A Numerical Study on the Characteristics of Plastic Shrinkage Cracking on Concrete Slab with Sequential Placement

콘크리트工學

大 韓 土 木 學 會 論 文 集

第26卷 第4A 號·2006年 7月 pp. 795 ~ 808

분할타설되는 콘크리트 슬래브의 소성수축균열 특성에 대한 해석적 연구

A Numerical Study on the Characteristics of Plastic Shrinkage Cracking on Concrete Slab with Sequential Placement

곽효경*·하수준**

Kwak, Hyo-Gyoung · Ha, Soo-Jun

···

Abstract

In this paper, an analytical method which can predict the occurrence of plastic shrinkage cracking on concrete slabs with sequential placement is proposed on the basis of the numerical model introduced in the previous study. The influence of many design variables on plastic shrinkage cracking such as the number of layers and the time interval between layers is quanti- tatively analyzed through parametric studies using the analytical method. In advance, two equations are introduced to take into account the effect of sequential placement on the plastic shrinkage cracking of concrete slab; The first one is to calculate the time at which the surface of concrete slab begins to dry, and the second one is to determine the critical time interval to prevent the surface drying of previously placed concrete layers. The timing of curing and the sequence of concrete placement, which are important for the prevention of plastic shrinkage cracking, can be effectively planned using the introduced both equations without any rigorous analysis.

Keywords : concrete slab, sequential placement, plastic shrinkage cracking, mix proportioning, weather condition

···

요 지

이 논문에서는 참고문헌(곽효경 등, 2004; 곽효경 등, 2005)에서 제안된 소성수축균열 해석모델을 바탕으로 분할타설되는 콘크리트 슬래브의 소성수축균열 해석방법을 제안하였다. 이 해석방법을 이용해 슬래브의 분할타설이 소성수축균열에 미치는 영향에 대해 알아보았고 분할타설방법에 따른 소성수축균열 발생 특성을 정량적으로 분석하였다. 나아가 콘크리트 배합과 외 기조건 및 분할타설방법을 변수로 하여 수행한 소성수축균열 해석으로부터 얻어진 해석결과를 바탕으로 슬래브의 표면 건조 시기와 먼저 타설된 콘크리트의 표면 건조를 방지하기 위한 임계 타설시간간격에 대한 모델식을 제안함으로써 슬래브에 소 성수축균열이 발생하지 않도록 분할타설방법을 계획하거나 소성수축균열의 제어를 위해 적절한 시기에 양생을 시작할 수 있 도록 하였다.

핵심용어 : 콘크리트 슬래브, 분할타설, 소성수축균열, 콘크리트 배합, 외기조건

···

1. 서 론

소성수축균열은 콘크리트가 소성인 상태에서 블리딩수의 증발로 인한 표면의 건조에 의해 발생하는 비구조균열로 소 성수축으로 인해 콘크리트 상부에 발생한 인장응력이 충분 히 발현되지 않은 콘크리트의 인장강도를 초과하면 발생하 게 된다 (Ravina et al ., 1968). 특히 소성수축균열은 슬래브 와 같이 부피에 비해 표면적이 큰 부재에서 주로 발생하는 데 표면으로부터 상당한 깊이까지 진전될 수도 있고 두께가 매우 얇은 구조물의 경우 부재 깊이 전체에 걸쳐 진행되는 경우도 있다 (Ravina et al ., 1968). 또한 소성수축균열은 타 설 초기에 육안으로 쉽게 볼 수 있을 정도로 길고 넓게 분

포하기 때문에 미관상으로 좋지 않고 콘크리트 부재의 안정 성에 대한 불안을 야기시키며 이를 그대로 방치할 경우 수 분 및 염화물의 침투를 가속시키게 되어 콘크리트의 내구성

이 저하되고 철근의 부식이 유발된다 (Almusallam et al .,

1998; Ravina et al ., 1968; Samman et al ., 1996). 이와 같이 소성수축균열로 인해 야기되는 많은 문제점 때문에 콘 크리트의 소성수축균열에 대한 활발한 연구가 진행되어 왔 으나 지금까지의 소성수축균열에 대한 연구는 수분증발 , 콘 크리트 배합 , 첨가제 등의 소성수축균열의 영향인자와 소성 수축의 메커니즘에 대한 실험적 연구가 주를 이루었고 해석 적 연구는 소성수축의 복잡한 메커니즘과 불확실성 때문에 극히 미미한 실정이다 (Almusallam et al ., 1998; Cohen et

*

정회원·한국과학기술원건설및환경공학과교수

(E-mail : [email protected])

**

한국과학기술원건설및환경공학과박사과정

(E-mail : [email protected])

al ., 1990; Ravina et al. , 1968; Samman et al. , 1996).

한편 여러 규준에서는 소성수축균열의 발생을 최소화하기 위 해 한계 수분증발률을 제시하여 노모그래프로부터 산정된 수 분증발률이 이를 초과하지 않도록 유도하고 있다 (ACI 305,

1999). 그러나 수분증발률만을 기준으로 해서는 소성수축균

열의 발생을 정확히 예측할 수 없다는 것이 많은 연구자들

의 실험을 통해 지적되어 왔고 (Almusallam et al ., 1998;

Cohen et al ., 1990; Samman et al ., 1996) 규준에서 제안 하고 있는 방법이 가지고 있는 문제점에 대해서는 참고문헌

( 곽효경 등 , 2005) 에서 논의한 바 있다 .

한편 규준에서 제안하고 있는 소성수축균열 예측 방법의 여러 가지 문제점을 해결하기 위해 참고문헌 ( 곽효경 등 ,

2004) 에서는 소성수축균열의 주된 원인이 콘크리트의 표면

건조라는 사실에 착안하여 콘크리트의 블리딩수가 완전히 증 발하는 시기를 수치적으로 해석함으로써 소성수축균열의 발 생 가능성을 판단할 수 있는 해석모델을 제안하였고 타연구 자의 실험으로부터 얻어진 소성수축균열 발생 시기와의 비 교연구를 통해 해석모델의 타당성을 검증하였다 . 나아가 참

고문헌 ( ^{곽효경 등} , 2005) ^{에서는 콘크리트의 블리딩 해석을}

위해 필요한 블리딩 해석상수에 대한 모델식을 제안한 후 소성수축균열과 직접적인 관련을 갖는 콘크리트 배합 및 외 기조건을 변수로 하여 소성수축균열 해석을 수행하였고 해

석결과를 바탕으로 콘크리트 배합 및 외기조건에 따른 소성 수축균열 발생 특성을 정량적으로 규명한 바 있다 . 그러나

참고문헌 ( 곽효경 등 , 2004; 곽효경 등 , 2005) 에서는 소성수

축균열 해석을 수행함에 있어 콘크리트 슬래브가 한 번에 일체타설되는 것으로 가정하였으나 두께가 큰 콘크리트 슬 래브를 시공하는 경우에는 침하균열의 제어를 위해 여러 차 례에 걸쳐 콘크리트를 분할타설하는 것이 일반적인 시공방 법이 된다 . 동일한 배합의 콘크리트를 사용하고 동일한 조건 의 외기에 노출되더라도 일체타설하는 경우와 분할타설하는 경우의 블리딩 및 블리딩수의 증발이 서로 다르므로 분할타 설되는 콘크리트 슬래브의 소성수축균열을 해석하기 위해서 는 이에 적절한 해석방법이 수반되어야 한다 .

따라서 이 논문에서는 참고문헌 ( 곽효경 등 , 2004; 곽효경

등 , 2005) 에서 제안된 소성수축균열 해석모델을 바탕으로 분

할타설되는 콘크리트 슬래브의 소성수축균열 해석방법을 제 안하였고 이를 이용해 슬래브의 분할타설이 소성수축균열에 미치는 영향에 대해 논의하였다 . 또한 콘크리트 배합과 외기 조건 및 분할타설방법을 변수로 하여 수행한 소성수축균열 해석으로부터 얻어진 해석결과를 바탕으로 슬래브의 표면 건 조 시기와 먼저 타설된 콘크리트의 표면 건조를 방지하기 위한 임계 타설시간간격에 대한 모델식을 제안하여 소성수 축균열이 발생하지 않도록 분할타설방법을 계획하거나 양생

그림 1. 분할타설되는 콘크리트 슬래브의 소성수축균열 해석방법

개시시기를 결정하는 데에 도움을 주고자 하였다 . 나아가 시 공 현장에서 빈번히 사용되는 배합 및 두께를 가지는 콘크 리트 슬래브가 수분증발 정도가 서로 다른 세 가지 외기조 건에 노출된 경우의 바람직한 분할타설방법을 제안함으로써 시공 현장에서 별도의 검토 과정 없이 소성수축균열에 대해 안전한 분할타설방법을 결정할 수 있도록 하였다 .

