<4D F736F F D D3131B0E6C8ADBAD2B7AEC4DCC5A9B8AEC6AEBBE7B7CABFACB1B82E646F63>

Size: px

Start display at page:

Download "<4D F736F F D D3131B0E6C8ADBAD2B7AEC4DCC5A9B8AEC6AEBBE7B7CABFACB1B82E646F63>"

선자 엄
5 years ago
Views:

1 경화불량콘크리트의사례연구 (1) 1. 서론 콘크리트는모래와자갈등을시멘트와물 ( 시멘트페이스트 ) 에의해결합시켜강고하게만들어진복합재료이며, 압축강도, 작업성, 내구성등의물성을향상시키기위하여다양한혼화재료를첨가하여제조하게된다. 뿐만아니라시간의경과에따라복잡한수화반응이일어나기때문에여러가지요인에의해품질문제가나타나게되고현장에서의시공요인등에의해그문제는더욱심화된다. 콘크리트타설후품질문제의양상은경화초기에는경화불량, 초기균열, 백화현상등에의해누수의원인이되기도하며, 경화후에는갖가지균열의발생으로구조물의내구성또는안전성에영향을주기도한다. 이러한문제점을사전에방지하려면콘크리트를구성한각원재료들의철저한관리와아울러콘크리트시공, 양생등의관리에각별한주의를기울이지않으면안된다. 또한일단문제가발생하면그원인을가능한한빠른시일내에밝혀대책을강구하는것도잊어서는안될중요한일이라하겠다. 그러나그원인이너무복잡하고복합적으로작용되기때문에정확한원인을규명하기는어렵고가능성이가장높은원인을제시하는경우가대부분이다. 본내용은콘크리트에나타나는여러가지품질문제들중특히초기 ( 약재령 2주정도 ) 응결경화불량의양상을건설현장에서의실제몇가지의사례를중심으로검토하고원인을분석하여대책을수립하는내용으로정리하였다. 2. 본론 2.1. 콘크리트의주요품질문제 콘크리트에있어서품질문제는여러유형으로나타날수있으며특히굳지않은 콘크리트와경화후의콘크리트의품질문제를나누어생각할수있다. 이러한품질 -1-

2 문제를일으킬수있는요인은재료, 배합설계, 제조공정, 시공, 사후관리등다양하다. 콘크리트에서나타날수있는여러유형의품질문제와그변동요인은다음과같이정리할수있다. 1) 굳지않은콘크리트의품질문제 1 슬럼프변동 : 골재의표면수, 계량오차, 운반시간등 2 공기량변동 : 사용재료, 콘크리트온도, 혼합시간등 3 블리딩변동 : 사용재료, 배합등 2) 경화콘크리트의품질문제 1 강도 : 사용재료, 배합, 제조공정관리, 시공관리, 시험오차 2 균열 * 초기균열 : 불균등침하, 표면의급격한수분손실, 시멘트의이상응결등 * 경화후균열 : 건조수축, 알카리-골재반응, 열응력철근부식, 집중응력, 하중과다등 3 경화불량 : 시멘트의화학조성, 유해물의존재량, 시공등 4 표면경화불량 : 탄산화, 초기동결, 불량거푸집의사용등 5 백화 : 기후, 경화체의치밀도등 6 염해, 중성화, 동해등내구성이와같이많은콘크리트의품질문제중특히경화초기에자주발생되는콘크리트의응결경화불량을중심으로알아본다 콘크리트의응결경화불량초기응결경화불량의원인은다양하지만크게분류하면다음과같다. 1) 원재료ㆍ제조상의요인 1 골재중의유해물 ( 당류, 유기물등 ) 혼입 2 사용수중의유해물 ( 당류, 유기물등 ) 혼입 3 시멘트품질저하 ( 풍화된시멘트사용등 ) 4 시멘트의화학성분 ( 특히 SO 3 함량및석고의존재형태등 ) -2-

