매스콘크리트의 균열 제어 공법 ( 수화발열량 조정 공법 )

1. 매스콘크리트의 균열 제어 공법(수화발열량 조정 공법) 특허 제064544, 064545, 064546, 0581148, 0581149, 0581150호 ㈜선엔지니어링종합건축사사무소건설기술연구소

2. 서 론 • 최근 우리 나라 건설공사 –각종 대형구조물의 건설확대 • 대규모 건축구조물 –구조물의 균열발생 수화열 균열 소성수축 균열 침하균열

3. 매스콘크리트 공법 개선의 필요성 수화열 증가 온도 균열 발생 매 스 콘크리트 양생기간 증가 공사비 증가 수화열 균열저감 및 경제성 확보를 위한 새로운 공법 필요

4. 매스콘크리트의 정의 • 건축공사표준시방서 –부재단면의 최소치수가 800mm 이상, 수화열에 의한 콘크리트의 내부 최고온도와 외기 온도의 차이가 25 ℃ 이상인 콘크리트 • 콘크리트표준시방서 –부재 또는 구조물의 치수가 커서 시멘트의 수화열로 인한 온도의 상승을 고려하여 시공해야 하는 콘크리트 • 온도에 의한 균열문제 • 온도상승시 –내부구속응력 • 온도하강시 –외부구속응력과 내부구속응력에 의한 복합응력 • 매스콘크리트의 수화열에 의한 균열의 특징 비교

5. 내부구속응력에 의한 균열 • 외부구속응력에 의한 균열 내부구속응력의 발생기구 외부구속응력의 발생기구

6. 매스 콘크리트의 온도균열 제어대책 단위수량 저감 시멘트량 저감 설계기준강도를 적게함 저열형 시멘트사용 설계재령 장기설정 하절기 타설 억제 콘크리트 온도저감 주간타설 억제 타설온도 저감 프리쿨링 실시 리프트 높이 저감 동절기 시공 파이프쿨링 실시 온도의 강제적 저감 슬롯공법 채용 외부구속도 작게함 블록치수를 작게함 온도균열 저감대책 타설간격을 짧게함 신, 구 콘크리트의 온도차 저감 구콘크리트 온도를 높임 보온양생 실시 부재의 온도차 저감 온도응력 완화 초지연제 사용에의한 Lift별 응결시간조절 온도응력완화를 위한 균열유발 줄눈 설치 응력완화공법 채용 팽창성 혼화재 사용 프리스트레스 도입 온도응력에 대한 저항력 증대 기계적 프리스트레이스 도입 인장저항력 증대 섬유보강 실시 철근으로 균열폭 저감 수지보강 실시

7. 온도균열제어 대책

8. 프리쿨링 공법 냉각수단 냉 수 얼 음 냉 풍 액 체 질 소 구성재료 물 굵은골재 잔골재 프리쿨링 공법 시멘트 비빌때의 콘크리트 비빈후의 콘크리트

9. 프리쿨링 공법 골재살수 냉풍사용 혼합수에 냉수사용 혼합수의 일부 혹은 전부를 얼음으로 치환 비빌때 콘크리트에 액체질소 분무 비빈후 콘크리트에 액체질소 분무 액체질소로 골재냉각 0 5 10 15 콘크리트 온도의 저감량 (℃) 20 25 30

10. 80 3.0 70 2.5 60 2.0 파이프 위치 50 40 1.5 30 온도측정 위치 1.0 20 10 0.5 0 0.8 1.0 0.4 0.6 0 0.2 0 0 0.25 0.5 0.75 1 • 포스트 쿨링 공법 파이프쿨링을 하지 않는 경우 온도 (℃) 높이 (m) 파이프 주변 콘크리트의 온도분포 파이프와 파이프 사이 콘크리트의 온도분표 표면으로부터의 두께 (m) 두께 (m) 파이프 쿨링에 의한 온도균열 제어효과

11. 온도응력 완화대책 • 균열유발줄눈 • 균열을 유발시켜 균열발생을 방지함 • 면외력을 받는 벽체형구조물에 사용 • 신축줄눈의 간격 –15m 정도 • 균열유발줄눈 –단면감소율 20~30%이상, 간격은 4~5m 정도

12. 기존 공법의 장점 및 문제점

13. 발열량차 공법의 개요 보통 콘크리트 일체 타설 상부콘크리트 (조강, 저발열) 저발열 콘크리트 일체 타설 기 초 높 이 하부콘크리트 (지연, 저발열) 하 부 하 부 수화열 저감 수화열 저감 온도상승량 상하부 콘크리트 하 부 상 부 상 부 상 부 상하부 타설시간차 상하부 타설시간차 상하부 타설시간차 경과시간 경과시간 경과시간 3. 수화발열량 조정 공법 1. 기존공법 2. 저발열 배합공법

