기술기사 _ 건축 275MPa 급초고강도콘크리트기술개발 송영찬사원, 김용로과장, 김욱종차장 ( 건축연구지원팀 ) I. 서론 고강도콘크리트란콘크리트표준시방서에서압축강도 40MPa 이상의콘크리트로규정하고있으며초고강도콘크리트에대한명확한규정은없으나통상적으로 100MPa 이상의압축강도를갖는콘크리트를초고강도콘크리트로구분하고있다. 또한건축물에서콘크리트의압축강도별적용수준을살펴보면 40층이상의고층건축물에 40MPa 이상의고강도콘크리트를적용하고있으며, 100MPa 이상의초고강도콘크리트는현재까지적용된경우는없으나최근 150층이상의초고층건축물에적용계획을가지고있다. 이에최근전세계적으로 100층이상의초고층건축물에대한관심이증가함에따라초고층건축물의핵심기술로고강도콘크리트의실용화기술이활발히이루어지고있으며이와더불어고강도콘크리트의강도또한향상시켜초고강도콘크리트의개발이요구되고있다. 이에따라국내대형건설사및콘크리트관련업체를중심으로초고강도콘크리트개발을경쟁적으로진행하고있으며국내외초고층프로젝트에서의기술선점을위한홍보자료로활용하고있다. 그림 2 대외발표된초고강도콘크리트강도수준 (2008 년 12 월 ) 그림 1 초고강도콘크리트의정의 당사의경우고강도콘크리트의실용화위주로기술개발이진행되어상대적으로초고강도콘크리트의개발이뒤쳐져있는상황이었으나최근초고강도 126 대림기술정보지
콘크리트기술개발을통하여국내최고강도인 275MPa 급초고강도콘크리트개발을완료하였으며, 이에본고에서는당사의초고강도콘크리트에대해소개하고자한다. II. 기술동향 고강도콘크리트의기술개발은국외의경우미국에서 1960년대에이미 50MPa 이상의고강도콘크리트를이용하여건축물에적용하였으며 1980년대에 100MPa 이상의초고강도콘크리트를실험기 둥에적용한사례가있다. 일본의경우 1970년대에초기에는고강도의목적보다는콘크리트의유동화를목적으로고성능콘크리트위주로연구를진행하였으나 1981년에 " 고강도콘크리트조설계및시공지침 " 을작성하여 1990년대에 60MPa 이상의고강도콘크리트를건축물에적용하기시작하였다. 한편국내의경우 1980년대후반기부터고강도콘크리트의연구가활발히이루어지기시작하여 40MPa 이상의고강도콘크리트가올림픽대교, 노량대교등에적용되기시작하여최근에는 250MPa 이상의초고강도콘크리트개발에까지이르렀다. 표 1 고강도콘크리트를사용한건축물 건축물위치타설연도 층수 최대설계강도 (MPa) 건축 One Shell Plaza Houston 1968 41 Pacific Park Plaza Emeryvill, CA 1983 30 45 SE Financial Center Miami 1982 53 48 Pertocanada Building Calgary 1982 34 50 Lake Point Tower 1965 70 1130 S.Michigan Ave. Texas Commerce Tower Houston 1981 75 Helmsley Palace Hotel New York 1978 53 Trump Tower New York 68 City Center Project Minneapolis 1981 Larimer Place Condominiums Denver 1980 31 499 Park Avenue New York 27 59 Royal Bank Plaza Toronto 1975 43 61 Richmond-Adelaide Center Toronto 1978 33 61 Midcontinental Plaza 1972 50 Frontier Towers 1973 Water Tower Place 1975 79 River Place 1976 56 Mercantile Exchange 1982 40 Columbia Center Seattle 1983 76 66 Interfirst Plaza Dellas 1983 72 69 900 N.Michigan Annex 1986 15 97 2009 하반기호 127
기술기사 _ 건축 표2 기존초고강도콘크리트개발방안강도발현방법개발기관 W/B저감결합재골재제작및양생대림산업고성능감수제실리카퓸일반화강석표준양생 III. 성능평가 1. 실험계획 대우건설 고성능감수제 프리믹스시멘트 고강도용화강석 가압양생 삼성건설현대건설 GS건설포스코건설롯데건설 고성능감수제초고성능감수제초고성능감수제초고성능감수제고성능감수제 프리믹스시멘트프리믹스시멘트특수처리실리카퓸프리믹스시멘트실리카퓸 고강도용화강석보크사이트고강도용화강석현무암일반화강석 표준양생고온양생고온양생표준양생표준양생 학계및연구원초고성능감수제 프리믹스시멘트 고강도용골재 표준및고온양생 국내초고강도콘크리트개발방안으로는 120MPa 이하의경우고강도콘크리트와유사한방법으로강도발현이가능하나 150MPa 이상의경우프리믹스시멘트, 고강도용골재및특수한제조방법도입이불가피하다. 또한초고강도콘크리트개발을위해서는고강도콘크리트와차별화된제조및관리방법의적용이필수적이라하겠다. < 표 2> 는국내기존초고강도콘크리트개발방안을나타내었다. 