting the concerned adequate data and basic researches are required.The quality variation of concrete by high-pressure pumping is potentially qualitative and shows various changes by many factors. In fact, therefore, it is difficult to present a quantitative standard for every change. Especially in the actual field of construction, the standard of quality control which can achieve designated quality is required, however, there are not enough data regarding the research about the quality variation of concrete according to pumping, and regarding the standard of quality control. Therefore, the importance of the research and development or the establishment of basic data has been increased. In addition, the standard for the quality control of the quality variation of concrete determined to pumping will be required in the construction of high-rise buildings, and every information on the establishment of the standard for the quality control like these should be presented. In this research, we will compare and analyze before and after pumping samples of ready-mixed concrete(remicon) which were carried in the actual field of construction, from high-rise buildings being constructed by high-pressure pumping. Then, examining the quality variation of concrete shown in these analyses, we will offer basic informations on the field of concrete placing of tall buildings in the future.The following is result from the field test about the quality variation of the field of concrete placing determined to pumping. 1. Slump flow of fresh concrete tends to be decreased as a whole. Related to the combined each factor, as the quantity of the unit of cement increases, slump flow tends to be increasingly decreased, and admixture shows similar tendency. As the rate of admixture increases, slump flow is increasingly decreased after pumping.We can estimate the reason for this result like this; according to increase of the unit of cement, the rate of admixture come to increase, then pumping affects adsorption between the particle of cement and admixture, which changes the quality of fluidity of concrete. Hereafter, continuing experiment and research should be required concerning the high effective AE which is necessary for high fluid concrete. According to increase of the rate of water-cement(물시멘트비), slump flow is increased such as in the given theory. However, this test shows unique result that the amount of decrease of slump flow is increased according to increase of the rate of water-cement, and concerning the height of pumping, the amount of decrease of slump flow is increased slightly.2. On the contrary of slump flow, air content is increased as a whole after pumping. Increase of air content according to increase of the unit of cement is attributed to addition of admixture which controls decrease of slump flow according to increase of the unit of cement. This phenomenon similarily appears according to the rate of admixture. As the rate of admixture increases, the amount of increase of air content is increased rapidly after pumping.According to increase of the rate of water-cement, air content tends to be decreased, and the rate of increase of air also decreases according to increase of the rate of water-cement after pumping.3. Compressive strength of solid concrete shows slight change as a whole, and is little bit decreased after pumping. Especially, the strength is rapidly decreased after pumping at 396kg/㎥ of the unit of cement and 1,76% of the rate of admixture, which seems to be affected by increase and decrease of slump flow and air contend, caused by the characteristics of admixture and increase of air content by addition of admixture.As examined by preceding researches, the amount of decrease of compressive strength increased according to increase of the rate of water-cement in this test. The change of compressive strength showed slight decrease after pumping.This seems to be attributed to interaction between increase of compressive strength by decrease of the amount of the unit and decrease of compressive strength by increase of air content.4. Tensile strength according to each combined factor shows slight variation before and after pumping, but tensile strength is increased after pumping according to increase of unit of cement. And, with the same rate of water-cement, tensile strength after pumping was higher than before pumping. Concerning admixture, as the rate of admixture increases, the amount of increase of tensile strength rises, and according to the height of pumping, tensile strength increases slightly after pumping.Like the above, through the test about the quality variation of concrete placed in the field by pumping, this research shows the basic characteristic of concrete, which is altered by pumping. As result of analysing the value of the outcome of each term, with the proposed factors and time variation test and processing time, some terms tends to be coincident with the existing theories, while other terms don't show any specific tendency. That is because this test is a field one where the sample was collected from remicon which was carried in the field of construction, and unlike in the laboratory, the condition of each test was not controled. Some samples have significant fluctuation of data in some outcomes of test, therefore, which is due to operation of other valuables which was not controled. The real field test and the research of application of high effective AE water reducing-admixture which is focused especially in the analysis of result and conclusion are crucial factors which will affect on the quality variation of high-fluid concrete according to pumping. Hereafter, more detail research and collection of adequate data will be required.The research was performed in order to provide the basic theory about pumping architectural technics which is necessary for construction of high-rise building, the pumping technics which will be applied to high-rise building with steel-concrete, and the basic information which is used for the trend of the quality of variation of high effective concrete and the quality control standard of concrete. Based on this and preceding researches, researches to be applied to the construction of high-rise buildings should be continued in terms of various developments of construction technics and materials of high-effective concrete