고로시멘트를 사용한 콘크리트 배합설계 및 슬래그미분말의 활용에 관한 연구 (A) study on the application of blast-furnace slag and concrete mix proportion design using blast-furnace slag cement원문보기
슬래그미분말을 시멘트 혼화재로 사용한 콘크리트는 저발열, 장기강도 증진, 수밀성, 내약품성, 알칼리 골재반응 억제 및 내구성에 우수한 특성을 갖고 있어 이를 시멘트 혼화재로 적극 활용한다면 보통 포틀랜드시멘트를 사용한 콘크리트보다 경제적이고 우수한 성질의 콘크리트를 제조할 수 있다. 또한 ...
슬래그미분말을 시멘트 혼화재로 사용한 콘크리트는 저발열, 장기강도 증진, 수밀성, 내약품성, 알칼리 골재반응 억제 및 내구성에 우수한 특성을 갖고 있어 이를 시멘트 혼화재로 적극 활용한다면 보통 포틀랜드시멘트를 사용한 콘크리트보다 경제적이고 우수한 성질의 콘크리트를 제조할 수 있다. 또한 고로슬래그를 시멘트 혼화재로 활용할 경우 시멘트 제조시 천연 자원, 에너지 절약 효과 및 이산화탄소의 발생을 억제할 수 있어 환경보호에도 유리한 이점을 갖고 있다. 이미 선진국가에서는 고로슬래그를 사용한 콘크리트의 현장적용을 위해 콘크리트 배합 및 시공지침안이 제정되어 있으나 아직 우리나라에서는 이에 대한 연구가 미진한 실정이다. 따라서 본 연구는 현재 국내에서 생산되고 있는 고로시멘트를 사용하여 소정의 목표품질을 만족할 수 있는 콘크리트 배합설계방법을 제안하고 배합설계에 따른 단위수량, 단위시멘트량, 혼화제첨가량 및 최적 잔골제율을 시험배합을 통해 산출해 내는데 목적이 있다. 또한 고로슬래그미분말의 활용을 위해 분말도가 4,900㎠/g인 슬래그미분말의 치환율에 따른 콘크리트의 제특성을 비교분석하고, 이를 기초로 슬래그미분말을 활용범위를 제안하여 고부가가치의 슬래그미분말 생산에 적극 활용할 수 있도록 기초적인 자료를 제시하는데 목적을 두고 다음과 같이 연구를 수행하였다. 제 1단계로 고로슬래그를 사용한 콜크리트에 관한 관련문헌 조사를 통해 각국의 고로슬래그의 품질규격 및 생산현황을 파악하고 고로슬래그의 제조과정과 수화기구의 구조를 파악하였다. 제 2단계는 국내에서 생산되고 있는 고로시멘트를 사용하여 목표 슬럼프값 15±2cm 공기량 4.5±1%, 설계기준강도(Fc)를 저강도(180∼240kg/㎠), 중간강도(240∼300kg/㎠), 고강도(300∼40kg/㎠)의 3영역으로 설정했을 때, 소정의 목표품질을 만족하는 고로시멘트를 사용한 콘크리트의 시험배합을 기초로 배합설계방법을 제안하고 배합설계에 따른 참고자료를 제안하였다. 제 3단계는 고로시멘트를 사용한 콘크리트의 시험배합을 기초로 배합설계방법을 제안하고 배합설계에 따른 참고자료를 제안하였다. 제 4단계는 슬래그미분말의 유효활용을 위한 기초실험으로 분말도가 4,900 ㎠/g인 슬래그미분말의 유효활용을 위한 기초실험으로 분말도가 4,900㎠/g인 슬래그미분말의 치환율(무혼입, 15%, 30%, 40%, 50%) 및 첨가석고(화학석고, 천연석고)에 따른 프래쉬콘크리트 및 경화콘크리트의 제특성을 비교분석하였다. 제 5단계로는 고로시멘트와 보통 포틀랜드시멘트와의 단열온도상승 실험을 통하여 고로시멘트의 수화발열저감을 확인하였다. 본 연구를 통하여 얻은 결과를 요약하여 정리하면 다음과 같다. 1) 고로슬래그시멘트를 使用한 콘크리트의 特性 (1) 단위수량 低減效果 고로슬래그시멘트를 사용할 경우 보통 포틀랜드시멘트를 사용한 콘크리트에 비해 단위수량을 3∼8% 정도 감소할 수 있으며, 配合設計시 물 結合材比가 낮을 수록 단위수량과 잔골재율을 감소시키는 방향으로 配合設計를 행하여야 한다. (2) 압축강도 고로시멘트를 사용한 콘크리트의 압축강도는 보통 포틀랜드시멘트를 사용한 콘크리트에 비해 초기 壓縮强度發現率이 60∼90% 정도이므로 初期壓縮强度를 필요로 하는 콘크리트 공사에서는 반드시 고로시멘트의 사용성 檢討가 필요하리라 판단된다. 2) 고로슬래그시멘트를 使用한 콘크리트 配合設計 (1) 배합강도 산정 설계기준강도에 따른 배합강도를 결정하기 위한 배합강도 산출은 다음식을 이용하여 산출한다. (a) 저강도 및 중간강도 영역(180∼300 kg/㎠) F_28 ≥F_c + T + 1.73σ(kg/㎠) F_28 ≥0.8(F_c+T) + 3σ(kg/㎠) (b) 고강도 영역(300∼400kg/㎠) F_28 ≥F_c + T + 2σ(kg/㎠) F_28 ≥0.9(F_c+T) + 3σ(kg/㎠) (2) 물결합재비 산정 물겹합재비는 σ_d - B/W의 상관관계식을 이용하여 산정할 수 있다. ◁표 