양생방법에 의한 콘크리트 압축강도 공시체 불확실성의 탈피 VIDEO: Avoiding the Uncertainties of Concrete Cylinder Testing with the Maturity Method

Avoiding the Uncertainties of Concrete Cylinder Testing with the Maturity Method

July 22, 2020 Guest Post

This post was written by Étienne Noël of Giatec Scientific Inc, maker of SmartRock. Giatec Scientific Inc. is a global company revolutionizing the construction industry by bringing smart testing technologies and real-time data collection to the forefront of every jobsite. Giatec’s suite of hardware & software products has leveraged advanced technologies such as; Artificial Intelligence (AI), and Internet of Things (IoT), including; wireless concrete sensors, mobile apps, and advanced non-destructive technologies (NDT) to drive innovation throughout concrete’s lifecycle. For more information visit www.giatec.ca.

photo courtesy of Giatec Scientific Inc.

콘크리트 압축강도 공시체 불확실성의 탈피      콘크리트는 수 천년 이상 사용되어 왔으며 전 세계에서 가장 많이 사용되는 건축 자재이다! 전세계적으로 연간 약 100억 톤의 콘크리트가 생산된다. 생산되는 콘크리트의 강도는 분명 다양하지만 대부분의 프로젝트에서는 이 측정치를 파악하는 것이 중요하다. 콘크리트에 대한 지난 몇 십 년 동안, 오늘날 가장 널리 사용되는 압축 강도 표준이 등장했는데, 바로 실린더 콘크리트 파괴 시험이다. 우리가 살고 있는 현대세계를 건설하면서 그렇게 오랫동안 건설이 번창할 수 있게 한 방법이다.  그런 이유로, 우리는 모두 이 압축강도 시험 방법을 대해 관심을 기울여야 한다. 그러나, 그것은 오류를 허용하는 방법인데, 이것은 많은 경우에 중대한 안전상의 결과를 초래할 수 있다. 게다가, 이것은 그렇게 빠른 속도의 산업에 비례하여 매우 느린 방법이며, 불필요한 비용을 발생시키고 일반 건설사들의 비용을 증가시킨다. 많은 오류는 실제 혼합 설계 특성보다 높거나 낮은 결과를 제공하는 이 시험 방법에서 발생할 수 있다. 두 경우 모두 강도 값에 이러한 오류를 일으키는 문제를 대부분 알고 있다. 그러나 항상 완벽한 결과를 얻기 위해서는 제어해야 할 변수가 너무 많다. 먼저 두 가지 유형의 실린더 파손 시험 방법, 즉 표준과 현장사이의 경화 차이를 이해할 필요가 있다. 표준 방법, 즉 시험실 방법은 콘크리트의 품질 관리를 위해 사용된다. 콘크리트 공시체는 현장에서 제작하여 제3자 시험실로 운반하며, 경화 온도는 23 ± 2°C(73 ± 4°F)로 설정되고 습도는 95% 이상이다. 반면, 현장 양생법은 구조물의 조건을 최대한 가깝게 근접하기 위해 사용된다. 이를 위해 공시체는 내부 콘크리트의 온도와 습도를  구조물에 가깝게 유지한다. 두 경우 모두 공시체를 현장에서 만들며, 국가 및 사용되는 표준 시험 방법에 따라 레이어링 및 로드 방식이 다르다. 경험상 콘크리트 공시체 샘플을 만드는 것은 반복적인 작업이며 인간의 실수를 항상 예방하기 어렵다는 것을 알고 있다. 매는 깊이, 층의 크기, 변조 부족 등의 실수가 있을 수 있다. 공시체가 만들어지면 초기 경화가 끝날 때까지 1-3일 동안 현장에서 유지된다. 초기 양생은 강도 발달의 주요 요인이다. ASTM C31/C31M - 현장 콘크리트 시험 표본의 제조 및 양생에 관한 표준 관행에 따라 40 MPa(5800 psi) 미만의 특정 강도를 가진 콘크리트의 경우 16~27°C(60~81°F), 20~26°C(68~79°F) 사이에 치료해야 한다. 또한 표본의 높은 습도는 항상 유지되어야 한다. 불행히도, 그러한 조치들은 종종 무시될 수 있으며, 초기 경화법은 많은 경우에 표준이 아니다. 