2.2.1. 굳지 않은 콘크리트의 특성

지연제를 혼입한 고강도 콘크리트의 굳지 않은 특성을 평 가하기 위하여 공기량, 슬럼프 플로를 측정하였으며, 그 결과 는 Table 3과 같다.

지연제를 미첨가한 콘크리트(표준형)에서는 결합재량 증 가와 함께 잔골재율이 낮을수록 슬럼프 플로가 증가되는 기 존의 연구 결과와 유사한 경향을 확인하였다. 또한, 동일 결합 재량(415 kg/m³)에서 공기량은 플라이애쉬의 치환율이 증가 할수록 미연소탄소의 AE제 흡착으로 인해 공기량이 감소하 는 일반적인 경향을 보였다(^{Jung et al., 2012}).

지연제를 첨가한 콘크리트(지연형)의 물성을 살펴보면 지 연제 혼입율이 증가할수록 공기량은 증가하며, 지연제 혼입 율 1.2%의 경우 비빔 직후 공기량이 품질관리 기준(4.5±1.5%) 을 초과하였지만 그 이외의 혼입율에서는 품질관리 기준을 모두 만족하였다. 또한, 지연제 첨가 시 비빔 직후의 슬럼프 플로는 미첨가 대비 최대 20% 감소하는 것으로 나타났다. 이 는 응결지연제의 지연 작용에 의하여 공기량 증가 및 슬럼프 플로 손실 억제의 일반적인 경향을 보였다(^{KCI, 2011}).

응결시간은 초결 및 종결시간을 측정하였으며, 그 결과는 Table 4와 같다.

지연제를 미첨가한 콘크리트(표준형)에서 플라이애쉬를 25% 치환한 배합의 결합재량(385, 400, 415 kg/m³)에 따른 초 결과 종결시간을 나타낸 것으로 초결은 약 8시간에 발생하였 으며, 종결은 약 11시간에 완료되었다. 초결과 종결시간의 차 이는 약 3시간 정도이며, 결합재량이 증가함에 따라 그 차이 는 감소하는 것으로 나타났다.

플라이애쉬 치환율에 따른 응결시간은 플라이애쉬 치환율 이 10, 15%씩 증가할수록 종결시간은 약 20~30분 정도 지연 되는 것으로 나타났으며, 초결과 종결시간의 차이는 플라이 애쉬 치환율에 상관없이 약 2.5시간으로 동일한 수준으로 나 타났다. 하지만, 지연제를 미첨가한 콘크리트(표준형)에서 초 결시간은 결합재량에 따라 큰 차이가 없었으며, 종결시간은 결합재량이 많을수록 다소 감소하는 것으로 나타나 혼화재인 플라이애쉬 특성 중 응결시간 지연 효과를 확인하였다.

플라이애쉬를 25 % 치환환 조건에서 결합재량별 지연제 첨가율에 따른 초결 및 종결 시간은 지연제 첨가율이 0.6, 0.8, 1.0, 1.2%로 증가함에 따라 종결시간은 14.5, 18.3, 22.6, 26.7 시간으로 증가하였다.

결합재량이 적을수록 지연제에 의한 응결지연 효과가 큰 것으로 나타나 지연형 고강도 콘크리트의 제조를 위해서는 결합재량을 최소화하는 것이 유리한 것으로 판단된다.

결합재량에 상관없이 지연제를 첨가한 콘크리트(지연형) 의 지연제 첨가율별 초결 시간과 종결 시간은 지연제 첨가율 이 증가할수록 초결과 종결 시간이 급격히 증가하는 것으로 나타났다. 이는 지연제의 수산기(OH^-)가 시멘트 입자 표면이 나 초기 수화생성물에 흡착하여 물과의 접촉을 일시적으로 차단함으로써 수화반응을 지연시킨 때문으로 판단된다.

초결과 종결시간의 차이는 지연제를 미첨가한 콘크리트 (표준형)의 경우 약 2.5~3시간인 반면 지연제를 첨가한 콘크 리트(지연형)의 경우 지연제 첨가율이 증가함에 따라 증가하여 3~5.5시간으로 나타나 지연제를 첨가할 경우 초결 후 종결까지 의 시간이 지연제 미첨가 대비 약 0.5~2.5시간 지연되었다.

또한, 지연제를 0.6, 0.8, 1.0, 1.2% 첨가한 경우 지연제 미첨 가 대비 응결 시간은 초결시간 기준으로는 약 2.6, 6.2, 9.8, 13.2시간, 종결시간 기준으로는 약 3.1, 6.9, 11.3, 15.4시간 지 연되는 것으로 나타났다.

2.2.2. 경화 콘크리트의 특성

결합재량 및 플라이애쉬 치환율(표준형), 지연제 첨가율 (지연형)에 따른 재령 7, 28, 56일의 압축강도는 Table 5와 같 다. 재령 28일 압축강도는 모두 목표강도를 상회하였으며, 재 령 7일과 56일의 압축강도는 28일 압축강도대비 약 72~80%, 104~116% 수준으로 나타났다.