삽입▷(원문을 참조하세요) 여기서, σ_28 : 재령 28일의 콘크리트 배합강도 (kg/㎠) K : 재령 28일의 시멘트 압축강도(kg/㎠) (3) 단위수량 산정 소요 슬럼프값에 따른 단위수량 산정은 다음 관계식을 이용하여 산정할 수 있다. ◁표 삽입▷(원문을 참조하세요) (4) 고로시멘트를 사용한 콘크리트 配合設計시 목표품질을 만족하면서 설계기준강도 180kg/㎠를 얻기 위해서는 W/B 58%에서, 270kg/㎠은 W/B 50%에서, 또한 고강도인 400kg/㎠의 경우 W/B 40%에서 제조가 가능하다. 3) 고로슬래그微粉末을 使用한 콘크리트의 特性 (1) 단위수량 첨가석고에 관계없이 슬래그 微粉末의 置換率이 증가할수록 단위수량은 감소하는 경향을 나타내고 있으며, 천연석고를 사용한 경우 단위수량 減少效果가 크다는 것을 알 수 있었다. (2) 압축강도 (a) 슬래그 微粉末을 사용한 경우, 압축강도는 무혼입 콘크리트에 비해 재령 7일까지는 낮게 나타났으나, 재령 28일에서는 약 1∼7% 가량 높게 나타나 長期强度發現 측면에서 우수한 결과를 얻을 수 있었다. (b) 천연석고를 사용할 경우 동일 물結合材比에서 화학석고를 사용한 경우보다 단위수량 減少效果와 强度發現 측면에서도 우수한 결과를 얻을 수 있어 이에 대한 활용이 가능하다. (3) 슬래그 微粉末(분말도 4,900 ㎠/g)의 活用範圍는 OPC 중량의 30∼40%가 적정범위이며, 천연석고 사용시 단위수량 減少效果와 强度發現 측면에서도 우수한 결과를 얻을 수 있었다. 4) 고로시멘트 및 보통 포틀랜드시멘트를 使用한 콘크리트 斷熱溫度上昇實驗 1) 斷熱溫度上昇은 초기에는 結合材量에 영향을 받지만 시간이 경과함에 따라 結合材量보다는 水和反應에 따른 영향이 더 크다는 것을 알 수 있었다. 2) 고로시멘트를 사용할 경우 재료의 潛在水硬性으로 水和反應이 지연되고, 온도상승이 지속적으로 장시간에 걸친 分散作用 特性을 보임으로써 사용목적에 따라 매스콘크리트, 低發熱콘크리트 등에 活用할 수 있다. ⊙ 향후 과제 및 유효활용방안 제안 1) 고로슬래그시멘트를 사용할 경우 ◎ 단위수량 低減效果가 있으나 初期强度發現 지연에 따른 문제점 ◎ 양생온도, 거푸집 제거시기에 대한 檢討가 필요 ◎ 초기강도발현 改善을 위한 연구의 필요 2) 콘크리트 配合設計시 ◎ 경제성을 고려한 단위수량 및 최적 잔골재율 산출 ◎ 고로시멘트를 사용한 콘크리트 配合設計 指針書(案) 필요성 3) 슬래그 微粉末을 사용한 콘크리트 시험배합 ◎ 천연석고 사용시 경제적인 콘크리트 제조가능 ◎ 置換率에 관계없이 재령 28일에서 OPC와 거의 동등한 강도 발현 ◎ 微粉度가 4,900 ㎠/g인 경우, OPC에 대해 置換率 30∼40%범위내에서 슬래그微粉末의 商品化 가능 4) 단열온도상승 실험 ◎ 고로시멘트의 단열온도상승은 지속적이고 장시간에 걸친 分散作用 →매스콘크리트, 低發熱콘크리트등 활용가능
슬래그미분말을 시멘트 혼화재로 사용한 콘크리트는 저발열, 장기강도 증진, 수밀성, 내약품성, 알칼리 골재반응 억제 및 내구성에 우수한 특성을 갖고 있어 이를 시멘트 혼화재로 적극 활용한다면 보통 포틀랜드시멘트를 사용한 콘크리트보다 경제적이고 우수한 성질의 콘크리트를 제조할 수 있다. 또한 고로슬래그를 시멘트 혼화재로 활용할 경우 시멘트 제조시 천연 자원, 에너지 절약 효과 및 이산화탄소의 발생을 억제할 수 있어 환경보호에도 유리한 이점을 갖고 있다. 이미 선진국가에서는 고로슬래그를 사용한 콘크리트의 현장적용을 위해 콘크리트 배합 및 시공지침안이 제정되어 있으나 아직 우리나라에서는 이에 대한 연구가 미진한 실정이다. 따라서 본 연구는 현재 국내에서 생산되고 있는 고로시멘트를 사용하여 소정의 목표품질을 만족할 수 있는 콘크리트 배합설계방법을 제안하고 배합설계에 따른 단위수량, 단위시멘트량, 혼화제첨가량 및 최적 잔골제율을 시험배합을 통해 산출해 내는데 목적이 있다. 또한 고로슬래그미분말의 활용을 위해 분말도가 4,900㎠/g인 슬래그미분말의 치환율에 따른 콘크리트의 제특성을 비교분석하고, 이를 기초로 슬래그미분말을 활용범위를 제안하여 고부가가치의 슬래그미분말 생산에 적극 활용할 수 있도록 기초적인 자료를 제시하는데 목적을 두고 다음과 같이 연구를 수행하였다. 제 1단계로 고로슬래그를 사용한 콜크리트에 관한 관련문헌 조사를 통해 각국의 고로슬래그의 품질규격 및 생산현황을 파악하고 고로슬래그의 제조과정과 수화기구의 구조를 파악하였다. 