수화반응 모델을 이용한 2성분계 콘크리트의 단열온도상승 예측에

Abstract

최근 건축 구조물이 초고층화, 대형화 되어감에 따라 구조물의 기초 및 골조 또한 대형화되어 가고 있다. 이 건축물들의 기초의 경우 매트 기초의 매스 콘크리트의 시공이 증가하고 있으며, 혼화재가 혼합된 고강도 콘크리트의 사용이 증가하고 있다. 이러한 고강도 콘크리트의 경우 제조 시 높은 결합재량을 요구하기 때문에 이로 인한 높은 수화열을 발생 시키게 되어 온도 균열을 야기 시키는 원인이 되기도 한다. 그렇기 때문에 고강도 콘크리트의 수화열에 대한 연구가 이루어져야하며 이에 따른 매스구조물의 온도 균열에 대한 평가와 온도응력 양을 예측하기 위해 수화반응과정에서의 수화발열량을 구하는 것이 필요하다고 하겠다.

수화발열량으로 인한 온도 균열에 대한 대책으로는 여러 가지 방법 들이 있지만 본 연구에서는 재료․ 배합상의 측면에서 단위 시멘트 량의 증가에 따른 온도균열을 방지하기 위하여 시멘트를 플라이애시, 슬래그와 같은 혼화재로의 치환을 고려하였고, 이에 따른 수화열을 기존의 실험이나 단열온도 상승식을 이용한 프로그램 해석적인 연구가 아닌 콘크리트의 수화 반응에 따른 예측모델을 이용하여 미시적 관점에서의 예측을 실시하였다.

기존의 Tomozawa 수화반응식의 경우 보통 포틀랜드 시멘트의 사용에 대한 고려는 되어있었지만 고강도 콘크리트와 같은 혼화재가 혼합된 콘크리트에 대한 고려는 부족했다. 본 연구에서 고려되어진 Lee&Wang's 멀티 컴포넌트 수화반응 모델의 경우 기존에 연구되어진 Tomozawa 수화반응식을 바탕으로 제시되었으며, 보통 콘크리트 뿐만 아니라 혼화재의 혼합, 물 소모 메커니즘을 고려하여 수화열의 예측이 가능하다.

Lee&Wang's 멀티 컴포넌트 수화반응식을 이용하여 혼화재가 혼합된 시멘트 레벨에서의 수화열 계수를 산정할 수 있었으며, 그 계수를 이용하여 콘크리트 단열온도 상승 값을 구할 수 있었다. 본 예측식의 검증을 위하여 기존 Maekawa의 실험 데이터와의 비교를 실시하였으며, 그 타당성을 검증하였다.

따라서, 본 연구에서는 시멘트 수화반응으로부터 접근하여 시멘트 레벨에서의 수화열을 예측하였으며, 그 타당성 검증과 배합과 물성데이터 만을 이용한 수화열 프로그램 해석을 통해 Lee&Wang's 멀티 컴포넌트 수화반응식을 이용하여 범용적으로 사용할 수 있는 수화열 예측 시스템 구축의 필요성을 제시하고자 한다.