2009년 9월sampyocement.co.kr/kor/customer/upload/tech/292996.pdf · 2016-06-14 · [2009년 09월] 압축강도 저하원인 및 대책 3- - 되므로 압축강도 변화요인은

콘크리트 압축강도 저하원인 및 대책

2009년 9월

고 객 지 원 팀

[2009년 09월] 압축강도 저하원인 및 대책

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콘크리트 압축강도 저하원인 및 대책

동양시멘트(주) 고객지원팀

콘크리트 강도는 압축강도, 곡강도, 인장강도, 전단강도 등의 강도 이외에도 철근과의 부착강

도, 피로강도 등이 있지만, 콘크리트의 압축강도는 다른 강도에 비해서 현저하게 높으며, 특히

콘크리트의 28일 강도는 콘크리트 구조물의 설계기준에 사용하기 때문에 항상 정보가 필요로 한

다. 일반적으로 콘크리트 강도라고 부르는 것은 「압축강도」를 일컫는 것이다.

콘크리트는 여러가지 재료의 혼합에 의한 것이기 때문에 압축강도는 원재료에 의한 영향 뿐

만 아니라, 외부의 영향에 의해서도 크게 변화된다. 일반적으로 콘크리트 압축강도에 영향을 미

치는 중요 요인으로는 크게, ① 콘크리트 구성 재료의 물성과 품질, ② 물/시멘트비, 공기량, 골

재 등의 배합, ③ 혼합, 다짐 등의 콘크리트의 초기 취급방법, ④ 양생, 온도조건 및 구조물 특성

등의 경화 콘크리트의 환경으로 구분된다. 또한 같은 콘크리트에서도 공시체의 형상 및 크기, 하

중속도 등의 시험 방법 및 환경에 의해서도 크게 영향을 받는다.

특히, 하절기에는 콘크리트의 반죽질기가 감소하고 슬럼프 손실도 크며, 재령 7일에서 28일

사이의 강도 증진율이 떨어지고 강도 자체도 감소하는 현상이 나타나고 있다.

1. 콘크리트 압축강도에 미치는 영향인자

(1) 콘크리트 구성재료의 영향

ㄱ) 골재

일반적으로 콘크리트 구성물질 중에서 골재는 콘크리트의 60~75% 정도로서 가장 많은 부분을

차지하고 있는 물질로서, 압축강도에 미치는 영향이 매우 크다. 특히 골재의 생성기원에 따라 골

재의 강도가 차이가 나며, 골재에 부착되어 있는 점토 성분, 미립분 및 연질골재에 의해서 압축강

도는 영향을 크게 받는다. 또한 골재의 형상 및 입도에 따라 동일한 작업성을 얻기 위한 물의

양이 다르기 때문에 그 영향성이 크게 나타난다.

콘크리트 압축강도의 변화요인은 매우 여러 가지로 구분될 수 있으며, 콘크리트에 사용되는

재료 중 잔골재는 부순잔골재를 재외하고 거의 천연으로 생산되어 품질변동의 폭이 매우 클 가

능성이 있다. 골재 중 굵은골재는 대부분 석산에서 원석을 파쇄하여 일정 입도로 생산하여 사용


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되므로 압축강도 변화요인은 작으나, 잔골재의 경우 개답사, 산(마)사, 해사(EEZ), 강사, 세척사

등 종류도 다양하고 산지가 같더라도 굴착시 퇴적층에 따라 품질 차이가 크게 발생한다. 따라서

콘크리트의 품질에 커다란 영향을 미친다. 표 2.는 일본 시멘트∙콘크리트( NO.318, AUG. 1973)

에서 골재중의 토분 함량이 콘크리트의 품질에 미치는 영향을 보여주고 있다.

표 2. 골재중의 토분 함량과 콘크리트 품질

㉠ 골재의 입도가 작아지면 동일 slump를 유지하기 위한 단위수량이 증가하기 때문에 배합

보정이 이루어지지 않으면 압축강도는 감소한다.

㉡ 골재의 입형이 납작하거나 모가나면 실적율도 작기 때문에, 세골재 특히 모래를 많이 필

요로 하게 되고 단위수량이 증가하기 때문에 배합보정이 없으면 압축강도가 감소한다.

㉢ 골재 중에 점토 및 미분이 많으면 동일 slump를 얻기 위해서 단위수량을 많이 필요로 하

게 되고, 또한 시멘트 paste와의 접착을 방해하기 때문에 압축강도가 감소된다.

㉣ 골재 중에 약한 골재, 균열이 내부적으로 있는 골재는 압축강도가 감소된다

그림 1. 토분함량에 따른 단위수량 변화 그림2. 토분함량에 따른 28일 압축강도 변화


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잔골재의 토분함량은 모르터 압축강도에 현저한 영향을 미치며, 하천사 모르터의 재령 28일

압축강도를 기준으로 한 경우 자연(미세척)사 모르타르의 압축강도는 하천사 모르타르의

61~80 % 밖에 발현되지 않으나 토분함량을 3.6% 이하로 줄이면 90~96%까지 압축강도가 증가

한다(농어촌진흥공사, 콘크리트용 대체골재 개발에 관한 연구, 1994.12). 따라서 콘크리트용 잔

골재로써 사용하기 위해서는 반드시 세척을 하여야 하고, 또한 토분함량을 구조물의 중요도에

따라 엄격하게 규제할 필요가 있다.

