KR20090092021A - 매스 콘크리트의 균열 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 트 매스 콘크리트의 중심부 온도와 외측부 온도사이의 온도편차를 최소화하여 매스 콘크리트의 온도 응력을 최소화함과 동시에 얇은 구조물보다 빨리 시작되는 콘크리트 표면의 건조를 최대로 지연하므로써, 시간경과에 따른 강도 증진을 촉진하여 온도구속균열 및 건조 시 수축에 따른 콘크리트의 균열을 방지토록 한 매스 콘크리트의 균열 제어 방법에 관한 것이다.

본 발명의 주요 특징은,

매스 콘크리트의 타설 후 양생과정에서 중심부 온도와 외단부 온도의 차이가 약 20~25℃ 이상이 될 것으로 예상될 때, 상기 매스 콘크리트의 상부 가장자리를 따라 가두리 틀을 설치하고, 상기 가두리 틀 내에 매스 콘크리트의 상부면 전반에 걸쳐서 가열수단을 배치하고, 상기 가열수단이 잠기도록 가두리 틀의 내부에 열매(熱媒)를 충진한 후, 상기 가열수단을 가열시켜서 열매를 고온으로 열교환시킴에 따라 매스 콘크리트의 표면이 습윤상태의 보온을 유지 함으로써 매스 콘크리트의 온도구속균열이 방지되도록 하는 것이다.

Description

매스 콘크리트의 균열 제어방법{Control method a crack of mass concrete}

본 발명은 매스 콘크리트의 균열 제어방법에 관한 것이다.

더 상세하게는, 매스 콘크리트의 중심부 온도와 표면 온도 사이의 온도편차를 최소화하여 매스 콘크리트의 균열을 방지토록 한 매스 콘크리트의 균열 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 콘크리트는 타설 후 경화되는 과정에서 시멘트와 물의 화학적 반응이 발생되며, 이 과정에서 수화열이 방출된다. 특히 단면 두께가 두꺼운 매스 콘크리트에서는 낮은 열전도율로 인하여 중심부에서 발생된 열은 외부로 느리게 방출되는 반면, 표면에서 발생된 열은 대기 중으로 쉽게 빠져나가기 때문에 콘크리트에서 중심부와 표면의 온도차가 크게 발생된다. 이러한 온도차(통상, 25℃이상)로 인하여 콘크리트 인장응력이 발생되고 초기재령(early - age) 콘크리트에 균열을 야기시켜 내구성을 저하시키는 원인이 된다. 이를 매스 콘크리트의 내부구속에 의한 온도균열이라 한다.

상기 매스 콘크리트의 균열에 대한 제어방안은 크게 설계상 제어방안, 재료상 제어방안, 시공상 제어방안 등 3가지로 분류된다. 이중에서 시공상 제어방안에 대해 살펴보면 다음과 같다.

첫 째, 프리 쿨링(pre-cooling) 공법에 의한 온도균열 제어방안이 있다.

프리 쿨링 공법이란 콘크리트 타설 온도가 타설 후 콘크리트 온도변화에 크게 영향을 미치기 때문에 콘크리트 타설 온도를 저하시킴으로써 구조물에서의 온도균열발생 및 내재하게 될 온도응력을 저감시키려는 방법이며, 콘크리트 재료 온도, 배합온도 및 타설 온도까지의 총체적 온도 저감 관리를 포함한다. 프리 쿨링 방법을 크게 분류하면 냉각 단계(콘크리트 시공공정), 냉각 대상물, 냉각수단으로 분류할 수 있으며, 기본적으로 냉수, 냉풍, 얼음, 액체질소 등의 냉각매체를 사용하여 콘크리트 재료를 개별적으로 냉각시키는 방법, 콘크리트 제조시 또는 제조 후의 굳지 않은 상태에서 콘크리트를 직접 냉각하는 방법이 있다.

