본 연구에서는 초고층 건축 시공에서 고성능 콘크리트의 유동특성과 고층부 펌프 압송성능과의 상관관계를 도출하기 위해 실제 500 m 이상의 실 건축물의 펌프 압송 모니터링 결과를 분석하였으며, 그 결과를 근거로 하여 현장에서 실질적으로 간단하게 활용할 수 있는 품질관리 매뉴얼을 제시하고자 하며, 그 결과를 요약하면 다음과 같다.
(1) 고성능 콘크리트의 배합설계는 지역적 특성에 따른 원재료 검토와 개선을 통해 최적배합을 도출하였으며, C80A-20, C80-14 및 C60-14의 수직부재용 콘크리트는 굳지 않은 콘크리트의 물성과 역학적 특성 모두가 품질기준을 만족함과 동시에 상대적으로 낮은 점성을 확보함으로써 200 m 이상 600 m의 높은 지점까지 압송이 가능한 것으로 나타났다.
(2) 고성능 콘크리트의 압송 높이에 따른 모니터링 결과, 동일한 규격의 콘크리트를 압송할 때 높이가 50 m씩 높아짐에 따라 최대 압송압력은 약 10~15 % 증가하고, 시간당 토출량은 약 8~10 % 정도 감소하는 경향을 보였으며, 시공 생산성 확보를 위한 최소 토출량인 25 m3/H에 수렴하는 각 규격별 최대 압송 높이의 임계치를 사전에 인지 및 예측할 수 있어서 사전에 배합 변경이나 생산 품질관리가 가능함이 확인 되었다.
(3) 동일 높이에 상이한 규격의 콘크리트를 압송할 경우, 강도기준에 따른 배합특성 차이에 의해 상이한 압송성능을 보였다. 350 m 높이의 경우 C80A-20과 C80-14의 최대 압송압력은 약 10 %, 이론적 시간당 토출량은 20~25 % 정도 차이가 발생하였으며, 450 m 높이의 경우에도 C80-14와 C60-14의 압송성능은 설계기준강도가 낮은 C60-14 규격의 고성능 콘크리트가 보다 양호한 것으로 나타났다.
(4) 유동특성과 압송성능과의 상관관계를 SPSS 프로그램을 활용하여 회귀분석 하였으며, 최대 압송압력의 경우 슬럼프 플로와 T500의 영향과 압송높이에 의한 영향을 함께 받는 것으로 나타나 다중선형회귀분석을 통해 신뢰수준 95 % 의 유의성을 검증하였다. 시간당 토출량과 배관내 마찰계수는 T500과 소성점도의 영향인자와 단순회귀분석을 수행하여 그 유의성을 검증하였으며, 예측값과 실측값이 오차범위 ± 5 % 범위 내에 분포되어 있어 회귀모델의 신뢰도 수준을 확인할 수 있었다.
(5) T500과 소성점도와의 각 규격별 상관계수는 C80A-20, C80-14 및 C60-14가 각각 0.962, 0.929 및 0.974로 나타나 높은 상관성을 가졌고, 회귀계수와 ANOVA 분석결과에서도 95 % 신뢰수준을 만족하였다. 따라서 T500 시험결과로 소성점도를 예측할 수 있으며 압송성능의 평가에 활용할 수 있는 것으로 확인되었다.
(6) 회귀분석결과를 근거로 하여 설계강도 80 ㎫, 60~65 ㎫ 및 50 ㎫급 고강도 콘크리트에 대하여 고층부 압송 시의 최대 압송압력을 예측할 수 있고, 시공생산성을 안정적으로 확보할 수 있는 시간당 토출량과 마찰계수를 관리하도록 슬럼프 플로와 T500의 유동특성 관리기준을 정리하여 압송 품질관리 매뉴얼 도표와 그래프를 제시하였다. 각 콘크리트 규격별로 높이에 따른 유효성은 있지만 오차 범위 내에서 향후의 초고층 시공 시 충분히 활용 가능할 것으로 판단된다.
In the high rise building construction job site, high performance concrete which has high flowability and pumpability, are to be applied inevitably from bottom to the top. So far there were not much significant researches on the correlation between flowability and pumpability of high performance concrete. The manual for high rise pumping with a guideline which is consist of flowability parameters of HPC based on the analysis results of correlation between slump rheological properties like slump flow, T500 and plastic viscosity and pumping properties like maximum pressure in the pipe, output and friction factors is to be suggested on this study. (1) In this study, high performance concrete of C60 and C80 are applied to a super tall building and those have satisfactory properties of fresh and hardened concrete to the requirements even changes according to time. Especially the evaluation and analysis of the relation of the rheological properties and pumpability of high performance concrete, C80A-20, C80-14 and C60-14 which are applied to the height of from 200 m to 550 m in the building, was carried out by measuring pumping pressure and pumping speed, testing concrete properties at before and after pumping.
(2) As results, the maximum pumping pressure shows increase of 10~15 % and the average pumping speed shows decrease of 5~10 % at every 50 m higher pumping even has output of the above 25㎥ per hour which means proper productivity. Additionally it was verified that the loss of slump flow after pumping is increased according to the plastic viscosity values and the increment of temperature through concrete pumping, and pumping pressure and friction factor in pipeline are inversely proportional to slump flow and shows a tendency to increase according to the higher T-500 value.
