수중불분리 콘크리트의 품질은 혼화제의 성능 및 배합비와 같은 변수들에 영향을 받으며, 이들 중 혼화제의 성능은 수중불분리 콘크리트의 품질에 많은 영향을 주고 있다. 따라서, 본 연구에서는 수중불분리성 혼화제를 사용한 콘크리트의 슬럼프 플로우, 응결시간, 압축강도 및 수중분리도를 측정하여 수중불분리성 혼화제의 성능을 평가하였다. 그 결과, 수중불분리성 혼화제를 사용한 콘크리트는 플레인 콘크리트보다 유동성, 압축강도 및 수중불분리도와 같은 콘크리트의 품질이 개선되는 것으로 나타났다.
본 연구에서는 광물질 혼화재료를 사용한 수중불분리성 콘크리트의 물성을 만족하면서 수중불분리성 혼화제의 사용량을 줄이기 위한 배합적 접근과 수중불분리성 콘크리트의 시험에 있어 실무와 차이가 있는 사항에 대하여 검토를 실시하였는데, 그 결과를 요약하면 다음과 같다. 우선 광물질 혼화재료를 사용하는 수중불분리성 콘크리트의 최적 단위수량 및 수중불분리성 혼화제의 사용량은 190 kg, 0.9%/W인 것으로 나타났으며, 특히 목표강도의 W/B에서 5% 정도로 낮춘 W/B로 배합설계를 통해 단위수량 및 수중불분리성 혼화제 사용량을 줄여 W/B 조절에 따른 재료분리저항성, 압축강도 등의 품질 확보 및 경제성의 확보가 가능할 것으로 판단된다. 또한, 탁도계를 이용한 혼탁물질량의 측정을 위해서는 탁도계 검침부 삽입 후 1분 경과 시점에서 안정적인 값을 나타냈으나, 수중불분리성 콘크리트의 혼탁물질량을 측정하기 위해 실무에서 사용되는 탁도계와 KCI -AD102 표준방법과의 상관성에 대한 부분의 검토가 필요할 것으로 판단된다. 수중 공시체 제작방법에 따른 압축강도의 발현성은 크게 차이가 없는 것으로 나타났다.
본 연구에서는 고로슬래그미분말과 플라이애쉬의 치환율 변화에 따른 굳지 않은 수중불분리성 콘크리트와 경화한 수중불분리성 콘크리트의 특성에 관하여 연구하고자 하였다. 실험변수는 W/C비는 50%로, S/a는 40%로 고정하고, 고로슬래그는 0, 10, n, 30, 40, 50, 60%로 치환하였으며, 플라이애쉬는 0, 10, 15, 20, 25, 30, 35%로 치환하여 고로슬래그미분말과 플라이애쉬의 치환율 변화에 따른 수중불분리성 콘크리트의 특성에 관하여 연구하였다. 굳지 않은 수중불분리성 콘크리트의 pH 현탁물질량 그리고 슬럼프플로우를 측정하였으며, 경화한 수중불분리성 콘크리트의 재령 7일, 28일, 56일의 압축강도를 측정하였다. 굳지 않은 수중불분리성 콘크리트의 pH 현탁물질량, 그리고 슬럼프플로우를 측정한 결과, 모두 대한토목학회에서 제시한 기준값과 배합설계기준값을 모두 만족하는 것으로 나타났다. 재령에 따른 경화한 수중불분리성 콘크리트의 압축강도는 전체적으로 해수에서 제작?양생한 것이 해수에 포함된 염류 중에 황산마그네슘($MgSO_4$)이 콘크리트의 수화시 발생되는 수산화칼슘($Ca(OH)_2$)과 반응하여 생성된 에트링자이트(ettringite)로 인하여 콘크리트의 부피를 팽창시켜 열화를 일으켜 담수에서 제작 양생한 콘크리트의 압축강도보다 낮게 발현되는 것으로 나타났다. 종합적으로 검토해 본 결과, 수중공사의 특성상 수질오염, 다짐의 어려움이 큰 시공상의 특성 및 압축강도특성 등을 고려할때 고로슬래그미분말 및 플라이애쉬의 최적 치환율은 30%인 것으로 판단된다.