2. 분할타설되는 콘크리트 슬래브의 소성수축균열 해석 2.1 해석방법

먼저 분할타설되는 콘크리트 슬래브의 소성수축균열 해석 방법을 설명하기 위해 3 회에 걸쳐 분할타설되는 콘크리트 슬래브를 선정하였다 . 그림 1(a) 에서 보는 바와 같이 두께가 H인 콘크리트 슬래브를 시간 t =0, t

1

, t

2

일 때 각각 H /3 만큼 타설하는 것으로 가정하였고 , 여기서 W/C, W, S/a 는 콘크 리트의 물 - 시멘트비 , 단위수량 , 잔골재율 , T

a

, R

h

, V , T

o

는 외 기온도 , 외기습도 , 풍속 , 타설온도를 각각 의미한다 .

그림 1(b) 에는 t =0 일 때의 콘크리트의 형상을 나타내었다 .

이 그림에서 W/C

⁽¹⁾

, W

⁽¹⁾

, S/a

⁽¹⁾

^은 1 ^{차 타설 콘크리트의}

물 - 시멘트비 , 단위수량 , 잔골재율을 각각 의미하고 계획했 던 콘크리트 배합인 W/C, W, S/a 와 동일하다 . K

o(11)

과 β

⁽¹¹⁾

은

1 차 타설 콘크리트의 블리딩 해석상수로 W/C

⁽¹⁾

, W

⁽¹⁾

, S/

a

⁽¹⁾

과 누적타설높이 H /3 를 토대로 구할 수 있다 ( 곽효경 등 ,

2005). 한편 수화열 해석에 필요한 재료물성치는 1 차 타설

콘크리트의 배합으로부터 결정하고 수분증발률은 1 차 타설 콘크리트의 표면온도와 외기조건을 토대로 산정한다 ( 곽효경

등 , 2004). ^그림 1(c) ^에는 2 ^{차 콘크리트를 타설하기 직전인}

t = t

1

일 때의 콘크리트의 형상을 나타내었다 . 이 그림에서 보 는 바와 같이 t

1

의 시간이 경과하는 동안 B

1

의 블리 딩수가 발생하고 이 중 E

1

의 블리딩수가 증발하여 1 차 타설 콘크리 트의 표면에는 ( ^B

1

- ^E

1

) ^{의 블리딩수가 남게 된다} .

그림 1(d) 에는 2 차 콘크리트가 타설된 직후인 t = t

1

일 때의 콘크리트의 형상을 나타내었다 . 이 그림에서 보는 바와 같이

1 차 타설 콘크리트의 표면에 남아 있던 ( B

1

- E

1

) 의 블리딩수 는 2 ^{차로 타설되는 콘크리트에 혼합되는 것으로 가정하였다} .

따라서 2 차 타설 콘크리트의 물 - 시멘트비와 단위수량은 각각

W/C

⁽²⁾

, W

⁽²⁾

가 되고 계획했던 콘크리트 배합인 W/C, W 와

달라지게 된다 . 2 차 타설 콘크리트의 블리딩 해석상수 K

o(22)

와 β

⁽²²⁾

는 W/C

⁽²⁾

, W

⁽²⁾

, S/a

⁽²⁾

와 누적타설높이 2 H /3 를 토 대로 계산하고 1 차 타설 콘크리트의 블리딩 해석상수 K

o(12)

와 β

⁽¹²⁾

는 추가 타설로 인해 콘크리트의 높이가 달라진 관 계로 누적타설높이 2 H /3 를 토대로 다시 계산하게 된다 . 그

림 1(e) 에는 3 차 콘크리트를 타설하기 직전인 t = t

2

일 때의

콘크리트의 형상을 나타내었고 시간이 t

1

에서 t

2

로 경과하는 동안 B

2

의 블리딩수가 발생하고 이 중 E

2

의 블리딩수가 증 발하는 것을 알 수 있다 .

그림 1(f) 에는 3 차 콘크리트가 타설된 직후인 t = t

2

일 때의 콘크리트의 형상을 나타내었다 . 앞의 경우와 마찬가지로 2 차 타설 콘크리트의 표면에 남아 있던 ( B

2

- E

2

) 의 블리딩수는 3

차로 타설되는 콘크리트에 혼합되고 3 차 타설 콘크리트의 블리딩 해석상수 K

o(33)

와 β

⁽³³⁾

는 W/C

⁽³⁾

, W

⁽³⁾

, S/a

⁽³⁾

와 누 적타설높이 H를 토대로 계산한다 . 또한 1 차 , 2 차 타설 콘크

리트의 블리딩 해석상수 K

o(13)

, β

⁽¹³⁾

와 K

o(23)

, β

⁽²³⁾

는 누적

타설높이 H를 토대로 다시 계산하게 된다 . 그림 1(g) 에는

t = t

3

일 때의 콘크리트의 형상을 나타내었고 t = t

3

일 때 콘크리 트 슬래브의 표면에 ( B

3

- E

3

) 의 블리딩수가 남게 되는 것을 알 수 있다 .

2.2 해석결과

이 절에서는 특정 배합을 가지고 특정 외기에 노출되는 콘크리트 슬래브를 선정하여 분할타설되는 콘크리트 슬래브 의 소성수축균열 해석방법과 해석결과에 대해 설명하고자 한 다 . 해석 대상구조물은 그림 2 에서 보는 바와 같이 분할타

설높이 20 cm, 타설시간간격 45 분으로 분할타설되는 두께

40 cm 의 콘크리트 슬래브이고 콘크리트의 물 - 시멘트비 , 단위

수량 , 잔골재율 , 타설온도는 각각 W/C=46.8%, W=169 kg/

m

³

, S/a=44%, T

o

=25

^o

C 이며 외기온도 , 외기습도 , 풍속은 각 각 T

a

=25

^o

C, R

h

=45%, V =2 m/s, 콘크리트의 초기 공극비 e

o

=0.2804 이다 . 시멘트 , 잔골재 , 굵은골재의 단위질량은 각각

3150, 2580, 2610 kg/m

³

, 잔골재의 조립률은 2.78, 굵은골재 의 최대치수는 25 mm, ^공기량은 5.0% ^{인 것으로 가정하였으}

며 양질의 AE 감수제가 사용된다고 가정하였다 . 기준 블리 딩 해석상수는 K

o,ref

=1.274×10

⁵

m/min, β

ref

=1.270×10

⁵

N/

m

²

, 시멘트와 골재의 비열은 840 J/kg/

^o

C 로 가정하였고 콘크 리트의 열전도율 , 최대상승온도 , 반응속도 , 외기대류계수 , 수 화지연시간은 참고문헌 ( 김진근 등 , 1998) 에 제안된 모델식을 사용하였다 .

그림 2(a) 에는 t =0 일 때의 콘크리트의 형상을 나타내었다 .