제 2단계는 국내에서 생산되고 있는 고로시멘트를 사용하여 목표 슬럼프값 15±2cm 공기량 4.5±1%, 설계기준강도(Fc)를 저강도(180∼240kg/㎠), 중간강도(240∼300kg/㎠), 고강도(300∼40kg/㎠)의 3영역으로 설정했을 때, 소정의 목표품질을 만족하는 고로시멘트를 사용한 콘크리트의 시험배합을 기초로 배합설계방법을 제안하고 배합설계에 따른 참고자료를 제안하였다. 제 3단계는 고로시멘트를 사용한 콘크리트의 시험배합을 기초로 배합설계방법을 제안하고 배합설계에 따른 참고자료를 제안하였다. 제 4단계는 슬래그미분말의 유효활용을 위한 기초실험으로 분말도가 4,900 ㎠/g인 슬래그미분말의 유효활용을 위한 기초실험으로 분말도가 4,900㎠/g인 슬래그미분말의 치환율(무혼입, 15%, 30%, 40%, 50%) 및 첨가석고(화학석고, 천연석고)에 따른 프래쉬콘크리트 및 경화콘크리트의 제특성을 비교분석하였다. 제 5단계로는 고로시멘트와 보통 포틀랜드시멘트와의 단열온도상승 실험을 통하여 고로시멘트의 수화발열저감을 확인하였다. 본 연구를 통하여 얻은 결과를 요약하여 정리하면 다음과 같다. 1) 고로슬래그시멘트를 使用한 콘크리트의 特性 (1) 단위수량 低減效果 고로슬래그시멘트를 사용할 경우 보통 포틀랜드시멘트를 사용한 콘크리트에 비해 단위수량을 3∼8% 정도 감소할 수 있으며, 配合設計시 물 結合材比가 낮을 수록 단위수량과 잔골재율을 감소시키는 방향으로 配合設計를 행하여야 한다. (2) 압축강도 고로시멘트를 사용한 콘크리트의 압축강도는 보통 포틀랜드시멘트를 사용한 콘크리트에 비해 초기 壓縮强度發現率이 60∼90% 정도이므로 初期壓縮强度를 필요로 하는 콘크리트 공사에서는 반드시 고로시멘트의 사용성 檢討가 필요하리라 판단된다. 2) 고로슬래그시멘트를 使用한 콘크리트 配合設計 (1) 배합강도 산정 설계기준강도에 따른 배합강도를 결정하기 위한 배합강도 산출은 다음식을 이용하여 산출한다. (a) 저강도 및 중간강도 영역(180∼300 kg/㎠) F_28 ≥F_c + T + 1.73σ(kg/㎠) F_28 ≥0.8(F_c+T) + 3σ(kg/㎠) (b) 고강도 영역(300∼400kg/㎠) F_28 ≥F_c + T + 2σ(kg/㎠) F_28 ≥0.9(F_c+T) + 3σ(kg/㎠) (2) 물결합재비 산정 물겹합재비는 σ_d - B/W의 상관관계식을 이용하여 산정할 수 있다. ◁표 삽입▷(원문을 참조하세요) 여기서, σ_28 : 재령 28일의 콘크리트 배합강도 (kg/㎠) K : 재령 28일의 시멘트 압축강도(kg/㎠) (3) 단위수량 산정 소요 슬럼프값에 따른 단위수량 산정은 다음 관계식을 이용하여 산정할 수 있다. ◁표 삽입▷(원문을 참조하세요) (4) 고로시멘트를 사용한 콘크리트 配合設計시 목표품질을 만족하면서 설계기준강도 180kg/㎠를 얻기 위해서는 W/B 58%에서, 270kg/㎠은 W/B 50%에서, 또한 고강도인 400kg/㎠의 경우 W/B 40%에서 제조가 가능하다. 3) 고로슬래그微粉末을 使用한 콘크리트의 特性 (1) 단위수량 첨가석고에 관계없이 슬래그 微粉末의 置換率이 증가할수록 단위수량은 감소하는 경향을 나타내고 있으며, 천연석고를 사용한 경우 단위수량 減少效果가 크다는 것을 알 수 있었다. (2) 압축강도 (a) 슬래그 微粉末을 사용한 경우, 압축강도는 무혼입 콘크리트에 비해 재령 7일까지는 낮게 나타났으나, 재령 28일에서는 약 1∼7% 가량 높게 나타나 長期强度發現 측면에서 우수한 결과를 얻을 수 있었다. (b) 천연석고를 사용할 경우 동일 물結合材比에서 화학석고를 사용한 경우보다 단위수량 減少效果와 强度發現 측면에서도 우수한 결과를 얻을 수 있어 이에 대한 활용이 가능하다. (3) 슬래그 微粉末(분말도 4,900 ㎠/g)의 活用範圍는 OPC 중량의 30∼40%가 적정범위이며, 천연석고 사용시 단위수량 減少效果와 强度發現 측면에서도 우수한 결과를 얻을 수 있었다. 4) 고로시멘트 및 보통 포틀랜드시멘트를 使用한 콘크리트 斷熱溫度上昇實驗 1) 斷熱溫度上昇은 초기에는 結合材量에 영향을 받지만 시간이 경과함에 따라 結合材量보다는 水和反應에 따른 영향이 더 크다는 것을 알 수 있었다. 2) 고로시멘트를 사용할 경우 재료의 潛在水硬性으로 水和反應이 지연되고, 온도상승이 지속적으로 장시간에 걸친 分散作用 特性을 보임으로써 사용목적에 따라 매스콘크리트, 低發熱콘크리트 등에 活用할 수 있다. ⊙ 향후 과제 및 유효활용방안 제안 1) 고로슬래그시멘트를 사용할 경우 ◎ 단위수량 低減效果가 있으나 初期强度發現 지연에 따른 문제점 ◎ 양생온도, 거푸집 제거시기에 대한 檢討가 필요 ◎ 초기강도발현 改善을 위한 연구의 필요 2) 콘크리트 配合設計시 ◎ 경제성을 고려한 단위수량 및 최적 잔골재율 산출 ◎ 고로시멘트를 사용한 콘크리트 配合設計 指針書(案) 필요성 3) 슬래그 微粉末을 사용한 콘크리트 시험배합 ◎ 천연석고 사용시 경제적인 콘크리트 제조가능 ◎ 置換率에 관계없이 재령 28일에서 OPC와 거의 동등한 강도 발현 ◎ 微粉度가 4,900 ㎠/g인 경우, OPC에 대해 置換率 30∼40%범위내에서 슬래그微粉末의 商品化 가능 4) 단열온도상승 실험 ◎ 고로시멘트의 단열온도상승은 지속적이고 장시간에 걸친 分散作用 →매스콘크리트, 低發熱콘크리트등 활용가능
