KR101082737B1 - 구조체콘크리트의 압축강도 평가방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 적산온도를 통해 초기재령 구조체콘크리트의 강도발현 특성을 모니터링할 수 있는 구조체콘크리트의 압축강도 평가방법을 제공한다.

본 발명은 (a) 평가 대상 구조체콘크리트의 조성물과 동일한 조성물로 강도예측용 공시체를 제작하는 단계; (b) 상기 강도예측용 공시체의 양생기간별 온도를 측정하여 적산온도를 산출하고, 상기 적산온도로부터 상기 강도예측용 공시체의 양생기간별 압축강도를 산출한 후 적산온도-압축강도 관계그래프를 도출하는 단계; (c) 거푸집 내에 타설된 구조체콘크리트의 양생기간별 온도를 측정하여 적산온도를 산출하여 상기 적산온도-압축강도 관계그래프를 통해 상기 구조체콘크리트의 압축강도를 추정하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 구조체콘크리트의 압축강도 평가방법을 제공한다.

콘크리트, 적산온도, 공시체, 압축강도, 비파괴시험

Description

구조체콘크리트의 압축강도 평가방법{Evaluation method of compressive strength for structural concrete}

본 발명은 적산온도를 통해 초기재령 콘크리트의 강도발현 특성을 모니터링할 수 있는 구조체콘크리트의 압축강도 평가방법에 관한 것이다.

철근콘크리트 구조물 시공시 건설현장에서는 외기온 저하에 따른 강도발현 지연 또는 소요재령에서의 압축강도 부족 등 구조체콘크리트와 관련된 성능부족의 문제가 제기되고 있다. 이는 콘크리트의 압축강도 발현 특성이 기온에 따른 양생온도와 밀접한 관련이 있기 때문이다.

종래에는 콘크리트 타설 시 강도관리용 공시체를 제작하여 구조물 옆에 놓아 둔 후, 소정의 재령에 압축강도 실험을 수행함으로써 구조물콘크리트의 강도발현 특성을 간접적으로 평가했다([도 1] 참조). 그러나, 강도관리용 공시체는 구조부재에 비하여 상대적으로 작기 때문에, 구조물과 유사한 조건으로 보양하지 않을 경우 공시체의 건조가 빠르고 외기온 변화에 따른 양생온도가 달라 압축강도 발현정도가 구조물과 다르게 된다. 따라서, 콘크리트 표준시방서 및 건축공사 표준시방서에서는 공시체를 구조물 옆에 마련한 물에 담가 양생을 하는 현장수중양생([도 2] 참조) 또는 비닐에 담아 수분증발을 방지하는 현장봉함양생([도 3] 참조) 등을 제시하고 있다. 이러한 방법은 함습상태를 구조물과 유사하게 유지할 수는 있으나, 실 구조물의 두께, 콘크리트 배합조건 등에 따른 수화열에 기인한 양생온도 차이는 고려할 수 없는 방법이다. 따라서, 구조물의 양생 경과에 따른 압축강도 변화상황을 과학적으로 정확히 모니터링할 수 있는 시스템의 개발이 필요하였다.

본 발명은 현장타설된 구조체 콘크리트의 강도발현특성을 모니터링함으로서 합리적인 공정관리 기법을 제공함을 그 목적으로 한다.

본 발명은 현장타설된 구조체 콘크리트의 온도이력을 계측하여 적산온도를 산출하고, 그 적산온도를 매개로 구조체콘크리트의 강도발현 특성을 모니터링 함으로서 구조물에 대한 보양대책의 적부 및 추가적인 보양대책의 필요 여부를 결정하고 후속공정 진행시기를 예측하고자 하는 것이다.

건설현장에 사용 예정인 콘크리트 배합에 대하여 적산온도와 압축강도 발현특성의 상관관계식을 미리 파악하여, 구조체 온도 계측만으로도 강도발현 특성을 예측할 수 있으며, 구조체 온도조건과 유사하게 강도관리용 공시체를 양생함으로서, 강도관리용 공시체가 구조체 콘크리트의 강도를 정밀도 높게 대변할 수 있다. 한편, 현장 여건에 따라 온도계측용 써머커플(Thermo-couple)이 손실되거나 구조물과 유사하도록 강도관리용 공시체를 보양할 수 없는 경우 구조체 콘크리트의 강도 예측의 정밀도가 저하될 우려가 있는데, 이 때를 대비하여 사전에 압축강도와 초음파속도 및 반발경도(P형 슈미트해머)의 상관관계를 검토하여 둠으로서 실 구조부재에 대한 비파괴 시험만으로도 강도를 추정할 수 있다. 이러한 일련의 시스템을 활용함으로서 공정관리의 합리화를 도모할 수 있는 것이다.

