KR20220076718A

KR20220076718A - 콘크리트 혼합물 및 이를 이용한 콘크리트 발열양생 방법

Info

Publication number: KR20220076718A
Application number: KR1020200165494A
Authority: KR
Inventors: 신현오; 이진복; 김경택
Original assignee: 충남대학교산학협력단
Priority date: 2020-12-01
Filing date: 2020-12-01
Publication date: 2022-06-08

Abstract

본 발명은 콘크리트에 전도체를 혼입하고, 전도체가 혼입된 콘크리트 혼합물을 유도 가열로 양생을 실시함으로써 목표온도까지 빠르게 온도 발현이 가능하여 콘크리트의 강도 발현을 촉진시킬 수 있는 콘크리트 혼합물 및 이를 이용한 콘크리트 발열양생 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

Description

콘크리트 혼합물 및 이를 이용한 콘크리트 발열양생 방법{Concrete mixture and concrete heating curing method using the same}

본 발명은 콘크리트 혼합물 및 이를 이용한 콘크리트 발열양생 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 콘크리트에 전도체를 혼입하여 유도 가열로 양생을 실시함으로써 콘크리트의 강도 발현을 촉진시킬 수 있는 콘크리트 혼합물 및 이를 이용한 콘크리트 발열양생 방법에 관한 것이다.

혹한기 콘크리트 양생 문제로 인해 통상적으로 기온이 영하 4도 이하로 떨어질 경우 콘크리트 타설을 하지 않아 공기가 지연되는 문제가 발생한다. 한중 콘크리트 시공 시 콘크리트의 초기 동해를 방지하는 것이 가장 중요한 사항으로 초기 강도가 5MPa 이상이 될 때 까지 온도가 0도 이하로 떨어지지 않도록 보온 또는 가열 양생이 필요하지만 실제 현장에서 온도관리의 어려움으로 인해 부실공사의 문제가 발생하는 실정이다.

동절기 현장에서는 콘크리트의 초기 동해를 방지하기 위해 다양한 발열양생 기술을 사용하고 있다. 종래의 콘크리트 발열양생 기법으로는 열풍기 및 갈탄을 이용한 공간 가열법, 열선매립, 증기양생 등이 사용되고 있으나 이러한 기법들은 온도를 상승시키는데 많은 에너지와 인력을 필요로 하기 때문에 공기가 길어지는 문제가 있으며 환경, 안전, 품질 및 경제적인 측면에서 한계가 있다. 따라서, 동절기에도 콘크리트의 급속 양생이 가능하도록 하는 기술 개발이 필요한 실정이다.

종래기술(특허문헌 1)은 콘크리트 양생용 발열시트 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 조기 시공방법에 관한 것으로, 콘크리트 양생용 발열시트로 콘크리트를 조기 양생하기 위한 시공방법에 대해 개시하고 있다.

하지만, 종래기술은 발열시트가 갱폼의 외면에 부착되어 표면에서 발산되는 열에너지에 의해 내부의 콘크리트가 보온양생되는 것으로, 열에너지 손실률이 높아 콘크리트 내부까지 균일한 온도 공급이 불가능한 문제점이 있었다.

대한민국 등록특허공보 제10-2040135호 (발명의 명칭: 콘크리트 양생용 발열시트 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 조기 시공방법, 공고일: 2019.11.04)

이에 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 콘크리트에 전도체를 혼입하고, 전도체가 혼입된 콘크리트 혼합물 및 거푸집을 유도 가열함으로써 목표온도까지 빠르게 온도 발현이 가능하여 콘크리트의 강도 발현을 촉진시킬 수 있는 콘크리트 혼합물 및 이를 이용한 콘크리트 발열양생 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 콘크리트 혼합물은, 콘크리트 및 전도체를 포함하고, 상기 콘크리트는, 물과, 시멘트와, 굵은골재 및 잔골재를 포함한다.

또한, 상기 전도체는 제강슬래그, 아연슬래그 및 동제련슬래그 중 적어도 하나 이상일 수 있다.

또한, 상기 전도체는 강섬유일 수 있다.

또한, 상기 전도체는 상기 제강슬래그, 상기 아연슬래그 및 상기 동제련슬래그 중 적어도 하나 이상일 경우, 상기 콘크리트 혼합물 전체 부피에 대하여 12 내지 80 부피%로 포함될 수 있다.

또한, 상기 전도체는 상기 강섬유일 경우, 상기 콘크리트 전체 부피에 대하여 0.5 내지 2 부피%로 포함될 수 있다.