3 5 시멘트의과소계량 6 혼화재료의과다한계량 ( 특히유기혼화제, 팽창재등 ) 7 기타제조시의이상 2) 시공상의요인 1 타설시의재료분리 2 현장에서의많은가수 ( 加水 ) 물시멘트비의증가 3 수중에서의타설 4 물이괸거푸집에서의타설 5 거푸집에서의몰탈누출 6 여름철의이상건조 7 겨울철의콘크리트동결 시멘트페이스트의감소 양생부족 8 혼화재료의현장투입에의한불충분한혼합 9 불량거푸집의사용 표면경화불량 이이외에도알려지지않은크고작은요인들이있을수있으며, 대부분의경우재령기간의경과에따라응결및강도의회복을기대할수있으나몇몇경우에는강도증진이되지않아부분적누수현상뿐만아니라균열과함께심하면붕괴에까지이를수있다. 다음은 3가지의콘크리트응결불량의현장사례이며, 현장조사와채취된시료의분석, 그리고분석을통하여얻어진추정을바탕으로한재현실험을실시하였다. 3. 경화불량사례 3.1 현장사례 (I) 개요 본사례는 1993년도경남지역에서발생한응결불량사례로 2주경과후에도경화가잘이루어지지않았으며육안관찰결과콘크리트내에시멘트의양이부족한것으로보였다. 따라서당시시멘트의화학분석과콘크리트중의시멘트함량을정량하였다. -3-

4 3.1.2 시험분석결과 1 시멘트화학분석 당시에사용되었던시멘트의화학조성은표 -1 과같다. 표 -1 시멘트의화학성분 SiO 2 Fe 2 O 3 Al 2 O 3 CaO MgO SO 3 Na 2 O K 2 O f-cao Ig.loss 콘크리트중시멘트정량시험 본시험은경화된포틀랜드시멘트콘크리트의시멘트함유량시험방법 (KS F 2416) 에 의거시험을시행하였다. 실험결과를계산하면다음과같다. S f = C f S c + A f S a (1) C f + A f = 1.0 (2) 여기서 S f : No. 6체통과시료중의가용성성분의백분율 C f : No. 6체통과시료중의시멘트량 A f : No. 6체통과시료중의골재량 S c : 시멘트중의가용성성분 ( 산화칼슘, 실리카 ) 의백분율 S a : No. 6체통과시료중의골재성분에있는가용성성분의함유백분율또한 C f W f +W L C t = 100 (3) 여기서 C t : 탈수한콘크리트중의시멘트백분율 W f : No. 6체를통과한시료의중량 W L : No. 6체에남은시료를산처리했을때없어진중량 W S -4-

5 W s : 탈수한콘크리트의중량 콘크리트 1m 3 당시멘트량 (kg) 으로표시하면, 여기서 10 C v = C t A (4) B-C C v : 콘크리트 1m 3 당시멘트의양 (kg) A : 노건조중량 (kg) B : 표면건조포화상태때의공기중중량 (kg) C : 수중중량 (kg) 10 : 1000kg 물 /m 위의계산식을이용하여다음의시험치를대입하면, S a = 2.56 S f = S c = W s = W f = W L = A = B = C = C f = = C f = 100= C v = =281.45kg/m 소견및대책 당시타설된레미콘은 ( 공기량 4.2%) 이고, 이때의시멘트량은약 -5-

6 350kg/m 3 로배합설계하였으나본시멘트정량시험결과 kg/m 3 으로밝혀져육안으로관찰된결과와일치하고있다. 따라서본레미콘에있어서초기경화불량은콘크리트중의시멘트부족또는부분적인편재때문인것으로사료되므로적절한조치가필요할것으로보인다. 즉공정라인상의어떤결함에의하여과소계량되었을가능성이있으므로공정의이상을잘파악하여교정해야할것이다. 3.2 현장사례 (II) 개요본사례는 1993년서울지역에신축중인빌딩의지하에서발생된설계기준강도 210kgf/cm 2 콘크리트구조물의응결불량의현장사례이다. 현장에나타난현상은콘크리트타설후약 2주가경과된싯점에서도지하2층벽체와기둥등에서부분적으로응결불량현상이나타났으며, 그상태는색깔이짙고습기가많았으며부슬부슬떨어져골재와시멘트페이스트부분이쉽게분리되었다. 특히응결불량이나타난부분은지하층이어서지하수등에의한누수를방지할목적으로구체방수제를사용 (3.77%) 하였고, 경화불량의현상이전체적인것이아니라부위가넓지않고부분적이라는점과구체방수제를현장에서투입했다는점으로부터배합상의문제, 기후적인요인, AE감수제의과잉첨가등에의한것이라기보다는구체방수재의혼합불량에의한것일가능성이높다고예상된다 원인분석결과및고찰 1) 분석내용및방법원인분석과정은그림-1과같으며본보고에서는몇가지결과만을수록하고자한다. 2) 현장현황조사현장에서의압축강도는슈밋트햄머 (Schmidt Hammer) 에의한비파괴시험으로검사하였다. 재령2주경과시의측정결과전체적으로설계기준강도의 70% 이상의추정압축강도를나타내나지하2층벽체및기둥부위몇군데의경우측정이불가능하거나상당히낮은추정압축강도의값을나타내었다. -6-