본 발명에 따르면 초기재령 콘크리트의 강도발현 특성을 모니터링할 수 있어, 목표로 하는 강도도달시기를 예측하여 효율적인 건설공정 관리가 가능하며, 이에 따라 초기재령 콘크리트의 품질신뢰도를 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명은 일반 콘크리트 공사 이외에도 프리캐스트 부재의 케이블 인발시기 결정, 도로포장의 경우 교통개방 가능시기 결정, 슬립폼 또는 ACS폼의 경우 인양(lift up)시기 결정 등에도 응용할 수 있다.

본 발명은 (a) 평가 대상 구조체콘크리트의 조성물과 동일한 조성물로 강도예측용 공시체를 제작하는 단계; (b) 상기 강도예측용 공시체의 양생기간별 온도를 측정하여 적산온도를 산출하고, 상기 적산온도로부터 상기 강도예측용 공시체의 양생기간별 압축강도를 산출한 후 적산온도-압축강도 관계그래프를 도출하는 단계; (c) 거푸집 내에 타설된 구조체콘크리트의 양생기간별 온도를 측정하여 적산온도를 산출하여 상기 적산온도-압축강도 관계그래프를 통해 상기 구조체콘크리트의 압축강도를 추정하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 구조체콘크리트의 압축강도 평가방법을 제공한다.

일반적으로, 건설현장에서는 구조체콘크리트를 타설한 다음 일정 재령이 지나면 강도관리용 공시체의 압축강도 시험을 수행하고 목표강도에 도달하면 거푸집 탈형과 같은 후속공정을 진행하게 된다. 그러나 시공현장에서 강도관리용 공시체의 관리가 잘못되거나, 강도평가 재령을 제대로 예측하지 못해 몇 차례에 걸쳐서 압축강도 시험을 시행하여 강도관리용 공시체가 남지 않게 될 경우에는 구조체 콘크리트 강도관리가 불가능하게 된다.

한편, 공시체 또는 구조체콘크리트의 양생기간별 온도를 측정하는 작업과 이를 토대로 적산온도를 산출하는 작업은 상대적으로 매우 간편하므로 사용하려는 콘크리트의 적산온도와 압축강도 간의 관계를 미리 파악할 수 있다면 적산온도 산출만으로 구조체콘크리트의 압축강도를 예측할 수 있게 된다.

본 발명에서는 사용하려는 콘크리트와 동일한 조성물로 제작된 강도예측용 공시체의 양생기간별 온도를 측정하여 적산온도와 압축강도의 관계를 사전에 파악하고, 이를 토대로 실제 시공되는 구조체콘크리트의 압축강도를 상기 강도예측용 공시체를 대상으로 산출된 적산온도를 통해 간접적으로 추정되도록 하는 것을 핵심 내용으로 한다. 적산온도는 구조체콘크리트에 대한 온도계측 결과만으로 산정할 수 있으며, 써머커플 등의 온도센서와 [도 4]의 온도계측장치를 통해 양생기간에 관한 데이터와 양생온도에 대한 데이터가 도출되면, 적산온도 산정식에 의해 자동으로 계산되도록 할 수 있다.

사전에 도출한 적산온도와 콘크리트 압축강도간의 관계 그래프 및 일반식을 바탕으로 실 구조체의 적산온도가 목표로 하는 강도에 해당하는 값에 도달하였는가, 구조체콘크리트가 거푸집 탈형에 적정한 강도에 도달하였는가, 현재 보양되는 수준이 적절한가, 적절치 않으면 어느 정도 추가적인 보양(양생온도를 높여주는 것)을 해야 할 것인가 등을 판단 평가할 수 있게 된다.

이하에서는 본 발명을 각 단계별로 구체적으로 설명하기로 한다.

1. (a)단계

본 (a)단계는 평가 대상 구조체콘크리트의 조성물과 동일한 조성물로 강도예측용 공시체를 제작하는 단계이다.

콘크리트의 최종압축강도와 강도발현 속도는 시멘트의 종류, 물-시멘트비, 사용재료의 구성비율, 슬럼프값 등에 따라 달라진다. 또한, 기후조건, 외기의 온도 등에 따라 그 경화속도가 다르게 된다.