이 그림에 나타낸 바와 같이 1 ^{차 타설 콘크리트의 물} - ^시멘

트비 , 단위수량 , 잔골재율은 W/C

⁽¹⁾

=46.8%, W

⁽¹⁾

=169 kg/m

³

, S/a

⁽¹⁾

=44% 로 계획했던 콘크리트 배합인 W/C, W, S/a 와 동 일하고 이와 함께 누적타설높이 20 cm 를 토대로 블리딩 해 석상수를 계산한 결과 K

o(11)

=8.033×10

⁶

m/min, β

⁽¹¹⁾

= 1.455×10

⁵

N/m

²

이다 . 또한 그림 2(a) 에서 보는 바와 같이 t =0 일 때 콘크리트의 공극비는 0.2804, 콘크리트의 온도는

25

^o

C 로 일정한 것을 알 수 있다 . 그림 2(b) 에는 2 차 콘크리 트를 타설하기 직전인 t =45 ^{분일 때의 콘크리트의 형상을 나}

타내었다 . 이 그림에서 알 수 있는 바와 같이 45 분이 경과

하는 동안 0.56 mm 의 블리딩수가 발생하고 이 중 0.28 kg/

m

²

의 블리딩수가 증발하여 1 차 타설 콘크리트의 표면에는

0.28 mm 의 블리딩수가 남게 된다 . 또한 이 그림에서 보는

바와 같이 자중압밀에 의해서 콘크리트 하부의 공극비가 빠 르게 감소하고 콘크리트의 온도분포는 수화반응이 시작되지 않은 관계로 t =0 일 때의 온도분포와 동일함을 알 수 있다 .

그림 2(c) 에는 2 차 콘크리트가 타설된 직후인 t =45 분일

때의 콘크리트의 형상을 나타내었다 . 이 그림에서 보는 바와 같이 1 차 타설 콘크리트의 표면에 남아 있던 0.28 mm 의 블 리딩수는 2 차로 타설되는 콘크리트에 혼합된다 . 따라서 2 차 타설 콘크리트의 물 - 시멘트비 , 단위수량 , 초기 공극비는 W/

C

⁽²⁾

=47.2%, W

⁽²⁾

=170.2 kg/m

³

, e

o(2)

=0.2822 로 변하게 되고

2 차 타설 콘크리트의 블리딩 해석상수 K

o(22)

와 â

⁽²²⁾

는 각각

1.952×10

⁵

m/min, 2.535×10

⁵

N/m

²

^{이 된다} . ^{한편 추가 타설}

로 인해 콘크리트의 높이가 달라진 관계로 누적타설높이 40

cm 를 토대로 1 차 타설 콘크리트의 블리딩 해석상수 K

o(12)

와

β

⁽¹²⁾

를 다시 계산하면 각각 1.840×10

⁵

m/min, 2.712×10

⁵

N/m

²

이 된다 . 그림 2(d) 에는 1 차 콘크리트를 타설한 후 5 시 간이 경과한 시점에서의 콘크리트 슬래브의 형상을 나타내 었다 . 이 그림에서 보는 바와 같이 1 차 타설 콘크리트에서

1.34 mm 의 추가 침하가 발생하고 2 차 타설 콘크리트에서

0.72 mm 의 침하가 발생하여 총 2.06 mm 의 블리딩수가 발생

하고 이 중 1.83 kg/m

²

^{의 블리딩수가 증발하여} 0.23 mm ^의

블리딩수가 콘크리트 슬래브의 표면에 남게 된다 . 한편 콘크 리트의 공극비는 콘크리트의 자중압밀이 모두 완료되어 평 형상태가 됨으로 인해 선형분포를 나타내고 콘크리트의 온 도분포는 수화반응이 진행 중인 관계로 타설온도보다 높은 온도분포를 나타내며 외기대류가 발생하는 표면부의 온도가 중앙부의 온도보다 낮은 것을 알 수 있다 .

한편 그림 2(e) ^{에는 콘크리트 슬래브의 블리딩과 수분증발}

그림 2. 분할타설되는 콘크리트 슬래브의 소성수축균열 해석결과

을 해석한 결과를 나타내었고 그림 2(f) 에는 콘크리트 표면 에 남아 있는 블리딩수의 양을 나타내었다 . 먼저 점ⓐ는 t

=0 ^{에서의 블리딩량} , ^{수분증발량} , ^{남아 있는 블리딩수의 양을}

나타내고 모두 0 의 값을 가진다 . 점ⓑ는 1 차 콘크리트를 타 설한 후 45 분이 경과한 시점에서의 블리딩량 , 수분증발량 ,

남아 있는 블리딩수의 양이 각각 0.56 mm, 0.28 kg/m

²

,

0.28 mm 임을 보여주고 있다 . 다음으로 점ⓒ는 2 차 콘크리트

가 타설된 직후를 나타낸다 . 그림 2(c) 에서 보는 바와 같이

1 차 타설 콘크리트의 잉여 블리딩수는 2 차 타설 콘크리트에 혼합되므로 2 차 콘크리트를 타설한 직후의 블리딩량은 다시

0 이 되고 수분증발량은 이 시점부터 2 차 타설 콘크리트의 표면온도와 외기조건을 토대로 다시 산정하게 되므로 블리 딩량과 마찬가지로 0 이 된다 . 마지막으로 점ⓓ는 1 차 콘크리 트를 타설한 후 5 시간이 경과한 시점에서의 블리딩량 , 수분 증발량 , 남아 있는 블리딩수의 양을 나타내고 각각 2.06 mm, 1.83 kg/m

²

, 0.23 mm 임을 보여주고 있다 .

2.3 해석방법의 검증

그림 3(a) 에는 두께가 40 cm 이고 분할타설높이 20 cm, 타

설시간간격 45 분으로 분할타설되는 콘크리트 슬래브의 소성 수축균열 해석결과와 두께가 20 cm 이고 일체타설되는 콘크 리트 슬래브의 소성수축균열 해석결과를 나타내었다 . 콘크리 트 배합과 외기조건은 2.2 에서와 동일하게 가정하였다 . 이

그림에서 보는 바와 같이 두께가 40 cm 인 슬래브의 2 차 타

설이 이루어지기 전의 블리딩 및 수분증발 해석결과는 두께

가 20 cm ^{인 슬래브의 해석결과와 동일한 것을 알 수 있다} .

이는 두께가 40 cm 인 슬래브의 경우 타설 후 45 분이 경과

할 때까지는 20 cm 높이의 콘크리트만 타설되어 있어 두께

가 20 cm 인 슬래브와 모든 조건이 완전히 동일하기 때문으

로 당연히 만족해야 할 사항이라 할 수 있다 .

다음으로 그림 3(b) 에는 60 cm 두께의 콘크리트 슬래브를

20 cm 씩 3 회에 걸쳐 0.1 분의 시간간격으로 분할타설하는 경

우의 소성수축균열 해석결과와 60 cm 두께의 콘크리트 슬래 브를 일체타설하는 경우의 소성수축균열 해석결과를 나타내 었고 콘크리트 배합과 외기조건은 2.2 에서와 동일하게 가정 하였다 . 한편 분할타설되는 콘크리트 슬래브의 경우 비록 3

회에 걸쳐 타설한다고 하였으나 타설시간간격을 0.1 분으로 매우 작게 가정하였으므로 일체타설하는 경우와 분할타설하 는 경우의 타설방법이 거의 동일하다고 할 수 있다 . 따라서

두 경우의 해석결과는 거의 동일해야 하며 그림 3(b) 로부터 두 경우의 해석결과가 잘 일치하는 것을 확인할 수 있다 .

한편 이 논문에서 제안한 분할타설되는 콘크리트 슬래브의 소성수축균열 해석방법의 실험적 검증은 이와 관련된 실험 적 연구결과가 없는 관계로 수행할 수 없었다 . 그러나 이

절에서 수행한 해석적 검증과 참고문헌 ( 곽효경 등 , 2004; 곽

효경 등 , 2005) 에서 수행한 소성수축균열 해석모델의 실험적

검증을 통해 이 논문에서 제안한 해석방법의 타당성을 어느 정도 설명할 수 있을 것으로 생각되고 이를 이용해 콘크리 트 슬래브의 분할타설이 소성수축균열에 미치는 영향을 분 석해 보고자 한다 .