(3) In case that the different grades of concrete were pumped up the similar height, the pumpability was showed some differences between two grades of concrete. C80-14 concrete showed 10 % lower maximum pumping pressure and 20~25 % higher pumping speed(output) than C80A-20 concrete at the 350 m high pumping. Also, in case of 450 m high pumping, C60-14 concrete shows better pumpability than C80-14 concrete due to the characteristics of mix proportions of grades
(4) Regression analysis was utilized to verify the correlation between rheological properties and pumping characteristics with SPSS software. For the maximum pumping pressure, it appears to be under the influence of the slump flow, the correlation T500 and the pumping height as well, confidence level through multiple linear regression analysis the significance of 95 % is verified. For the out put per hour and the friction factors in the pipeline, correlation of the influence factors of T500 and plastic viscosity value is verified the high significance level through simple regression analysis, and the actual values and the predicted values of the regression models are distributed within the error range of ± 5 %.
(5) All grades of concrete, C80A-20, C80-14 and C60-14 have high correlation coefficient between plastic viscosity and T500 value, are appeared 0.891, 0.887 and 0.942, which means significance level of the regression coefficients and ANOVA analysis are met to 95 % confidence level. Therefore, prediction of the plastic viscosity through T500 test is reasonable and expected to be utilized in the evaluation of pumping characteristics.
(6) On the basis of the regression analysis, for the design strength of 80 ㎫ class cylinder strength criteria, 60 ~ 65 ㎫ and 50 ㎫ level of high strength concrete, it is possible to estimate the maximum pumping pressure at the time of pumping up to the high rise building floors, to deduct the requirements of rheological properties like slump flow and T500 value, to meet construction productivity of the reliably control standards is satisfactory given the high-rise pumping quality management manual table and chart, it is expected to be fully utilized during another super tall building construction.
목차
1. 서 론 11.1 연구배경 및 목적 11.2 연구범위 및 방법 32. 콘크리트의 펌프압송에 관한 이론적 고찰 72.1 서 언 72.2 콘크리트의 레올로지 82.2.1 콘크리트의 레올로지 특성 82.2.2 콘크리트의 관내 유동특성 162.2.3 콘크리트의 관내 마찰계수와 토출량 관계 222.3 콘크리트의 펌프압송 시공에 미치는 영향 요인 242.3.1 콘크리트의 재료 특성 242.3.2 콘크리트의 배합 특성 272.3.3 콘크리트의 온도변화 및 정치시간 342.4 펌프압송에 의한 콘크리트의 성상 변화 372.4.1 펌프압송 시 배관내 콘크리트의 거동 372.4.2 펌프압송 시 콘크리트의 유동성 변화 메커니즘 382.5 콘크리트의 펌프압송 시스템 402.5.1 펌프압송 장비 402.5.2 펌프압송 장비의 선정 512.6 콘크리트의 레올로지 측정 시스템 572.6.1 ICAR Rheometer 572.6.2 ConTec Rheometer 632.7 소 결 673. 고성능 콘크리트의 최적배합 도출 693.1 서 언 693.2 현장 품질관리 기준 693.2.1 역학적 특성 기준 703.2.2 유동성 품질관리 기준 703.3 원재료 특성 검토 713.3.1 시멘트 723.3.2 플라이애쉬 723.3.3 실리카흄 733.3.4 고성능 감수제 733.3.5 굵은 골재 743.3.6 잔 골재 743.4 최적 배합설계 773.4.1 최적 배합 도출을 위한 기술적 검토사항 773.4.2 실내 배합 및 배합 변수 783.4.3 레미콘 배쳐플랜트 시험생산 813.4.4 규격별 시방배합 도출 833.5 소 결 854. 고성능 콘크리트의 고층부 압송 모니터링 874.1 서 언 874.2 압송 모니터링 계획 및 방법 874.2.1 압송장비 및 배관 사양 884.2.2 압송모니터링 계획 914.2.3 압송모니터링 방법 944.3 높이별 압송 모니터링 결과 964.3.1 200 m 높이 압송 모니터링 결과 964.3.2 250 m 높이 압송 모니터링 결과 994.3.3 300 m 높이 압송 모니터링 결과 1034.3.4 350 m 높이 압송 모니터링 결과(C80A-20) 1064.3.5 350 m 높이 압송 모니터링 결과(C80-14) 1094.3.6 400 m 높이 압송 모니터링 결과 1134.3.7 450 m 높이 압송 모니터링 결과(C80-14) 1164.3.8 450 m 높이 압송 모니터링 결과(C60-14) 1204.3.9 500 m 높이 압송 모니터링 결과 1234.3.10 550 m 높이 압송 모니터링 결과 1274.4 규격별 압송 모니터링 결과 1304.4.1 C80A-20 콘크리트의 압송 모니터링 결과 1304.4.2 C80-14 콘크리트의 압송 모니터링 결과 1364.4.3 C60-14 콘크리트의 압송 모니터링 결과 1414.5 소 결 1465. 고성능 콘크리트의 유동특성과 압송성능의 상관관계분석 1495.1 서 언 1495.2 슬럼프 플로 변화에 따른 압송성능 영향 분석 1505.2.1 슬럼프 플로 변화에 따른 최대 압송압력 영향 분석 1505.2.2 슬럼프 플로 변화에 따른 시간당 토출량 영향 분석 1525.2.3 슬럼프 플로 변화에 따른 마찰계수 영향 분석 1535.3 T500 변화에 따른 압송성능 영향 분석 1555.3.1 T500 변화에 따른 최대 압송압력 영향 분석 1555.3.2 T500 변화에 따른 시간당 토출량 영향 분석 1565.3.3 T500 변화에 따른 배관내 마찰계수 영향 분석 1585.4 소성점도와 T500과의 상관관계 분석 1605.5 고성능 콘크리트의 고층부 압송을 위한 유동특성 품질관리매뉴얼 1645.5.1 최대 압송압력에 관한 압송품질관리 매뉴얼 1655.5.2 시간당 토출량과 마찰계수에 관한 압송 품질관리 매뉴얼 1715.6 소 결 1736. 결 론 175▣ 참고문헌 177▣ ABSTRACT 183