본 단계에서는 적산온도와 압축강도간의 상관관계를 도출하기 위해, 구조체콘크리트의 조성물과 동일한 조성물로 강도예측용 공시체를 제작하는 것이며, 이러한 강도예측용 공시체 제작시에는 양생기간별 온도측정을 위해 써머커플(Thermo-Couple)을 미리 매립시켜 둘 수 있다.

2. (b)단계

본 단계는 상기 강도예측용 공시체의 양생기간별 온도를 측정하여 적산온도를 산출하는 단계이다.

콘크리트가 응결을 거쳐 경화되어 강도를 발현할 때에는 여러 가지 외부환경 조건에 영향을 받는데, 그 중에서도 양생온도에 큰 영향을 받는다. 여름철에는 콘크리트의 강도가 빨리 발현되고, 겨울철에는 콘크리트의 강도발현이 지연된다는 것은 주지의 사실이며, 이러한 콘크리트의 특성을 합리적으로 정리하고자 하는 개념에서 도출된 것이 적산온도 개념이다.

적산온도는 양생온도×재령으로 산출되며 여러 가지 제안식들이 있지만, 본 발명에서는 적산온도 산출을 위한 다음의 [식 1]을 제공한다.

[식 1] :

: 적산온도

: 양생기간(day)

:

기간 중의 평균 양생온도(℃)

위 식에서 콘크리트 온도에 10℃를 더하는 이유는 영하 10℃ 이상의 조건에서는 콘크리트의 강도가 조금씩이라도 발현될 수 있다는 개념에 의한 것이며, 평균 양생온도가 영하 10℃ 이면 시그마항이 0이 되기 때문에 양생기간이 아무리 늘어나도 적산온도는 0이 된다. 즉, 영하 10℃는 콘크리트가 강도를 발현할 수 있는 한계온도라 할 수 있다.

[참고도 1]

위 [참고도 1]은 양생기간(재령)을 가로축으로 도시하고, 양생온도를 세로축으로 도시한 그래프이다. 이 경우 적산온도는 (일정구간의 평균 양생온도)×(재령)의 누적합으로 산출한다.

즉, a-b구간의 적산온도를 M1이라 하고, b-c구간의 적산온도를 M2라 하면,

M1 = (x에서 y까지의 평균)×(b-a)로 산출하고,

M2 = (y에서 z까지의 평균)×(c-b)로 산출하여

a-c구간의 적산온도(M)는, M = M1 + M2 로 산출할 수 있다.

강도예측용 공시체의 양생기간별 온도는 공시체 제작시에 매립시킨 써머커플 등의 온도센서를 이용하여 시간대별로 수집할 수 있으므로, 위 [식 1]에 수집된 양생온도와 양생기간을 대입시켜 적산온도를 산출할 수 있다.

한편, 본 (b)단계에서는 적산온도-압축강도 관계그래프를 도출해야 한다.

적산온도-압축강도 관계그래프는 시험을 통해 도출하며, 적산온도와 압축강도간의 관계는 하기 [식 2]로 일반화시킬 수 있다.

[식 2] :

: 적산온도

: 적산온도에서의 압축강도(MPa)

: 최종 도달강도(MPa)

,

: 실험상수

[식 2]는 로지스틱(Logistic) 곡선에 의해 제시된 회귀모델의 모델식이다. 로지스틱 곡선은 아래 [참고도 2]에 도시된 바와 같이 상한(y = a, x = ∞)과 하한(y = 0, x = -∞)을 가지며, 좌표상으로 (m/k, a/2)를 변곡점으로 하고, 그 변곡점을 대칭으로 하여 그 변곡점까지는 상향으로 증가하고 변곡점 통과 후 증가의 폭이 감소하여 상한치 a에 수렴하는 곡선이다.

[참고도 2]

이에 따라 적산온도-압축강도 관계그래프를 도출할 수 있으며, 아래 [참고도 3]은 상기 적산온도-압축강도 관계그래프의 작성예이다.

[참고도 3]

위 그래프를 보면 일반적으로 한중콘크리트의 초기동해 방지를 위해 요구되는 최소 압축강도이자 수직부재의 측면거푸집 탈형이 가능한 압축강도인 5MPa에 도달하는 적산온도는 약 35°D·D 수준인 것을 알 수 있다. 이는 동일한 콘크리트를 현장에 타설할 경우 구조체 콘크리트의 온도계측 결과를 바탕으로 산출된 적산온도가 35°D·D 수준에 도달하면 구조체 콘크리트의 압축강도는 5MPa에 도달하였을 가능성이 높다고 판단할 수 있다. 이후에는 강도관리용 공시체에 대한 압축강도 시험을 실시하여 예측된 압축강도가 측정되는 경우 후속공정을 진행토록 할 수 있다.