3. 분할타설방법에 따른 소성수축균열 발생 특성 이 장에서는 특정 외기에 노출되고 특정 배합을 가지는 콘크리트 슬래브의 분할타설방법을 변화시켜 소성수축균열 해석을 수행함으로써 분할타설횟수 , 타설시간간격이 소성수 축균열의 발생에 미치는 영향을 분석하였다 . 해석 대상구조

물은 두께가 40 cm 인 콘크리트 슬래브로 물 - 시멘트비 , 단위

수량 , 잔골재율 , 타설온도는 각각 40%, 185 kg/m

³

, 43%, 20

^o

C 이고 외기온도 , 외기습도 , 풍속은 각각 20

^o

C, 40%, 4 m/s 이며 콘크리트 구성재료의 재료물성치는 2.2 에서와 동일 하다 . 소성수축균열 해석은 일체타설하는 경우 (Case 1) 와 분할타설하는 경우에 대해 수행하였으며 분할타설하는 경우 의 분할타설높이와 타설시간간격은 각각 20 cm/60 min (Case 2-60), 20 cm/120 min (Case 2-120), 13.3 cm/30 min (Case 3-30), 13.3 cm/60 min (Case 3-60), 10 cm/40 min

(Case 4-40) 이다 . 그림 4 에는 각 경우의 블리딩과 수분증발

을 해석한 결과를 나타내었고 그림 5 에는 콘크리트 표면에 남아 있는 블리딩수의 양을 나타내었다 .

3.1 분할타설횟수의 영향

그림 4(b) 와 4(d) 에서 보는 바와 같이 1 차 타설만 완료되

었을 때 Case 2-60 ^과 Case 3-30 ^{의 초기 블리딩률은 각각}

0.96, 0.55 mm/h 로 분할타설횟수가 증가할수록 초기 블리딩

률이 작아지는데 이는 분할타설횟수가 증가할수록 1 차 타설 콘크리트의 높이가 작아지기 때문이다 . 그리고 모든 타설이 완료된 후 3 ^{시간 동안의 블리딩량은} 1.60, 1.55 mm ^{로 분할}

타설횟수가 증가할수록 모든 타설이 완료된 후에 발생하는

그림 3. 콘크리트 슬래브의 블리딩과 수분증발

블리딩량이 감소하는데 이는 분할타설횟수가 다르면 먼저 타 설된 콘크리트로부터 더해지는 잉여 블리딩수의 양이 다르 고 이로 인해 콘크리트의 배합이 서로 달라지기 때문인 것 으로 판단된다 . ^한편 1 ^{차 타설 후} 4 ^{시간이 경과할 때까지}

증발한 블리딩수의 양은 각각 2.034, 2.038 kg/m

²

로 거의 동일한 값을 나타낸다 .

한편 그림 5(b) 와 5(d) 에서 알 수 있는 바와 같이 분할타

설횟수가 증가할수록 모든 타설이 완료된 후 슬래브 표면에 남아 있는 블리딩수의 양이 적어진다 . 또한 모든 타설이 완 료되는 시점을 기준으로 한 슬래브의 표면 건조 시기는

Case 2-60 과 Case 3-30 의 경우에 각각 185, 181 분으로 분 할타설횟수가 증가할수록 슬래브 표면이 외기에 노출되는 시 기가 빨라지게 되고 표면이 건조된 콘크리트의 소성상태가 더 오랜 기간 동안 지속되므로 소성수축균열이 발생할 가능 성이 높아지게 된다 . 따라서 분할타설횟수가 많은 경우에는 소성수축균열의 발생을 방지하기 위해 분할타설횟수가 작은

경우보다 양생 개시시기를 빠르게 하는 것이 필요할 것으로 판단된다 . 한편 2 차 타설 직전에 1 차 타설 콘크리트의 표면 에 남아 있는 블리딩수의 양은 Case 2-60 과 Case 3-30 의

경우에 각각 0.25, 0.01 mm ^{로 분할타설횟수가 증가할수록} 1

차 타설 콘크리트의 블리딩수가 완전히 증발하여 콘크리트 표면이 외기에 직접 노출될 가능성이 높아지는 것을 알 수 있다 . 실제로 그림 5(c), 5(e), 5(f) 의 Case 2-120, Case 3-

60, Case 4-40 의 경우에서 보는 바와 같이 콘크리트 슬래브

를 3 회 또는 4 회에 걸쳐 분할타설하는 경우에는 먼저 타설 된 콘크리트의 표면에서 블리딩수가 완전히 증발하여 소성 수축균열이 발생할 위험이 있게 된다 . 따라서 분할타설횟수 가 많은 경우에는 먼저 타설된 콘크리트의 표면 건조를 방 지하기 위한 주의가 필요할 것으로 생각된다 .

3.2 타설시간간격의 영향

그림 4(b) 와 4(c) 의 Case 2-60 과 Case 2-120 의 경우에서

그림 4. 콘크리트 슬래브의 블리딩과 수분증발

보는 바와 같이 모든 타설이 완료된 후 2 시간 동안 발생하 는 블리딩량은 각각 1.46, 1.11 mm 로 타설시간간격이 길어 질수록 블리딩량이 줄어들게 되는데 이는 타설시간간격이 길 어지면 그 동안 기타설 콘크리트의 자중압밀이 더 진행되기 때문인 것으로 판단된다 . 한편 1 차 타설 후 4 시간 동안 증 발한 블리딩수의 양은 각각 2.03, 1.97 kg/m

²

로 타설시간간 격이 길어질수록 감소하는데 이는 타설시간간격이 길어질수 록 새로 타설되는 콘크리트의 수화반응이 지연되기 때문인 것으로 판단된다 .

한편 그림 5(b) 와 5(c) 에서 알 수 있는 바와 같이 타설시

간간격이 길어질수록 모든 타설이 완료된 후 슬래브 표면에 남아 있는 블리딩수의 양이 적어지는데 이는 타설시간간격 이 길어지면 블리딩량 뿐만 아니라 수분증발량도 함께 감소 하지만 블리딩량 감소의 영향이 크게 나타나기 때문인 것으 로 판단된다 . 또한 Case 2-60 과 Case 2-120 의 경우에 슬래

브의 표면 건조 시기는 각각 185, 140 분으로 타설시간간격

이 길어질수록 슬래브 표면이 외기에 노출되는 시기가 빨라 지게 되고 콘크리트의 강도가 상대적으로 덜 발현된 상태에 서 표면이 건조해지므로 소성수축균열이 발생할 가능성이 높 아지게 된다 . 한편 그림 5(d) 와 5(e) 의 Case 3-30 과 Case 3-60 의 경우에서 보는 바와 같이 타설시간간격이 30 분인 경 우에는 먼저 타설된 콘크리트의 표면이 건조해지지 않으나 타설시간간격이 60 분인 경우에는 먼저 타설된 콘크리트의 표 면에서 블리딩수가 완전히 증발하여 소성수축균열이 발생할 위험이 있게 되므로 타설시간간격이 긴 경우에는 기타설 콘 크리트의 표면 건조에 따른 인장응력 발생에 대한 주의가 필요할 것으로 생각된다 .

3.3 일정하지 않은 분할타설높이의 영향

분할타설높이가 일정하지 않은 경우의 소성수축균열 발생

그림 5. 콘크리트 표면에 남아 있는 블리딩수

특성을 알아보기 위해 Case 2-60 과 같은 콘크리트 슬래브의 분할타설높이가 각각 15/25 cm (Case 2-60-1), 20/20 cm (Case 2-60), 25/15 cm (Case 2-60-2) 인 경우에 대해 소성 수축균열 해석을 수행하였다 . 그림 6(a) 에 나타낸 블리딩과 수분증발 해석결과에서 알 수 있는 바와 같이 타설시간간격 이 같고 분할타설횟수가 2 회로 동일하더라도 분할타설높이 가 다르면 블리딩량이 달라진다 . 1 차 타설만 완료되었을 때 각 경우의 블리딩량은 0.51, 0.74, 0.96 mm 로 1 차 타설 콘 크리트의 높이가 클수록 더 많은 블리딩수가 발생하는 것을 알 수 있다 . 그러나 2 차 콘크리트 타설 후 2 시간 동안의 블리딩량은 각각 1.65, 1.46, 1.27 mm 로 1 차 타설 콘크리트 의 높이가 클수록 감소하는 경향을 나타내는데 이는 1 차 타 설 콘크리트의 높이가 클수록 콘크리트 슬래브의 더 많은 부분에서 자중압밀이 진행되었기 때문인 것으로 판단된다 .

한편 2 차 타설 후의 수분증발량은 분할타설높이에 관계 없 이 거의 동일한 값을 나타낸다 .