표 3. 골재의 유해물질 함유량의 허용값(KS F 2526, 콘크리트용 골재)

ㄴ) 물

콘크리트 혼합시 사용되는 물은 콘크리트에서 두번째로 큰 구성물질로서, 콘크리트에 사용되

는 물의 양 뿐만 아니라 물에 포함된 불순물의 영향도 매우 크다. 또한 슬러지수 사용량 및 농

도에 따라 콘크리트 압축강도에 영향을 준다.

ㄷ) 시멘트

시멘트에 물을 가하면 시멘트 중의 구성화합물과 물의 수화반응이 시작되어 응결 및 경화하

게 된다. 시멘트 mortar 의 압축강도는 초기의 콘크리트 압축강도와 큰 상관성을 갖는다. 그러

나 장기 시멘트 mortar 압축강도와 콘크리트 압축강도와의 상관성은 낮게 나타난다. 따라서 시

멘트 mortar 압축강도로부터 콘크리트 압축강도를 예측하는 것이 가능하지 않다. 이는 시멘트

mortar에 비하여 콘크리트에는 구성재료(모래, 자갈, 혼화제, 물)의 품질과 상호작용 및 외기온

도의 영향을 받기 때문인 것으로 판단되며, 표 4는 Holderbank 에서 얻은 시험 결과로 시멘트


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mortar 압축강도와 콘크리트 압축강도와의 상관성을 보여주고 있다.

표 4. 시멘트 mortar와 콘크리트 압축강도와의 상관성

재령 시멘트 mortar 와 콘크리트 압축강도의 상관계수

8 시간 0.914

1 일 0.923

28 일 0.596

(2) 배합비 영향

시멘트 mortar 강도는 얼마나 치밀하게 수화물이 형성되느냐에 크게 영향을 받는다. 일반적으

로 시멘트가 완전하게 수화반응을 하기 위한 물의 양은 시멘트의 약25% 정도이며, 시멘트 수화

물의 gel 공극에 약 15% 정도 포함되어 있다. 따라서 콘크리트에 공급되는 물의 양이 시멘트의

40% 이하이면, 충분한 수화반응이 일어나지 않는다.

특히 물이 작은 콘크리트는 다짐을 충분히 할 수 없으며, 물의 공급 부족에 의해서 콘크리트

내부의 압축강도는 매우 감소하게 된다. 그러나 콘크리트는 작업성을 유지하기 위하여 시멘트의

수화에 요구되는 물의 양 보다 많이 공급되기 때문에 시멘트 수화에는 문제가 없지만, 수화에

필요한 이상의 물의 양은 증발되어 콘크리트 내의 공극으로 남기 때문에, W/C 의 값이 증가할수

록 콘크리트 강도는 감소된다.

콘크리트 배합시 일정한 W/C로 배합했더라도, 골재에 붙어있는 표면수에 따라서 콘크리트

내의 W/C 의 값이 변하기 때문에 콘크리트의 압축강도를 감소시킨다. 또한 W/C 가 일정한 콘

크리트 배합에서도 콘크리트의 공기량이 1% 변화하는 경우에 강도는 3~6% 정도의 차이를 가져

온다. 그림 3. 은 콘크리트에서 W/C를 일정하게 배합했더라도, 골재의 수분상태에 따른 따른 압

축강도의 감소를 보여주고 있다. 일반적으로 W/C 에 따른 28일 콘크리트 압축강도의 관계는 다

음과 같이 나타난다.

Bolomey 방정식 : Ψcon = a·Ψcem (C/W - 0.5) + b

여기서 Ψcon , Ψcem : 콘크리트의 예측 및 시멘트의 시험 압축강도

a, b : 시험방법, 골재의 질, 시멘트 함량, 시멘트 특성에 따른 상수


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그림 3. 골재의 수분상태에 따른 압축강도 변화

(3) 콘크리트의 취급

① 다짐

콘크리트의 유동성은 콘크리트 다짐성과 밀접한 관계를 갖고 있다. 또한 다짐성은 콘크리트

압축강도에 커다란 영향을 준다. 충분한 콘크리트 다짐이 이루어져 있을 때는 설계한 콘크리트

강도를 충분히 얻을 수 있지만, 다짐이 불충분하면 콘크리트 압축강도는 저하된다. 그림 4 는 다

짐의 정도에 따른 콘크리트 압축강도의 비를 보여주고 있다

그림 4. 다짐정도에 따른 콘크리트 압축강도비

② 양생 및 온도

타설 이후의 조건은 콘크리트 물성의 발현에 커다란 영향을 미친다. 특히 양생은 콘크리트의


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품질과 매우 밀접한 관계를 갖고 있다. 초기의 양생과정에서 건조속도는 강도에 커다란 영향을

주는 것으로서, 초기의 건조속도가 크면 초기재령 에서의 콘크리트 강도는 높게 나타나지만, 이

후의 강도증진은 거의 일어나지 않는다. 시멘트는 수화과정에서 물이 필요하기 때문에, 물의 증

발을 방지해야 하며, 심지어는 추가적인 물의 공급이 이루어져야 한다.

