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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 No.200 체 크기의 폐유리에 대해 재령 28일 강도를 기준으로 하여 폐유리 분말을 혼입한 콘크리트의 최적 혼입률을 도출시켰다. 이때 콘크리트의 작업성과 강도특성을 모두 고려하여야 하나, 폐유리 분말을 혼입한 콘크리트의 작업성은 그 혼입률에 비례하여 증가하기 때문에, 이를 무시하고 강도 특성만 고려하였다.
- 이에 따라 본 연구에서는 환경오염원인 폐유리를 유효적 절히 활용키 위하여 폐유리가 포졸란 작용을 할 수 있는 한계 입경 범위를 예비실험으로 미리 구한 후 폐유리 분말 시료를 조제하였으며 7), 보통강도 및 고강도 콘크리트 각각 에 대해서 폐유리 분말의 혼입률을 변화시킨 콘크리트를 제조한 다음 그것의 작업성 및 강도 특성을 고려한 폐유리의 최적 혼입률을 도출하였다. 또한, 폐유리의 최적 혼입률에 의해 제작된 보통강도 및 고강도 콘크리트 각각에 대해서 압축, 인장 및 휨강도와 탄성적 성질 등 역힉적 특성을 구명하여 폐유리를 경제적이고 환경친화적인 콘크리트 혼 화재로서 활용하기 위한 기본 자료를 제시하고자 한다.
- 이에 따라 본 연구에서는 환경오염원인 폐유리를 유효적 절히 활용키 위하여 폐유리가 포졸란 작용을 할 수 있는 한계 입경 범위를 예비실험으로 미리 구한 후 폐유리 분말 시료를 조제하였으며 7), 보통강도 및 고강도 콘크리트 각각 에 대해서 폐유리 분말의 혼입률을 변화시킨 콘크리트를 제조한 다음 그것의 작업성 및 강도 특성을 고려한 폐유리의 최적 혼입률을 도출하였다. 또한, 폐유리의 최적 혼입률에 의해 제작된 보통강도 및 고강도 콘크리트 각각에 대해서 압축, 인장 및 휨강도와 탄성적 성질 등 역힉적 특성을 구명하여 폐유리를 경제적이고 환경친화적인 콘크리트 혼 화재로서 활용하기 위한 기본 자료를 제시하고자 한다.
제안 방법
- 200 체 크기)을 결합재 중량비로 0~30%까지 5%씩 변화시키면서 배합실험을 하였다. 보통강도 및 고강도 콘크리트 각각에 대한 플레인 콘크리트의 물-결합재비는 목표 슬럼프를 얻기 위한 단위 수량 및 고성능 감수제 첨가량을 구하여 결정하였으며, 이 들에 대한 목표 슬럼프값은 각각 15±2cm, 21±2cm로 하였다.
- 본 연구에서는 No.200 체 크기의 폐유리 분말의 최적 혼입률에 대한 보통강도 및 고강도 콘크리트의 역학적 특성으로, 압축, 인장 및 휨강도와 탄성계수를 분석하였는데, Fig. 8~9는 이들 중 콘크리트의 재령별 압축강도를 나타낸 것이다. 폐유리 분말을 15% 혼입한 보통강도 콘크리트의 경우 재령 3일의 초기 재령부터 재령 91일의 장기 재령까지의 플레인.
- 200 체 크기의 폐유리에 대해 재령 28일 강도를 기준으로 하여 폐유리 분말을 혼입한 콘크리트의 최적 혼입률을 도출시켰다. 이때 콘크리트의 작업성과 강도특성을 모두 고려하여야 하나, 폐유리 분말을 혼입한 콘크리트의 작업성은 그 혼입률에 비례하여 증가하기 때문에, 이를 무시하고 강도 특성만 고려하였다. 즉, 보통강도 및 고강도 콘크리트의 경우 최대 압축강도를 발휘하는 최적 혼입률은 각각 15% 10%로 나타났다任迫 5, Fig.
- 폐유리 분말을 혼입한 콘크리트의 정 탄성계수를 구하기 위하여 KS F 刻38(콘크리트의 원주 공 시체의 정 탄성계수 및 포아송비 시험 방법에 따라 압축강도 시험의 경우와 동일 배합의 재령 28일 콘크리트 공시 체에 대해서 시험을 하였다. 정 탄성계수 측정을 위하여 동일 배합의 공시 체에 대해서 압축강도 시험을 통하여 파괴하중의 40 -50% 하중을 미리 계산한 다음 파괴하중의 60% 정도까지의 하중을 10%씩 증가시키면서 각각의 종방향 변위를 측정한 후 정 탄성계수를 구하였다.