결합재량 385 kg/m3(W/B 41.6%)과 400 kg/m³(W/B 40.0%) 배합 조건에서의 지연제 첨가율에 따른 재령별 압축강도는 Fig. 1과 같다. 재령 7일의 초기재령에서는 지연제 첨가율이 증가할수록 응결지연에 따른 초기 수화반응 지연으로 인해 압축강도 저하가 뚜렷하게 나타났다. 하지만 재령 56일의 장 기재령에서는 충분한 수화반응으로 인해 동일 결합재량에서 지연제 첨가율에 따른 강도발현의 차이는 크지 않았다. 재령 56일의 장기재령에서는 목표강도(40 MPa)를 모두 만족하였 으며, 특히 지연제 첨가율 1% 이하에서는 지연제 혼입이 콘크 리트의 강도 발현에 영향을 미치지 않았다. 다만, 지연제를 1% 초과 적용할 경우 장기강도 발현이 크게 지연될 수 있으므 로 고강도 콘크리트를 배합설계할 때에는 지연제 1% 이하로 적용하는 것이 바람직한 것으로 판단된다.

Fig. 1.

Compressive strength according to regarding admixture ratio

3.3.1. 온도이력 해석결과

온도이력 해석결과는 Table 11과 Fig. 5에서 보는 바와 같 으며 중심부의 최고온도는 수평분할 타설에 따라 다소 차이 가 나타났으며, 외기 노출재령에 따라서는 최고온도 도달할 떄까지 환경조건이 동일하기 때문에 최고온도 또한 동일하게 나타났다. 가장 높은 수화열 온도를 나타낸 경우는 표준형 콘 크리트 배합만을 사용한 PH 3.5 / 0.0이 75.02°C로 나타났으 며, PH 1.5 / 2.0 > PH 1.0 / 2.5 > PH 0.5 / 3.0의 순으로 지연형 콘크리트 배합의 타설 높이가 증가할수록 수화열 최고온도는 감소하는 경향을 보였다.

Fig. 5.

Maximum Temperature History Distribution

표면부의 최고온도는 약 54°C로서 중심부 최고온도에 비 해 약 19~20°C 낮은 것으로 나타났으며, 중심부와 표면부의 최고온도 차이는 26~28°C 범위로 나타났다. 또한, 측면부의 최고온도는 중심부에 비해 약 11°C 낮은 63.59°C로 나타났으 며, 지연형 콘크리트 배합의 타설 높이가 중가할수록 측면부 최대온도는 감소하였다.

중심부와 측면부의 최대온도 차이는 양생재료를 제거하여 외부로 노출되는 시기에 따라 변동되는 것으로 확인되었으 며, 부재의 외기노출 후 약 12~24시간에서 최대 온도차를 나 타내었다. 외기노출 재령시간을 증가시켜도 내·외부 최대온 도 차이는 변화가 없는 것으로 나타났는데 이는 양생재료 제 거시기가 재령 7일 및 14일로 수화열이 최고온도 상승 후 하 강이 시작하는 초기에 내·외부 최대온도 차이가 나타나기 때 문이다. 재령 7일에서 14일로 증가 시 약 2~3°C 감소하는 것 으로 나타났다. 실제 현장에서는 후속 공정 및 타설 시간을 고 려하여 지연형 콘크리트 배합의 수화열 발열시간을 조정할 경우 고강도 콘크리트를 사용한 매트기초 부재에 대해서도 내․ 외부 수화열 온도차를 25°C 이하로 감소시켜 관리하는 것 이 가능할 것으로 사료된다.

최대온도차는 표준형 콘크리트 배합을 부재 상부로부터 0.5 m 수평분할 타설한 PH 0.5 / 3.0의 경우가 재령 7일 외기노 출 시 23.59°C, 14일 외기노출 시 20.59°C로 가장 낮게 나타나 온도관리가 가장 양호한 방법으로 평가되었다. 해석방법에 있어서 지연형 콘크리트 배합의 수화열 곡선이 초기에 수화 발열이 없는 시간이 고려될 경우 실제적으로 최대온도 차이 는 5°C 이상 감소될 것으로 판단된다.

3.3.2. 온도균열지수 해석결과

온도균열지수 해석결과는 Table 12와 Fig. 6에서 보는 바와 같으며, 온도균열지수는 수화열이 최고시점에 도달하는 재령 2.5일 주변과 양생재료를 제거하는 시점에서 크게 저하하는 경향을 보이고 있다. 또한, 수평분할 방법에 관계없이 모든 해 석모델링에서 중심부 C 1, C 2 및 C 3의 경우 전 재령에서 온 도균열지수 5 이상을 나타났다.

Fig. 6.

Maximum temperature crack index distribution

표면부 온도균열지수는 재령 7일 기준 PH 3.5 / 0.0이 중심 부 1.07, 측면부 0.86으로 가장 낮은 최소 온도균열지수를 나 타났으며, PH 0.5 / 3.0의 경우 중심부 1.17, 측면부 0.92로 가 장 높은 최소 온도균열지수를 보이고 있어 온도균열지수에서 도 수평분할 높이를 상부 0.5 m의 경우가 수화열 관리에 가장 우수한 것으로 나타났다.