최악의 측면은 그러한 비표준 치료법이 보고되지 않을 때, 따라서 낮은 휴식 시간이 발생할 때 추적할 수 없게 만드는 것이다. 향후에는 28일 결과가 허용 범위 이내(흔히 훨씬 더 높은 비용으로)가 되도록 하기 위해 더 높은 특정 강도를 가진 콘크리트를 불필요하게 사용하도록 권장할 수 있다. 마지막으로, 이러한 경화 오류는 강도 결과 사이의 변동을 증가시킨다. 이는 때때로 구조에서 콘크리트 코어를 뚫어야 할 가능성이 높아져 불필요한 비용을 발생시킬 뿐만 아니라 작업 현장에 엄청난 지연을 초래한다. 현장 공시체 테스트와 관련된 오류 그러면 공시체의 취급·운반·보관이라는 전적인 측면이 있는데, 모두 콘크리트에 미세한 공극을 만들어, 그 결과 미세은 균열이 발생할 수 있다. 그 후에 시험실 기술자가 참여한다. 첫째,  취급과 보관도 신경써야 하며, 둘째, 압축 강도 시험을 위한 적절한 시간 내에 샘플을 준비해야 한다. 기술자는 실린더의 가장자리를 갈거나 덮어야 한다. 두 개의 끝 표면의 불완전함 또는 실린더 축의 수직도 편차는 다시 한 번 인적 인자에 의해 야기되는 낮은 파손의 원인이 된다. 마지막으로, 시험실 기술자는 공시체의 압축을 교정된 기계로 시험한다. 목표는 원뿔이 잘 형성된 원뿔이나 수직 균열을 얻는 것이다. 원뿔은 가장 높은 잠재적 콘크리트 강도 결과에 도달하는 최선의 유형이기 때문이다. 불행히도 콘크리트가 제대로 고장나지 않을 가능성이 항상 있어 실린더 상단과 하단에 측면 골절만 있을 뿐이다. 이러한 종류의 파단은 콘크리트 실린더의 강도 전위에 도달하지 못하여 낮은 파단을 초래할 것이다. 이 시점에서 특정 오류가 발생하여 주어진 결과가 정확한지 확인할 방법이 없을 경우 제3자 실험실이 숫자를 조작하는 것은 매우 쉬울 것이다. 현장 강도 확보 방법의 부정확성 모든 과정이 완벽하게 진행되었다는 궁극적인 상황에서, 많은 경우 그 결과가 신뢰할 수 있고 현장 콘크리트를 대표한다는 것을 입증하는 것은 다소 어려운 일이다. 현장공시체는 슬래브 옆에 있는 공시체가 슬래브의 온도와 습도에 근접한 온도로 유지된다는 개념에 기초한다. 일반적으로 대형 구조 요소에서 시멘트 하이드레이션의 발열 특성은 표면적 대 부피 비율이 큰 원통 경우보다 훨씬 더 중요한 열 상승을 초래하기 때문에 이러한 경우는 거의 없다. 분명히, 같은 혼합물이 다른 온도에서 발현하는 것은 매우 다른 속도로 강도를 얻을 것이다. 전반적으로, 공시체와 슬래브는 거의 같은 속도로 강도를 얻을 수 없기 때문에 이 방법은 항상 신뢰할 수 없다.  오류가 발생할 수 있는 여러 가지 가능한 측면에 대한 간략한 요약은 다음과 같다.  현장에서 공시체 제작: 레이어링, 로드, 변조 초기 경화 부적합 조작/처리 운반 저장 시료 준비: 연삭 및 마개 보정되지 않은 압축 시험장비  로우 브레이크 결과 위조 실제 양생과 다른 현장공시체 양생  스마트록 아직도 이 방법이 최적이 아니라고 확신하지 못하는가? 시험실에서 결과를 얻기 위해 오래 지연되는 것은 어떨까? 만약 여러분이 이 모든 문제들을 간과하고, 언제든지 콘크리트에 대한 데이터를 얻고, 공시체 테스트에서 오는 모든 번거로움을 무시할 수 있는 방법을 알고 있다면 어떨까? 마법처럼 들리지만, 그것은 이제 구체적인 성숙도 테스트로 현실이 되고 있다. 스마트록처럼 콘크리트에 무선 성숙도 센서를 장착하면 이 모든 것이 가능해진다. 종종 간과되는 콘크리트 성숙도 원리를 사용함으로써, 이제 실시간 데이터와 함께 콘크리트의 온도, 성숙도, 강도에 대한 기록을 얻을 수 있게 되었다. 이 방법으로 특정 콘크리트 혼합물이 원하는 강도에 도달할 때 정확하게 알려져 있다. 이것은 몇 가지 새로운 가능성을 허용한다. 열적 균열이나 조기 결빙을 방지하기 위해 콘크리트 온도를 교정할 수 있는 가능성. 내부 강도가 정확히 결정되고 있다는 것과 따라서 콘크리트 강도에 의해 야기되는 안전상의 결과가 적절히 완화된다는 편의성 필요한 것은 공급자의 구체적인 혼합 정보와 무선 연결이 가능한 장치뿐입니다.  SmartRock 기술로 전환한 후, 당신의 콘크리트는 허용과 혼합 검증을 위해 28일 표준-큐어 압축 강도 실린더만 있으면 된다. 현장 실린더의 번거로움과 그로 인해 발생하는 모든 단점은 잊어버리고 SmartRock과 함께 새로운 콘크리트 테스트 방법에 동참하십시오. 황기철 콘페이퍼 에디터 Ki Chul Hwang Conpaper editor curator