본 발명에 따른 콘크리트 혼합물을 이용한 콘크리트 발열양생 방법은, 전도체를 포함하는 콘크리트 혼합물을 제조하는 콘크리트 혼합물 제조단계와, 거푸집에 상기 콘크리트 혼합물을 타설하는 콘크리트 혼합물 타설단계 및 상기 콘크리트 혼합물을 유도 가열하는 콘크리트 혼합물 유도 가열단계를 포함한다.

또한, 상기 콘크리트 혼합물 유도 가열단계는 5시간 내지 7시간 동안 60도 내지 80도의 온도를 유지하여 가열할 수 있다.

또한, 상기 거푸집은 스틸 재질로 구성되어 4 내지 8 mm 두께로 형성될 수 있다.

본 발명의 콘크리트 혼합물 및 이를 이용한 콘크리트 발열양생 방법에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.

첫째, 콘크리트 내부에 전도체를 혼입하여 이를 유도 가열함으로써 목표온도까지 빠르게 도달가능하여 콘크리트의 강도 발현을 촉진시킬 수 있는 이점이 있다.

둘째, 거푸집 및 콘크리트 내부의 전도체를 유도 가열함으로써 콘크리트 혼합물의 내외부 온도 차이 없이 전단면에 걸쳐 균일한 온도로 가열이 가능하고, 열손실이 적어 양생 효율을 증대시킬 수 있는 이점이 있다.

셋째, 전도체를 혼입하여 콘크리트 혼합물을 제조하고 이를 유도 가열함으로써 기존의 양생법보다 강도 발현율을 크게 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

넷째, 골재 대신 제강슬래그, 아연슬래그 및 동제련슬래그 중 적어도 하나 이상을 사용하여 콘크리트 혼합물을 제조함으로써 전자기 유도에 의한 유도 가열 양생 효율을 극대화할 수 있고, 폐기물을 재활용 한다는 점에서 산업 상 경제적 이익을 제공할 수 있는 이점도 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 콘크리트 혼합물을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 시험예 1에 따른 골재 대체에 따른 유도가열 성능평가 결과를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 시험예 2에 따른 골재 대체에 따른 유도가열 성능평가 결과를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 콘크리트 혼합물을 이용한 콘크리트 발열양생 방법의 순서도이다.
도 5는 본 발명의 시험예 3에 따른 콘크리트 배합에 따른 온도이력 측정 결과를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 시험예 4에 따른 콘크리트 양생 방법 별 압축강도 시험결과를 나타낸 도면이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

이하, 본 발명의 실시예들에 의한 콘크리트 혼합물 및 이를 이용한 콘크리트 발열양생 방법을 설명하기 위하여 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 콘크리트 혼합물을 개략적으로 나타낸 도면이다.

본 발명에 따른 콘크리트 혼합물(C)은 콘크리트(100) 및 전도체(200)를 포함하고, 상기 콘크리트(100)는 물, 시멘트, 굵은골재 및 잔골재를 포함하여 구성된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 전도체(200`)는 제강슬래그, 아연슬래그 및 동제련슬래그 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.

철, 아연, 동과 같은 금속의 제조과정에서 발생되는 슬래그는 천연광석으로부터 특정한 금속을 채취한 후 남은 무기질 부산물 및 폐기물이다. 철, 아연, 동을 제조하는 과정에서 철은 전로슬래그 및 전기로슬래그를 포함하는 제강슬래그, 아연은 아연슬래그, 동은 동제련슬래그가 발생된다. 이러한 슬래그들은 재활용이 가능한 유효한 자원을 다량 함유하고 있어 이들을 그대로 매립해 버리는 것은 자원 및 에너지의 낭비로 이어질 수 있다. 따라서, 이러한 폐기물을 재활용함으로써 산업 상 경제적 이익을 제공할 수 있다.

이러한 제강슬래그, 아연슬래그 및 동제련슬래그로 이루어지는 전도체(200`)는 본 발명에 따른 콘크리트 혼합물(C) 전체 부피에 대하여 12 내지 80 부피%로 포함될 수 있다.

일반적으로 콘크리트(100)는 물, 시멘트, 골재로 섞어서 만들어진다. 여기서, 골재는 자갈 등의 굵은골재와 모래 등의 잔골재로 구성되며 일반적으로 콘크리트(100) 부피의 60~80%를 차지한다. 굵은골재는 골재 전체 부피에 대하여 40 내지 60 부피%로 포함될 수 있고, 잔골재는 골재 전체 부피에 대하여 40 내지 60 부피%로 포함될 수 있다.