그림 6(b) ^{에는 콘크리트 표면에 남아 있는 블리딩수의 양}

을 나타내었다 . 이 그림에서 알 수 있는 바와 같이 1 차 타 설 콘크리트의 높이가 작을수록 모든 타설이 완료된 후 콘 크리트 표면에 남아 있는 블리딩수의 양이 많아진다 . 또한 모든 타설이 완료되는 시점을 기준으로 한 슬래브의 표면

건조 시기는 각각의 경우에 266, 245, 221 분으로 1 차 타설

콘크리트의 높이가 작을수록 슬래브 표면이 외기에 노출되 는 시기가 지연된다 . 따라서 분할타설되는 콘크리트 슬래브

의 소성수축균열 발생 가능성을 낮추기 위해서는 분할타설 높이를 점차 증가시키는 방법으로 타설하는 것이 유리할 것 으로 판단된다 . 한편 2 차 타설 직전에 1 차 타설 콘크리트의 표면에 남아 있는 블리딩수의 양은 각각의 경우에 0.02,

0.25, 0.47 mm 로 1 차 타설 콘크리트의 높이가 작아질수록

감소하므로 분할타설높이를 점차 증가시키는 방법으로 타설 하는 경우에는 먼저 타설된 콘크리트의 표면 건조를 방지하 기 위한 주의가 필요할 것으로 생각된다 . 또한 분할타설높이 를 점차 증가시키는 방법으로 타설하는 경우 나중에 타설되 는 콘크리트의 높이가 너무 크게 되면 침하균열이 발생할 위험이 있으므로 주의해야 한다 .

3.4 일정하지 않은 타설시간간격의 영향

타설시간간격이 일정하지 않은 경우의 소성수축균열 발생

특성을 알아보기 위해 Case 3-30 과 같은 콘크리트 슬래브의

타설시각이 각각 0/20/60 min (Case 3-30-1), 0/30/60 min (Case 3-30), 0/40/60 min (Case 3-30-2) 인 경우에 대해 소 성수축균열 해석을 수행하였다 . 그림 7(a) 에 나타낸 해석결 과에서 알 수 있는 바와 같이 분할타설높이가 같고 분할타 설횟수가 3 회로 동일하더라도 콘크리트의 타설시각이 다르 면 블리딩량이 달라진다 . 모든 타설이 완료된 후 2 시간 동 안 발생하는 각 경우의 블리딩량은 1.35, 1.42, 1.51 mm 로

2 차 타설시각이 지연될수록 증가하는 경향을 나타내는데 이 는 2 차 타설시각이 지연될수록 1, 2 차로 타설된 콘크리트의 그림 6. 콘크리트 슬래브의 소성수축균열 해석결과

그림 7. 콘크리트 슬래브의 소성수축균열 해석결과

자중압밀이 덜 진행되기 때문인 것으로 판단된다 . 한편 3 차 타설 후의 수분증발량은 타설시각에 관계 없이 거의 동일한 값을 나타낸다 .

그림 7(b) 에는 콘크리트 표면에 남아 있는 블리딩수의 양

을 나타내었다 . 이 그림에서 알 수 있는 바와 같이 2 차 타 설이 지연될수록 모든 타설이 완료된 후 슬래브 표면에 남 아 있는 블리딩수의 양이 많아진다 . 또한 슬래브의 표면 건

조 시기는 각각의 경우에 231, 241, 251 분으로 2 차 타설이

지연될수록 슬래브 표면에서 블리딩수가 완전히 증발하는 시 기가 지연된다 . 따라서 분할타설되는 콘크리트 슬래브의 소 성수축균열 발생 가능성을 낮추기 위해서는 초반부의 타설 시간간격을 크게 하고 후반부의 타설시간간격을 작게 하는 것이 유리하다는 것을 알 수 있다 . 한편 3 차 타설 직전에

2 차 타설 콘크리트의 표면에 남아 있는 블리딩수의 양은 각 각의 경우에 0.36, 0.27, 0.19 mm 로 2 차 타설이 지연될수록 감소하므로 초반부의 타설시간간격을 크게 하여 분할타설하 는 경우에는 먼저 타설된 콘크리트의 표면이 건조해지지 않 도록 주의를 기울여야 할 것으로 생각된다 .

3.5 분할타설방법의 결정

이 절에서는 슬래브의 분할타설방법을 결정하는 과정을 설 명하기 위해 그림 4 와 5 에서 선정한 콘크리트 슬래브의 분 할타설횟수를 2, 3, 4 회로 , 타설시간간격을 30, 60, 90,

120, 150 분으로 변화시켜 소성수축균열 해석을 수행하였다 .

표 1 에는 모든 타설이 완료되는 시점을 기준으로 한 슬래브 의 표면 건조 시기가 정리되어 있고 , 여기서 슬래브의 표면 건조 시기가 X ^{로 표시된 경우는 먼저 타설된 콘크리트의 표}

면에서 블리딩수가 완전히 증발된 경우를 나타낸다 .

표 1 에서 보는 바와 같이 콘크리트 슬래브의 분할타설횟 수와 타설시간간격이 커지면 먼저 타설된 콘크리트의 표면 이 건조되어 소성수축균열이 발생할 가능성이 커지고 기타 설 콘크리트와 새로 타설되는 콘크리트 사이의 부착성이 떨 어지게 되며 모든 타설이 완료된 후에 슬래브 표면이 건조 해지는 시기가 빨라지게 된다 . 따라서 콘크리트 슬래브를 여

러 회에 걸쳐 분할타설하고 타설시간간격을 길게 해야 하는 경우에는 먼저 타설된 콘크리트의 표면 건조 여부를 우선 검토해 타설 시 콘크리트의 다짐이 충분히 이루어지도록 하 고 모든 타설이 완료된 후 가능한 한 이른 시기에 양생을 시작하는 것이 필요할 것으로 생각된다 .

한편 두께가 40 cm 인 이 콘크리트 슬래브의 양생 개시시

기가 현장의 여건 상 모든 타설 완료 후 210 분이 경과한 시점으로 정해진 경우 표 1 을 이용해 소성수축균열의 제어 가 가능한 분할타설방법을 결정할 수 있다 . 먼저 기타설 콘 크리트의 표면이 건조해지는 것을 방지하기 위해서는 2, 3 회 에 걸쳐 분할타설하는 경우 각각 타설시간간격을 120, 30 분 이하로 해야 하고 4 회에 걸쳐 분할타설해서는 안 된다 . 다 음으로 양생을 시작하기 전에 슬래브의 표면이 건조해지지 않도록 하기 위해서는 2 회에 걸쳐 분할타설하는 경우 타설 시간간격을 30 분 이하로 해야 하고 3 회 또는 4 회에 걸쳐 분할타설해서는 안 된다 . 따라서 소성수축균열이 발생하지 않도록 이 콘크리트 슬래브를 시공하기 위해서는 분할타설 횟수 2 회 , 타설시간간격 30 분 이하로 분할타설방법을 계획하 는 것이 바람직하다 .

물론 표 1 에서 알 수 있는 바와 같이 콘크리트 슬래브의 소성수축균열 발생 가능성을 낮추기 위해서는 슬래브를 일 체타설하는 것이 가장 바람직하나 슬래브를 일체타설하는 경 우 침하균열이 발생할 가능성이 높아진다 . 따라서 콘크리트 슬래브의 시공 시에 침하균열의 제어를 위해 분할타설해야 하는 경우에는 소성수축균열이 발생하지 않도록 앞에서 설 명한 바와 같은 과정을 통해 분할타설방법을 계획하는 것이 필요하다 . ^{그러나 먼저 타설된 콘크리트의 표면 건조나 슬래}

브 표면의 건조가 예상됨에도 불구하고 미리 정해진 분할타 설방법을 따르고 정해진 시기에 양생을 시작해야 하는 경우 에는 바람막이를 사용하거나 햇빛을 차단하여 블리딩수의 증 발을 최대한 억제하는 것이 필요하다 .

