저온 조건에서 타설된 콘크리트의 보온 양생법 개발 = Development of Thermal Curing Method for Concrete under the Cold Temperature

국문 초록 (Abstract)

최근 건설공기의 중요성이 강조 됨에 따라 연중시공이 필수화 되어 기온이 낮은 겨울철에 시공이 불가피한 실정이다. 겨울철 공사에는 한중 콘크리트 시공이 적용되는데, 한중 콘크리트란 콘크리트를 부어넣은 후의 양생기간에 콘크리트가 동결할 염려가 있는 경우에 시공되는 콘크리트를 의미 하는 것으로 기온이 낮은 시기에 콘크리트를 타설 할 경우 타설 초기에 콘크리트의 동결에 따른 초기 동해가 발생되고, 응결 및 경화 지연에 따른 강도 발현이 저하 하는 등의 문제점이 생기게 된다. 1)2)3)
현재 국내·외 건설공사 현장에서는 저온 조건에서 콘크리트의 피해를 감소시키기 위한 방안으로 소정의 재령에서 설계기준 강도가 얻어지도록 강도를 보정하거나, 제트히터, 갈탄, 열선 및 발열패널 등을 이용한 가열보온양생, 부직포, PE필름, 톱밥 등 보양재를 활용하여 구조체 자체의 수화열만으로 콘크리트를 양생하여 소요 강도를 발휘하는 단열보온 양생 등 다양한 방법을 채택하여 효율적인 현장 관리가 이루어지고 있는 상황이다. 또한, 이와 관련하여 국내·외 많은 연구진들에 의하여 한중 기간 콘크리트의 품질 확보를 위한 다양한 연구가 진행되고 있다. 특히 한6) 등은 비닐막에 공기층을 적층한 버블시트를 이용하여 한중 환경에서 콘크리트의 초기동해 방지 및 소요강도 발휘가 가능한 단열보온양생 공법을 개발하여 건설 현장에서 널리 활용되고 있고, 국내 D사에서는 열선을 콘크리트 내부에 매설하여 직접 가열하는 기술을 개발한바 있다. 그러나 이러한 기술들은 일평균 기온이 낮지 않은 지역에 국한되어 있는 실정이다.
2013년 1월 기상청 통계자료를 살펴보면 서울을 비롯한 강원도 산간지역의 경우는 이상 기온에 따른 기후 변화에 기인하여 일평균기온이 -10℃이하로 저하되는 기간이 증가되고 있고, 철원 및 대관령 지역의 경우에는 최저기온이 -20℃ 이하로 매우 낮은 저온 환경에 처하게 된다. 또한, 국내뿐만 아니라 러시아 및 카자흐스탄 등 기온이 매우 낮은 것으로 잘 알려진 국가에서도 마찬가지로 저온 환경에서는 일반적인 가열 및 단열보온양생법에 의한 콘크리트의 양생 효과를 기대하기가 어렵고 효율적인 관리가 이루어지지 않고 있어 낮은 기온조건을 대상으로 한 콘크리트 구조물의 효율적인 품질관리가 필요한 실정이다.
따라서, 본 연구에서는 하루평균 기온이 -10℃ 전후의 저온 조건에서 타설 되는 콘크리트의 효율적인 보온양생법 제안을 목적으로 양생온도 -10℃ 정온 조건에서 콘크리트 부재 중 가장 취약한 슬래브 및 벽체 부재를 상정한 모의부재를 제작하여, 단열 및 가열 보온 양생법 변화에 따른 콘크리트의 제반온도이력과 강도 발현특성을 분석하고자 한다. 또한, 이를 토대로 온도이력 해석 프로그램을 통해 최적 보온양생법의 양생성능 결과와 실제 실험 데이터를 비교분석하여 정합성을 검토한 후 실구조체 적용을 위한 Mock-up test를 실시하여 저온 조건에서 시공되는 콘크리트 구조물의 초기동해방지 및 품질확보를 위한 최적 보온양생법을 제안하고자 한다.