여기서, 상기 제강슬래그, 아연슬래그 및 동제련슬래그로 이루어지는 전도체(200`)는 굵은골재 또는 잔골재의 전체 부피에 대하여 50 내지 100 부피%를 대체할 수 있다. 굵은골재나 잔골재 대신에 전도체(200`)를 이용하여 콘크리트 혼합물(C)을 제조함으로써 이를 유도가열하여 콘크리트(100)의 강도 발현을 촉진시키고 급속 양생을 시킬 수 있다.

또한, 제강슬래그, 아연슬래그 및 동제련슬래그는 각각 철, 아연, 동 성분 함량이 50% 이상인 것을 사용할 수 있다. 굵은골재나 잔골재 대신 철, 아연, 동과 같은 금속 성분 함량이 50% 이상인 제강슬래그, 아연슬래그 및 동제련슬래그를 적어도 하나 이상 사용하여 콘크리트 혼합물(C)을 제조함으로써 콘크리트 혼합물(C) 내부에 전도체(200`)가 더 많이 분포될 수 있어 유도가열 양생 시에 전자기 유도에 의한 유도 가열 효율을 향상시킬 수 있다.

도 2는 본 발명의 시험예 1에 따른 골재 대체에 따른 유도가열 성능평가 결과를 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 시험예 2에 따른 골재 대체에 따른 유도가열 성능평가 결과를 나타낸 도면이다.

이하에서는 본 발명에 따른 콘크리트 혼합물(C)에 있어서, 콘크리트(100)의 굵은골재 또는 잔골재를 전도체(200`)로 대체하여 콘크리트 혼합물(C)을 제조하고 그에 따른 유도가열 성능을 평가하기 위하여 실시한 시험예 1 및 2에 대하여 설명하도록 한다.

시험예 1 및 2에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 전도체(200`) 중에서 제강슬래그 중 하나인 전기로슬래그를 사용하여 골재 대신 콘크리트 혼합물(C)을 제조한 시험체에 대하여 시험을 진행하였다.

시험예 1 및 2는 동절기 및 혹한기에서의 콘크리트 혼합물(C)의 양생 성능을 평가하고자 외기 온도가 0 내지 2도 사이로 설정된 항온실에서 시험을 진행하였으며, 콘크리트 혼합물(C)의 중심부에 열전대를 삽입하고 목표온도를 70도로 설정하여 유도가열장치를 이용하여 콘크리트 혼합물(C)의 유도가열을 진행하였다. 최고 온도 도달 시 열 화상 카메라를 통해 콘크리트 혼합물(C)의 전체적인 열분포 형상 및 중심부 도달온도를 확인하였다.

또한, 시험예 1에서는 콘크리트(100) 내부의 굵은골재 및 잔골재를 전기로슬래그로 모두 100% 대체하였으며, 시험예 2에서는 콘크리트(100) 내부의 잔골재만 전기로슬래그로 모두 100% 대체하여 시험을 진행하였다. 잔골재 대체 시에 전기로슬래그의 입자크기는 5mm 이하를 사용하였으며, 굵은골재 대체 시에 전기로슬래그의 입자크기는 5mm 이상을 사용하여 시험을 진행하였다.

먼저, 도 2에 콘크리트(100)의 굵은골재와 잔골재를 모두 전기로슬래그로 대체하여 배합한 콘크리트 혼합물(C) 시험체에 대하여 유도가열 시험을 진행한 결과를 나타내었다. 도 2에 도시된 바와 같이, 유도가열장치를 이용해 목표온도 70도로 설정하여 유도가열을 진행하였을 때, 콘크리트 혼합물(C)의 중심부 온도가 66.1도, 67.8도 까지 충분히 증가하는 모습을 확인할 수 있으며 이를 통해 콘크리트(100) 내부의 굵은골재와 잔골재 대신 전기로슬래그를 사용함으로써 유도가열이 가능하다는 것을 알 수 있다.

다음으로 도 3에 콘크리트(100)의 잔골재를 모두 전기로슬래그로 대체하여 배합한 콘크리트 혼합물(C) 시험체에 대하여 유도가열 시험을 진행한 결과를 나타내었다. 도 3에 도시된 바와 같이, 유도가열장치를 이용해 목표온도 70도로 설정하여 유도가열을 진행하였을 때, 콘크리트 혼합물(C)의 중심부 온도가 44.9도, 39.7도까지 증가하였으며, 이는 목표온도에는 도달하지 못하였으나 잔골재 대체만으로도 목표온도의 약 60%까지 도달할 수 있어 일반 콘크리트(100)에 대비하여 잔골재를 대체한 것 만으로도 유도가열 성능이 증가하는 것을 알 수 있다.