Blast-Furnace Slag, a by product of the steel industry, has potential as a cementations material. And if it is applicated as a cement compound material, it'll be p profitable advantage as economical use of natural resource, energy and the protection of the environment. Therefore concrete using Blast...
Blast-Furnace Slag, a by product of the steel industry, has potential as a cementations material. And if it is applicated as a cement compound material, it'll be p profitable advantage as economical use of natural resource, energy and the protection of the environment. Therefore concrete using Blast-Furnace Slag can be produced to e a concrete of economical and excellent characteristics compared with Ordinary Portland Cement. The aim of this study is to suggest a calculation on unit water content, unit cement quantity and sand aggregate ratio of optimum according to concrete mix proportion design and its method base on the concrete examination mixture using Blast-Furnace Slag Cement. Repeatedly this study not only suggests the concrete mix proportion design using Blast-Fumace Slag Cement which can obtain compressive strength(180∼400kg/㎠), slump(15±2cm) and air volume (4.5±1%) but also a basic data for the production of high value-added Blast-Furnace Slag. This study is consisted of 7 chapters in total. The chapters are as followed: Chapter 1 describes the purpose, background and extent of this study. Chapter 2 is to understand the standard of quality of Portland Blast-Furnace Slag and Blast-Furnace Slag's present condition of production in every country, and also the manufacturing process and a hydration structure. Chapter 3 is to carry out an examination mixture that satisfies the given objective quality as there are produced to concrete using Portland Blast-Furnace Slag Cement. the results of the concrete examination mixture shows that unit water content can be reduced by 3∼8% compared to Ordinary Portland Cement. And also show that unit water content and sand aggregate ratio has a tendency