수화반응과 온도균열

▒ 기출문제

- 106회 1교시 6번 : 시멘트 수화반응의 단계별 특징

- 68회 1교시 9번 : 수화반응

- 67회 4교시 3번 : 콘크리트 타설시 발생되는 수화열이  미치는 영향과 제어공법

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▒ 개요

1) 수화반응이란 시멘트를 구성하는 크링커 화합물과 물과의 반응으로 수화물을 생성하는 반응으로,

2) 이 과정에서 발열을 동반하며 서서히 응결 및 경화해서 강도를 발현한다.

 

▒ 수화반응식

CaO + H2O → Ca(OH)2 + 열(120cal/g)

 

▒ 수화반응속도 영향 인자

1) 시멘트의 조성 : 크링커화합물중 C3A가 반응속도가 가장 빠르며 수화를 지연하기 위해 석고 혼입

2) 분말도 : 분말도가 클수록 속도 빠름

3) 온도 : 양생온도 높을 수록 속도 빠름

4) 습도 : 습도가 높을 수록 속도 빠름

5) 물시멘트비(W/C) : 초기 수화에 큰 영향이 없으나 후기(31일 이후)에는 물시멘트비가 클수록 빠름

 

▒ 온도균열(수화열이 미치는 영향)

1) 개요

① 시멘트가 물과 반응하여 발열화학반응(수화반응)에 의해 120cal/g정도의 열이 발생하여 콘크리트 내부온도를 상승시킨다.

② 발생한 수화열에 의해 콘크리트 내외부의 온도차가 발생하게 되는데 온도차에 의한 인장응력(온도응력) 발생으로 해로운 균열이 발생되며, 이를 온도균열이라 한다.

2) 콘크리트 구조물에 작용하는 온도응력

①  수화열에 의해 온도가 상승하였다가 하강시 인장응력 발생

② 외기온도의 일교차 등의 온도변화

③ 화력발전도 또는 굴뚝등과 같이 인위적을 열이 가해지는 경우

3) 온도균열의 발생 원인

① 내부구속에 의한 균열 : 콘크리트 구조의 내외부의 온도분포가 서로 달라짐으로 인해 콘크리트 자체에 의한 내부구속에 의해 균열이 발생 

② 외부구속에 의한 균열 : 온도변화에 대하여 콘크리트는 신축하지만 그 변형이 하부지반 등에 의하여 구속되는 외부구속 조건에 의해 균열이 발생

4) 방지대책(제어방법)

① 분말도 낮은 시멘트, 저발열 시멘트 사용

② 단위 시멘트량을 줄이는 배합설계

③ 플라이 애시(Fly Ash), 고로슬래그 등의 혼화재료 혼입

③ 프리쿨링(Pre-Cooling)

④ 파이프쿨링(Pipe-Cooling)

⑤ 수축이음 설치

 

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▒ 연관문제

매스 콘크리트 - 온도균열지수 - 프리쿨링(Pre-Cooling) - 파이프쿨링(Pipe-Cooling)

 

▒ 참고문헌(출처)

- 시멘트의 수화반응 속도에 영향을 주는 인자 / 송종택 (시멘트협회)

- 철근콘크리트 구조물의 균열평가 및 제어대책에 관한 연구 / 정란 (국토해양전자정보관 CODIL)