즉, 시험예 1 및 2를 통해 콘크리트(100)의 굵은골재 또는 잔골재 대신 전기로슬래그와 같은 슬래그 종류의 전도체(200`)를 사용하여 콘크리트 혼합물(C)을 제조함으로써 콘크리트(100)의 유도가열 성능을 향상시키고 콘크리트(100)의 강도 발현을 촉진하여 급속 양생이 가능한 것을 알 수 있었다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 상기 전도체(200``)는 강섬유일 수 있다. 강섬유로 이루어지는 전도체(200``)는 콘크리트 혼합물(C)에 있어서 콘크리트(100) 전체 부피에 대하여 0.5 내지 2 부피%로 포함될 수 있다.

강섬유는 일반 강섬유와 비정질 강섬유를 포함하며, 상기 전도체(200``)는 유도가열장치에 의해 유도 가열되어 콘크리트(100)의 강도 발현을 촉진함으로써 콘크리트(100)의 급속 양생이 가능하도록 할 수 있다.

상기 일반 강섬유의 종류로는 Hooked-end steel fiber, Twisted steel fiber, Arched steel fiber, Straight steel fiber 등이 될 수 있다.

상기 비정질 강섬유는 원자가 규칙적인 배열을 가지는 일반적인 강섬유와는 달리 불규칙한 액상의 구조를 가지는 강섬유를 말한다. 일반적으로 비정질 강섬유는 금속을 용융상태에서 응고 시, 임계 냉각속도(critical cooling rate) 이상의 빠른 속도로 냉각되는 경우에 원자가 규칙적으로 배열하여 결정화할 시간이 없이 액상의 무질서한 원자 배열 상태를 고체에서까지 유지하게 된다. 즉, 임계 냉각속도보다 빠른 속도로 냉각되는 액상은 평형 융점 이하의 과냉액상영역(supercooled liquid region)에서 액상의 점도가 매우 높아져 액상 내 원자의 유동도가 크게 떨어지게 된다. 따라서, 매우 빠른 냉각속도에서 유동성을 잃은 원자가 비평형 상구조 내에서 고착되게 되어 고상의 특성이 나타나게 된다. 이와 같은 구조를 지닌 강섬유를 비정질 강섬유라 통칭한다.

이러한 비정질 강섬유는 일반적인 강섬유보다 높은 강도, 낮은 마찰계수, 높은 부식 저항성, 우수한 연자성 및 초전도성 등의 특성을 가지고 있고 특히, 일반 강섬유에 비해 인강강도 및 내식성이 우수한 기계적 특성을 가지고 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 전도체(200``)로 일반 강섬유만 사용할 경우 콘크리트(100) 전체 부피에 대하여 0.5 내지 2 부피%로 포함될 수 있고, 비정질 강섬유만 사용할 경우 콘크리트(100) 전체 부피에 대하여 0.5 내지 1 부피%로 포함될 수 있으며, 일반 강섬유와 비정질 강섬유를 모두 사용할 경우 일반 강섬유는 콘크리트(100) 전체 부피에 대하여 0.5 내지 1 부피%로 포함되고 비정질 강섬유는 콘크리트(100) 전체 부피에 대하여 0.5 내지 1 부피%로 포함될 수 있다.

강섬유의 혼입비가 증가할수록 유도 가열에 의한 강도 발현 성능도 증가하지만, 2%를 초과하여 혼입 시에는 강도 발현 성능의 증가율이 크지 않으며 콘크리트 혼합물(C) 타설 시에 작업성이 크게 저하될 수 있다. 또한, 강섬유의 혼입비가 0.5% 미만일 때는 강섬유 혼입에 의한 유도 가열 효과가 거의 나타나지 않는 문제가 발생할 수 있다.

또한, 비정질 강섬유의 경우 기존의 일반 강섬유보다 두께가 매우 얇고 부피가 작아 일반 강섬유와 동일한 혼입비에도 섬유의 개수가 더 많이 혼입되게 된다. 따라서, 전도체(200``)로 비정질 강섬유만 사용하는 경우에는 일반 강섬유보다 적은 혼입비로 설정하는 것이 바람직하다.