최근, 장대교량의 해상기초 구조물에 수중불분리성 콘크리트의 사용이 증가되고 있다. 그러나, 해상기초 구조물에 사용되는 수중불분리성 콘크리트의 공사기간을 단축시키기 위해서는 이전의 수중불분리성 콘크리트보다 유동성을 크게 개선시키는 고유동 수중불분리성 콘크리트의 제조가 필요하다. 따라서 본 연구의 목적은 해상기초 구조물에 사용되는 고유동 수중불분리성 콘크리트의 최적배합비를 도출하는 것이다. 이를 위하여 단위결합재량 550, 600kg/$m^3$ 각각에 대해서 수중불분리성 혼화제 첨가량별로 고로슬래그 미분말을 혼입한 콘크리트를 제작하였다. 제작된 콘크리트의 슬럼프 플로, 응결시간, 수중분리저항성 및 압축강도 비와 같은 품질성능을 관련 규격에 따라 평가하였다. 결국, 고로슬래그 미분말을 혼입한 고유동 수중불분리성 콘크리트는 관련 규격을 만족시키는 수중불분리성 혼화제의 최소 첨가량이 필요한 것으로 나타났다.
최근 해양 개발의 추세에 따라 많은 수중콘크리트 구조물이 건설되고 있다. 이에 따라 일부 외국에서는 종래의 치기방법 개선 위주의 연구에서 벗어나 수중에서 쉽게 분리되지 않는 특수 혼화제의 개발에 성공함으로써 공기중에서 치는 콘크리트와 대등한 품질을 갖는 수중콘크리트의 실험과 시공에 성공하였지만 아직 국내에서는 연구실적이나 시공사례가 없다. 본 논문에서는 수중불분리 콘크리트에 대한 성공적인 실험, 시공사례를 참고로 실내 실험을 실시하여 수중불분리성 혼화제 및 다른 혼화제와의 상호작용으로 인한 수중불분리 콘크리트의 물성변화를 정량적으로 평가하였고, 정온 상태의 해상 환경에 적용할 수 있는 최적의 배합을 결정하였다.
수중불분리성 콘크리트의 적용 사례가 점차 증대되고 있는 추세임에도 불구하고 역사가 짧은 탓으로 신뢰성 등에 대한 문제점을 지적하고 있다 특히 수중불분리성 콘크리트는 동결응해에 대한 저항성이 매우 취약한 것으로 알려져 있어 일본토목학회에서는 동결융해작용을 받는 지역에서는 사용해서는 않된다고 규정하고 있다. 본 연구에서는 수중불분리성 콘크리트의 내구성을 향상시키기 위한 목적으로 광물질혼화재 3종류로 제조한 수중불분리성 콘크리트의 기초물성과 동결응해 저항성에 대한 실험을 실시하였다. 본 연구실험결과 FA20 및 SG50의 유동성 및 장기강도는 기준콘크리트 보다 양호한 경향을 보인 반면 현탁물질량은 약간 큰 값을 나타내었다. 한편 MK10의 경우, 빠른 수화반응으로 현탁물질량과 압축강도는 양호한 결과를 나타내었으나 유동성은 다소 떨어지는 문제점이 있었다. 한편, 수중불분리성 콘크리트의 동결응해 저항성은 셀룰로오스계 수중불분리성 혼화제에 의한 크고 불규칙한 갇힌공기 때문에 광물질혼화재를 혼합한 경우에도 효과가 적었으나 SG50과 MK10의 공기량 $6{\pm}0.5\%$의 경우, 동결응해 저항성이 약간 향상되는 결과를 얻었다. 그러나 고로슬래그 미분말의 분말도를 달리한 경우 분말도가 증가할수록 활성도가 높아져 동결응해 저항성이 향상되는 경향을 나타내었다.
