해양콘크리트 구조물은 바닷가로부터 유입되는 염소 및 황산염 이온 등의 화학적 침식과 해상의 파력, 풍력, 건습 반복 등의 물리적 침식을 복합적으로 받는다. 특히 해안매립지에 건설되는 하수처리시설물은 염분의 영향 뿐만아니라 처리시설로 유입되는 산, 염기 및 유해물질 등 유해환경에 대한 대책이 요구된다.
한편, 국내 건설현장에서는 해양콘크리트 구조물의 염해 내구성 확보 및 수화열 저감을 위해 광물질 혼화재료를 콘크리트에 혼입하는 재료적 측면에서의 기술이 가장 널리 적용되고 있다. 재료적 대책의 일환으로 1종 보통포틀랜드시멘트에 고로슬래그미분말과 플라이애시를 일정하게 혼합한 형태의 저발열시멘트의 사용이 대표적이다. 현행 해양콘크리트 배합설계의 근간이 되는 콘크리트 표준시방서「제17장 해양콘크리트」편에서도 내해수성 및 장기강도가 우수하고 수화열이 적은 이점을 고려하여 혼합시멘트의 사용이 명기되어 있고, 국외의 BS 및 ACI Code에도 염해 내구성을 향상시키기 위해 무기질 혼화재를 적절히 사용하도록 제안하고 있어, 향후 혼합형 저발열시멘트의 활용은 더욱 증가될 것으로 예상된다.
따라서, 본 연구에서는 해안매립지에 설치되는 하수처리시설물에서 발생될 수 있는 염해 피해 및 화학적 침식피해 저감을 목적으로, 저발열시멘트의 공학적 특성 검토와 에폭시 도막재 적용시 내구성능을 검토하였다. 또한 저발열시멘트의 대형 하수처리시설물 적용을 위해 수화열 해석 및 염해 내구성 평가를 수행하였다.
이 연구에서 수행한 연구결과를 요약하면 다음과 같다.

(1) 국내에서 생산되는 저발열시멘트 종류에 따른 슬럼프, 공기량 시험결과, 모든 배합조건에서 목표 슬럼프와 목표 공기량을 모두 만족하는 것으로 나타났으나, 동일 배합조건에서 LHC 사용시 OPC 보다 슬럼프는 증가되는 경향을 나타내었다.

(2) 저발열시멘트를 혼입한 콘크리트의 28일 이전 초기재령에서는 OPC의 압축강도가 높았으나 이후에는 LHC 배합의 강도발현이 증가되었다. 양생기간이 증가함에 따라 염소이온침투저항성도 향상되는 것으로 나타났으며, LHC-B 배합의 경우 56일 재령에서 789C을 나타내어 “매우낮음” 단계로 판정되었다.

(3) 내화학성 평가결과 저발열시멘트 LHC-B 배합의 경우 질량감소율 11.6%로 가장 우수한 특성을 나타냈고, 저발열시멘트 종류에 상관없이 OPC 보다 내화학성 이 우수한 것으로 확인되었다. 수처리시설물에 적용할 에폭시 도막재 적용시 강도감소율 5.0%이하를 확보할 수 있는 것으로 나타났다. 촉진탄산화 시험결과, 에폭시 도막재 혼입시 1 mm 이하의 침투깊이를 나타내 콘크리트 보호용 도막재 기준을 만족하였다. 하지만, 에폭시 도막재 미적용시 OPC 배합보다 저발열시멘트의 탄산화가 촉진되는 것으로 나타났다.

(4) 콘크리트 표면 보호재로서 에폭시 도막재의 부착성능을 평가한 결과, 모든 시험조건에서 1 MPa이상의 KS 표준을 만족하는 것으로 나타났으며, 투수성 시험결과 저발열시멘트 종류와 상관없이 투수가 되지 않는 것으로 확인되어 에폭시 도막재 적용이 가능한 것으로 나타났다.

