When fresh concrete is exposed to extremely low temperature, the free water in the concrete is cooled below its freezing point and transforms into ice, which causes decrease in compressive strength of concrete. When freezing takes place after sufficient curing time, the decrease in compressive strength does not occur. In other words, the concrete can resist the frost damage. Of the many influencing factors, the age of concrete at the beginning of freezing and curing temperatures are significantly important on the loss of compressive strength.
In this study, tests were performed to examine how these factors affect the compressive strength of concrete frozen at early ages and investigate the source of frost damage in fresh concrete. The results from the tests showed that the loss of compressive strength decreases as the beginning of freezing was delayed and curing temperature was higher.
The frost damage of fresh concrete is dependent on the amount of the free water in the concrete before freezing. The freezable water exist in capillary pores so that the frost resistance of fresh concrete can be determined by means of the saturation degree of the capillary pores. The saturation degree of capillary pores can be expressed as a function of hydration degree and water-cement ratio.
Based on the concept of critical saturation degree of the capillary pores, a method to predict the minimum curing time required to prevent damage of concrete frozen at early ages was suggested.
콘크리트가 경화되기 전 외기 온도의 저하로 동해를 입게 되면 콘크리트 내부의 자유수가 냉각하게 된다. 이러한 콘크리트 내 자유수의 냉각은 압축강도의 감소 등 내구성에 악영향을 미치는데, 콘크리트가 동해를 입기 전에 충분한 양생 기간을 확보하면 압축강도의 감소도 일어나지 않고, 동해에 대한 저항성의 띄게 된다. 이러한 동해 저항성에 영향을 주는 인자 중 중요한 것으로, 동해 노출 시점과 양생 온도를 꼽을 수 있다. 이 연구는 동해 노출 시점과 양생 온도가 콘크리트 동해 저항성에 어떠한 영향을 미치는지에 대한 실험을 수행하였다. 실험 결과에 따르면 동해 노출 시점이 늦을수록, 양생 온도가 높을수록 동해 방지를 위한 최소 양생 기간은 짧아졌다. 콘크리트의 동해 저항성은 콘크리트 내의 동결 가능한 자유수의 양에 따라 결정된다. 동결 가능한 자유수는 대부분 모세공극 내에 존재하게 되는데, 모세공극 내의 자유수의 양은 모세공극의 포화도에 따라 결정될 수 있다. 따라서 동해 저항성을 갖는 시점에서의 모세공극의 포화도를 임계포화도라 하면 임계포화도가 되는 재령이 최소 양생 기간이 되는 것이다. 또한 모세공극의 포화도는 물/시멘트비와 시멘트의 수화도의 함수로 나타낼 수 있으므로, 초기 동해 방지를 위한 초기재령 콘크리트의 최소 양생 기간은 시멘트 수화도와 물/시멘트비를 통해 결정 할 수 있다. 이 연구는 이러한 임계포화도 이론과 시멘트 수화도 모델을 통해 최소 양생 기간의 예측법을 제시하였다.