본 연구에서는 수중불분리혼화제로서 메칠셀룰로스계를 사용하였고 자체 개발한 멜라민유동화제의 수중불분리콘크리트에 대한 사용량을 5, 7, 9, 11 kg/$m^3$으로 첨가량을 달리하여 slump folw, flow loss, 응결사간, 탁도 및 pH, 압축강도, 수중/기중 압축강도비를 실험한 결과 수중불분리콘크리트의 물성이나 경제성등을 고려할 때 수중불분리콘크리트에서의 멜라민유동화제의 사용량은 약 9 kg/$m^3$인 것으로 나타났다.
구조재료로 사용되는 콘크리트란 시멘트, 모래, 자갈과 같은 고형분들이 물에 분산되어 있는 복합물질이다. 수중에 콘크리트 몰탈을 타설할 때, 점탄성 특성이 우수하면 재료 분리가 적고, 물에 쓸려 내려가는 성질이 적고, 또 콘크리트가 잘 충진되어 강도가 강화될 수 있다는 점에서 콘크리트의 레올로지 물성은 매우 중요하다. 본 연구에서는 음이온 계면활성제, 양이온 계면활성제, 고분자계 증점제의 사용에 따른 콘크리트 첨가제의 최적 혼합 비율을 알아보았으며, 콘크리트나 몰탈의 레올로지 물성의 변화와 수중불분리성에 대해 연구하였다. 음이온과 양이온 혼합계면활성제를 사용하는 pseudo-polymeric system을 적용한 콘크리트는 고점성이면서 수중불분리성은 우수하지만 펌핑성이 떨어지지만, 여기에 poly methyl vinyl ether (PMVE)를 소량 첨가하면 오히려 점도는 감소되면서 점탄성이 증가되고, 흐름성이 우수하며, 수중불분리성, 펌핑성 및 콘크리트 충진성이 향상되었다.
본 논문에서는 수중불분리혼화제와 수중불분리혼화제+방청제를 병용(1 type)한 혼화제를 사용하여 콘크리트의 slump flow, 탁도, pH, 방청효과, 블리딩, 압축강도의 특성을 분석하였다. 그 결과 slump flow, 탁도, pH, 압축강도등 콘크리트의 물리적인 특성에서는 차이가 없었으나 부식촉진서험결과 수중불분리혼화제만을 사용한 콘크리트와 방청제를 병용(1 type)하여 사용한 것의 방청율이 큰 차이를 나타내었으며, 수중불분리혼화제만을 사용하였을 경우 5.4, 방청제와 병용하여 사용하였을 경우 0.07%로 방청제를 병용(1 type)하여 사용한 큰크리트의 내부식성이 높게 나타났다.
수중콘크리트는 재료분리에 의한 품질의 저하, 현장 주변의 오염 등 문제점이 있을 뿐만 아니라 고강도 및 초대형 수중콘크리트 구조물을 축조해야 할 필요성이 요구되면서 새로운 재료 및 공법의 개발이 요망된다. 그래서 수중불분리성 콘크리트의 재료분리와 수화열의 저감 및 장기강도 증진을 목표로 제조한 수중불분리성 콘크리트의 현장적용성에 대한 연구를 착안하게 되었다. 모형 실험체(I)에 의한 실험결과, 슬럼프 플로우 58cm인 수중불분리성 콘크리트를 24㎥/hr 정도의 속도로 타설할 경우, 5m의 단부까지 약 1분 정도 소요되었으며, 타설면은 거의 수평을 유지하는 시공성을 나타내었으며, 각 부위별 코어 공시체의 압축강도는 240 kgf/$\textrm{cm}^2$을 상회하는 값임을 알 수 있었다. 한편, 모형 실험체(II)에 사용된 고강도용 수중불분리성 콘크리트의 pH값과 현탁물질량은 각각 경과시간 30분에서 10.0~11.0 및 51 mg/$\ell$, 초결 및 종결시간은 각각 30 및 37시간 정도 그리고 슬럼프플로우 값은 53$\pm$2cm범위였다. 이 콘크리트로서 27㎥/hr 정도의 속도로 타설한 결과, 철근 배근의 유무에 관계없이 유동속도는 큰 차이가 없었으며 유동 구배는 거의 수평면을 유지하였다. 코어 공시체의 압축강도 및 탄성계수는 유동거리가 멀어질수록 약간 감소하였으나 중앙부위에서 가장 큰 값을 나타내었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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