Abstract
The purpose of this study is to investigate the effect of capsulated slurry phase change material (PCM) on the thermal crack in mass concrete by experimental work and FEM analysis. In this study, three conditions of samples were prepared for evaluating the level of hydration heat, i.e., a material condition, a cement paste condition and a concrete condition. Also, a compressive strength test was conducted for FEM inverse analysis. Based on the results of the experiment, exothermic function coefficients of concrete with encapsulated slurry PCM were deducted by the inverse analysis. After that, they applied to FEM analysis of the mass scale concrete structures. From the results of this experiment, $31^{\circ}C$ capsulated slurry PCM had no super cooling phenomenon in the material condition. In the cement condition, hydration heat decreased by 34.61J when PCM of 1g was mixed. In the concrete condition, PCM of 6% was deducted as the best level in hydration heat absorption. In FEM inverse analysis, rate coefficient of reaction gradually decreased when PCM mixing ratio increased. But, temperature-rise coefficient increased when PCM mixing ratio exceeded 6%. For the inversed exothermic function coefficients applying to large scale concrete structures, a thermal cracking index increased by 0.05 when PCM of 1% was mixed.
본 연구의 목적은 실험 및 FEM 해석을 통해 캡슐형 슬러리 PCM이 혼입된 매스콘크리트의 수화열 및 온도균열 평가하는 것이다. 자재, 시멘트 혼입, 콘크리트 혼입 단계에서의 수화열 평가 실험을 진행하였으며, FEM 해석을 위해 압축강도시험을 실시하였다. 실험 결과를 토대로 캡슐형 슬러리 PCM이 혼입된 콘크리트의 발열함수계수를 FEM 역해석에 의해 도출하였으며, 도출된 발열함수계수를 실구조물 규모 매스콘크리트 FEM 해석에 적용하였다. PCM 소재 단계 실험을 통해 $31^{\circ}C$ PCM이 과냉각 현상 없이 흡열, 발열 특성이 정상적으로 나타나는 것을 확인하였다. PCM의 시멘트 혼입 단계에서는 PCM 1g당 34.61J 만큼의 수화열을 흡열하는 것으로 나타났으며, 콘크리트 혼입 단계에서는PCM 혼입율이 증가함에 따라 최고수화온도 도달시간은 지연되고, PCM 6% 혼입 시 수화열 저감성능이 가장 높게 나타났다. 실험결과를 토대로 역해석을 실시한 결과, PCM 혼입율이 증가함에 따라 반응속도계수는 낮게 도출되었으나, 최고온도계수는 6%에서 최소로 나타나고, 초과할 경우 오히려 증가하는 것으로 해석되었다. 역해석을 통해 도출한 발열함수계수를 실구조물 규모 매스콘크리트의 수화열 해석에 적용한 결과, PCM 1% 혼입 당 온도균열 지수가 0.05 증가하는 것으로 나타났다.