그러나, 상기한 프리 쿨링 방법은 실제로 수화열을 약 2 ~ 10℃ 정도만 내려주는 미미한 수준이어서 특수한 경우에 부분적으로 사용한다. 특히, 매스 콘크리트의 강도가 높아지는 근래에는 콘크리트에 시멘트의 양이 많으면 수화열도 비례적으로 상승하고 있어 더더욱 프리 쿨링에 의한 방법으로는 수화열을 낮추는데 어려움이 있다.

둘 째, 파이프 쿨링(pipe-cooling) 공법에 의한 온도제어방법

파이프 쿨링 공법이란 포스트 쿨링 공법의 일종으로 새로운 콘크리트 타설에 앞서 파이프를 배치하고 타설 직후부터 통수시켜 콘크리트의 수화열을 저감시키는 공법으로 수화열 제어에 유효한 수단으로 인식되고 있다. 파이프 쿨링 공법은 본래 콘크리트 댐에 발생하는 열응력을 저감시키기 위한 방법으로 발전되어 있으나, 최근에는 콘크리트 구조물이 대형화, 다양화 됨에 따라 댐 이외의 대형 교각 기초 및 일반 매스 콘크리트 구조물 등에도 적용되고 있다.

그러나, 상기한 파이프 쿨링 공법은 쿨링 파이프가 콘크리트에 매설 및 칠라 프랜트의 설치 등이 요구되기 때문에 쿨링 파이프의 재활용이 불가하고, 비용도 많이 들어가는 문제점이 있다.

한편, 이러한 방법 외에도 매스 콘크리트 주변에 외기온도를 차단하기 위해 상옥시설을 설치하고, 상옥시설의 내부로 열풍을 불어넣어서 매스 콘크리트의 표면 온도를 높여 콘크리트 중심부의 온도와 표면부의 온도차를 저감시켜 오도균열을 방지하는 방법도 활용되고 있는데, 이는 열풍기 가동에 따른 연료비가 과다하게 소요될 뿐만 아니라 오랜기간을 인력에 의한 안전관리를 철저히 하여야 하고 콘크리트 표면 덮개를 연결철근 등으로 인해 덮지 못한 부분이나 관리 소홀로 내부 덮개의 연결부가 이완된 곳은 콘크리트 면이 직접 열풍기의 열에 노출되어 표면이 건조되므로 수축균열이 발생하게 되는 문제점이 있다.

이에, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 본 발명의 주요 목적은 매스 콘크리트 타설 후 중심부 온도와 외단부의 온도차가 발생할 우려가 있을 때 표면을 따뜻하게 보온해 줌으로써 매스 콘크리트에 온도편차에 의해 발생하는 온도균열의 제어 및 표면의 건조로 인해 발생하는 초기 건조수축균열을 사전에 방지하여 콘크리트 자체의 인장강도 증진 시간을 충분히 확보할 수 있도록 한 매스 콘크리트의 균열 제어방법 및 그 장치를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 주요 특징은,

본원의 청구항 1에서와 같이,

매스 콘크리트의 중심부와 표면부 사이의 온도편차가 25℃ 이상이 될 것으로 예상될 때, 상기 매스 콘크리트의 상부 가장자리를 따라 가두리 틀을 설치하고, 상기 가두리 틀의 내부에 매스 콘크리트의 상부면 전반에 걸쳐서 가열수단을 배치하고, 상기 가열수단이 잠기도록 가두리 틀의 내부에 열매(熱媒)를 매스콘크리트의 중심부 온도에 따라 적정온도로 열교환시킴으로써 매스 콘크리트의 표면이 습윤상태로 보온되게 함에 따라 콘크리트의 온도균열이 방지되도록 한 것을 매스 콘크리트의 균열 제어방법이다.

또한, 본원의 청구항 2에서와 같이,

상기 가열수단은 열선인 것을 특징으로 하는 매스 콘크리트의 균열 제어방법이다.

