매스콘크리트의 균열 제어 공법( 수화발열량 조정 공법 )

  특허 제 064544, 064545, 064546, 0581148, 0581149, 0581150호

㈜선엔지니어링종합건축사사무소건설기술연구소

서 론서 론

  최근 우리 나라 건설공사 – 각종 대형구조물의 건설확대  대규모 건축구조물 – 구조물의 균열발생

침하균열침하균열

수화열 균열수화열 균열

소성수축 균열소성수축 균열

   매스콘크리트 공법 개선의 필요성매스콘크리트 공법 개선의 필요성

매    스 매    스 콘크리트콘크리트

수화열 증가수화열 증가수화열 증가수화열 증가

양생기간 증가양생기간 증가  양생기간 증가양생기간 증가  공사비 증가공사비 증가공사비 증가공사비 증가

온도 균열 발생온도 균열 발생온도 균열 발생온도 균열 발생

수화열 균열저감 및 경제성 확보를 위한 수화열 균열저감 및 경제성 확보를 위한 새로운 공법새로운 공법 필요필요

  매스콘크리트의 정의 건축공사표준시방서 –건축공사표준시방서 – 부재단면의 최소치수가 부재단면의 최소치수가 800mm 800mm 이상이상 , ,

수화열에 의한 콘크리트의 내부 최고온도와 외기 온도의 차이가 수화열에 의한 콘크리트의 내부 최고온도와 외기 온도의 차이가 225 ℃ 5 ℃

이상인 콘크리트이상인 콘크리트 콘크리트표준시방서 –콘크리트표준시방서 – 부재 또는 구조물의 치수가 커서 시멘트의 부재 또는 구조물의 치수가 커서 시멘트의 수화열로 인한 온도의 상승을 고려하여 시공해야 하는 콘크리트수화열로 인한 온도의 상승을 고려하여 시공해야 하는 콘크리트

   온도에 의한 균열문제온도에 의한 균열문제 온도상승시 –온도상승시 – 내부구속응력내부구속응력 온도하강시 –온도하강시 – 외부구속응력과 내부구속응력에 의한 복합응력외부구속응력과 내부구속응력에 의한 복합응력

구 분 내부 구속응력에 의한 균열 외부 구속응력에 의한 균열균열발생 시기

재령 1~3 일 또는 5 일 이내의 거푸집 탈형시기

재령 1 주 또는 2 주 후의거푸집 탈형 후

균열폭 0.1 ~ 0.3 mm 0.2 ~ 0.5 mm

균열의 방향성 불규칙형 세로로 직선형균열의 관통여부 관통하지 않음 관통균열

매스콘크리트의 수화열에 의한 균열의 특징 비교매스콘크리트의 수화열에 의한 균열의 특징 비교

내부구속응력의 발생기구 외부구속응력의 발생기구

  내부구속응력에 의한 균열   외부구속응력에 의한 균열

시멘트량 저감

타설온도 저감

저열형 시멘트사용

리프트 높이 저감

온도의 강제적 저감

외부구속도 작게함

신 , 구 콘크리트의온도차 저감

부재의 온도차 저감

응력완화공법 채용

프리스트레스 도입

인장저항력 증대

철근으로 균열폭 저감

단위수량 저감설계기준강도를 적게함

설계재령 장기설정

하절기 타설 억제

주간타설 억제

프리쿨링 실시

동절기 시공파이프쿨링 실시

슬롯공법 채용블록치수를 작게함

타설간격을 짧게함

구콘크리트 온도를 높임

보온양생 실시초지연제 사용에의한 Lift 별 응결시간조절온도응력완화를 위한균열유발 줄눈 설치

팽창성 혼화재 사용

기계적 프리스트레이스 도입

섬유보강 실시

수지보강 실시

온도균열저감대책

콘크리트온도저감

온도응력 완화

온도응력에 대한저항력 증대

매스 콘크리트의 온도균열 제어대책

대책 구체적인 대책

배합 발열량의 저감

저발열형 시멘트의 사용

시멘트량의 저감

양질의 혼화재료 사용슬럼프를 작게 할 것골재치수를 크게 할 것양질의 골재 사용강도 판정시기의 연장

시 공온도변화의 최소화

양생온도의 제어보온 (시트 , 단열재 )가열 양생 실시

거푸집 존치기간 조절

콘크리트의 타설시간 간격 조절

초지연제 사용에 의한 lift 별 응결시간 조절

시공시 온도상승을 저감할 것 재료의 쿨링

  계획온도를 엄격히 관리할 것

설 계 설계상의 배려균열유발줄눈의 설치

철근으로 균열을 분산시킴별도의 방수 보강

  온도균열제어 대책

프리쿨링 공법

물

비빌때의 콘크리트

비빈후의 콘크리트

굵은골재

잔골재

시멘트

냉각수단

냉수

얼음

냉풍

액체질소

구성재료

프리쿨링 공법

프리쿨링 공법

골재살수냉풍사용

혼합수에냉수사용

혼합수의일부 혹은전부를얼음으로치환

비빌때콘크리트에액체질소

분무

비빈후콘크리트에액체질소

분무

액체질소로골재냉각

0

20

5

25

10

15

30

콘크

리트

온도

의 저

감량

(℃

)