3. (c)단계

본 단계는 거푸집 내에 타설된 구조체콘크리트의 양생기간별 온도를 측정하여 적산온도를 산출하고, 상기 적산온도-압축강도 관계그래프를 통해 상기 구조체콘크리트의 압축강도를 추정하는 단계이다.

본 단계에서도 거푸집에 내부에 장착하여 구조체콘크리트에 매립시켜 둔 써머커플 등의 온도센서를 이용하여 콘크리트의 양생기간별 온도를 수집하고, 수집된 양생온도와 양생기간을 상기 [식 1]에 대입시켜 적산온도를 산출할 수 있으며, 이렇게 산출된 적산온도를 상기 적산온도-압축강도 관계그래프에 반영, 해석하여 구조체콘크리트의 강도발현 상태를 추정할 수 있다.

4. (d)단계

본 단계는 구조체콘크리트의 적산온도 산출결과와 상기 적산온도-압축강도 관계그래프를 통해 구조체콘크리트가 목표 압축강도에 도달하였는지를 추정한 후, 도달하였을 것으로 판단되면 강도확인용 공시체를 대상으로 압축강도를 시험하여 후속공정 진행 여부를 판단하는 단계이다. 이러한 (d)단계 실시를 위해서는 상기 (a)단계에서 평가 대상 구조체콘크리트의 조성물과 동일한 조성물로 강도확인용 공시체를 제작하는 과정을 병행하고, 상기 (b)단계에서는 상기 강도확인용 공시체에 대하여 상기 구조체콘크리트의 양생기간별 온도 변화에 따르는 온도추종 양생을 실시하는 과정을 병행해야 한다.

한국콘크리트학회의 「콘크리트 표준시방서」에 따르면 확대기초, 보옆, 기둥, 벽 등은 5MPa이상의 압축강도 발현시에 거푸집을 탈형할 수 있으며, 슬래브 및 보의 밑면, 아치 내면 등은 1) 설계기준강도의 2/3 이상, 2) 14MPa이상의 압축강도 발현 조건을 모두 충족할 때 거푸집을 탈형할 수 있음을 알 수 있다. 따라서, 구조체콘크리트의 적산온도를 상기 적산온도-압축강도 관계그래프와 맞춰 보아 건축물의 각 부위별로 거푸집을 해체할 수 있을 정도로 구조체콘크리트의 압축강도가 발현 되었는지를 예측할 수 있다.

상기 과정을 통해 거푸집 탈형이 가능한 상태로 판정된 경우에는 강도관리용 공시체를 구조체콘크리트와 가능한 한 유사한 온도조건으로 양생을 실시([도 5] 참조)하고, 압축강도를 시험([도 6] 참조)하여 위 판정결과를 재확인한 후 거푸집을 탈형할 수 있게 된다. 상기 강도관리용 공시체에 대해 임의로 압축강도를 시험하는 것은 시간, 노력, 비용면에서 불합리하다. 본 발명에 따른 「구조체콘크리트의 압축강도 평가방법」은 구조체콘크리트의 압축강도를 추정하고, 필요에 따라 상기 강도관리용 공시체를 대상으로 추정된 압축강도를 재확인하는 것이므로 공시체의 파괴를 최소화시킬 수 있다.

한편, 본 (d)단계에서는 구조체콘크리트의 압축강도 판단을 위한 비파괴시험을 병행할 수 있다. 상기 비파괴시험은 구조체콘크리트에 매립된 써머커플이 끊겨 적산온도 산정이 곤란한 경우, 압축강도 검토를 위한 공시체가 없는 경우 등의 현 장 사정에 따라 선택적으로 시행할 수 있음은 물론, 적산온도에 기초한 구조체콘크리트의 압축강도 추정치의 신뢰성 향상을 위해 병행하여 시행할 수도 있다.

상기 비파괴시험은 [도 7]에서 보여지는 바와 같이 콘크리트 반발경도 측정을 통해 시행하거나, [도 8]에서 보여지는 바와 같은 장치를 이용한 초음파테스트를 통해 시행할 수 있다.

[도 9]는 본 발명에 따른 구조체콘크리트의 압축강도 평가방법을 이용하여 후속공정 진행 여부를 판단하는 과정의 순서도로서, 이를 부연설명하면 다음과 같다.