edited by kcontents

This article appeared first on GiatecScientific.com and has been republished with permission from Giatec. The original version can be found by clicking or tapping here. 

Concrete is a material that has been used for over a millennia. Concrete is the most used construction material in the whole world! More than that, behind water, it’s the most used material, all categories combined! Worldwide, approximately 10 billion tons of concrete are produced per year. Obviously, the strength of the concrete produced varies, but in most projects, it is crucial to have an idea of this measurement.

During the last few decades of significant progress for concrete, today’s most widely used compressive strength standard emerged: the cylinder concrete break tests. It is a method that has allowed construction to prosper for so long, building the modern world that we live in. For that reason, we must all tip our hats towards this compressive strength test method.

However, it is also a method that allows for errors, which on numerous occasions can have significant safety consequences. Moreover, this is proportionally a very slow method for such a fast-paced industry, generating unnecessary costs and project extensions to general contractors.

Many errors can originate from this testing method, either giving a result that is higher or lower than the real mix design properties. In both cases, we are mostly aware of the problems causing these errors in strength values. However, there are too many variables to control for break tests to always yield perfect results. It is first necessary to understand the two types of cylinder break test methods, or rather the curing difference between standard-cured and field-cured.

Laboratory-Cured vs Field-Cured

Rodding on the top layer of a concrete cylinder, photo courtesy of Giatec Scientific Inc.

The standard-cured method, or laboratory-cured method, is used for quality control of concrete. The concrete cylinders are cast onsite and brought to a third-party laboratory, where the curing temperature is set at 23 ± 2°C (73 ± 4°F) and the humidity at a minimum of 95%. On the other hand, the field curing method is used to resemble, as close as possible, the conditions of the structure. To do so, the cylinders are kept close to the structure, hoping to mimic the temperature and humidity of the in-place concrete.

In both cases, the cylinders are cast onsite, with different layering and rodding methods depending on the country and the standard test methods used. By experience, I know that casting concrete cylinder samples is a repetitive task and it is hard to always prevent human errors. There could be mistakes made with the rodding depth, the size of the layers, the lack of tampering, and so on.

Once the cylinders are cast, they will remain onsite for 1 to 3 days for the initial curing to be over. The initial curing is a major factor in strength development. The cure must be done between 16 and 27°C (60 and 81°F) for concrete with specified strength less than 40 MPa (5800 psi) and between 20 and 26°C (68 and 79°F) for those with greater strength according to ASTM C31/C31M - Standard Practice for Making and Curing Concrete Test Specimens in the Field. Also, high humidity of the samples should be maintained at all times.