표면으로부터의 두께 (m)

파이프 위치

온도측정 위치

3.0

2.5

2.0

1.5

1.0

0.5

0 0 0.25 0.5 0.75 1

80

60

70

50

40

30

20

10

00 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

파이프쿨링을하지 않는 경우

파이프와 파이프사이 콘크리트의

온도분표

파이프 주변콘크리트의

온도분포

온도

(℃

)

높이

(m

)

두께 (m)

포스트 쿨링 공법

파이프 쿨링에 의한 온도균열 제어효과

균열유발줄눈

균열을 유발시켜 균열발생을 방지함

면외력을 받는 벽체형 구조물에 사용

신축줄눈의 간격 – 15m 정도

균열유발줄눈 – 단면감소율 20~30% 이상 ,

간격은 4~5m 정도

온도응력 완화대책

항    목장   점 문  제  점

구  분 내   용

기존공법

수화열이적은 배합

․ 저발열 시멘트 사 용 ( 중 용 열 ,저열 )․ 혼화재 치환․ 굵은골재최대치수 크게․ 저슬럼프 유동화․ 비빔온도 낮춤

․ 수화열 저감 양호 ․ 저 렴 , 수 화 열 저 감 양호․ 저 렴 , 수 화 열 저 감 양호 ․ 저 렴 , 수 화 열 저 감 양호․ 수화열 저감 양호

․고가 , 시멘트 구득이   곤란․초기강도 , 중성화 문제․펌프압송 곤란 ․시공 번잡․냉각 설비 필요

구조적인고  려

․ 온도 철근 배근․ 파이프 쿨링

․ 일반 시공으로 가능․ 확실한 수화열 저감

․ 철 근 량 증 가 , 비경제적․ 고비용 요구

시공적인고  려 ․ 수평분할 타설 ․간단한 방법 ․접합부 일체 곤란

․공기지연

  기존 공법의 장점 및 문제점

보통 콘크리트보통 콘크리트

일체 타설일체 타설

상부콘크리트상부콘크리트(( 조강조강 , , 저발열저발열 ))

하부콘크리트하부콘크리트(( 지연지연 , , 저발열저발열 ))

수화열 저감수화열 저감

하 부하 부

상 부상 부

하 부하 부

상 부상 부

온도

상승

량온

도상

승량

경과시간경과시간

수화열 저감수화열 저감

상하부상하부콘크리트콘크리트

상 부상 부

경과시간경과시간 경과시간경과시간

하 부하 부

상하부상하부타설시간차타설시간차

상하부상하부타설시간차타설시간차

상하부상하부타설시간차타설시간차

기기초초높높이이

저발열 콘크리트저발열 콘크리트

일체 타설일체 타설

1. 1. 기존공법기존공법 2. 2. 저발열 배합공법 저발열 배합공법 3. 3. 수화발열량 조정 수화발열량 조정          공법공법

발열량차 공법의 개요발열량차 공법의 개요

공법의 개요 설명공법의 개요 설명1. 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, BS 치환

콘크리트를 사용함으로써 응결지연시킴과 동시에 전체적인 수화열을 저감시키고 , 상부층 콘크리트는 하부콘크리트가 응결 발열하기 전에 발 열 하 며 수 화 열 을 저 감 시 키 도 록 CKD 및 LS 치 환 콘 크 리 트 를 타설함으로써 상하부 콘크리트간의 발열시간 및 발열량차를 축소하여 온도 균열을 억제할 수 있는 공법이 가능

FA : 플라이애시 CKD : 킬른더스트 BS : 고로슬래그

LS : 석회석미분말

본 공법에 사용되는 광물질혼화재본 공법에 사용되는 광물질혼화재

1. 플라이애쉬와 화학 혼화제 형태 조합에 따른 기초매스콘크리트의 균열저감방법 ( 특허청 , 제 0645544 호 , 2006.11.6)

2. 고로슬래그와 화학 혼합제 형태 조합에 따른 기초매스콘크리트의 균열저감방법 ( 특허청 , 제 0645545 호 , 2006.11.6)