그림 5.는 타설 이후 수중양생된 콘크리트와 대기 중에서 양생된 콘크리트의 압축강도 차이를

보여주고 있다. 그림에서 알 수 있는 것처럼 충분한 물의 공급이 이루어지지 않으면 콘크리트의

압축강도는 50% 이상 감소하고 있다.

그림 5. 수중양생과 대기양생된 콘크리트의 압축강도 차이

온도가 증가할수록 대부분의 화학반응과 마찬가지로 콘크리트의 응결 및 경화가 가속된다. 그

림 6 및 그림 7 은 온도의 영향을 보여주고 있다. 20℃ 이상의 대기 기온에서는 온도가 증가함에

따라 초기의 콘크리트 압축강도는 증가하지만 약 3일 이후부터 장기 재령 까지 압축강도는 현저하

게 감소하고 있는 것을 알 수 있다. 20℃ 이하의 대기에서는 보다 낮은 온도에서는 28일까지의

압축강도는 20℃ 보다 작게 나타나지만, 이후 강도발현 증진이 크게 나타나, 강도가 높은 것을

알 수 있다.

이와 같이 온도가 증가함에 따라 초기의 콘크리트로 압축강도는 높지만, 7일 이후의 재령 부터

는 강도증진이 지연되고 있는 것을 알 수 있다. 이와 같은 콘크리트 압축강도 발현은 시멘트 수

화반응 속도와 밀접한 관계를 갖고 있으며, 재령 7~14 일에서는 무엇보다 급격한 강도증가를 보

인다. 이후에도 충분한 수분의 공급이 있으면 재령 6개월 이후 1년 까지도 강도증진이 일어난다.


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그림 6. 온도에 따른 압축강도 발현 (Ⅰ) 그림 7. 온도에 따른 압축강도 발현 (Ⅱ)

(4) 시험방법

콘크리트의 시험방법 및 숙련도에 따라 압축강도의 결과가 다르게 나타난다. 특히 시편크기,

mould 작업, 양생, 측정 등에서 결과의 오차를 줄 수 있다. 특히 콘크리트 강도가 충분하더라도

불량한 mould로 성형한 공시체의 강도는 감소한다. 시편불량에 의한 콘크리트 압축강도에 주는

영향은 다음과 같다.

① 직경이 틀린 것은 단면적이 달라지기 때문에 강도의 차이가 난다. 직경이 10cm 인 경우 ±

1 mm 변화하면 강도는 ±2% 의 차이를 나타낸다.

② 단면에 요철이 있는 경우에, 특히 凸 면이 있는 경우에는 강도저하가 크게 나타난다.

③ 공시체의 아랫면과 축이 수직이 아닌 경우에는 강도 측정시 편심 하중을 받기 때문에 강도

가 낮게 나타난다.

④ 강도를 측정하는 면에 이물질과 같은 것이 국부적으로 있으면 강도는 낮게 나타난다.

⑤ Mould 조립시 bolt가 느슨하거나, 청소가 불량하면 누수(漏水)의 원인이 되며, 강도는 낮게

나타난다.

이와 같이 콘크리트 압축강도에 미치는 영향은 매우 다양하게 나타나고 있다. 표 5. 에는 콘

크리트 압축강도의 편차의 요인을 정리하여 보여주고 있다.


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표 5. 콘크리트 압축강도의 편차요인

구분 요인

1. W/C 변동 ▶재료의 변동 ▶설비의 변동

2. 재료의 변동

▶공기량의 변동

-골재입도, 골재부착 점토 및 이물질량

-AE제 농도

-계량의 정확도

▶시멘트 강도 변동 ▶골재의 입도 변동

▶골재의 표면수 변동 ▶약한 골재 및 불순물

3. 설비의 변동 ▶계량 정확도의 변동 ▶혼합 정도의 변동

4. 시험의 변동

▶공시체 변동(성형 불량 등)

▶초기 및 장기양생의 차이

▶시험 및 공시체의 환경 및 상태

(5) 계량오차

시멘트와 물의 계량오차가 발생하면 시멘트 계량오차 ±1% 에 대해서 ±3~5kg/cm2, 물의

계량오차 ±1% 에 대해서 ±3~4 kg/cm2정도의 압축강도 변화가 생긴다.