또한, 본원의 청구항 3에서와 같이,

상기 열매는 물인 것을 특징으로 하는 매스 콘크리트의 균열 제어방법이다.

또한, 본원의 청구항 4에서와 같이,

상기 가두리 틀의 높이와 열매의 수위는 5 ~ 20cm 인 것을 특징으로 하는 매스 콘크리트의 균열 제어방법이다.

또한, 본원의 청구항 5에서와 같이,

상기 열매는 매스 콘크리트의 응결 또는 경화 초기에 충진되는 것을 특징으로 하는 매스 콘크리트의 균열 제어방법이다.

또한, 본원의 청구항 6에서와 같이,

상기 가두리틀은, 각목인 것을 특징으로 하는 매스 콘크리트의 균열 제어방법이다.

또한, 본원의 청구항 7에서와 같이,

상기 가두리틀은, 매스 콘크리트 타설을 위한 거푸집 패널을 위쪽으로 연장하여 구성된 것을 특징으로 하는 매스 콘크리트의 균열 제어방법이다.

또한, 본원의 청구항 8에서와 같이,

상기 가두리틀은, 매스 콘크리트의 윗면 가장자리에 콘크리트 턱을 더 형성하여서 구성된 것을 특징으로 하는 매스 콘크리트의 균열 제어방법이다.

또한, 본원의 청구항 9에서와 같이,

상기 매스 콘크리트 상측에 상옥시설이 더 설치되는 것을 특징으로 하는 매스 콘크리트의 균열 제어방법이다.

본 발명은, 매스콘크리트의 타설 시 수화열의 사전 해석에 의해 중심부 온도와 표면부의 온도차에 의하여 내부구속응력이 발생하므로서 콘크리트의 균열 발생이 예측될 때, 보온장치 및 열매에 의해 매스 콘크리트의 표면을 보온해 줌으로써 매스 콘크리트와 외기와의 온도편차에 의한 매스 콘크리트의 온도균열을 사전에 방지할 수 있다.

또한, 보온장치와 온도제어 장치 및 열매는 주변에서 구하기 쉽고 저가이며, 또 철거 및 재 설치가 간단하여 경제적이면서 최대의 효과를 볼 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 매스 콘크리트 균열 제어방법 1

도 2는 본 발명에 따른 매스 콘크리트 균열 제어방법 2

도 3은 본 발명에 따른 매스 콘크리트 균열 제어방법 3

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 매스 콘크리트 3 : 가두리 틀

5 : 가열수단 7 : 열매

9 : 콘크리트 패널 10 : 상옥시설

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명은 매스 콘크리트의 중심부 최고온도와 콘크리트 외측부의 온도 차이가 약 25℃ 이상이 되면 콘크리트가 온도의 구속으로 인한 응력발생으로 응력이 강도를 초과할때 균열이 발생하는 것을 방지하기 위한 매스 콘크리트의 균열 제어방법에 관한 것이다.

본 발명의 온도균열 제어방법에 대해 설명하면 다음과 같다.

온도균열은 앞서 설명하였듯이 매스 콘크리트의 중심부 온도와 외측부 온도와의 차이가 약 25℃ 이상일 때 나타난다. 매스콘크리트는 대단히 중요한 부위의 구조물이 많기 때문에 균열로 인한 내구성 저하와 수밀성 방수성능 및 구조 성능을 만족하기 위한 고품질의 시공을 하기위해 다음과 같은 해석과정을 거쳐야 한다.

매스 콘크리트의 온도해석은 구조물의 종류 및 형상 등에 따라 유한요소법, 유한차분법 등의 수치해석법, Schmidt법, Carlson법 등의 간이 수치해석법, 도표를 써서 계산하는 간이해법 등이 있으며, 필요로 하는 해석의 정밀도, 해석 대상 구조물의 여러 조건을 고려하여 가장 적절한 방법을 선정하여야 한다.