Unfortunately, those measures can be often disregarded, and the initial curing is non-standard in many cases. The worst aspect is when those non-standard cures are not reported, thus making them impossible to track when low breaks happen. In the future, this may encourage unnecessarily using concrete with higher specified strength to make sure the 28-days results are within the acceptable range, often at a much higher cost. Finally, these curing errors increase the variation between strength results. This sometimes leads to higher chances of having to drill concrete cores from the structure, creating massive delays on the job site as well as generating unnecessary costs.

Errors Associated with Field-Cured Cylinder Testing

Then, there is the whole aspect of handling, transportation, and storage of the cylinders, which can all create micro-fractures in the concrete, resulting in a low break. After that, the laboratory technician comes into play: firstly, taking care of some handling and some storage as well, but secondly having to prepare the sample in due time for the compressive strength test. The technician must grind or cap the extremities of the cylinder. Any imperfection on the two end surfaces or any deviation of the perpendicularity of the cylinder’s axis are once again more causes of low breaks caused by a human factor.

Finally, the laboratory technician tests the cylinders in compression… hopefully with a calibrated machine. The goal is to get well-formed cones and/or vertical cracking as they are the best type at reaching the highest potential concrete strength results. Unfortunately, there is always a possibility that the concrete does not fail properly, meaning that there is only side fracture(s) present at the top or the bottom of the cylinder. This kind of fracture will not reach the strength potential of the concrete cylinder and will result in a low break. At this point, it would be very easy for the third-party laboratory to falsify the numbers if certain errors occurred and there is no way to verify that the given results are accurate.

Inaccuracies of the Field-Cured Method

In the eventuality that everything went perfectly on every step of the process, in many cases it remains rather challenging to prove the results are trustworthy and representative of in-situ concrete. Field cylinders are based on the concept that cylinders kept beside the slab will be kept at a temperature and humidity approximating those of the slab. This is rarely the case, as the exothermic nature of cement hydration in large structural elements typically leads to a heat rise that is much more significant compared to that for cylindrical elements with large surface area to volume ratio. Obviously, the same mix, evolving at different temperatures, will gain strength at a very different pace. Overall, this method can’t always be trusted, as the cylinder and the slab will almost never gain strength at the same rate. Here is a quick summary of the many possible aspects where errors can be encountered:

Field-Curing of Concrete Cylinders on Site

Casting the cylinders on site: layering, rodding, tampering

Non-compliance for the initial curing

Manipulation/Handling

Transportation

Storage

Preparation of the samples: grinding and capping

Uncalibrated compression testing machine

Low breaks

Falsifying results

Field cylinders cure different from real cure

Still not convinced that this method isn’t optimal?

What about the long delays to get the results from the laboratory? What if you knew of a way to overlook all these issues, to get data on your concrete at any time and ignore all the hassle coming from cylinder testing? Sounds magical, but it is now becoming reality with concrete maturity testing. With wireless maturity sensors in your concrete, like SmartRock, all this becomes possible. By using the often-overlooked concrete maturity principle, it is now possible to get real-time data, as well as records of temperature, maturity, and strength of your concrete. With this method, it is known precisely when a certain concrete mix reaches a desired strength.

This allows for several new possibilities.

An early removal of formwork, saving you thousands of dollars.

A possibility to correct your concrete’s temperature to avoid thermal cracking or early-age freezing.

A peace of mind, knowing that your in-place strength is being accurately determined and therefore any safety consequences caused by concrete strength are properly mitigated.

SmartRock 2 installed on rebar before a pour

All that is needed is the concrete mix information from your supplier and a device that has wireless connection. After making the switch to the incredible SmartRock technology, your concrete will only need the 28 day standard-cure compression strength cylinders for acceptance purposes and mix validation. Forget about the hassle of field-cure cylinders and all the disadvantages they bring, join the new way of concrete testing with SmartRock.

Avoiding the Uncertainties of Concrete Cylinder Testing with the Maturity Method

 

constructionjunkie

KCONTENTS