KR20010017569A - 콘크리트의 온도균열 저감방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 콘크리트가 양생되는 과정에서 콘크리트의 내외부 온도차를 줄이도록 하여 콘크리트의 온도균열을 감소시킨 콘크리트의 온도균열 저감방법을 제공하는 것이 목적이며, 이를 위하여 본 발명의 콘크리트의 온도균열 저감방법은 콘크리트 구조물에 콘크리트 혼합물이 타설되기 전에 배치플랜트, 전용 믹서 또는 레미콘의 드럼 내부에서 액체질소를 이용하여 냉각시키고 나서, 콘크리트 구조물에 타설하여 양생시켜 온도균열을 저감하는 방법과, 골재, 시멘트, 및 물을 액체질소로 각각 냉각시킨 다음 혼합하여 콘크리트 혼합물을 형성시킨 다음 콘크리트 구조물에 타설하여 양생시켜 온도균열을 저감하는 방법을 제안한다. 이에 따라, 콘크리트를 타설하기에 앞서 액체질소를 이용하여 콘크리트 타설온도를 일정한 온도만큼 낮추어 타설하여 양생시키기 때문에 콘크리트가 양생되는 과정에서 콘크리트의 내외부 온도차를 줄이게 되고, 그 결과 콘크리트 구조물의 온도균열을 감소시킬 수 있어 콘크리트 구조물의 안전성을 확보할 수 있다.

Description

콘크리트의 온도균열 저감방법{METHOD FOR REDUCING TEMPERATURE CRACK IN CONCRETE}

본 발명은 콘크리트의 온도균열 저감방법에 관한 것으로서, 좀 더 상세하게는 콘크리트를 양생할 때 수화열로 인하여 발생되는 콘크리트 구조물의 온도균열을 좀 더 효과적으로 감소시킬 수 있는 콘크리트의 온도균열 저감방법에 관한 것이다.

콘크리트는 시멘트, 모래, 자갈, 그리고 물을 적절하게 배합한 콘크리트 혼합물을 양생시켜서, 물·불·지진등과 같은 자연풍해에 잘 견디어 토목 또는 건축 구조물에서 중요한 재료로 사용된다.

이러한 콘크리트는 배치 플랜트(batch plant)에서 제조되어 레미콘으로 지칭하는 콘크리트 운반차로 운반된 다음, 콘크리트 구조물에 타설되어 다져지고 양생된다. 배치 플랜트는 1회의 콘크리트 반죽량을 계량하여 혼합기에 투입하고 완전히 반죽된 콘크리트를 배출시키고 나서 콘크리트 반죽을 새로이 하여 투입하는 식으로 1회마다 콘크리트를 반죽하는 것이다.

콘크리트는 양생될 때 수화작용을 동반하는데, 수화작용은 용질(溶質)분자 혹은 이온이 그 주위에 몇 개의 물분자를 끌어들여 하나의 분자군을 이루는 현상이므로, 하나의 분자군을 형성하는 과정에서 수화열이 발생된다.

수화열은 콘크리트 구조물의 내부온도를 상승시키고, 그 결과 콘크리트 구조물의 내외부 온도차가 발생되어 온도균열의 원인이 되고 있다.

이러한 온도균열은 매스콘크리트에서 필연적으로 발생할 수밖에 없는데, 이는 수화열에 의해 내부의 온도가 상승하여 매스콘크리크의 내외부 온도차가 30℃이상이나 되기 때문이다.

특히, 외기의 온도가 크게 상승하는 서중(暑中)에는 외부온도의 상승과 함께 수화열도 동반하여 상승하게 되고, 매스콘크리트의 온도균열은 더욱 심하게 된다.

그래서, 당업계에서는 온도균열을 감소시키기 위한 방안으로 재료적 대책, 시공적 대책, 그리고 구조적 대책등 여러가지가 사용되고 있는데, 특히 하절기의 서중콘크리트의 시공적 대책으로는 아이스 플랜트 등에 의한 프리 쿨링(Pre-cooling)과 파이프 쿨링(Pipe cooling)등이 이용되고 있다.

전자의 프리 쿨링은 모래나 자갈을 얼음물에 담근 다음 시멘트와 혼합하거나 골재나 모래에 차가운 냉각수를 뿌려주는 것이며, 후자의 파이프 쿨링은 콘크리트 타설전에 구조물 내부에 일정한 간격으로 파이프를 배치한 다음 콘크리트를 타설하고 파이프에 냉각수를 순환시키면서 콘크리트를 양생함으로서 콘크리트의 내부 온도를 낮추는 방법이다.

그러나, 프리 쿨링은 아이스 플랜트 설비가 복잡하고 비용이 상승되는 문제점이 있고, 정확한 온도제어가 되지 못하며, 파이프 쿨링은 시공성이 복잡하며 파이프 주변에 미세균열이 발생되는 문제점이 있다.