매스 콘크리트의 온도해석에 사용되는 경계조건, 열전달경계, 단열경계, 고정온도경계는 구조물의 형상, 방열조건 등을 고려하여 적절히 정해야 한다. 특히 열전도율은 부재 표면부의 콘크리트 온도에 큰 영향을 미치며 부재 두께가 비교적 작은 경우에는 내부온도 상승에도 영향을 미치므로 거푸 집의 유무, 종류, 두께, 존치기간, 양생방법, 주위의 풍속 등을 고려하여 정해야 한다.

본론으로 넘어가서, 매스 콘크리트의 온도균열 제어방법을 설명하면 다음과 같다.

1) 온도균열 제어방법의 첫 번째 단계는, 매스 콘크리트(1)의 상부에 가두리 틀(3)을 설치한다.

상기 가두리 틀(3)은 매스 콘크리트(1)의 상부 가장자리를 따라 목재 등을 이용하여 울타리를 쳐서, 후에 설명될 열매가 매스 콘크리트(1)의 상부에 머물러 있도록 가둬두는 역할을 하는 것이다. 가두리 틀의 높이는 열매의 충진높이에 따라 결정될 것이므로 매스 콘크리트(1)의 상면으로 부터 5 ~ 15cm 정도가 적당하다.

상기 가두리 틀(3)에 대한 여러 실시예는 후술하기로 한다.

또한, 상기에서 열매는 구하기 쉽고 비용이 저렴한 물이 적합하나, 이에 한정하지는 않으며 물과 유사한 물성의 것들은 적용이 가능하다.

2) 온도균열 제어방법의 두 번째 단계는, 상기 가두리 틀(3)의 내부에 매스 콘크리트(1)의 상부면 전반에 걸쳐서 가열수단(5)을 배치한다.

상기 가열수단(5)은 열선코일이나 열 파이프 등 후술될 열매를 고온으로 승온시킬 수 있는 수단이면 어느 것이나 가능하며, 바람직하게는 설치 및 철거가 용이하고 재활용이 가능하여 원가를 절감할 수 있는 것이어야 할 것이다. 이러한 측면에서 볼 때, 열선코일이 바람직한 형태라 볼 수 있다.

3) 온도균열 제어방법의 세 번째 단계는, 상기 가두리 틀(3)의 내부에 열매(熱媒)(7)를 충진한다.

상기 열매(7)는 열교환이 가능한 어떠한 것도 가능하나, 바람직하게는 구하기 쉽고 가격이 저렴한 물이 가장 적합하다. 물을 충진할 때는 상기 가열수단(5)이 잠길정도만큼 적당량(수위는 5 ~ 15cm가 적당함) 충진하면 된다.

상기에서 물의 충진수위를 5 ~ 15cm로 한정한 이유는, 외기온도의 변화시 대류의 영향을 적게 받는 최소한의 높이면서 가장 경제성이 있는 높이이기 때문이다.

이렇게 충진되는 물은 매스콘크리트 내부 온도에 의해 적정 온도로 열교환되어 매스 콘크리트(1)의 표면을 보온시켜주게 되므로 매스 콘크리트의 표면이 외기온도에 의해 영향받는 것을 차단해 주는 역할을 한다.

상기 열매의 온도는 가열수단(5)의 가열온도에 의해 온도가 조절되어 중심부의 온도를 초과하지 않도록 조절되어야 하며 최고온도를 해석에 의해 설정하고 센서를 부착하여 최고온도를 초과하지 않도록 자동 조절한다. 이때, 가두리 틀(3)은 물이 새어나가지 않도록 해야 하므로 실링에 유의하여 시공되어야 한다.