또한, 전도체(200``)로 일반 강섬유와 비정질 강섬유 모두 사용할 수 있는데 이는 콘크리트(100) 내부에 전도체(200``)를 가능한 최대로 고루 분포할 수 있어 유도 가열 효율을 극대화 할 수 있다. 서로 다른 종류의 섬유를 섞을 경우 각 섬유별 길이(형상비), 섬유의 양이 달라지므로 단일 종류의 섬유를 넣는 경우보다 콘크리트(100) 전체에 고루 분포될 수 있어 유도 가열 효율이 극대화 될 수 있다. 본 발명에 따른 콘크리트 혼합물(C)에 따르면 전도체(200``)로 일반 강섬유와 비정질 강섬유 모두 사용할 경우에는 콘크리트 혼합물(C)에 있어서 콘크리트(100) 전체 부피에 대하여 일반 강섬유 0.5 부피% 및 비정질 강섬유 0.5 부피%로 혼입하는 것이 가장 바람직하다.

또한, 일반 강섬유 및 비정질 강섬유는 길이 10 내지 35mm의 섬유 형태로 만들어질 수 있다. 일반적으로 일반 강섬유 및 비정질 강섬유는 콘크리트(100)의 취약한 인장강도를 보완하기 위해 사용된다. 본 발명에서는 이러한 일반 강섬유 및 비정질 강섬유를 전자기 유도에 의해 유도 가열함으로써 콘크리트(100)에 열을 발생시켜 양생을 촉진시킬 수 있다.

콘크리트(100)에 전도체(200``)를 혼입하여 콘크리트 혼합물(C)을 제조 시에, 같은 부피의 섬유를 넣는 경우 길이가 짧을수록 갯수가 증가하여 콘크리트(100) 내부에 전도체(200``)가 골고루 분포하여 유도 가열 효율이 높아질 수 있다. 따라서, 일반 강섬유 및 비정질 강섬유의 길이가 35mm 이상일 경우 같은 부피비에서 섬유의 갯수가 작아지기 때문에 콘크리트(100) 내부에 골고루 분포되지 못하여 유도 가열 효율이 낮아지는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 섬유의 길이가 10mm 이하일 경우 유도 가열에 의한 양생 효과가 줄어드는 문제점이 발생할 수 있어 일반 강섬유 및 비정질 강섬유는 길이 10 내지 35mm의 섬유 형태로 만들어지는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 콘크리트 혼합물(C)의 한 예로써, 콘크리트 혼합물(C)의 목표강도를 35MPa로 설정하여 전도체(200`)로 제강슬래그, 아연슬래그 및 동제련슬래그 중 하나를 사용하여 콘크리트 혼합물(C)을 제조할 경우 콘크리트 혼합물(C) 전체 부피에 대하여 물 6 내지 8 부피%, 시멘트 15 내지 20 부피%, 굵은골재 0 내지 48 부피%, 잔골재 0 내지 48 부피% 및 전도체(200`) 12 내지 80 부피%로 배합하여 제조할 수 있으며, 바람직하게는 콘크리트 혼합물(C) 전체 부피에 대하여 물 7.55 부피%, 시멘트 19.74 부피%, 굵은골재 38.36 부피%, 잔골재 17.17 부피% 및 전도체(200`) 17.17 부피%의 조성비로 배합하여 콘크리트 혼합물(C)을 제조할 수 있다.

본 발명에 따른 콘크리트 혼합물(C)의 또 다른 예로써, 콘크리트 혼합물(C)의 목표강도를 35MPa로 설정하여 전도체(200``)로 일반 강섬유 또는 비정질 강섬유를 사용하여 콘크리트 혼합물(C)을 제조할 경우 콘크리트(100) 전체 부피에 대하여 물 6 내지 8 부피%, 시멘트 15 내지 20 부피%, 굵은골재 0 내지 48 부피% 및 잔골재 0 내지 48 부피%의 조성비로 콘크리트(100)를 배합하고, 상기 배합된 콘크리트(100) 전체 부피에 대하여 전도체(200``) 0.5 내지 2 부피%를 상기 배합된 콘크리트(100)에 추가로 혼입하여 콘크리트 혼합물(C)을 제조할 수 있으며, 바람직하게는 콘크리트(100) 전체 부피에 대하여 물 7.55 부피%, 시멘트 19.74 부피%, 굵은골재 38.36 부피% 및 잔골재 34.34 부피%의 조성비로 콘크리트(100)를 배합하고, 상기 배합된 콘크리트(100) 전체 부피에 대하여 전도체(200``)로 일반 강섬유 0.5 부피% 및 비정질 강섬유 0.5 부피%를 상기 배합된 콘크리트(100)에 추가로 혼입하여 콘크리트 혼합물(C)을 제조할 수 있다.