목차 (Table of Contents)

• 목 차
• 1. 서 론 1
• 1.1 연구배경 및 목적 1
• 1.2 연구범위 및 방법 3
• 1.3 연구동향 6
• 1.3.1 국외의 연구동향 6
• 1.3.2 국내의 연구동향 9
• 2. 이론적 고찰 11
• 2.1 한중콘크리트의 개요 11
• 2.1.1 한중콘크리트의 정의 11
• 2.1.2 한중콘크리트의 초기동해 16
• 2.2 극한 환경에서의 콘크리트 특성 27
• 2.2.1 콘크리트의 응결 27
• 2.2.2 콘크리트의 강도 28
• 2.2.3 콘크리트의 내구성 32
• 2.3 한중콘크리트의 양생 34
• 2.3.1 한중 콘크리트의 보온양생 34
• 2.3.2 가열보온양생 39
• 2.3.3 단열보온양생 43
• 3. 실험계획 및 방법 53
• 3.1 개요 53
• 3.2 실험계획 54
• 3.2.1 단열보온양생에 따른 콘크리트의 특성 54
• 3.2.2 복합보온 양생에 따른 콘크리트의 특성 56
• 3.2.3 현장적용을 위한 일체형 구조체의 Mock-up Test 57
• 3.3 사용재료 59
• 3.3.1 시멘트 59
• 3.3.2 골재 60
• 3.3.3 혼화제 60
• 3.3.4 단열보온 양생재 61
• 3.3.5 가열보온 양생재 62
• 3.4 실험 방법 63
• 3.4.1 콘크리트 혼합 63
• 3.4.2 슬럼프 64
• 3.4.3 공기량 및 단위용적질량 65
• 3.4.4 모의부재 제작 66
• 3.4.5 경화 콘크리트 실험 75
• 4. 단열보온양생방법 변화에 따른 콘크리트 특성 77
• 4.1 서언 77
• 4.2 단열보온양생방법 변화에 따른 온도이력 및 적산온도 77
• 4.2.1 내부온도이력 78
• 4.2.2 적산온도 84
• 4.3 단열보온양생방법 변화에 따른 콘크리트의 강도발현 87
• 4.4 단열보온양생방법에 의한 온도이력해석 90
• 4.4.1 양생 조건 별 열전달계수 산정 90
• 4.4.2 온도이력 해석 모델링 개요 94
• 4.4.3 해석 결과 및 분석 102
• 4.5 소결 102
• 5. 복합보온양생법 변화에 따른 콘크리트의 특성 105
• 5.1 서언 105
• 5.2 복합보온양생법 변화에 따른 온도이력 및 적산온도 105
• 5.2.1 내부온도이력 105
• 5.2.2 적산온도 116
• 5.3 복합보온양생법 변화에 따른 강도 발현 118
• 5.4 복합보온양생법에 의한 온도이력해석 120
• 5.4.1 양생 조건 별 열전단계수 산정 120
• 5.4.2 온도이력 해석 모델링 개요 130
• 5.4.3 해석 결과 및 분석 130
• 5.5 소결 130
• 6. 최적 보온양생법 제안 133
• 6.1 서언 133
• 6.2 최적 보온양생 방법 제안 133
• 7.2.1 양생 방법 별 성능 비교 134
• 7.2.2 시공성 및 경제성 분석 137
• 6.3 소결 141
• 7. 현장적용을 위한 일체형 구조체의 Mock-up Test 143
• 7.1 서언 143
• 7.2 일체형 Mock-up 부재의 온도이력 143
• 7.2.1 내부온도이력 143
• 7.2.2 적산온도 150
• 7.3 일체형 Mock-up 부재의 강도 발현 157
• 7.4 소결 158
• 8. 결론 161
• ▣ 참고문헌 165
• ▣ ABSTRACT 171