또한, 상기 물의 충진시기는 매스 콘크리트 타설 완료 후 매스 콘크리트 표면이 건조를 시작하기 전 물을 채워 넣어야 한다. 이는 시공조건 시멘트의 종류 외기온습도조건 등에 따라 많은 차이가 있지만 매스콘크리트 타설 후 약 5∼10시간 이후로 이 시기를 경과하게 되면 콘크리트의 온도상승이나 대기 중의 바람으로 인해 표면이 마르고 이에 따라 콘크리트 표면에 수축이 발생하게 된다. 따라서 콘크리트의 온도가 상승 전 그리고 표면이 대기에 노출되어 건조하기 전에 물을 채워 넣어야 하며 물의 온도를 콘크리트 온도를 따라 함께 상승시킴으로써 열선사용에 따른 비용을 최소화하고, 열선의 가동은 대류조건으로 인해 물이 적정온도를 유지하지 못함이 계측에 의해 나타날 때 자동으로 가동 할 수 있게 된다.

한편, 상기 가두리 틀(3)은 여러 가지 형태로 시공될 수 있다.

도 1에서와 같이, 매스 콘크리트(1)의 상면 가장자리를 따라 5 ~ 15cm 높이의 각목(3a)을 설치하는 방법이 있다.

또한, 도 2에서와 같이, 매스 콘크리트(1)를 타설하기 위한 거푸집 패널(9)을 위쪽으로 5 ~ 15cm 더 연장한 연장부(3b)를 형성하여 물을 충진할 수 있는 공간을 확보하는 방법도 있다.

또한, 도 3에서와 같이, 매스 콘크리트(1)의 윗면 가장자리에 5 ~ 15cm 높이의 콘크리트 턱(3c)의 더 형성하여 물을 충진할 수 있는 공간을 확보하는 방법도 있다.

상기한 방법에 더하여, 상기 매스 콘크리트(1)의 상측에 상옥시설(10)을 더 설치하여 찬 외기온도를 차단하는 방법도 적용할 수 있음은 물론이다.

Claims (9)

1. 매스 콘크리트의 중심부와 표면부 사이의 온도편차가 25℃ 이상이 될 것으로 예상될 때,

   상기 매스 콘크리트의 상부 가장자리를 따라 가두리 틀을 설치하고, 상기 가두리 틀의 내부에 매스 콘크리트의 상부면 전반에 걸쳐서 가열수단을 배치하고, 상기 가열수단이 잠기도록 가두리 틀의 내부에 열매(熱媒)를 매스콘크리트의 중심부 온도에 따라 적정온도로 열교환시킴으로써 매스 콘크리트의 표면이 습윤상태로 보온되게 함에 따라 콘크리트의 온도균열이 방지되도록 한 것을 매스 콘크리트의 균열 제어방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 가열수단은 열선인 것을 특징으로 하는 매스 콘크리트의 균열 제어방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 열매는 물인 것을 특징으로 하는 매스 콘크리트의 균열 제어방법.
4. 제1항에 있어서,

   상기 가두리 틀의 높이와 열매의 수위는 5 ~ 20cm 인 것을 특징으로 하는 매스 콘크리트의 균열 제어방법.
5. 제1항에 있어서,

   상기 열매는 매스 콘크리트의 응결 또는 경화 초기에 충진되는 것을 특징으로 하는 매스 콘크리트의 균열 제어방법.
6. 제1항에 있어서,

   상기 가두리틀은, 각목인 것을 특징으로 하는 매스 콘크리트의 균열 제어방법.
7. 제1항에 있어서,

   상기 가두리틀은, 매스 콘크리트 타설을 위한 거푸집 패널을 위쪽으로 연장하여 구성된 것을 특징으로 하는 매스 콘크리트의 균열 제어방법.
8. 제1항에 있어서,

   상기 가두리틀은, 매스 콘크리트의 윗면 가장자리에 콘크리트 턱을 더 형성하여서 구성된 것을 특징으로 하는 매스 콘크리트의 균열 제어방법.
9. 제6항 내지 제8항중 어느 한 항에 있어서,

   상기 매스 콘크리트 상측에 상옥시설이 더 설치되는 것을 특징으로 하는 매스 콘크리트의 균열 제어방법.