(6) 잔골재 · 굵은골재의 표면수 설정오차

혼합한 콘크리트의 물/시멘트비와 slump 가 일정하게 되도록 골재의 표면수 보정을 하고 있으

나, 시간차이 및 골재의 야적상황 차이 등에 의하여 표면수율과 설정치 사이에 차이가 생길 수

가 있다. 따라서 혼합한 콘크리트의 수량이 변화하기 때문에 압축강도의 변화가 일어난다. 표 6

에서는 콘크리트 압축강도에 영향을 주는 요인과 대책을 정리하였다


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표 6. 콘크리트 압축강도의 변화요인과 대책

저하요인 압축강도에 미치는 영향 대책

1.물/시멘트비 1% 증가

약 2~3% 감소 ▶양질의 원재료 사용 ▶골재표면수 안정화 ▶감수율이 높은 혼화제 사용

2.공기량 1% 증가 약 3~6% 감소

▶모래입도, 점토량의 안정화

▶AE 제 농도 관리

▶AE 제 계량 정확도 유지

3.시멘트 강도 1MPa 감소

약 0.8~ 0.9 MPa 감소 ▶안정된 시멘트 품질 공급

4. 모래 조립율 0.2 변화

약 1~2 MPa 변화

▶인수검사 철저 ▶적정한 배합보정 실시 ▶입도가 다른 종류 혼합사용시 입도 관리 철저

5. 골재 혼입 미분 (토분,석분)

부착강도 저하로 변화큼 ▶ 인수검사 철저 ▶ 살수를 통한 미분제거 ▶ 골재 세척설비를 통한 미분제거

6. 골재 중 약한 골재 증가

특히 고강도 콘크리트에 영향이 매우 큼

▶골재관리 철저

7. 골재 표면수 1% 증가

약 1~4 MPa 감소

▶골재저장소 배수관리

▶골재 저장 사이로 설치

▶적정한 표면수율 파악 및 배합보정

8. 계량오차 (물, 1% 증가)

약 1.5~3% 감소 ▶계량기 정기점검 및 일상관리 ▶계량값의 확인

9. Mixer 내 잔류 콘크리트

변화가 큼 ▶ Mixer blade 조정 및 교환

10. 공시체 성형 불량

변화가 큼

▶시료채취 방법 및 시료취급 주위

▶ 형틀 및 평면도 유지

▶ Capping 방법 주위

11.믹서차량 잔류수 변화가 큼 ▶ 잔류수 제거

12.초기 양생 차이 변화가 매우 큼 (특히 7일 강도)

▶ 공시체 계절별 관리 철저

13. 콘크리트 온도 1℃ 높음

( 대기온도 증가)

0.2~0.5MPa 감소 ( 30℃ 이상시 급격히 감소)

▶ 냉각기를 가동한 물의 사용 ▶ 골재 살수 및 그늘막 설치 ▶ 대체재(f/a, s/p) 사용 ▶ 콘크리트 온도 30℃ 이하 관리

14. 시험시 공시체의 상태

변화가 큼 ▶ 평탄한 면에 수분증발이 급격히 되지

않도록 조치를 취함. ▶ 온도변화에 노출 주의


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2. 연간 콘크리트 압축강도 변화

콘크리트 강도는 물/시멘트비로써 결정이 되나 동일한 물/시멘트비에서의 콘크리트 압축강도

발현은 콘크리트에서의 시멘트 수화 반응속도에 크게 영향을 받기 때문에, 대기의 기온에 따라

변화된다. 일반적으로 온도가 높아지면 수화반응 속도가 빨라지고, 온도가 낮으면 늦어지게 된다.

따라서 온도가 높고, 수화 반응속가 빠르면 강도도 높아지게 된다. 그러나 온도가 높거나 수화반응

이 빠르면, 초기의 강도는 높지만, 3일 이후의 재령에서는 시멘트와 물의 빠른 수화반응에 의해서

수화생성물 결정의 크기가 크고, 불균일하게 되기 때문에 강도발현 증진이 매우 감소하게 된다. 따

라서 콘크리트 및 양생온도가 높을수록 압축강도 발현의 증진폭이 감소하는 것이다.

일반적으로, 온도가 높아지면 동일한 반죽질기를 얻는데 필요한 단위 수량이 증가하는 것으로

알려져 있다. 또 레미콘의 경우, 배쳐 플랜트에서 현장까지 운반시간이 동일하더라도 온도가 높을

경우 슬럼프 손실이 더 크므로 타설시 동일한 반죽질기를 얻기 위해서는 플랜트 출발시에 반죽질

기가 큰 콘크리트를 제조하여야 한다. 이 경우, 단위수량이 증가하여 W/C가 증가하면서 강도의

저하가 나타날 수 있으므로, W/C가 동일하도록 단위시멘트량도 증가시켜야 하는데 이것은 시멘

트 원단위 증가에 의한 원가 상승 요인이 된다. 하절기 콘크리트는 콘크리트의 온도 상승량이

높아지면, 응결이나 경화가 빨라지게 되어 레미콘 운반시의 슬럼프 저하라는 문제가 발생하게

된다.