초고강도콘크리트의최적배합및양생방법을도출하기위하여 < 표 3> 과같이 10 차에걸친배합시험을진행하였다. 10차에걸친배합시험결과 < 표 4> 및 < 그림 3> 과같이최적배합및양생방법을도출하여콘크리트비빔을진행하는것으로하였다. 그림 3 초고강도콘크리트양생계획 표 3 초고강도콘크리트최적배합시험 구분 시험요인 보완사항 1 차실험 기존배합검토 SiO2 성분반응성 다짐방법검토 2 차실험 골재종류검토 ( 칠곡산, 울산산 ) SiO2 성분추가 양생방법 / 기간검토 3차실험예비실험 결합재구성비검토 양생기간조절검토 ( 기존 1일변경 3일 ) 시멘트모르터검토 실리카퓸 / 실리카파우더적정사용량검토 실리카퓸 : 실리카파우더치환량결정 4 차실험 골재종류검토 ( 현무암, 소결알루미나 ) 현무암골재산지검토 실리카파우더종류검토 5 차실험 실리카파우더종류검토 ( 국내산, 수입산 ) SiO2, CaO 성분비조정 실리카퓸입도분석 6 차실험 SiO2, CaO 성분비조정검토 오토클레이브시기변경검토 SiO2 성분비조정 강도발현형결합재검토 믹서효율검토 7 차실험 결합재입도및성분비검토 믹서효율검토 (Twin Shaft Mixer) W/B 조정검토 골재비교검토 8 차실험 C:S 성분비조정검토 골재 ( 오석, 현무암 ) 비교검토 W/B 조정 적정 W/B 검토 초조강시멘트검토 9 차실험 적정 W/B 검토 초조강시멘트적용 소포제검토 10 차실험 소포제검토 배합조정 믹서효율검토 표 4 초고강도콘크리트배합표 W/B (%) S/a (%) 공기량 (%) W 배합비 (%) (kg) C SF SP 소석회 시멘트골재 1 골재 2 11.5 100 1.0 138 50 10 35 5 고분말규사보크사이트 128 대림기술정보지
2. 사용재료사용재료로시멘트는국내L사의고분말시멘트를사용하였으며실리카흄은체코산비정질실리카를사용하였다. 또한실리카파우더는미국산마이크로실리카를사용하였으며혼화제로는 G사의초고강도용혼화제를사용하였다. 사용된골재는고순도규사와 3mm 이하의골재크기로가공된보크사이트를사용하였다. 3. 실험방법초고강도콘크리트의강도발현을위하여결합재의균일한혼합이중요하므로 < 그림 4> 의분말용 V 형믹서를이용하여프리믹스타입의결합재를제조하고 < 그림 5> 의트윈샤프트믹서를이용하여결합재와골재를넣고 5분간건비빔을한후물과혼화제를섞어 10분간비빔을하였다. 시험체제작은 100 200의원주형공시체를사용하여제작하였으며콘크리트내부공기를최대한제거하기위하여그림 6의테이블진동기를이용하여 10분간다짐을하였다. 시험체의양생은 < 그림 3> 의양생계획에따라시험체제작후항온항습실에서 5 저온양생을 7일간실시한후 180 10 기압에서오토클레이브양생을 8시간실시하였다. 또한오토클레이브양생후재하용량 300ton의압축강도시험기를이용하여압축강도를측정하였다. 건축 그림 4 분말용 V 형믹서 그림 6 테이블진동기 그림 5 트읜샤프트믹서 그림 7 압축강도시험기 2009 하반기호 129
기술기사 _ 건축 4. 실험결과검토및분석 Ⅳ. 대외홍보성과 < 그림 8> 은비빔직후슬럼프플로우를측정한사진이다. 슬럼프플로우값은 565mm로나타나유동성은양호한것으로판단되었다. 저온양생및오토클레이브양생을실시한후압축강도를실시한결과최고압축강도는 275MPa 이상강도가발현되어연구목표를충족하는것으로나타났다. < 그림 10> 는금번개발한 275MPa 급초고강도콘크리트관련보도자료로서 2009년 6월 11 일이후국내일간지 10개사및인터넷뉴스 19곳등에홍보기사가개제됨으로써당사의초고층건축물과관련한기술력이수함을대외적으로알리는성과를가졌다. 그림 8 슬럼프플로우 그림 9 압축강도측정후시험체형상 그림 10 275MPa 급초고강도콘크리트관련보도자료 130 대림기술정보지
Ⅴ. 결론 참고문헌 금번개발한 275MPa 급초고강도콘크리트는국내개발된콘크리트중최고강도콘크리트라는데큰의의를가진다. 이러한초고강도콘크리트는초고층건축물의요소기술로써부재의슬림화, 건축물의자중감소뿐만아니라철근량감소등구조적으로유리한부분이있지만실용화를위해서는다음과같은사항들이시급히연구되어야할분야로판단된다. 1) 水田ほか, 300MPa 級の超高度コンクリ-トの度發現機構に關する硏究, コンクリ-ト工年次論文集, Vol.29, No.2, 2007, pp.103~108 2) 山口重英ほか, シリカヒュ-ムを混和したコンクリ-トの流動性および度に及ぼす練混ぜの影響, コンクリ-ト工年次論文集, Vol.16, No.1, 1994, pp.389~394 3) 김강민외, 하이플로시멘트를이용한 240 MPa 초고강도콘크리트물성에관한연구, 2008년봄콘크리트학회학술발표회논문집, pp 365 ~ pp 368 PC 부재로적용하기위한초고강도콘크리트의거동특성 초고강도콘크리트의내구특성 재료의국산화로가격경쟁력향상 건축 이러한연구가성공적으로수행된다면향후국내초고층건축물시공에있어서기술및가격경쟁력측면에서비교우위를선점할것으로판단된다. 2009 하반기호 131