Compressive Strength Characteristics of 3D Printing Concrete in Low Temperature Environment by Using Early Strength Improvement Type Additive

The self-weight of the 3D printing concrete increases with increasing printing height. Therefore, the lower layer must be hardened within a suitable time to secure continuous printing performance. In particular, the hardening speed of concrete is slow in the winter season when the temperature was low. Hence, the early strength of 3D printing concrete requires improvement. In domestic and international literature, cases of increasing the early strength of concrete using inorganic chemical additives, such as amine-based, nitrate-based, sodium-based, and calcium-based, have been reported. In this study, early strength improvement-type additive samples (amine-based, nitrate-based, sodium-based) were prepared, and their performance was evaluated. When using a nitrate-based additive, the early strength was increased significantly in a 10 ℃ environment. In addition, it was possible to secure a higher early strength than the existing 3D printing concrete mixed at 20 ℃.

조강형 첨가제 사용에 따른 저온환경에서의 3D 프린팅 콘크리트의 압축강도 특성

3D 프린팅 콘크리트는 연속 적층 시 적층고가 높아짐에 따라 콘크리트의 자중이 증가되기 때문에 연속 적층성 확보를 위해 하단부 콘크리트가 적정 시간에 경화되어야 한다. 특히, 기온이 낮은 동절기의 경우 콘크리트의 경화속도가 늦어지게 되는데, 3D 프린팅 콘크리트 시공 중 하단부 콘크리트의 강도발현이 낮아 콘크리트의 자중을 버티지 못하게 되면 적층된 콘크리트가 무너지게 되는 문제가 발생된다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서는 저온환경에서의 3D 프린팅 콘크리트의 초기강도를 증진이 필수적이다. 국내외 문헌에서는 Amine계, Nitrate계, Sodium계, Calcium계 등의 무기계 화학 첨가제를 사용하여 콘크리트의 초기강도를 증진시킨 사례가 보고되고 있다. 이에 본 연구에서는 Amine계, Nitrate계 및 Sodium계 조강형 첨가제 샘플 5종을 제작하여 그 성능을 평가하였고, 우수한 성능을 보인 샘플을 선별하여 이를 적용한 3D 프린팅 콘크리트의 초기강도 특성을 확인하였다. 그 결과 Nitrate계 첨가제 사용 시 10 ℃ 환경에서 기존 20 ℃ 환경의 3D 프린팅 콘크리트 배합대비 동등 이상의 초기강도 발현이 가능한 것을 확인할 수 있었다.