4. 분할타설방법을 결정하기 위한 모델식

지금까지 분석한 내용에서 알 수 있는 바와 같이 소성수 축균열이 발생하지 않도록 콘크리트 슬래브의 분할타설방법 을 결정하는 데에 있어 중요한 기준이 되는 두 가지 사항은 먼저 타설된 콘크리트의 표면 건조 여부와 양생 개시 이전 의 슬래브 표면 건조 여부이다 . 따라서 이 장에서는 콘크리 트 배합과 외기조건 및 분할타설방법이 이와 같은 두 가지

사항에 미치는 영향을 알아보기 위해 물 - 시멘트비 (W/C), 단

위수량 (W), 잔골재율 (S/a), 슬래브 두께 ( H ), 외기온도 ( T

a

), 외 기습도 ( R

h

), 풍속 ( V ), 타설온도 저감량 ( ∆T

o

), 분할타설횟수 ( N ),

표 1. 분할타설방법에 따른 슬래브의 표면 건조 시기 (단위: 분)

Number

of layers Time interval between layers (min)

0 30 60 90 120 150

1 259

2 217 185 160 140 X

3 181 X X X X

4 X X X X X

표 2. 소성수축균열의 영향인자

Parameters W/C (%) W (kg/m

³

) S/a (%) ^H (cm) ^T

^a

( ^° C) ^R

^h

(%) ^V (m/s) ^∆T

^o

( ^° C) N ^∆t

^p

(min)

Values

40 155 37 20 10 40 0 0 1 30

50 170 43 40 20 60 2 -4 2 60

60 185 49 60 30 80 4 -8 3 90

4 120

150

타설시간간격 ( ∆t

p

) 을 소성수축균열에 영향을 미치는 영향인 자로 선정하였고 10 개의 영향인자를 표 2 에 나타낸 바와 같

이 변화시켜 104976 가지 경우에 대한 소성수축균열 해석을

수행하였다 . 이 때 콘크리트 배합과 관련된 영향인자의 범위 는 실제 시공현장에서 사용되는 콘크리트 배합을 토대로 선 정하였고 , 외기조건과 관련된 영향인자의 범위는 1 년 동안의 일일 평균값을 토대로 선정하였다 . 타설시간간격의 범위는 콘크리트 표준시방서 ( 한국콘크리트학회 , 2003) 에서 제안하고 있는 허용 이어치기시간을 참고로 하여 선정하였으며 콘크 리트 구성재료의 재료물성치는 2.2 에서와 동일한 것으로 가 정하였다 .

4.1 임계 타설시간간격 모델식

이 논문에서는 먼저 타설된 콘크리트의 표면이 건조해지지 않는 타설시간간격의 최대값을 임계 타설시간간격 ( ∆t

p,cr

) 이라 고 정의하였다 . 예를 들어 그림 4 와 5 에서 선정한 콘크리트 슬래브의 임계 타설시간간격은 분할타설횟수가 2, 3, 4 회인

경우에 각각 120, 30, 0 분임을 표 1 의 해석결과로부터 알

수 있고 타설시간간격을 좀 더 세분화하여 임계 타설시간간

격을 산정하면 각각 127, 42, 0 분이 된다 . 한편 분할타설횟

수가 4 회일 때 임계 타설시간간격이 0 분이라는 것은 블리딩 률보다 주어진 외기조건으로부터 산정된 수분증발률이 더 크 다는 것을 의미한다 . 즉 먼저 타설된 콘크리트의 표면이 건 조해지는 것을 방지하기 위해서는 콘크리트 슬래브를 4 회에 걸쳐 분할타설하면 안 된다는 것을 의미한다 .

한편 그림 4 의 블리딩과 수분증발 해석결과에서 알 수 있 는 바와 같이 콘크리트의 초기 블리딩률과 블리딩량은 1 ^차

콘크리트만 타설된 경우에 가장 작은 값을 나타낸다 . 따라서 임계 타설시간간격은 1 차 타설 콘크리트의 표면 건조 시기 와 밀접한 관계를 가진다는 것을 유추할 수 있고 일체타설 하는 경우의 슬래브 표면의 건조 시기를 이용해 임계 타설 시간간격을 산정할 수 있을 것으로 판단된다 . 그림 8(a) 에는 일체타설하는 경우의 슬래브 표면의 건조 시기에 대한 임계 타설시간간격의 비율을 분할타설횟수에 따라 나타내었다 . 이

그림에서 보는 바와 같이 임계 타설시간간격과 일체타설하 는 경우의 슬래브 표면의 건조 시기는 상당한 상관관계를 갖는 것을 확인할 수 있다 . 또한 분할타설횟수가 감소할수록 임계 타설시간간격은 증가하게 되는데 이는 분할타설횟수가 감소하면 콘크리트 표면에 남아 있는 블리딩수의 양이 증가 하여 먼저 타설된 콘크리트의 표면이 건조해지기 위해 필요 한 시간에 여유가 생기기 때문인 것으로 생각된다 . 그림

8(a) 에는 분할타설횟수에 대한 단순회귀분석식과 상관계수를 함께 나타내었는데 상관계수는 0.847 의 값을 갖는 것으로 나타났고 이와 같은 회귀분석 결과를 토대로 임계 타설시간 간격 모델식을 나타내면 식 (1) 과 같이 표현할 수 있다 .

∆t

p,cr

= T

D

·(0.100+2.73e

^(−N/0.899)

) (1)

여기서 , ∆t

p,cr

은 임계 타설시간간격 (min) 을 의미하고 , T

D

는 일체타설하는 경우의 슬래브 표면의 건조 시기 (min) 를 의미

한다 ( 곽효경 등 , 2005). 한편 식 (1) 과 같은 모델식의 타당

성을 검증하기 위하여 모델식을 이용해 산정한 임계 타설시 간간격을 소성수축균열 해석으로부터 얻어진 임계 타설시간

간격과 그림 8(b) ^{에서 비교해 보았다} . ^{이 그림에서 보는 바}

와 같이 상관계수는 0.861 로 식 (1) 과 같은 임계 타설시간 간격 모델식이 타당함을 확인할 수 있다 .

4.2 슬래브의 표면 건조 시기 모델식

슬래브 표면이 건조해지는 시기 ( t

d

) 는 소성수축균열의 제어 를 위한 적절한 양생 개시시기를 계획하거나 소성수축균열 이 발생하지 않도록 콘크리트 슬래브의 분할타설방법을 계

획하는 데에 있어 중요한 기준이 된다 . ^그림 9(a) ^와 9(b) ^에

는 소성수축균열 해석으로부터 산정된 슬래브 표면 건조 시 기의 비율을 분할타설횟수와 타설시간간격에 따라 나타내었 다 . 이 그림에서 보는 바와 같이 분할타설횟수와 타설시간간 격이 증가하면 슬래브 표면이 이른 시기에 건조해지는 것을

알 수 있다 . 한편 그림 9(a) 와 9(b) 에는 각각의 영향인자에

대한 상관계수와 단순회귀분석식을 함께 나타내었는데 상관

계수는 0.939, 0.909 의 값을 갖는 것으로 나타났다 . 나아가

그림 8. 콘크리트 슬래브의 임계 타설시간간격

그림 9(c) 에서는 콘크리트 슬래브를 일체타설하는 경우의 표 면 건조 시기와 2 회에 걸쳐 30 분의 타설시간간격으로 분할 타설하는 경우의 표면 건조 시기를 비교해 보았는데 분할타 설하는 경우의 표면 건조 시기가 일체타설하는 경우에 비해

약 7~15% 정도 빨라지는 것을 알 수 있다 . 이와 같은 회

귀분석 결과를 토대로 슬래브의 표면 건조 시기에 대한 모 델식을 나타내면 식 (2) 와 같이 표현할 수 있다 .

t

d

=(0.8946 T

D

)· λ

N

· λ

tp

(2)

여기서

λ

N

=0.476+1.596e

^(−N/1.798)

(2a)

λ

tp

=0.548+0.675e

^{(−∆tp/74.77)}

(2b)

t

d

는 분할타설되는 콘크리트 슬래브의 표면 건조 시기 (min) 를 의미한다 . 한편 식 (2) 와 같은 모델식의 타당성을 검증하기 위하여 모델식을 이용해 산정한 슬래브의 표면 건조 시기와 소성수축균열 해석으로부터 얻어진 슬래브의 표면 건조 시기

를 그림 9(d) 에서 비교해 보았다 . 이 그림에서 보는 바와

같이 상관계수는 0.944 로 식 (2) 와 같은 슬래브의 표면 건 조 시기 모델식이 타당함을 확인할 수 있다 .