상술한 문제점들을 감안하여 안출된 본 발명은 콘크리트가 타설되기 전에 콘크리트의 온도를 낮추어서 콘크리트가 양생될 때 콘크리트의 내외부 온도차를 줄이도록 하여 콘크리트의 온도균열을 감소시킨 콘크리트의 온도균열 저감방법을 제공하는 것이 목적이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위해서 제안되는 본 발명의 콘크리트의 온도균열 저감방법은 골재, 시멘트 및 물을 배합한 콘크리트 혼합물을 액체질소를 이용하여 냉각시킨 다음, 냉각된 콘크리트 혼합물을 콘크리트 구조물에 타설시켜 양생시킨다.

여기서, 골재, 시멘트 및 물을 함께 혼합시키는 배치 플랜트의 내부에서 액화질소를 이용하여 콘크리트 혼합물을 냉각시키거나, 배치 플랜트에서 혼합된 콘크리트 혼합물을 레미콘 차량을 이용하여 운반하고 전용 믹서 내부에서 액화질소를 이용하여 냉각시키거나, 또는 액화질소를 이용하여 레미콘의 드럼 내부에서 콘크리트 혼합물을 냉각시킨다.

다른 한편으로는 골재, 시멘트 및 물등을 액체질소로 각각 냉각시킨 다음 혼합하여 콘크리트 혼합물을 형성하고, 그 콘크리트 혼합물을 콘크리트 구조물에 타설하여 양생시키는 방법이 있다.

도 1의 (가)와 (나)는 본 발명과 종래의 수화열에 의한 온도와 재령과의 관계를 비교하여 도시한 그래프,

도 2는 콘크리트에 발생되는 응력과 재령과의 상관관계를 본 발명의 바람직한 실시예와 종래의 경우를 비교하여 도시한 그래프.

이하 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다. 도 1의 (가)와 (나)는 본 발명과 종래의 수화열에 의한 온도와 재령과의 관계를 비교하여 도시한 그래프이고, 도 2는 콘크리트에 발생되는 응력과 재령과의 상관관계를 본 발명의 바람직한 실시예와 종래의 경우를 비교하여 도시한 그래프이다.

통상의 콘크리트는 배치 플랜트에서 자갈, 모래, 시멘트 및 물이 적정한 비율로 배합된 다음 레미콘을 이용하여 현장까지 운반되고 펌프에 의해 구조물에 타설된다.

본 발명의 특징에 따른 온도균열 저감방법은 액체질소를 이용하여 콘크리트 혼합물의 온도를 낮추거나 또는 콘크리트를 구성하는 골재, 시멘트 및 물을 액체질소로 냉각시킨 다음 콘크리트 혼합물을 생성하여 콘크리트 구조물에 투입시키는 방법이 있다.

액체질소를 이용하여 콘크리트 혼합물의 온도를 낮추는 방법으로 예를 들면 배치 플랜트에서 냉각시키는 경우, 레미콘의 드럼에서 냉각시키는 경우 및 전용 믹서에서 냉각시키는 경우로 구분할 수 있다.

전자의 배치 플랜트에서 냉각시키는 경우는 골재(자갈과 모래), 시멘트 및 물을 혼합하는 과정에서 배치 플랜트의 내부로 액체질소를 분사하여 콘크리트 혼합물의 온도를 낮추는 방법이다. 이 때, 냉각된 콘크리트 혼합물이 건설현장에 도착할 때까지의 손실되는 온도변화를 감안하여 충분히 냉각한다.

후자의 전용 믹서에서 냉각시키는 경우는 배치 플랜트에서 혼합된 콘트리트 혼합물을 레미콘으로 운반하여 현장에 설치된 전용 믹서로 옮기고, 이 전용 믹서의 내부로 액체질소를 분사하여 콘크리트 혼합물을 냉각시킨 다음 구조물에 타설하여 양생시킨다.

레미콘의 드럼에서 콘크리트 혼합물을 냉각시키는 경우를 좀 더 상세히 설명하면, 레미콘에 실려 현장에 도착한 콘크리트 혼합물의 현장 도착온도를 측정하고, 그 도착온도에서 콘크리트 혼합물의 온도를 낮추게 된다.

이를 위하여, 콘크리트가 채워진 레미콘 차량의 드럼을 최고속도로 회전시키면서, 액체질소 분사장치(이하 분사장치)를 이용하여 드럼 내부에서 회전중인 콘크리트를 향해 액체질소를 분사하되, 바람직하게는 콘크리트의 표면으로부터 50cm정도 떨어진 위치에서 분사한다.