이하에서는 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 콘크리트 혼합물을 이용한 콘크리트 발열양생 방법에 대해 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 콘크리트 혼합물을 이용한 콘크리트 발열양생 방법의 순서도이다.

도 4에 도시된 방법은 도 1에 도시된 본 발명의 실시예들에 따른 콘크리트 혼합물(C)을 이용하여 수행될 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 콘크리트 혼합물을 이용한 콘크리트 발열양생 방법에서 활용되는 콘크리트 혼합물(C)에 대한 자세한 설명은 상술하였으므로 이하에서는 중복을 피하기 위해 생략한다.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 콘크리트 혼합물을 이용한 콘크리트 발열양생 방법은 콘크리트 혼합물 제조단계(S100), 콘크리트 혼합물 타설단계(S200) 및 콘크리트 혼합물 유도 가열단계(S300)를 포함한다.

먼저, 콘크리트 혼합물 제조단계(S100)에서는 물, 시멘트, 굵은골재, 잔골재를 포함하는 콘크리트(100) 및 전도체(200)를 혼합하여 콘크리트 혼합물(C)을 제조한다.

콘크리트 혼합물 타설단계(S200)에서는 거푸집에 상기 제조된 콘크리트 혼합물(C)을 타설하고, 콘크리트 혼합물 유도 가열단계(S300)에서는 상기 거푸집 외부에 유도가열장치를 배치하여 거푸집 및 콘크리트 혼합물(C) 내부의 전도체(200)를 유도 가열하여 콘크리트 혼합물(C)을 급속 양생시킬 수 있다.

여기서, 상기 거푸집은 스틸 재질로 구성되어 4 내지 8 mm 두께로 형성되는 것을 사용할 수 있다. 거푸집의 두께는 증가할수록 유도 가열에 의한 양생 효율이 증가하지만, 두께가 증가할수록 무게도 증가하여 작업 효율이 감소하고 거푸집 비용이 증가하는 문제가 발생할 수 있다. 따라서 4 내지 8 mm 두께의 거푸집을 사용하는 것이 바람직하다.

스틸 재질의 거푸집을 사용하여 유도 가열함으로써 거푸집이 발열되면서 콘크리트 혼합물(C)로 열을 전달할 수 있다. 외부로는 유도 가열된 거푸집에 의해 열을 공급받고 내부에서는 전도체(200)가 유도 가열됨으로써 콘크리트 혼합물(C)의 단면적이 증가하여도 내외부 온도가 동일하게 전단면에 걸쳐 고른 발열 성능을 확보할 수 있다.

또한, 상기 유도가열장치는 전원공급장치, 온도 제어기, 코일 및 열 발생기로 이루어질 수 있다. 유도가열장치에 전원이 공급되면 코일에서 전자기 유도 현상이 발생하여 와전류 손실에 의해 발생된 열로 비 접촉 상태에서도 거푸집 및 콘크리트 혼합물(C) 내부의 전도체(200)를 직접 가열할 수 있어 콘크리트(100)의 급속 양생이 가능하다. 비접촉 상태에서 전자기 유도를 통해 피열물 자체를 가열하므로 열에너지 손실이 적고 효율이 좋아 콘크리트(100) 공사 시 목표강도의 발현시간을 크게 단축시킬 수 있다.

온도 제어기는 설정된 목표 온도에 따라 PID(Proportional Integral Derivative Control) 제어 방식으로 전원공급장치에서 발생되는 출력을 조절할 수 있으며, 온도 제어기에서 기준이 되는 온도는 콘크리트 혼합물(C)과 접하는 거푸집 내부면의 온도로 설정할 수 있다.

상기 콘크리트 혼합물 유도 가열단계(S300)에서는 5시간 내지 7시간 동안 최고 온도를 60도 내지 80도의 온도로 유지하여 가열할 수 있다.

80도 이상의 고온가열 시 콘크리트 혼합물(C)의 품질이 저하하고 전력 소비량이 증가하는 문제가 발생할 수 있으며, 60도 이하로 가열 시에는 충분한 강도 확보를 할 수 없는 문제가 발생할 수 있다.