최소 온도균열지수는 중심부 표면의 경우 재령 2.1~2.3일 에서 나타났으며, 측면부의 경우 7.3~7.5일인 양생재료를 제 거하는 시점이 최고온도에서보다 더욱 낮은 최소 온도균열지 수를 보였다. 반면 재령 14일에 양생재료를 제거하는 경우는 측면부의 최소 온도균열지수가 최고온도 상승시점 부근인 2.0~2.3일에서 나타나고 있어 수평분할 타설의 경우에 있어 서도 양생재료 존치기간이 길수록 온도균열관리가 더욱 우수 한 것으로 나타났다.

기존 연구(^{Kim, 2007})에서 3 m 타설 높이(1 / 2 분할 타설) 에 대한 균열발생 확률은 0.52로 나타난 것과 비교할 떄 본 연 구는 3.5 m 일체 타설보다 매스 부재에 대해 0.5 m / 3.0 m로 수평분할 타설한 경우 0.92 이상의 온도균열지수가 나타나고 있어 수화열 관리가 우수한 것으로 판단된다. 또한, 본 연구는 기존 연구와 달리 고강도 콘크리트를 사용한 것으로 보다 열 악한 수화열 환경에 있어서 높은 온도균열지수가 나타나고 있는 점을 확인할 수 있다.

4.2.1. 굳지 않은 콘크리트 특성

배처플랜트에서 생산된 지연형 및 표준형 콘크리트의 타설 전 물성 측정 결과는 Table 14와 같다. 슬럼프 플로와 공기량 은 품질관리 기준을 만족하는 것으로 나타났으며, 타설 당시 높은 대기온도에 의해 콘크리트의 초기 온도는 다소 높게 나 타났다. 두 배합에 있어서 슬럼프 플로 및 공기량에서 다소 차 이를 나타내고 있는데 이는 앞에서 언급한 바와 같이 플라이 애쉬 치환율 차이에 의한 것으로 판단된다.

4.2.2. 압축강도

표준양생 공시체의 압축강도는 Table 15와 Fig. 7에서 보는 바와 같이 재령 28일에 지연형 콘크리트는 약 38.2 MPa, 표준 형 콘크리트는 약 44.2 MPa로 목표강도의 96% 및 112%를 발 현하였으며, 재령 56일에는 목표강도의 110%와 116%를 발 현하였다. 현장봉함양생 공시체의 압축강도는 재령 28일에 지연형 콘크리트는 약 37.1 MPa, 표준형 콘크리트는 약 43.6 MPa로 목표강도의 93% 및 109%를 발현하였으며, 재령 56일 에는 목표강도의 107%와 115%를 발현하였다. 따라서 표준 양생, 현장봉합양생 공시체 모두 재령 56일에는 목표강도를 상회하는 것으로 나타났다.

Fig. 7.

Compressive strength of full scale specimen

4.2.3. 수화열 분석

실물 실험 및 해석에서 얻은 온도데이터는 Fig. 8에 나타난 바와 같이 상·하부 콘크리트의 특성을 변경함으로써(하부: 지 연형 콘크리트, 상부: 표준형 콘크리트) 수화열 상승 구간에 있어 상부(표면부) 콘크리트 부분이 기존 연구와 차별적으로 급격하게 온도가 상승되어 중심부와 표면부의 온도차를 약 25°C 이하로 관리할 수 있는 방안으로 도출되었으며, 수화열 해석결과에 있어서도 유사한 경향이 나타났다.

Fig. 8.

Analysis result comparison of full scale specimen(temperature history)

수화열 측정 최고온도는 77°C를 나타냈으며, 중심부 온도 가 약 75°C 이상까지 상승하여도 내·외부의 온도차는 최고 23°C를 나타내었고 하강 부분에 있어서도 정상적으로 조사 된 모든 구간에서 평균적으로 25°C 이내의 온도차로 관리가 가능한 것으로 나타났다.

실물 실험체의 온도균열지수를 해석에 의해 평가한 결과는 Fig. 9와 같다. 중심부의 경우 온도균열지수가 변동없이 20으 로 나타나고 있고, 표면부에 있어서는 초기 수화열에 의해 온 도가 상승하는 구간에서 온도균열지수가 감소하는 경향을 보 였으며, 최소 온도균열지수는 재령 80시간에서 1.49로 나타 나 콘크리트 표준시방서에서 제시하는 “균열발생을 제한하 는 경우”로 나타났다.

Fig. 9.

Temperature crack index of full scale specimen

결과적으로 40 MPa 콘크리트를 사용한 3.5 m 규모의 매스 콘크리트에 대하여 수평분할 방법과 타설 높이에 따라 콘크 리트 배합을 설정하면 온도균열지수를 1.2 이상으로 충분히 관리가 가능한 것으로 나타났다.