4.3 특정 배합과 특정 외기조건에 대한 분할타설방법 제안 이 절에서는 시공 현장에서 빈번히 사용되는 배합 및 두 께를 가지는 콘크리트 슬래브가 수분증발 정도가 서로 다른

세 가지 외기조건에 노출된 경우의 분할타설방법을 제안하 고자 한다 . 표 3 에서 보는 바와 같이 Case C1~Case C3 는 설계기준강도가 각각 21, 30, 40 MPa 인 저강도 , 보통강도 ,

고강도 콘크리트의 일반적인 배합을 나타내고 Case

A1~Case A3 는 각각 수분증발이 미미한 경우 , 보통인 경우 ,

심한 경우의 외기조건을 나타내며 Case H1~Case H4 는 슬

래브 두께가 50, 40, 30, 20 cm 인 경우를 각각 나타낸다 .

먼저 표 4 ^{에는 콘크리트 배합} , ^{슬래브 두께} , ^{외기조건이}

각각 Case C2, Case H3, Case A2 인 경우의 슬래브 표면

의 건조 시기를 분할타설방법에 따라 정리하였고 이와 같은 해석결과로부터 산정된 임계 타설시간간격은 분할타설횟수가

2, 3, 4 회인 경우 각각 150.0, 89.7, 0.2 분이다 . 한편 표 3

에서 보는 바와 같이 콘크리트 배합 , 슬래브 두께 , 외기조건 은 특정한 값이 아닌 범위로 표현되어 있으므로 이 범위 내 에서 위와 동일한 해석을 수행하면 그림 10 에 나타낸 바와 같은 임계 타설시간간격 분포를 얻을 수 있다 . 이 그림에서

알 수 있는 바와 같이 Case C2/Case H3/Case A2 인 경우

의 임계 타설시간간격은 분할타설횟수가 2, 3, 4 회인 경우 각각 150.0~150.0, 68.8~109.5, 0.1~0.4 분의 범위를 가지고

평균값을 산정하면 각각 150.0, 89.5, 0.2 분이 된다 . 이와

같은 과정을 통해 산정된 각각의 콘크리트 배합 , 슬래브 두 께 , 외기조건에 대한 임계 타설시간간격이 표 5 에 정리되어 있다 . ^{여기서 임계 타설시간간격이} X ^{로 표시된 경우는 타설}

시간간격에 관계 없이 먼저 타설된 콘크리트의 표면이 건조

그림 9. 콘크리트 슬래브의 표면 건조 시기

해지는 경우를 나타낸다.

다음으로 표 6에는 콘크리트 배합, 슬래브 두께, 외기조건 이 각각 Case C3, Case H2, Case A1인 경우의 슬래브 표면의 건조 시기를 분할타설방법에 따라 정리하였다. 만약 이 콘크리트 슬래브의 양생 개시시기가 모든 타설 완료 후 4시간이 경과한 시점으로 정해져 있다면 분할타설횟수가 2, 3, 4회인 경우에 타설시간간격을 각각 150.0, 88.3, 54.6분 이하로 해야 양생을 시작하기 전에 슬래브 표면이 건조해지 는 것을 방지할 수 있다. 한편 표 3에서 보는 바와 같이

콘크리트 배합, 슬래브 두께, 외기조건은 특정한 값이 아닌 범위로 표현되어 있으므로 이 범위 내에서 위와 동일한 해 석을 수행하면 슬래브 표면이 양생 개시 전에 건조해지는 것을 방지할 수 있는 타설시간간격의 분포를 그림 11에 나 타낸 바와 같이 얻을 수 있고 분할타설횟수가 2, 3, 4회인 경우 각각 150.0~150.0, 82.9~94.0, 51.8~57.2분의 범위를 갖는 것을 알 수 있다. 이와 같은 과정을 통해 산정된 각각 표 3. 콘크리트 배합, 슬래브 두께, 외기조건의 변화

Mix proportioning Slab thickness Weather condition

W/C (%) W (kg/m

³

) S/a (%) H (cm) T

a

( ° C) R

h

(%) V (m/s)

C1 50 ± 1 180 ± .5 46 ± .2 H1 50 ± 1 A1 15 ± .5 85 ± 2 1 ± .1

C2 40 ^± 1 175 ^± .5 44 ^± .2 H2 40 ^± 1 A2 20 ^± .5 70 ^± 2 2 ^± .1

C3 30 ± 1 170 ± .5 42 ± .2 H3 30 ± 1 A3 25 ± .5 45 ± 2 3 ± .1

H4 20 ^± 1

표 4. Case C2/Case H3/Case A2인 경우의 슬래브의 표면

건조 시기 ( 단위 : 분 )

Number

of layers Time interval between layers (min)

0 30 60 90 120 150

1 340

2 307 280 258 238 222

3 277 229 X X X

4 X X X X X

그림 10. Case C2/H3/A2인 경우의 임계 타설시간간격

표 5. 임계 타설시간간격 ( ^단위 : ^분 )

Weather condition

Mix proportioning & Slab thickness

Case C1 Case C2 Case C3

H1 H2 H3 H4 H1 H2 H3 H4 H1 H2 H3 H4

Case A1 2-150 3-150 4-150

2-150 3-150 4-150

2-150 3-150 4-150

2-150 3-150 4-105

2-150 3-150 4-150

2-150 3-150 4-150

2-150 3-150 4-150

2-150 3-150 4-X

2-150 3-150 4-150

2-150 3-150 4-140

2-150 3-146 4-X

2-146 3-X 4-X

Case A2 2-150 3-150 4-150

2-150 3-150 4-150

2-150 3-150 4-150

2-150 3-112 4-X

2-150 3-150 4-150

2-150 3-150 4-90

2-150 3-90 4-X

2-89 3-X 4-X

2-112 3-X 4-X

2-42 3-X 4-X

2-X 3-X 4-X

2-X 3-X 4-X Case A3 2-150

3-150 4-95

2-150 3-116 4-X

2-148 3-X 4-X

2-X 3-X 4-X

2-97 3-X 4-X

2-39 3-X 4-X

2-X 3-X 4-X

2-X 3-X 4-X

2-X 3-X 4-X

2-X 3-X 4-X

2-X 3-X 4-X

2-X 3-X 4-X

표 6. Case C3/Case H2/Case A1인 경우의 슬래브의 표면

건조 시기 ( 단위 : 분 )

Number

of layers Time interval between layers (min)

0 30 60 90 120 150

1 339

2 318 301 286 274 262

3 297 265 239 216 195

4 277 232 195 162 X

그림 11. 슬래브의 표면 건조 방지를 위한 타설시간간격 (Case

C3/H2/A1, 양생 개시시기: 4시간 후)

에 대한 분할타설방법이 표 7에 정리되어 있다. 여기서 타 설시간간격이 O로 표시된 경우는 양생을 시작하기 전에 일 체타설되는 슬래브의 표면이 건조해지지 않는 경우를 나타 내고 X로 표시된 경우는 타설시간간격에 관계 없이 양생을 시작하기 전에 슬래브 표면이 건조해지는 경우를 나타낸다.

5. 결 론

이 논문에서는 참고문헌(곽효경 등, 2004; 곽효경 등,

2005)에서 제안된 소성수축균열 해석모델을 바탕으로 분할타 설되는 콘크리트 슬래브의 소성수축균열 해석방법을 제안하 였고 이 해석방법을 이용해 분할타설방법에 따른 소성수축 균열 발생 특성을 분석하였으며 이를 정리하면 다음과 같다.

1. 콘크리트 슬래브를 분할타설하면 일체타설하는 경우에 비 해 콘크리트 표면에 남아 있는 블리딩수의 양이 감소하고 슬래브 표면이 외기에 직접 노출되는 시기가 빨라진다.