최고온도 유지 시간이 길어질수록 콘크리트 혼합물(C)의 강도 발현율이 증가하지만 7시간 이상 최고온도를 유지하게 되면 공사 기간이 길어지는 문제점이 발생할 수 있다. 또한, 5시간 이하로 최고온도를 유지하게 되면 콘크리트 혼합물(C)의 탈형강도 이상의 충분한 강도를 확보할 수 없는 문제점이 있다. 따라서, 경제성 및 공사기간을 고려하여 5시간 내지 7시간 동안 최고온도를 유지할 수 있다.

도 5는 본 발명의 시험예 3에 따른 콘크리트 배합에 따른 온도이력 측정 결과를 나타낸 도면이다.

이하에서는 본 발명에 따른 콘크리트 혼합물(C)의 유도 가열을 통한 발열양생 성능을 평가하기 위하여 원형의 수직부재인 교량의 교각부를 대상구조물로 선정하여 실시한 시험예 3에 대하여 설명하도록 한다.

본 시험에서는 기본배합으로 밀도 3.15 g/cm3, 비표면적 3000 cm2/g, 평균입경크기 13.2 μm의 1종 보통 포틀랜드 시멘트(Ordinary Portland Cement)를 사용하였다. 굵은골재는 최대치수 25 mm, 밀도 2.67 g/cm3, 조립률 6.12의 쇄석을 사용하였으며, 잔골재는 밀도 2.56 g/cm3, 조립률 2.99의 자연사를 사용하였다.

또한, 전도체(200) 혼입에 따른 유도 가열 양생 성능을 평가하기 위하여 기본배합에 2%의 갈고리형 강섬유(Hooked-End Steel Fiber)를 혼입한 배합을 사용하였다.

본 시험에서는 일반 강섬유인 길이(l) 30 mm, 지름(d) 0.5 mm, 형상비(l/d) 60의 갈고리형 강섬유를 사용하였으며, 밀도, 인장강도 및 탄성계수는 각각 7.85 ton/m3, 1100 MPa, 200 GPa 이었다.

시험에 사용된 유도 가열기는 최대출력 7kWh, 주파수 40kHz의 성능을 가지며 코일은 높이 300mm의 거푸집을 균등하게 가열할 수 있도록 75mm의 등간격으로 3턴을 가지도록 설계되었다. 온도 제어기가 설정된 목표에 따라 전원공급장치에서 발생되는 출력을 조절하도록 하였고, 온도 제어기의 기준이 되는 온도는 제어의 정확성을 위하여 콘크리트와 접하는 거푸집 내부면의 온도로 설정하였다. 온도 제어기 조절부와 동일한 위치 및 콘크리트 중앙부에도 열전대를 별도로 삽입하여 콘크리트 내부의 온도분포를 계측하였다.

본 시험은 동절기 및 혹한기 콘크리트의 양생 성능 향상을 검증하고자 0도의 항온·항습 챔버에서 진행되었다. 거푸집에 콘크리트 타설 후 3시간 동안 전 양생을 실시하고, 최고온도 70도로 5시간 유지하여 유도 가열 후 가열속도와 동일하게 온도를 상온까지 감소시키고 마지막으로 약 1-2시간 동안 상온에서 존치시켜 후 양생을 실시하였다.

유도 가열을 통한 발열양생 콘크리트의 온도이력 측정 결과를 도 5에 나타내었다. 도 5a는 스틸 4mm의 거푸집에 최고온도 70도를 5시간 동안 유지하여 가열시킨 기본배합을 적용한 콘크리트의 온도이력 측정 결과이며, 도 5b는 기본배합의 콘크리트와 동일한 거푸집 및 가열 조건이지만 콘크리트에 일반 강섬유 2%를 추가적으로 혼입한 시험체의 온도이력 측정 결과이다.

도 5a를 참조하면 전자기 유도에 의해 직접 가열되는 거푸집의 온도 상승 속도가 콘크리트 내부의 온도 상승 속도보다 빠른 것을 확인할 수 있으며, 이는 최고온도 유지 시간이 끝나는 시점(약 10:30h)에서 역전이 되어 온도 하강 구간에서는 거푸집의 온도 하강 속도가 콘크리트 내부보다 더 빠른 것을 확인할 수 있었다.

한편, 도 5b에 도시된 바와 같이, 일반 강섬유가 2% 혼입된 시험체에서는 거푸집과 콘크리트 중앙부 온도차가 최고온도 시작점(약 5:30h)에서 비슷해지는 것을 확인할 수 있었다, 또한, 거푸집과 일반 강섬유가 혼입된 콘크리트와의 온도차이가 기본배합을 적용한 시험체보다 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 이는 콘크리트 내부에 다량으로 혼입된 일반 강섬유가 전자기 유도에 의해 직접 가열되었으며, 거푸집에서 발생한 열의 전도성을 향상시켰기 때문인 것으로 판단된다.