시멘트의 응결시간이 온도의 영향으로 어떻게 변하는지를 검토한 결과, 시멘트 페이스트의 온

도를 표준 상태(20℃)부터 하절기 상태(약35℃)로 하면, 표준 온도에 대한 물-시멘트비가 약간

상승하는 것으로 나타났다. 이 온도 상승에 의해 초결 및 종결시간이 약간씩 빨라지는 것으로

나타났다.

온도와 단위수량의 관계에 대해서는 여러 가지의 실험 결과가 있는데, 미국 개척국의 콘크리

트 매뉴얼에 의하면, 온도 10℃ 변화에 대해 혼합시의 단위수량은 약 7㎏ 변화한다고 한다. 동

일 배합으로 1년간 시험한 경우 아래 그림과 같은 강도 분포가 이루어 짐을 알 수 있다

그림 8. 계절별 콘크리트 압축강도 변화

통상 겨울철 콘크리트의 온도는 8~10℃ 정도이며, 봄철은 15℃~25℃로 콘크리트 온도가 상

승하는 경우 단위수량 6~7Kg, 단위 시멘트량 10~13Kg(w/c 55% 기준)의 춘추기 배합 보정이


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필요하다. 또한 콘크리트 온도가 25℃를 넘는 경우 서중콘크리트 대책과 함께 단위수량 +6Kg

및 시멘트량의 조정이 필요하다. 콘크리트 온도가 30℃를 넘는 경우 다시 단위수량 +6Kg과 전체

배합의 W/C를 2% 낮추어 콘크리트의 배합을 보정 하여야 하며, 서중콘크리트 설비를 가동해야

한다.

특히 여름철 콘크리트의 온도가 30 ℃를 넘는 경우 7일에서 28일 강도의 증진이 매우 불량

할뿐 아니라, 단위 시멘트 량을 증가 시켜도 강도증진 효과가 적게 나타나 콘크리트의 강도 관

리가 어려워 진다. 계절 배합 및 콘크리트 온도관리를 적용 시킨 후의 강도 그래프를 보면 아래

그림과 같다.

그림 9. 계절별 배합된 콘크리트 압축강도

3. 하절기 콘크리트의 품질특성

일반적으로 하절기에는 콘크리트의 반죽질기가 감소하고 슬럼프 손실도 크며, 재령 7일에서

28일 사이의 강도 증진율이 떨어지고 강도 자체도 감소하는 현상이 나타나고 있다. 또한 습도가

낮은 경우 수분의 증발속도가 빠르므로 초기 균열이 발생하기 쉽다. 이러한 현상들은 대기 온도

가 상승함에 따라 콘크리트 구성 재료(시멘트, 골재, 수온 등)의 온도도 높아지며 콘크리트의 타설,

양생 등 전과정에 걸쳐 온도가 높은데 기인하는 것으로 알려져 있으며 여름철 레디믹스트 콘크리

트 공장에서는 이러한 현상에 대비하기 위하여 계절 배합, 지연형 혼화제의 사용, 골재 등 원재

료 온도의 저감 대책, 서중 설비의 적용 등 여러 가지 대응이 필요한 실정이다.

하절기에는 콘크리트의 타설온도가 30℃이상 넘지 않도록 재료의 취급에서부터 철저한 관리를

실시하여 양생이 끝나기 까지 적절한 대응책을 준비해 두어야 한다. 한편, 우리나라의 기상기후

역시 서중 콘크리트를 준비해 두어야 하는 월평균기온 25℃ 이상의 기간이 상당히 길어 혹서기

후에서 콘크리트 공사를 하여야 하는 실정이다. 이러한 실정을 감안할 때 하절기 콘크리트를 시

공하는데 있어서 문제점을 검토하여 고온과 낮은 상대습도, 바람에 의해 콘크리트가 받는 해로

운 영향을 최소화할 필요가 있다.


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여름철에 타설되는 하절기 콘크리트에 관해서는 일반 시방서에서는 콘크리트 온도의 규정에

의해 제한을 만들고 있는데(예를 들면 콘크리트학회 35℃ 이하), 실제로 그 한계온도를 넘는다

해도 급격한 성상 변화를 보이는 것은 아니기 때문에, 지금까지는 비교적 등한시되어 왔다.

서중 콘크리트에서 일반적으로 야기되는 문제점을 열거하면 다음과 같다.

1) 굳지않은 콘크리트에 미치는 영향

(1) 경화에 따른 소요수량이 증가한다.

(2) 소요의 슬럼프치를 유지하기 위한 소요수량을 증가시키게 된다.

(3) 콘크리트의 취급, 마감 및 양생이 어렵고, 응결속도가 빨라져 시공이음이 발생할 가능성

이 높다.

(4) 소성균열의 발생 가능성이 높다.

(5) 연행공기량의 조정이 어렵다.

2) 굳은 콘크리트에 미치는 영향

(1) 온도증가에 따른 가수량의 증가로 인하여 콘크리트의 압축강도가 저하한다.

(2) 건조수축 및 미소온도균열이 증가하는 경향이 있다.