3. 석회석미분말과 화학 혼화제 형태 조합에 따른 기초매스콘크리트의 균열저감방법 ( 특허청 , 제 0645546호 , 2006.11.6)

4. 플라이애쉬와 석회석 미분말과 화학 혼화제 형태 조합에 따른 기초매스콘크리트의 균열저감방법 ( 특허청 , 제 0581149호 , 2006.5.10)

5. 고로슬래그와 석회석미분말과 화학 혼화제 형태 조합에 따른 기초매스콘크리트의 균열저감방법 ( 특허청 , 제 0581150 호 , 2006.5.10)

6. 플라이애쉬와 고로슬래그 미분말과 화학혼화제 형태 조합에 따른 기초매스콘크리트의 균열저감방법 ( 특허청 , 제 0581148 호 , 2006.5.10)

  특허 명칭 및 등록번호  특허 명칭 및 등록번호

특허증특허증

공법 개발을 위한 실험 공법 개발을 위한 실험

* 대우건설기술연구원 단열온도상승시험기 이용

단열온도상승시험

배합종류별 단열온도상승 특성배합종류별 단열온도상승 특성

온도 

온도  (

℃)

(℃)

S-P S-P

Q=40.73(1-eQ=40.73(1-e-0.95t-0.95t1.741.74)) Q=45.3(1-eQ=45.3(1-e-0.49t-0.49t1.881.88)) Q=36.68(1-eQ=36.68(1-e-0.55t-0.55t1.661.66)) Q=37.07(1-eQ=37.07(1-e-0.28t-0.28t2.012.01))

RR22=0.9968 =0.9968 RR22=0.9944 =0.9944 RR22=0.9981 =0.9981 RR22=0.9966 =0.9966

E-P E-P S-F30 S-F30 R-F30 R-F30 S-C20 S-C20

0 20 40 60 80 100 1200

10

20

30

40

50

60

0 20 40 60 80 100 120 0 20 40 60 80 100 120 0 20 40 60 80 100 120 0 20 40 60 80 100 1200

40

Q=38.36(1-eQ=38.36(1-e-0.77t-0.77t1.581.58))

RR22=0.9871 =0.9871

경과시간 경과시간  (hr)(hr)경과시간 경과시간  (hr)(hr) 경과시간 경과시간  (hr)(hr)경과시간 경과시간  (hr)(hr) 경과시간 경과시간  (hr)(hr)

단열온도상승 곡선식 단열온도상승 곡선식 Q=K(1-eQ=K(1-e-αt-αtββ)) 이용이용

최대 8.62℃ 의 발열량차 확인

   공 사 명 공 사 명    공사기간 공사기간    발 주 처 발 주 처    설 계 자 설 계 자    감 리 자 감 리 자    시 공 자 시 공 자    현장위치 현장위치    대지면적대지면적   건축면적 건축면적    연 면 적 연 면 적    규     모 규     모 

청주대학교 교양관 신축공사청주대학교 교양관 신축공사 20052005 년 년 66 월 월 ~ 2006~ 2006 년 년 1111 월 월 (17(17

개월개월 )) 청주대학교청주대학교 (( 주주 )) 단우건축사 사무소단우건축사 사무소 (( 주주 )) 선엔지니어링 종합건축사사무소선엔지니어링 종합건축사사무소 (( 주주 )) 현대건설현대건설 충북 청주시 상당구 우암동 충북 청주시 상당구 우암동 37-1 37-1 학 외학 외 467,992.00m467,992.00m22 (141,567.58 (141,567.58 평평 )) 3,377.27m3,377.27m22 (1,021.622 (1,021.622 평평 )) 14,770.47m14,770.47m22 (4,468.10 (4,468.10 평평 )) ① ① 교양관동 교양관동 - - 지하 지하 11 층 층 ~ ~ 지상 지상 66 층층

현장 개요현장 개요현장 개요현장 개요

현장 적용 현장 적용

적용 구조물 평면도적용 구조물 평면도

현장 여건 및 품질관리계획현장 여건 및 품질관리계획현장 여건 및 품질관리계획현장 여건 및 품질관리계획

실 험실 험

요 인 요 인 

설계기준강도설계기준강도 (MPa) (MPa) 24 24

슬럼프 슬럼프  (mm) (mm) 150±25 150±25

목표 공기량 목표 공기량 (%) (%) 4.5±1.5 4.5±1.5

타설 방법타설 방법•   상부상부 (50cm) : (50cm) : 보통콘크리트보통콘크리트•   하부하부 (50cm) : FA 15%(50cm) : FA 15% 치환 콘크리트치환 콘크리트