2. 분할타설횟수와 타설시간간격이 증가할수록 슬래브의 표 면 건조 시기가 앞당겨지고 먼저 타설된 콘크리트의 표면

표 7. 슬래브의 표면 건조를 방지하기 위한 타설시간간격 (단위: 분)

Start curing of

Weather condition

Mix proportioning & Slab thickness

Case C1 Case C2 Case C3

H1 H2 H3 H4 H1 H2 H3 H4 H1 H2 H3 H4

after 1 h

Case A1

2-150 1-O 3-150 4-150

2-150 1-O 3-150 4-150

2-150 1-O 3-150 4-150

2-150 1-O 3-150 4-102

2-150 1-O 3-150 4-150

2-150 1-O 3-150 4-150

2-150 1-O 3-150 4-150

2-150 1-O 3-150 4-X

2-150 1-O 3-150 4-150

2-150 1-O 3-150 4-120

2-150 1-O 3-139 4-X

2-139 1-O 4-X 3-X

Case A2

2-150 1-O 3-150 4-150

2-150 1-O 3-150 4-150

2-150 1-O 3-150 4-150

2-150 1-O 3-97 4-X

2-150 1-O 3-150 4-150

2-150 1-O 3-150 4-75

2-150 1-O 3-75 4-X

2-75 1-O 3-X 4-X

2-102 1-O 3-X 4-X

2-30 1-O 3-X 4-X

1-O 2-X 3-X 4-X

1-X 2-X 4-X 3-X

Case A3

2-150 1-O 3-150 4-87

2-150 1-O 3-95 4-X

2-132 1-O 3-X 4-X

1-O 2-X 3-X 4-X

2-86 1-O 3-X 4-X

2-26 1-O 3-X 4-X

1-O 2-X 3-X 4-X

1-X 2-X 3-X 4-X

1-X 2-X 3-X 4-X

1-X 2-X 3-X 4-X

1-X 2-X 3-X 4-X

1-X 2-X 4-X 3-X

after 2 h

Case A1

2-150 1-O 3-150 4-150

2-150 1-O 3-150 4-150

2-150 1-O 3-150 4-150

2-150 1-O 3-150 4-102

2-150 1-O 3-150 4-150

2-150 1-O 3-150 4-150

2-150 1-O 3-150 4-150

2-150 1-O 3-150 4-X

2-150 1-O 3-150 4-150

2-150 1-O 3-150 4-120

2-150 1-O 3-139 4-X

2-139 1-O 4-X 3-X

Case A2

2-150 1-O 3-150 4-150

2-150 1-O 3-150 4-150

2-150 1-O 3-150 4-150

2-150 1-O 3-97 4-X

2-150 1-O 3-150 4-150

2-150 1-O 3-150 4-75

2-150 1-O 3-75 4-X

2-75 1-O 3-X 4-X

2-102 1-O 3-X 4-X

2-30 1-O 3-X 4-X

1-O 2-X 3-X 4-X

1-X 2-X 4-X 3-X

Case A3

2-150 1-O 3-150 4-87

2-150 1-O 3-95 4-X

2-132 1-O 3-X 4-X

1-O 2-X 3-X 4-X

2-86 1-O 3-X 4-X

2-26 1-O 3-X 4-X

1-O 2-X 3-X 4-X

1-X 2-X 3-X 4-X

1-X 2-X 3-X 4-X

1-X 2-X 3-X 4-X

1-X 2-X 3-X 4-X

1-X 2-X 4-X 3-X

after 3 h

Case A1

2-150 1-O 3-150 4-150

2-150 1-O 3-150 4-150

2-150 1-O 3-150 4-150

2-150 1-O 3-150 4-102

2-150 1-O 3-150 4-150

2-150 1-O 3-150 4-150

2-150 1-O 3-150 4-150

2-150 1-O 3-150 4-X

2-150 1-O 3-150 4-145

2-150 1-O 3-150 4-104

2-150 1-O 3-111 4-X

2-125 1-O 4-X 3-X

Case A2

2-150 1-O 3-150 4-150

2-150 1-O 3-150 4-150

2-150 1-O 3-150 4-150

2-150 1-O 3-97 4-X

2-150 1-O 3-150 4-143

2-150 1-O 3-150 4-75

2-150 1-O 3-75 4-X

2-75 1-O 3-X 4-X

2-84 1-O 3-X 4-X

2-15 1-O 3-X 4-X

1-X 2-X 3-X 4-X

1-X 2-X 4-X 3-X

Case A3

2-150 1-O 3-148 4-85

2-150 1-O 3-93 4-X

2-122 1-O 3-X 4-X

1-O 2-X 3-X 4-X

2-58 1-O 3-X 4-X

1-O 2-X 3-X 4-X

1-X 2-X 3-X 4-X

1-X 2-X 3-X 4-X

1-X 2-X 3-X 4-X

1-X 2-X 3-X 4-X

1-X 2-X 3-X 4-X

1-X 2-X 4-X 3-X

after 4 h

Case A1

2-150 1-O 3-150 4-150

2-150 1-O 3-150 4-150

2-150 1-O 3-150 4-150

2-150 1-O 3-150 4-102

2-150 1-O 3-150 4-150

2-150 1-O 3-150 4-150

2-150 1-O 3-150 4-128

2-150 1-O 3-132 4-X

2-150 1-O 3-136 4-79

2-150 1-O 3-88 4-55

2-108 1-O 3-49 4-X

1-O 2-X 4-X 3-X

Case A2

2-150 1-O 3-150 4-150

2-150 1-O 3-150 4-150

2-150 1-O 3-150 4-119

2-150 1-O 3-96 4-X

2-150 1-O 3-147 4-84

2-150 1-O 3-94 4-57

2-118 1-O 3-53 4-X

1-O 2-X 3-X 4-X

1-X 2-X 3-X 4-X

1-X 2-X 3-X 4-X

1-X 2-X 3-X 4-X

1-X 2-X 4-X 3-X

Case A3

2-150 1-O 4-58 3-96

2-137 1-O 3-62 4-X

2-63 1-O 3-X 4-X

1-X 2-X 3-X 4-X

1-O 2-X 3-X 4-X

1-X 2-X 3-X 4-X

1-X 2-X 3-X 4-X

1-X 2-X 3-X 4-X

1-X 2-X 3-X 4-X

1-X 2-X 3-X 4-X

1-X 2-X 3-X 4-X

1-X 2-X

4-X 3-X

이 건조해질 가능성이 높아진다.

3. 분할타설되는 콘크리트 슬래브의 소성수축균열 발생 가능 성을 낮추기 위해서는 분할타설높이를 점차 증가시키는 방 법으로 타설하는 것이 유리하나 먼저 타설된 콘크리트의 표면 건조와 나중에 타설된 콘크리트의 침하균열 발생에 주의해야 한다.

4. 분할타설되는 콘크리트 슬래브의 마지막 타설이 이루어지 는 시각이 정해진 경우에 초반부의 타설시간간격을 크게 하고 후반부의 타설시간간격을 작게 하면 슬래브 표면이 외기에 노출되는 시기를 지연시킬 수 있다.

나아가 이 논문에서는 콘크리트 배합과 외기조건 및 분할 타설방법을 변수로 하여 수행한 소성수축균열 해석으로부터 얻어진 해석결과를 바탕으로 슬래브의 표면 건조 시기와 임 계 타설시간간격에 대한 모델식을 제안하여 소성수축균열이 발생하지 않도록 분할타설방법을 계획하거나 소성수축균열의 제어를 위해 적절한 시기에 양생을 시작할 수 있도록 하였 다. 또한 시공 현장에서 빈번히 사용되는 배합 및 두께를 가지는 콘크리트 슬래브가 수분증발 정도가 서로 다른 세 가지 외기조건에 노출된 경우의 바람직한 분할타설방법을 제 안하여 시공 현장에서 별도의 검토 과정 없이 소성수축균열에 대해 안전한 분할타설방법을 계획할 수 있도록 도모하였다.

감사의 글

이 연구는 건설교통부가 출연하고 한국건설교통기술평가원 에서 위탁시행한 2004년도 건설핵심기술연구개발사업(과제번

호: 04핵심기술C02-02)의 연구비 지원에 의하여 수행되었으 며, 이에 감사드립니다.

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( 접수일 : 2006.1.20/ 심사일 : 2006.3.24/ 심사완료일 : 2006.5.22)