14. 공법의 개요 설명 1. 기존공법 침하균열을 방지하기 위한 목적으로 절반정도의 하부 콘크리트를 먼저 타설하고 난 다음, 일정한 시간이 경과하고 난 후 상부를 타설하므로써 인장강도가 작은 초기재령시점에 큰 인장응력에 해당하는 큰 온도차가 발생하므로써 콘크리트 표면에는 수화열에 의한 온도응력으로 많은 균열이 발생하게 된다. 2. 저발열 배합 공법 전체적인 수화열 저감 효과는 있으나, 기존공법과 동일하게 타설 초기에 발생하는 내부와 외부의 온도차를 줄여주지 못해, 콘크리트 표면에 수화열 균열을 발생시킨다. 3. 수화발열량 조정 공법 이와 같은 문제를 해결하기 위한 방안으로 하부층 콘크리트는 FA, BS치환 콘크리트를 사용함으로써 응결지연시킴과 동시에 전체적인 수화열을 저감시키고, 상부층 콘크리트는 하부콘크리트가 응결 발열하기 전에 발열하며 수화열을 저감시키도록 CKD 및 LS치환 콘크리트를 타설함으로써 상하부 콘크리트간의발열시간 및 발열량차를 축소하여 온도 균열을 억제할 수 있는 공법이 가능

15. 본 공법에 사용되는 광물질혼화재 FA : 플라이애시 CKD : 킬른더스트 BS : 고로슬래그 LS : 석회석미분말

16. 특허 명칭 및 등록번호 1. 플라이애쉬와 화학 혼화제 형태 조합에 따른 기초매스콘크리트의 균열저감방법 (특허청, 제0645544호, 2006.11.6) 2. 고로슬래그와 화학 혼합제 형태 조합에 따른 기초매스콘크리트의 균열저감방법 (특허청, 제0645545호, 2006.11.6) 3. 석회석미분말과 화학 혼화제 형태 조합에 따른 기초매스콘크리트의 균열저감방법 (특허청, 제0645546호, 2006.11.6) 4. 플라이애쉬와 석회석 미분말과 화학 혼화제 형태 조합에 따른 기초매스콘크리트의 균열저감방법 (특허청, 제0581149호, 2006.5.10) 5. 고로슬래그와 석회석미분말과 화학 혼화제 형태 조합에 따른 기초매스콘크리트의 균열저감방법 (특허청, 제0581150호, 2006.5.10) 6. 플라이애쉬와 고로슬래그 미분말과 화학혼화제 형태 조합에 따른 기초매스콘크리트의 균열저감방법 (특허청, 제0581148호, 2006.5.10)

17. 특허증

18. 공법 개발을 위한 실험 • 단열온도상승시험 * 대우건설기술연구원 단열온도상승시험기 이용

19. 단열온도상승 곡선식 Q=K(1-e-αtβ)이용 Q=36.68(1-e-0.55t1.66) Q=37.07(1-e-0.28t2.01) Q=40.73(1-e-0.95t1.74) Q=38.36(1-e-0.77t1.58) Q=45.3(1-e-0.49t1.88) R2=0.9944 R2=0.9871 R2=0.9968 R2=0.9981 R2=0.9966 온도 (℃) S-P S-C20 E-P S-F30 R-F30 경과시간 (hr) 경과시간 (hr) 경과시간 (hr) 경과시간 (hr) 경과시간 (hr) 배합종류별 단열온도상승 특성 • 최대 8.62℃의 발열량차 확인

20. 현장 적용 현장 개요

21. 적용 구조물 평면도

22. 현장 여건 및 품질관리계획

23. 콘크리트 배합사항 * FA : 플라이애시

24. 품질시험 및 시공전경 품질시험 온도이력 측정 콘크리트 타설 콘크리트 양생

25. 적용 결과 FA 치환율 별 경과시간에 따른 관입저항치 • 종결시간차 약 1.2시간

26. FA 치환율 별 재령경과에 따른 압축강도 • 표준 및 구조체 공시체 모두 설계기준 강도 만족

27. 콘크리트 타설높이(1m)에 따른 내부 온도이력 • 중심부와 표면부의 온도차 2.5℃로 관리

28. 공정 및 공기단축 1 2 상부콘크리트 (조강, 저발열) 기 초 높 이 하부콘크리트 (지연, 저발열) 레미콘 공장에서 지연 저발열 콘크리트 제조 현장에서 품질시험 후 하부 콘크리트 타설 레미콘 공장에서 조강 저발열 콘크리트 제조 현장에서 품질시험 후 상부 콘크리트 타설 4 3 • 추가 공정없이 공사진행 가능 • 상부콘크리트의 조기강도발현으로 후속공정이 빠름

29. 경제성 확보

30. 결 론 수화열 최고온도 저감 공정 및 공기단축 매스콘크리트 품질확보 경제성 확보 내 ·외부 온도차 축소 수화열 균열저감 이어치기 구간 일체화