7 현장현황조사 채취시료의성분분석 사용혼화재료의분석 표준시료에의한정량분석 재현실험 슈밋트햄머에의한비파괴압축강도 X선회절분석 (XRD) X선회절분석적외선분광분석 (IR) SEM/EDS분석 자외-가시선분광분석 (UV) X선형광분석 (XRF) 몰탈압축강도콘크리트압축강도및응결시험 비교검토후경화 불량원인분석 보수, 보강안 마련및향후 대책의수립 그림 -1 원인분석과정 3) 현장채취콘크리트의성분분석현장시료는경화부위 1개소, 미경화부위 3개소의콘크리트를채취하였다. X선회절분석결과, 미경화시료는골재와시멘트페이스트부분의결합이약해서분리가쉬웠으며 Ca(OH) 2 수화물피크가나타나지않는것으로보아경화시료보다수화가진행되지않았거나진행되었다하더라도구체방수재중의플라이애쉬와의포졸란반응 (pozzolanic reaction) 으로소실되었을가능성이있다. 4) 사용혼화재료의분석 1 X선회절분석 -7-

본콘크리트타설시사용된혼화재료로는 AE감수제와구체방수재이며, AE감수제는액상, 구체방수재는분말상이었다. 구체방수재를물에풀면밑에가라앉는부분과위에부유하는물질을관찰할수있는데, 밑에가라앉은부분을채취하여 X선회절분석해본결과, α-quartz(sio 2 ) 와 mullite(3al 2 O 3 ㆍ2SiO 2 ) 를주성분으로한플라이애쉬입자인것으로보인다.

8 본콘크리트타설시사용된혼화재료로는 AE감수제와구체방수재이며, AE감수제는액상, 구체방수재는분말상이었다. 구체방수재를물에풀면밑에가라앉는부분과위에부유하는물질을관찰할수있는데, 밑에가라앉은부분을채취하여 X선회절분석해본결과, α-quartz(sio 2 ) 와 mullite(3al 2 O 3 ㆍ2SiO 2 ) 를주성분으로한플라이애쉬입자인것으로보인다. 2 적외선분광분석 (IR : Infra Red Spectroscope) 구체방수재를물에풀었을때위에뜨는물질은 XRD 에의해서는정성할수없었고따라서유기물로보여지므로 IR분석을실시하였다. 구체방수재부유물의건조물을 IR분석한결과, 스테아린산계통으로판단되고뒤의 SEM/EDS 분석결과에서 Zn이다량검출된것으로보아방수재에많이사용되고있는지방산인스테아린산아연 (Zinc stearate) 인것으로생각된다. 3 SEM/ESD분석경화및미경화시료와구체방수재의미세구조와성분분석을위해서 SEM/EDS(Scanning Electron Microscope/Energy Dispersive Spectroscopy) 분석을행하였다. 사진-1은구체방수재의 SEM사진으로서둥근입장 (1~10μm) 와부정형의덩어리입자로구성되어있는것을볼수있다. 이것을성분분석하기위해서 point EDS분석결과둥근입자는주성분이 SiO 2 와 Al 2 O 3 로이루어진플라이애쉬입자이며 ( 그림-1), 부정형입자는거의대부분이 Zn으로이루어져있다는것을알수있다.( 그림-2) 사진 -1. 구체방수재의 SEM 사진 -8-