(3) 내구성이 저하한다.

(4) 표면외관이 균일하게 되지 않는다.

이러한 문제점을 간단히 정리하면 다음 4가지 사항으로 요약할 수 있다.

① 응결이나 경화가 빨라진다.

이것은 콘크리트 온도 상승에 의한 수화 반응 촉진이 원인이지만, 레미콘 운반시의 슬럼프

저하가 몹시 심하여 이것을 보충하기 위한 단위 수량의 증가나 작업시간 단축을 위한 다짐 및

마감 불량 등의 문제점을 일으킨다. 콘크리트의 온도가 높으면 시멘트 입자의 운동이 활발해져서

입자들끼리 충돌할 확률이 높아지므로 응집이 촉진된다. 따라서 콘크리트의 반죽질기가 감소하며

슬럼프 손실도 커지게 되어 단위수량이 증가되는 경향이 있는데 단위시멘트량을 동시에

증가시켜주지 않으면 W/C 가 높아져서 강도가 감소하게 된다.

② 강도가 저하한다.

고온시에 타설한 콘크리트는 장기재령에서의 강도 증진이 좋지 않고 또 수분의 증발이

심해져 양생이 불충분하게 되기 쉽다. 온도가 높을수록 시멘트 입자 표면에 치밀한 시멘트

수화물의 불투수성 막이 생성되어 물과 각 이온의 투과를 방해하므로 더 이상의 수화 진행을

억제하여 강도 발현이 지연되기 때문이라고 한다. 한편으로 초기에 시멘트의 수화가 촉진되면


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넓은 공간에 거대 수화물이 형성되어 전반적으로 조직이 다공질화되기 때문이라고도 한다. 여름철

레미콘에서도 이러한 영향으로 강도의 감소, 혹은 7 일에서 28 일 강도의 증진이 떨어질 수 있다.

여름철 옥외 치장에 방치된 골재의 온도는 최고 70℃까지 올라가는데 이러한 골재를 그대로

사용하는 경우 골재와 시멘트 페이스트 사이의 계면이 지나치게 발달하여 시멘트 페이스트-골재

사이의 부착강도가 감소 및 콘크리트 온도 증가의 주원인으로 작용하여 압축강도의 저하가

나타난다.

③ 경화 전후를 불문하고 균열이 발생하기 쉬워진다.

경화전으로는 물의 증발이 심하고 또한 응결이 빨라져 유동성을 잃기 쉽기 때문에(소성수축),

또 경화 후에는 단위 수량 증가에 의해 건조 수축이 증대하고 온도차가 증대하며 강도도 저하되

기 때문에 균열이 발생하기 쉬워진다.

콘크리트에서 나타나는 균열에는 타설 당일 나타나는 소성 침하 균열, 타설 당일부터

다음날 사이에 나타나는 소성 수축 균열, 초기 재령에서 나타나는 수화열에 의한 균열, 3 개월

이후에 나타나는 건조 수축 균열 등이 있다. 주로 레미콘에서는 소성 침하 균열과 소성 수축

균열이 문제가 되는데 그 원인에는 다음과 같은 것들이 알려져 있다.

콘크리트를 타설하면 콘크리트를 구성하는 재료들 사이에 비중 차이에 의해 침하가 일어난다.

이 침하는 시멘트가 반응하여 구성 재료들을 어느 정도 결합시킬 때까지 계속되는데 시멘트 및

골재와 같은 무거운 재료는 가라앉는 반면 물은 상대적으로 비중이 작으므로 블리딩으로 뜨게

된다. 보통 콘크리트에서 침하 속도와 블리딩 속도는 같다. 이 침하속도와 블리딩 속도가 매우

큰 경우 침하에 의하여 콘크리트가 표면 근처의 보강 철근에 의하여 구속되어 응력이 발생하고

따라서 보강근을 따라 균열이 발생할 수 있다. 이러한 균열을 소성 침하 균열이라 하며 주로

타설 두께(깊이)가 큰 경우 발생하기 쉽다. 또한 이러한 균열은 슬래브 외에도 기둥이나

벽체에서 콘크리트의 침하에 의한 아치 형성으로 구속이 발생하여 균열로 나타날 수 있으며

부재의 두께가 다른 경우 부등 침하에 의하여 나타날 수도 있다.

④ 공기량의 조정이 곤란해진다.

AE콘크리트의 연행 공기량은 콘크리트 온도가 상승하면 감소하고, 또한 불안정하게 되기 때

문에, 이에 따른 슬럼프의 변화를 조절하는 것이 용이하지 않다.

4. 하절기 품질문제 해결 대책

1) 원재료 관리를 통한 콘크리트 온도 감소

우리나라의 대부분의 지역에서는 여름철 일중 기온이 30℃를 넘는 날이 많은데 콘크리트 작


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업은 낮에 주로 실시하기 때문에, 콘크리트 온도도 제법 높아지게 된다. 이와 같은 기상 조건하

에서 콘크리트의 상승온도를 낮게 하기 위해서는 재료의 온도를 낮추는 것이 선결 과제로, 특히

사용량이 많은 골재와 비열이 큰 혼합수의 온도를 내리는 것이 그 대책이 될 수 있다.