(5) 저발열시멘트 종류에 따른 배합별 수화열 해석 및 염해 내구성 평가를 실시한 결과, LHC-B 배합은 이 연구에서의 목표 온도균열지수와 염해 내구수명을 확보하는 유일한 배합이므로 향후 해안매립지 하수처리시설물용 콘크리트에 적용하기 유리할 것으로 판단된다. 또한, LHC-B 배합을 해안매립지에 건설되는 하수처리시설물의 매트기초 구조물에 적용하여 수화열을 직접 측정한 결과, 콘크리트를 타설한 후 58 시간이 경과된 직후 구조물 중심부의 경우 52.6℃, 표면부의 경우 43.4℃로 각각 최대온도 상승량이 나타나 수화열 해석 결과와 일치하는 것으로 확인되었다.

Maritime concrete structures undergo a combination of chemical erosion by chlorine and sulfate ion and physical erosion by wave power, wind power, and wetting and drying conditions on the beach. In particular, wastewater treatment facilities built on coastal reclaimed lands require measures against saline effects as well as harmful environments such as acids, salt air, and harmful substances that are brought into the treatment facilities.
Meanwhile, a material technique to mix mineral admixture materials with concrete, in order to secure the durability of maritime concrete structures against salt damage and reduce hydration heat, is most widely used in domestic construction sites. A typical material measure is the use of low heat cement in the form of mixing furnace slag powder and fly ash with Type 1 ordinary Portland cement. It should be noted that the use of mixed concrete is also specified in the Concrete Standard Specifications 「Chapter 17 - Maritime Concrete」, which specify the principles of maritime concrete mix design, by considering its excellent seawater resistance, long-term durability, and less hydration heat. Moreover, the proper use of inorganic admixture is also suggested in the international BS and ACI Code as a method to improve durability against salt damage. Under these considerations, an increase in the use of mixed-type low heat cement is expected in the future.
Therefore, the engineering characteristics and durability of low heat concrete in the case of applying epoxy coating material were reviewed in this study in order to reduce salt damage and chemical erosion damage that may occur at wastewater treatment facilities built on coastal reclaimed lands. In addition, the hydration heat analysis and the durability assessment against salt damage were carried out in order to apply low heat concrete to large wastewater treatment facilities.
The results of this study can be summarized as follows.
(1) As a result of concrete slump and air content tests according to the low heat concrete types manufactured domestically, all concrete types satisfied the target slump and air content in all mix conditions, but in the case of using LHC in the same mix condition, slump increased in comparison to the use of OPC.

(2) The compressive strength of the OPC mixture was higher in the early ages of concrete mixed with low heat cement prior to 28 days, but the strength development of the LHC mixture increased thereafter. As the curing period increased, the resistance to chloride ion penetration also increased, and the LHC-B mixture showed 789 Coulomb at the 56th day of aging so that it was judged as the “very low” phase.

(3) As a result of the chemical resistance assessment, the low heat cement LHC-B mixture showed 11.6% for the mass reduction rate, displaying the best property. It also showed greater chemical resistance than the OPC mixture regardless of the low heat cement type. It was possible to secure the strength reduction rate of less than 5.0% by applying epoxy coating material that is expected to be applied to wastewater treatment facilities. As a result of the accelerated carbonation test, the depth of penetration was less than 1 mm in the case of mixing with epoxy coating material so that the coating material standard for concrete protection was satisfied. However, if epoxy coating material was not applied, the carbonation of low heat cement was accelerated in comparison to the OPC mixture.

(4) As a result of assessing the binding performance of epoxy coating material as the concrete surface protection material, the KS standard of over 1 MPa was satisfied in all test conditions. However, as the water permeability test result showed that no water permeation was possible regardless of the low heat cement type, epoxy coating material was applicable.

(5) In this study, the result of the hydration heat analysis and the durability assessment against salt damage according to low heat cement type showed that the LHC-B mixture was the only mixture that could secure the target thermal cracking index and durability against salt damage. Therefore, it is advantageous to apply it to concrete for wastewater treatment facilities built on coastal reclaimed lands in the future. In addition, as a result of measuring hydration heat directly by applying the LHC-B mixture to the mat foundation structure of a wastewater treatment facility being built on coastal reclaimed land, the temperature of the center and surface of the structure measured after 58 hours from concrete placement was 52.6℃ and 43.4℃, respectively. These results demonstrate a rise in the maximum temperature and coincide with the hydration heat analysis result.