9 그림 -1. Point I 의 EDS 분석결과 그림 -2. Point II 의 EDS 분석결과 5) X선형광분석 (XRF : X-Ray fluorescence analysis) 에의한정량분석구체방수재중에는스테아린산아연을함유라고있고따라서 Zn의양을 XRF로검출하여경화및미경화시료에존재하는구체방수재의양을정량하고자하였다. 구체방수재의양을 3.77, 5, 10, 20, 40, 60, 80% 치환첨가한시멘트모르터를제작하여 2주기간양생후분쇄하여표준시료로하였다. 표-2에표준모르터, 미경화시료 3 개및경화시료 1개의 XRF분석에의한 Zn 검출량 (2θ=41~42.2 ) 측정결과를나타내었다. 경화시료와미경화시료내에존재하는 Zn의검출강도를비교하여보면미경화시료의 Zn의최대강도가경화시료보다높게나타나고있다. 이는미경화시료에스테아린산아연이경화시료보다많이존재한다는것을나타낸다. 그림-3의검량곡선을이용하여경화시료및미경화시료의구체방수재의존재량을추정하면경화시료는대략 4.5% 이고미경화시료의존재량은 18~22% 정도로사료된다. 표 -2 XRF 분석결과 시료 구체방수재첨가량 Zn Max. intensity (KCPS) 2Θ range (degrees) 추정구체방수재함유량 표 3.77%( 표준첨가량 ) ~ 준시료 5% % % % %

10 80% 현 A( 미경화시료 ) 장 B( 미경화시료 ) 시 C( 미경화시료 ) 료 D( 경화시료 ) ) 재현시험위의분석결과경화및미경화콘크리트시료간의차이는구체방수제의함유량이었으며이러한구체방수재의첨가량이실재콘크리트의응결및강도특성에어떠한영향을미치는지를알아보고자하였다. 콘크리트배합은당시사용했던동일한배합에시멘트를구체방수재로 3.77, 10, 20, 40, 60, 80% 각각치환첨가하였으며, KS L 2405 규격에준하여공시체를제작하고 KS F 2436 관입저항침에의한콘크리트응결시간시험방법으로응결특성을알아보았다. 콘크리트의재령7일압축강도를측정한결과와응결시험결과를표-3에나타내었다. 표에서보는바와같이구체방수재첨가량 20% 를기준으로콘크리트의압축강도가급격히감소됨을알수있다. 구분 4, 5, 6은재령7일에도전혀탈형할수없을정도이며, 콘크리트의수화반응을전혀볼수없었다. 콘크리트의응결시험결과에서도압축강도와비슷하게구체방수재를 20% 이상첨가한공시체는재령8일까지응결이전혀진행되지않았다. 따라서앞의분석결과와물성시험에의한재현실험을종합해보면본미경화콘크리트의경화불량의원인은현장에서투입된구체방수재의혼합불량에의한것이라는것을알수있었다. 표-3 콘크리트압축강도 ( 재령1주 ) 와응결시험결과 구분 구체방수제 (%) 평균압축강도응결시간 (Hr : min) (kg/cm 2 ) 초결종결 ( 표준첨가량 ) : : : : 시간이상 200시간이상

11 결론및대책위의분석결과다음과같은결론을얻었다. 1) 본조사대상구조물의콘크리트강도를조사한결과설계기준강도 210kg/cm 2 를만족하는것으로나타나일부경화불량부분을제외한나머지부분은건전한것으로판단된다. 2) X선형광분석결과, 경화불량을일으킨콘크리트시료내에서구체방수재의지방산성분인스테아린산아연이표준첨가량을초과하여검출되었다. 3) 따라서본사례는구체방수재의현장첨가시구체방수재의혼합불량특성으로인하여완전히혼합되지못한부분에서부분적으로경화불량을초래한것으로판단된다. 4) 지하의누수를방지할목적으로혼합사용하는구체방수재의사용시, 혼합특성이좋지않다는점을감안하여현장에서투입하더라도사전에혼합후의물성과혼합시간에대한충분한검토를거친후에적정량을사용하도록주의해야한다. 그림 -3. 구체방수재의첨가량에따른 XRF 에의한 Zn 검출량의검량곡선 -11-

관리 번호 김포공항콘크리트포장보수공사 공사시방서 ( 토목 )

관리 번호 김포공항콘크리트포장보수공사 공사시방서 ( 토목 ) 2017. 3. 등록번호개정번호 등록번호개정번호 등록번호개정번호 등록번호개정번호 등록번호개정번호 등록번호개정번호 등록번호개정번호 등록번호개정번호 등록번호개정번호 등록번호개정번호 등록번호개정번호 등록번호개정번호 등록번호개정번호 등록번호개정번호 등록번호개정번호 등록번호개정번호 등록번호개정번호 등록번호개정번호