이하에서는 본 발명에 따른 콘크리트 혼합물의 콘크리트 양생 방법 별 압축강도를 평가하기 위하여 실시한 시험예 4에 대하여 설명하도록 한다.

본 시험에서는 상기 시험예 3과 동일한 방법으로 기본배합을 적용한 콘크리트와 일반 강섬유를 혼입한 콘크리트에 각각 상온양생(MTC), 고온가열양생(HTC) 및 유도가열양생(IHC)을 실시한 후 압축강도를 평가하였다.

고온가열양생 시험체는 유도 가열과 동일한 온도의 가열챔버에서 양생되었으며, 상온양생은 20도 챔버에서 양생되었다. 모든 시험체는 동일한 시간(15시간) 동안 양생을 실시한 이후 탈형 및 KSF 2405 (2010)에 준하여 압축강도 시험을 수행하였으며, 시험결과는 도 6에 나타내었다.

도 6은 본 발명의 시험예 4에 따른 콘크리트 양생 방법 별 압축강도 시험결과를 나타낸 도면이다.

도 6을 참조하면, 각 배합에 따른 강도차이를 고려하기 위해 변수별 비교는 상온양생 콘크리트의 강도에 대한 비율로 평가하였다. 고온가열양생 및 유도가열양생 모두 온도를 증가시킬 경우 강도 발현율도 함께 증가하는 것으로 나타났다.

도 6에 도시된 바와 같이 콘크리트에 일반 강섬유 2%를 혼입한 시험체는 유도 가열로 양생을 실시할 경우 기본배합이 적용된 시험체보다 강도 발현율이 약 12%만큼 증가하였으며, 동일한 온도의 가열양생 챔버에서 양생한 고온가열양생 시험체 보다 약 16% 높은 강도 발현율을 나타내었다. 이는 콘크리트 내부의 일반 강섬유가 전자기 유도에 의해 직접 가열되어 최고온도까지 빠르게 도달하고 콘크리트 내부에 균일한 온도분포가 이루어졌기 때문으로 판단된다.

즉, 시험예 3 및 4를 통해 콘크리트에 전도체(200)를 혼입하여 유도가열양생을 실시함으로써 콘크리트 전단면에 걸쳐 균일한 온도로 가열하여 콘크리트의 강도 발현을 촉진시키고 기존의 고온가열양생 방법보다 강도 발현율을 향상시킬 수 있는 것을 알 수 있었다.

상술한 바와 같이 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.

C: 콘크리트 혼합물
100: 콘크리트
200, 200`, 200``: 전도체

Claims

콘크리트; 및
전도체를 포함하고,
상기 콘크리트는,
물;
시멘트;
굵은골재; 및
잔골재를 포함하는 콘크리트 혼합물.
제 1항에 있어서,
상기 전도체는 제강슬래그, 아연슬래그 및 동제련슬래그 중 적어도 하나 이상인 것을 특징으로 하는 콘크리트 혼합물.
제 1항에 있어서,
상기 전도체는 강섬유인 것을 특징으로 하는 콘크리트 혼합물.
제 2항에 있어서,
상기 전도체는 상기 콘크리트 혼합물 전체 부피에 대하여 12 내지 80 부피%로 포함되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 혼합물.
제 3항에 있어서,
상기 전도체는 상기 콘크리트 전체 부피에 대하여 0.5 내지 2 부피%로 포함되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 혼합물.
전도체를 포함하는 콘크리트 혼합물을 제조하는 콘크리트 혼합물 제조단계;
거푸집에 상기 콘크리트 혼합물을 타설하는 콘크리트 혼합물 타설단계; 및
상기 콘크리트 혼합물을 유도 가열하는 콘크리트 혼합물 유도 가열단계를 포함하는 콘크리트 혼합물을 이용한 콘크리트 발열양생 방법.
제 6항에 있어서,
상기 콘크리트 혼합물 유도 가열단계는 5시간 내지 7시간 동안 60도 내지 80도의 온도를 유지하여 가열하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 혼합물을 이용한 콘크리트 발열양생 방법.
제 6항에 있어서,
상기 거푸집은 스틸 재질로 구성되어 4 내지 8 mm 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 혼합물을 이용한 콘크리트 발열양생 방법.