물은 일반적으로 지하수를 사용하면 여름철에 있어서도 상당한 저온 상태가 얻어지고, 배치플

랜트에 이르기까지의 파이프 라인을 오히려 경유시키거나 이것에 살수하거나, 배관 위치를 고려

하는 등의 대책에 의해 수온의 상승을 막고, 필요에 따라서는 쿨링 설비를 설치하는 것도 생각할

수 있다. 골재는 직사 일광을 받은 것은 곧바로 사용하지 말고 가능하면 지붕을 설치해 햇빛을

직접 받지 않도록 하고 물을 뿌려 물의 기화열에 의한 온도 저하도 생각할 수 있다. 그러나, 이

것은 표면수량의 관리상 주의해 주지 않으면 실패할 우려가 있다.

재료 온도의 조사 자료에 의하면 레미콘에서는 시멘트의 입하시의 온도가 제법 높아

60~80℃ 혹은 그 이상인 것도 있기 때문에, 배치플랜트에 도달할 때는 적어도 60℃이하가 되도

록 입하 시멘트의 온도에도 제한을 두는 것이 바람직하다. ACI의 Standard에 의하면 시멘트의

온도는 77℃이하이면 나쁜 영향은 없는 것으로 되어있지만, 고온의 시멘트는 급결현상을 일으킬

염려가 있기 때문에 60℃정도로 하는 것이 바람직하다. Silo중의 시멘트가 직사광을 받아 가열

되는 것을 피하기 위해서는 은색 도료를 현상 배치플랜트에 바르는 것도 하나의 방법이 된다.

타설시까지의 운반중에 노상에서 일어나는 콘크리트 온도의 상승을 막는 것도 필요하다. 트

럭믹서의 색을 백색 및 보온덮개 설치로 콘크리트 온도를 1℃정도 저하 시킨다.

2) 지연형 혼화제의 사용

설탕이나 포도당과 같은 당류, 구연산 등의 유기산, 기타 불화규소나 인산염계의 무기염류등이

시멘트의 수화를 지연시키는 작용을 갖고 있는데 이들을 적정량 사용하면 초기 수화를

억제시켜서 슬럼프 손실을 억제할 수 있을 뿐만 아니라 중장기 강도의 발현율을 높일 수 있다고

한다.

지연제에는 첨가량을 증가시킴에 따라 수화 반응 자체를 억제하는 성질을 가진 것과 수화

반응에는 영향을 끼치지 않고 수화 개시 시간을 지연시켜주는 성질을 갖는 것으로 나눌 수 있다.

전자의 경우는 과첨가시 위응결과 더불어 종결이 발현되지 않는 경우가 있어서 주의를 요하며

사전에 적정 첨가량을 산정할 필요가 있다. 후자의 경우는 초지연제라 하여 콘크리트의 응결

시간을 원하는 시간만큼 지연시킬 수 있는데 일단 응결이 개시되면 정상적인 시멘트의 강도

발현 특성을 나타낸다고 한다.

3) 감수율이 높은 감수제의 사용

여름철 콘크리트 강도 저하의 주원인은 온도가 증가하면 동일한 반죽질기를 얻기위한 물의

사용량이 증가하므로 결과적으로 콘크리트의 W/C 가 증가되는데 있다. 따라서 다른 계절과

동일한 압축강도 범위를 갖는 콘크리트를 제조하기 위해서는 단위시멘트량을 증가시켜야 한다.


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어떤 레미콘 공장에서 현재 사용중인 골재를 사용하여 실험을 통해 구한 28 일 압축강도-C/W

관계식이 다음의 식(1)과 같다면, 봄과 여름철의 콘크리트의 W/C, 단위수량, 단위시멘트량 등의

배합을 계산할 수 있다.

σ28 = -12.6 + 23.7C/W ------- (1)

예를 들어 레미콘의 호칭강도가 24.0MPa 이고 표준편차가 2.7 MPa 일 때 배합강도는

28.7MPa 가 된다. 여기서 슬럼프 150mm 를 발현하는 단위수량이 봄의 경우 192 kg/m3

라면

여름이 되어 콘크리트의 온도가 증가하면 약 200 kg/m3

이상까지 증가하는 것이 일반적이다.

따라서 동일한 배합강도를 얻는데 필요한 단위시멘트량은 봄에는 335 kg/m3

인데 비해 여름에는

349 kg/m3 이상으로 약 14~15kg 이상을 증가시켜야 한다.

이러한 단위시멘트량의 증가는 레미콘의 원가 상승 요인 외에도 슬럼프 손실을 더욱

심화시킬수 있으므로 여름철 콘크리트의 품질 문제를 해결하기 위해서는 우선적으로 단위수량이

봄철보다 4-5% 정도 증가하는 것을 최대한 억제할 필요성이 있다. 즉, 현재사용하고 있는

감수제나 AE 감수제보다 감수율이 4-5% 이상 높게 발현되는 혼화제를 사용해야 한다.