to reduce when water binder ratio decreases. through this study it shows that in less than 45% of water binder ratio we can obtain a degree of 15cm. The chapter 4 is proposes reference on mix proportion design and its method based on Chapter 3. Already done on chapter 3 mix proportion design shows that water binder ratio can be calculated by the relationship between compression strength and the formula is as follows: σ_28 = 304.0·B/W - 296.8. unit water content can be calculated by the relationship between unit water content and B/W : W = -8.62·B/W + 196.58(R² = 0.964). And the formula for sand aggregate ratio of optimum is as follow: S/A = 3.817·B/W + 52.11(R² = 0.971) Chapter 5 analysis characteristics of both fresh concrete and hardened concrete. Ordinary Portland Cement was substituted by Blast-Furnace Slag with 5 kinds of ratio(no admixture, 15, 30, 40 ,50%) and 2 kinds of gypsum(chemical gypsum, natural gypsum). As result, compared with Ordinary Portland Cement, unit water content showed a tendency of reduction. And also from the result of the test, we obtained the excellent result when natural gypsum was used. That is a good development of compression strength and reduction of unit water content Chapter 6 confirms the hydration heat reduction characteristic of concrete made by Portland Blast-Furnace Cement which were obtained through a concrete insulation tester of concrete, it shows that at the beginning of the test, binder quantity has an effect by insulation hydration heat but has a more effect by hydration reaction velocity as time passes. Chapter 7 summarizes the conclusions of each chapter, also proposes a hence question and the future application plans. The results of this study is as follow : In case Portland Blast-Furnace Slag Cement is used for concrete, it has a unit water content reduction but has a primary compressive strength. Therefore An examination on cure temperature, and time of form exclusion is needed when Portland Blast-Furnace Slag Cement is used for concrete. Also we need a guide book relation on concrete mix proportion design using Portland Blast-Furnace Slag Cement that we must be regulated in the mere future effective applications on Blast-Furnace Slag and Blast-Furnace Slag cement.