실 험실 험

사 항 사 항 

굳지않은굳지않은콘크리트 콘크리트

보통 보통  (( 상부상부 ))․․ 슬럼프 공기량 염화물량 ․ ․슬럼프 공기량 염화물량 ․ ․․․ 응결시간 콘크리트 온도 ․응결시간 콘크리트 온도 ․FA15% (FA15% (

하부하부 ))

경      화경      화콘크리트콘크리트

보통 보통  (( 상부상부 )) ․․ 온도이력 측정온도이력 측정 (( 하부중앙하부중앙 , , 중앙부중앙부 , , 상부중앙상부중앙 , , 상부상부 , , 외기온도외기온도 ) ) ․․ 압축강도압축강도      - - 표준양생표준양생 (3, 7, 28, 91(3, 7, 28, 91 일일 ))      - - 구조체관리용 구조체관리용  (1, 2, 3, 7, 28, 91(1, 2, 3, 7, 28, 91 일일 ))

FA15% (FA15% (하부하부 ))

배합배합 W/CW/C(%) (%)

단위수량단위수량(kg/m(kg/m33) )

S/aS/a(%) (%)

AEAE감수제감수제

(%) (%)

질량배합질량배합(kg/m(kg/m33) )

시멘트 시멘트 FAFA 모래 모래 자갈 자갈

FA 0 FA 0 46.846.8 170170 48.248.2

2.52.5 363 363 00 833 833 920 920

FA 15FA 15 2.3 2.3 309 309 5454 824824 909 909

* FA : * FA : 플라이애시플라이애시

콘크리트 배합사항콘크리트 배합사항콘크리트 배합사항콘크리트 배합사항

품질시험품질시험 온도이력 측정온도이력 측정

콘크리트 타설콘크리트 타설 콘크리트 양생콘크리트 양생

품질시험 및 시공전경품질시험 및 시공전경품질시험 및 시공전경품질시험 및 시공전경

적용 결과 적용 결과 적용 결과 적용 결과 

FA FA 치환율 별 경과시간에 따른 관입저항치치환율 별 경과시간에 따른 관입저항치

0 2 4 6 8 10 12 14 160

10

20

30

40

50

초 결

(MP

a)

관입

저항

(hr)경 과 시 간

FA (%)치 환 율 0 15

종 결

종결시간차 약 1.2 시간

0 20 40 60 80 1000

5

10

15

20

25

30

35

40

(MP

a)

압축

강도

재 령 (일 )

FA FA 치환율 별 재령경과에 따른 압축강도치환율 별 재령경과에 따른 압축강도

구분구분 FA 0%FA 0% FA FA 15%15%

구조체구조체 ●● ■■

표준표준 ▲▲ ◆◆

표준 및 구조체 공시체 모두 설계기준 강도 만족

0 20 40 60 80 100 120 140 160- 15

- 10

- 5

0

5

10

15

20

25

30 하부중앙 중앙부 상부중앙 상부 외기온도

(℃)

온도

(hr)재 령

콘크리트 타설높이콘크리트 타설높이 (1m)(1m) 에 따른 내부 온도이력에 따른 내부 온도이력

중심부와 표면부의 온도차 2.5℃ 로 관리

공정 및 공기단축공정 및 공기단축

추가 공정없이 공사진행 가능 상부콘크리트의 조기강도발현으로 후속공정이 빠름

레미콘 공장에서

지연 저발열

콘크리트 제조

12

43

현장에서

품질시험 후

하부 콘크리트 타설

레미콘 공장에서

조강 저발열

콘크리트 제조

현장에서 품질시험

후 상부 콘크리트

타설

상부콘크리트상부콘크리트(( 조강조강 , , 저발열저발열 ))

하부콘크리트하부콘크리트(( 지연지연 , , 저발열저발열 ))

기기초초높높이이

경제성 확보경제성 확보

구 분

Pipe Cooling System 초지연제 응결시간차 공법 수화발열량차 공법

Open pipe Cooling System

Closed Pipe

Cooling System

대전 가오지구 코오롱 아파트

용산 한강로 메가트리움 현장

청주대학교 교양관 신축공사

콘크리트량 8,000m3 1,000m3 1,000m3 2,400m3

공사비 (원 )136,000,00

059,000,000 1,700,000 2,000,000 0

원 /m3 17,000 7,375 1,700 2,000 0

비 고 S건설 현장 예 단위 시멘트량에 따라 비용의 차이가 있음 . 추가 비용 발생 없음

결 론 결 론

수화열 최고온도 저감

내 · 외부 온도차 축소

이어치기 구간 일체화

수화열 균열저감

매스콘크리트 품질확보

공정 및 공기단축

경제성 확보