토목시공기술사 문제 풀이 연습 제92회 4교시 4번 문제 - Mass Concrete 온도응력
2010. 92회. 4교시. 4번 문제.
매스콘크리트(Mass Concrete)에 발생하는 온도응력에 의한 균열제어 대책에 대하여 설명하시오.
Ⅰ. 개요
1. Mass Concrete는 댐, 원자로, 교량 등의 대규모 현장의 대규모 콘크리트를 말하는 것으로 수화열로 인한 온도응력, 온도균열 대책을 검토해야 함.
2. 수화열은 시멘트 석고(CaO)와 물(H2O)이 반응하며 즉, 가수 시 발생하는 열로 125cal/g이 발생하므로 Mass Concrete의 경우 발생량, 발열량이 매우 크므로 관리가 필요함.
3. 수화열 관리 불량 시 과다한 온도응력 발생으로 온도균열이 발생하며 이는 내구성 저하와 열화의 원인이 됨.
4. 수화열 관리 방안에는 온도 저감, 균열 관리를 통한 온도응력 제어, 재료 간섭 확보를 통한 온도균열 저감 방법 등이 있음.
Ⅱ. Mass Concrete의 온도균열 제어를 위한 검토 방법
1. 기왕의 실적에 의한 방법
가. 과거 데이터를 기반으로 한 경험적 추론 방법
2. 욘도균열 지수에 의한 검토 방법
가. 정밀법(응력) Icr(t) = 재령(t)일의 인장강도 / 재령(t)일의 인장응력
나. 간이법(온도)
- 내부구속(팽창) = 15 / (ΔTi)
- 외부구속(수축) = 10 / (R×ΔTo)
Ⅲ. Mass Concrete 온도균열 제어 대책
1. 재료: 저열 Cement 사용, 혼화재(Flyash, 고로슬래그) 사용, 혼화제(AE제, 지연제) 사용, Belite Cement 등 고품질 Cement 사용
2. 배합: 빈배합(250kg/㎥ 이하), 양입도 골재 사용, Slump 감소
3. 시공: 계획적인 일 타설량/작업량 → 시공줄눈, 균열제어, 재료 및 배합수 냉각, 습윤/봉함 양생, Pre/Post Cooling Method, 철저한 비빔 작업(국부적/집중 온도응력 발생은 품질에 치명적)
Ⅳ. Cooling Method
1. Pre-Cooling
가. 콘크리트 온도 1℃는 골재 온도 2℃, 물(결합수) 온도 4℃, Cement 온도 8℃에 비례함
나. 따라서 골재, 결합수, Cement 온도를 사전 냉각함으로 온도응력 발생을 억제
다. 재료 냉각 시 특히, 결합수에 얼음을 넣을 때 배합비, 이물질 투입, 재료 분리 등에 주의하여야 함
2. Post-Cooling
가. 직경 2.5cm 파이프를 1.5m 간격으로 사전에 매입하여 냉각수를 통해 양생 중 수화열 감소 유도
나. 특히, 내외부 온도차를 줄이는데 효과적
다. 파이프라인 설정 등 사전 계획 필요
라. 양생 완료 후 파이프 내 숏크리트 등으로 메꿈 작업 필요
Ⅴ. 혼화재, 혼화제 사용을 통한 수화열 저감
1. Flyash 30% 가량 섞으면 수화열이 절반 가량 줄어듦
2. 또한, 고품질 콘크리트 기대 가능
3. 다만, 요즘 Flyash, 고로슬래그 등의 원자재 가격 폭등으로 경제성 고려 필요
Ⅵ. 철저한 품질관리를 통한 온도균열 제어 사례
<충주 oo 교량(교각) 시공 현장>
1. 현장명: 충주 oo 교량 현장
2. 문제점
가. Mass Concrete
나. 갑작스러운 고강도 Concrete로 변경(27MPa → 40MPa)
다. 소규모 현장으로 공사비 여유가 없음
3. 대책
가. 수화열 저감 대책은 시공성, 경제성에서 현장 여건 상 적용 불가
나. 현장 여건 고려한 철저한 시공 관리 실시
- 최대 골재 치수 25mm 이하, 슬럼프 150mm로 관리
- 보온, 습윤(비닐) 양생 실시
4. 결과: 치명적인 온도 균열 발생 없었음, 고품질(58MPa) 콘크리트 확보
5. 기본적인 사항(재료, 배합, 시공)을 철저하게 관리함으로써 고품질 콘크리트 확보가 가능했지만 관리적 측면에 대한 경제성 또한 무시하지 못하므로 각 현장 여건에 맞는 방법을 찾는 것이 필요하다고 사료됨