강도확인용 공시체가 없는 경우라면 목표강도가 발현될 때까지 구조체콘크리트에 대한 비파괴시험을 수시로 실시하여 후속공정 진행여부를 결정할 수 있다.

강도확인용 공시체를 따로 제작해둔 경우에는 구조체콘크리트에 대한 온도계측이 가능한 상태인지를 확인한다. 구조체콘크리트에 별도의 온도센서를 미리 매립해 두지 않아 온도계측이 될 수 없는 상황이라면, 이 때 역시 목표강도가 발현될 때까지 구조체콘크리트에 대한 비파괴시험을 수시로 실시하여 후속공정 진행여부를 결정할 수 있다.

구조체콘크리트의 온도계측이 가능한 상태라면 보양을 진행하면서 온도계측을 실시하고 이를 기초로 적산온도를 산출하고, 적산온도-압축강도 관계그래프를 통해 목표 압축강도가 발현되는 적산온도에 도달했는지를 추정한다. 목표강도를 발현하는 적산온도에 도달한 경우에는 온도이력이 구조체콘크리트와 유사한 공시체를 대상으로 압축강도 시험을 실시하여 위의 추정사항을 확인하며 후속공정 진행여부를 판단할 수 있게 된다. 한편, 여러 가지 요인에 의해 공시체에 대한 압축강도 시험을 할 수 없게 된 경우 등에는 구조체콘크리트에 대한 비파괴시험을 통해 위의 추정사항을 확인할 수 있다.

도 1은 일반적으로 건설현장에서 실시하는 강도관리용 공시체의 양생전경 사진이다.

도 2는 강도관리용 공시체의 현장 수중양생 전경 사진이다.

도 3은 강도관리용 공시체의 현장 봉함양생 전경 사진이다.

도 4는 콘크리트 온도 계측기기 사진이다.

도 5는 강도확인용 공시체를 구조체 온도이력과 유사하게 양생할 수 있는 장치의 사진이다.

도 6은 공시체 압축강도시험 과정의 촬영 사진이다.

도 7은 콘크리트 반발경도 측정을 통한 콘크리트 압축강도 비파괴검사 과정의 촬영 사진이다.

도 8은 초음파를 이용한 압축강도 비파괴시험장치의 사진이다.

도 9는 본 발명에 따른 구조체콘크리트의 압축강도 평가방법을 이용하여 후속공정 진행 여부를 판단하는 과정의 순서도이다.

Claims (5)

1. (a) 평가 대상 구조체콘크리트의 조성물과 동일한 조성물로 강도예측용 공시체를 제작하는 단계;

   (b) 상기 강도예측용 공시체의 양생기간별 온도를 측정하여, 하기 [식 1]을 통해 적산온도를 산출하고, 하기 [식 2]에 의해 상기 강도예측용 공시체의 양생기간별 압축강도를 산출한 후 적산온도-압축강도 관계그래프를 도출하는 단계;

   (c) 거푸집 내에 타설된 구조체콘크리트의 양생기간별 온도를 측정하여 하기 [식 1]을 통해 적산온도를 산출하고, 상기 적산온도-압축강도 관계그래프를 통해 상기 구조체콘크리트의 압축강도를 추정하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 구조체콘크리트의 압축강도 평가방법.

   [식 1] :

   

   

   : 적산온도 (°D·D, degree days)

   

   : 양생기간 (day)

   

   :

   

   기간 중의 평균 양생온도 (℃)

   [식 2] :

   

   

   : 적산온도

   

   : 적산온도에서의 압축강도(MPa)

   

   : 최종 도달강도(MPa)

   

   ,

   

   : 실험상수
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에서,

   상기 (a)단계에서는 평가 대상 구조체콘크리트의 조성물과 동일한 조성물로 강도확인용 공시체를 제작하는 과정을 병행하고,

   상기 (b)단계에서는 상기 강도확인용 공시체에 대하여 상기 구조체콘크리트의 양생기간별 온도 변화에 따르는 온도추종 양생을 실시하는 과정을 병행하고,

   (d) 상기 구조체콘크리트가 목표 압축강도에 도달한 것으로 판단되면 상기 강도확인용 공시체의 압축강도를 시험하여 후속공정 진행 여부를 판단하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구조체콘크리트의 압축강도 평가방법.
5. 제4항에서,

   상기 (d)단계는 구조체콘크리트의 압축강도 판단을 위한 비파괴시험을 병행하는 것을 특징으로 하는 구조체콘크리트의 압축강도 평가방법.

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