Blast-Furnace Slag, a by product of the steel industry, has potential as a cementations material. And if it is applicated as a cement compound material, it'll be p profitable advantage as economical use of natural resource, energy and the protection of the environment. Therefore concrete using Blast-Furnace Slag can be produced to e a concrete of economical and excellent characteristics compared with Ordinary Portland Cement. The aim of this study is to suggest a calculation on unit water content, unit cement quantity and sand aggregate ratio of optimum according to concrete mix proportion design and its method base on the concrete examination mixture using Blast-Furnace Slag Cement. Repeatedly this study not only suggests the concrete mix proportion design using Blast-Fumace Slag Cement which can obtain compressive strength(180∼400kg/㎠), slump(15±2cm) and air volume (4.5±1%) but also a basic data for the production of high value-added Blast-Furnace Slag. This study is consisted of 7 chapters in total. The chapters are as followed: Chapter 1 describes the purpose, background and extent of this study. Chapter 2 is to understand the standard of quality of Portland Blast-Furnace Slag and Blast-Furnace Slag's present condition of production in every country, and also the manufacturing process and a hydration structure. Chapter 3 is to carry out an examination mixture that satisfies the given objective quality as there are produced to concrete using Portland Blast-Furnace Slag Cement. the results of the concrete examination mixture shows that unit water content can be reduced by 3∼8% compared to Ordinary Portland Cement. And also show that unit water content and sand aggregate ratio has a tendency to reduce when water binder ratio decreases. through this study it shows that in less than 45% of water binder ratio we can obtain a degree of 15cm. The chapter 4 is proposes reference on mix proportion design and its method based on Chapter 3. Already done on chapter 3 mix proportion design shows that water binder ratio can be calculated by the relationship between compression strength and the formula is as follows: σ_28 = 304.0·B/W - 296.8. unit water content can be calculated by the relationship between unit water content and B/W : W = -8.62·B/W + 196.58(R² = 0.964). And the formula for sand aggregate ratio of optimum is as follow: S/A = 3.817·B/W + 52.11(R² = 0.971) Chapter 5 analysis characteristics of both fresh concrete and hardened concrete. Ordinary Portland Cement was substituted by Blast-Furnace Slag with 5 kinds of ratio(no admixture, 15, 30, 40 ,50%) and 2 kinds of gypsum(chemical gypsum, natural gypsum). As result, compared with Ordinary Portland Cement, unit water content showed a tendency of reduction. And also from the result of the test, we obtained the excellent result when natural gypsum was used. That is a good development of compression strength and reduction of unit water content Chapter 6 confirms the hydration heat reduction characteristic of concrete made by Portland Blast-Furnace Cement which were obtained through a concrete insulation tester of concrete, it shows that at the beginning of the test, binder quantity has an effect by insulation hydration heat but has a more effect by hydration reaction velocity as time passes. Chapter 7 summarizes the conclusions of each chapter, also proposes a hence question and the future application plans. The results of this study is as follow : In case Portland Blast-Furnace Slag Cement is used for concrete, it has a unit water content reduction but has a primary compressive strength. Therefore An examination on cure temperature, and time of form exclusion is needed when Portland Blast-Furnace Slag Cement is used for concrete. Also we need a guide book relation on concrete mix proportion design using Portland Blast-Furnace Slag Cement that we must be regulated in the mere future effective applications on Blast-Furnace Slag and Blast-Furnace Slag cement.
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