우선적으로 고려할 수 있는 방법은 현재 사용하고 있는 (AE)감수제의 첨가량을 늘려서 감수성을

증가시키는 것이다. 그러나, 레미콘공장에서 일반적으로 사용하고 있는 감수제나 AE 감수제의

경우는 리그닌설폰산계가 대부분인데 이들의 첨가량을 기준첨가량의 1.5~2 배 정도로

증가시키면 감수율은 어느 정도 증가하나 위응결이나 응결 지연, 공기량의 증가 등 악영향이

더욱 크다. 따라서, 이러한 악영향이 없는 고성능감수제(유동화제)를 첨가하여 감수율을 높게

가져가는 것이 필요하다고 생각된다. 그러나, 첨가량을 어느 이상으로 하면 오히려

고성능감수제의 사용량 증가로 원가가 상승하는 경우도 있으며 감수효과가 너무 커서 슬럼프

손실도 더 클 수가 있다.

따라서 일반 감수제의 감수율이 4-5%(AE 감수제의 경우에는 10-12%)인데 비해 시멘트에

대하여 감수율을 8-9% 정도(AE 제를 함께 사용하면 14-16%) 발현할 수 있는 첨가량이 적정

첨가량이라고 생각된다. 즉, 고성능감수제의 기준 감수율인 12% 이상(고성능 AE 감수제의

경우에는 18% 이상)보다는 낮고 일반감수제보다는 감수율이 높은 중간 범위의 성능을 나타내게

된다. 최근에는 처음부터 이러한 목적으로 AE 감수제의 성능을 개량하여 일반감수제와

고성능감수제 사이의 감수율을 갖도록 한 중간성능 감수제(Mid-Range Water-reducer) 및

준 PC 계의 혼화제가 시판되고 있다.

여름철에 위와 같은 혼화제를 사용하면 단위수량의 증가없이 봄철과 동일한 반죽질기를 얻을

수 있을 것으로 기대된다.

4) 골재 계면 부착 강도의 증진 (혼화재료 사용)

여름철 콘크리트의 강도 저하 원인 중 하나로 골재의 온도 증가에 따른 시멘트 페이스트-

골재의 계면의 발달에 따른 부착강도의 감소를 들 수 있다. 여기서 골재 계면을 구성하고 있는

것은 주로 시멘트가 수화반응하면서 생성되는 수산화칼슘(Ca(OH)2)인데 이것의 강도는 골재나


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시멘트 페이스트의 강도에 비해 낮으므로 주로 이 면을 따라 파괴가 일어나 콘크리트 강도의

감소를 초래한다고 한다.

따라서, Ca(OH)2 와 반응하여 강한 결합을 갖는 수화물을 생성할 수 있는 플라이애시,

고로슬래그 미분말 등의 포졸란계 혼합재를 적정량 첨가하면 강도의 감소를 보상할 수 있을 뿐만

아니라 콘크리트의 화학적 저항성이나 내구성의 증진은 물론 시멘트의 치환시 원가 절감도

가능할 것으로 기대된다. 그러나 이 경우 구입자와 사전에 그 사용량을 주문(계약)서에 알리고

납품서에 표시하여야 한다.

결론적으로 하절기 여름철 콘크리트에서 나타나는 품질 문제의 대책을 정리하면 아래와

같다.

1) 초기에 시멘트의 수화가 촉진되면 넓은 공간에 거대 수화물이 형성되어 전반적으로 조직이

다공질화되어 압축강도가 감소되므로, 원재료 관리 및 서중설비 가동을 통한 콘크리트

온도를 감소 시켜야 한다.

2) 지연형 혼화제를 사용 및 감수율이 일반 감수제보다 4% 이상 높은 감수제를 사용하면

콘크리트의 슬럼프 손실 및 단위수량 증대로 인한 압축강도 감소를 억제할 수 있다.

3) 하절기 골재 온도가 상승하면 골재와 시멘트 페이스트 사이의 부착력이 취약해져 강도가

감소하는데 플라이 애쉬나 고로슬래그 미분말과 같은 포졸란계 혼합재를 적정량 사용하면 이

현상을 억제할 수 있다.

4) 초기 균열은 주로 부재의 형상, 두께, 기상 조건의 영향을 받으며 블리딩 현상과 관계가

있으므로 균열의 종류에 따라 블리딩에 영향을 미치는 인자들을 배합 과정에서 조정이

요구된다.

여름철 콘크리트의 품질 문제의 근본적 원인은 온도의 증가에 있으므로 온도와 관련된 인자들의

제어가 꼭 필요하다고 판단 된다.

Documents

2009년 9월sampyocement.co.kr/kor/customer/upload/tech/292996.pdf · 2016-06-14 · [2009년 09월] 압축강도 저하원인 및 대책 3- - 되므로 압축강도 변화요인은