상술한 레미콘 차량의 드럼에는 통상 6㎥정도의 콘크리트가 채워지며, 이 콘크리트에 분사장치를 이용하여 액체질소를 2kgf/㎠ 내지 4kgf/㎠정도로 분사하면 2 내지 4분 안에 도 1에 도시한 바와 같이, 도착온도에서 5℃ 내지 10℃ 정도 낮은 콘크리트 타설온도에 도달할 수 있다. 도 1의 그래프 (가)는 종래의 콘크리트 내외부 온도차(ΔT1)를 나타내며, 그래프 (나)는 본 발명의 콘크리트 내외부 온도차(ΔT2)를 나타낸다. ΔT1이 ΔT2보다 크다.

이에 따라, 콘크리트의 수화열은 종래의 (가)와 같은 그래프이던 것이 (나)와 같은 그래프에서와 같이 콘크리트 타설온도가 낮아져 내외부 온도차가 작아지게 된다.

전술한 방법을 좀 더 용이하게 실시하기 위해서 이하 예시하는 분사장치를 사용할 수 있다.

분사장치는 일정높이의 비계(건설현장에서 사용되는 일종의 작업대)를 설치하고 그 비계의 상부에 분사관을 설치시킨 것으로 분사관의 일단이 레미콘의 드럼 내부로 위치한다. 그리고, 분사관의 타단에서 연장된 주름관(flexible hose)은 액체질소가 채워진 탱크에 연결된다.

이러한 상태에서 분사관을 드럼의 내부로 삽입하고 액체질소를 분사하는 분사관의 일단이 콘크리트 혼합물의 표면 상방에 위치하도록 한다. 이 때, 콘크리트혼합물의 표면으로부터 50cm정도 거리를 두고 분사한다. 만일 분사관의 일단을 콘크리트 혼합물에 너무 가깝게 하여 액체질소를 분사하면 콘크리트가 동결되고, 너무 떨어지면 냉각효과가 감소된다.

이상과 같은 과정을 거쳐 콘크리트 구조물에 타설된 콘크리트 혼합물의 타설온도가 종래 투입될 때의 타설온도에 비해 5℃ 내지 10℃ 낮은 온도로 타설되어 양생되기 때문에 타설온도가 낮은 만큼 양생될 때 콘크리트 내부의 온도가 전체적으로 낮아져 콘크리트 구조물의 내외부 온도차가 20℃ 정도로 안정된다.

도 2에 도시한 그래프에서 알 수 있듯이, 냉각을 했을 경우가 냉각하지 않은 경우보다 응력의 분포정도가 미약하고 크게 상승되지 않기 때문에 콘크리트 구조물에 발생되는 온도균열이 감소된다.

한편, 본 발명의 온도균열 저감방법은 타설온도를 설정할 때 수화열 해석 프로그램에 의해 예측 가능한 타설온도를 설정하게 되며, 다양한 실시적용이 가능한바, 예를 들면 매스콘크리트의 양생시, 서중콘트리트 양생시에 적용 가능하다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예는 종래의 문제점을 실질적으로 해소하고 있다.

즉, 콘크리트를 타설하기에 앞서 콘크리트의 타설온도를 수화열 해석프로그램과 같은 도구를 이용하여 예측한 다음, 액체질소를 이용하여 콘크리트 혼합물의 온도를 낮추거나 또는 액체질소를 이용하여 골재, 시멘트 및 물을 냉각시킨 다음 혼합한 콘트리트 혼합물을 콘크리트 구조물에 타설하여 양생시키기 때문에 콘크리트의 양생시 콘크리트의 내부 최고온도를 낮게 하여 결과적으로 콘크리트의 내외부 온도차를 줄여 콘크리트 구조물의 온도균열을 감소시킬 수 있다.

Claims (5)

1. 골재, 시멘트 및 물을 배합한 콘크리트 혼합물이 콘크리트 구조물에 타설되어 양생될 때 발생되는 온도균열을 감소시키기 위한 방법에 있어서,

   상기 콘크리트 혼합물을 액체질소를 이용하여 냉각시킨 다음 타설시키는 것을 특징으로 하는 콘크리트의 온도균열 저감방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 골재, 시멘트 및 물을 함께 혼합시키는 배치 플랜트의 내부에서 콘크리트 혼합물을 냉각시키는 것을 특징으로 하는 콘트리트의 온도균열 저감방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 콘크리트 혼합물을 운반시키는 레미콘 차량의 내부에서 콘크리트 혼합물을 냉각시킨 다음 타설시키는 것을 특징으로 하는 온도균열 저감방법.
4. 제 1항에 있어서, 상기 콘크리트 혼합물을 레미콘 차량을 이용하여 운반하고 전용 믹서의 내부로 옮겨진 후 상기 전용 믹서의 내부에서 냉각시킨 다음 타설시키는 것을 특징으로 하는 콘크리트의 온도균열 저감방법.
5. 골재, 시멘트 및 물 등을 액체질소로 각각 냉각시킨 다음 혼합하여 콘크리트 혼합물을 형성하고, 상기 콘크리트 혼합물을 콘크리트 구조물에 타설하여 양생시키는 것을 특징으로 하는 콘크리트의 온도균열 저감방법.