- 콘크리트의 작업성 및 강도 특성을 고려한 폐유리 분말의 최적 혼입률을 도출시키기 위하여 단위결합 재량이 각각 350kg/m3, 500@m‘인 보통강도 및 고강도 콘크리트 각각 에 대해서 폐유리 분말(No.100 체, No.200 체 크기)을 결합재 중량비로 0~30%까지 5%씩 변화시키면서 배합실험을 하였다. 보통강도 및 고강도 콘크리트 각각에 대한 플레인 콘크리트의 물-결합재비는 목표 슬럼프를 얻기 위한 단위 수량 및 고성능 감수제 첨가량을 구하여 결정하였으며, 이 들에 대한 목표 슬럼프값은 각각 15±2cm, 21±2cm로 하였다.
- 콘크리트의 탄성적 성질 중에서 가장 중요한 것 중의 하 나가 정 탄성계수이고, 실제 구조물의 설계자료로 정탄성계 수가 사용되기 때문에, 본 연구에서는 폐유리 분말을 혼입한 콘크리트의 정 탄성계수를 구하였다.
- 폐유리 분말(PWG)이 포졸란 작용을 할 수 있는 한계입 경 범위는 예비실험에 의해서 구한 결과 No.200 체 크기 전후이므로 7), 이 같은 입경 범위의 폐유리 분말 시료를 조제하기 위하여 무색의 판유리를 볼밀(tell mill)로 분쇄한 후 No.100 체에 90% 이상 통과되고 No.200 체에 100% 잔 류 된 것을 「No.100 체 크기」의 폐유리 시료로, No.200체에 90% 이상 통과되고 No.400 체에 100% 잔류 된 것을 「No.200 체 크기」의 폐유리 시료로 분류하였다
- 폐유리 분말을 혼입한 보통강도 및 고강도 콘크리트의 최적 혼입률을 도출시키기 위한 압축강도 시험은 KS F 2405(콘크리트의 압축강도 시험 방법)에 따라 재령별(3일, 7일, 28일, 91일)로 하였다.
- 폐유리 분말을 혼입한 콘크리트의 역학적 특성을 구명키 위한 압축강도 시험은 KS F 2405(콘크리트의 압축강도 시험 방법)에 따라 재령별(3일, 7일, 28일, 91일)로 하였다.
- 폐유리 분말을 혼입한 콘크리트의 인장 및 휨강도 시험은 KS F 2423(콘크리트의 인장강도 시험 방법)과 KS F 颂(콘크리트의 휨강도 시험 방법: 단순 보의 중앙점 하중 법)에 따라 압축강도 시험의 경우와 동일 배합의 콘크리트에 대하여 재령 28일 강도를 시험하였다.
- 폐유리 분말을 혼입한 콘크리트의 작업성은 플레인 콘크리트와 동일 배합으로 하여 목표 슬럼프를 얻기 위한 고성 능 감수제 첨가량에 의하여 평가하였는데, 그 결과는 Fig. 1~2와 같다. 즉, 보통강도 및 고강도 콘크리트 모두 폐유 리 분말의 혼입률이 증가할수록 목표 슬럼프를 얻기 위한 고성능 감수제의 첨가량이 감소되어, 폐유리 분말의 작업성은 플레인 콘크리트보다 다소 유리한 것으로 나타났다.
- 폐유리 분말을 혼입한 콘크리트의 정 탄성계수를 구하기 위하여 KS F 刻38(콘크리트의 원주 공 시체의 정 탄성계수 및 포아송비 시험 방법에 따라 압축강도 시험의 경우와 동일 배합의 재령 28일 콘크리트 공시 체에 대해서 시험을 하였다. 정 탄성계수 측정을 위하여 동일 배합의 공시 체에 대해서 압축강도 시험을 통하여 파괴하중의 40 -50% 하중을 미리 계산한 다음 파괴하중의 60% 정도까지의 하중을 10%씩 증가시키면서 각각의 종방향 변위를 측정한 후 정 탄성계수를 구하였다.
- 폐유리 분말을 혼입한 콘크리트의 최적 혼입률 평가 실험을 통하여 작업성 및 강도 특성을 고려한 최적 배합비 (Table 7, 8에서 * 표시한 배합비)를 결정한 다음이 배합 비에 의해 제작된 콘크리트의 역학적 특성을 구명키 위하여, KS F 2403(콘크리트의 강도 시험용 공시체 제작 방법) 에 따라 콘크리트 공시 체(압축 및 인장 강도 시험용:。10 x20cm, 탄성계수 시험용: 015x30cm, 휨강도 시험용: 15 X15x53cm)를 제작하였으며, 성형 후 24시간 경과하여 탈형하고, 시험 전까지 20±3℃의 온도에서 습윤 양생하였다.
대상 데이터
- 본 연구에 사용된 시멘트는 H사 제품의 보통 포틀랜드 시멘트를 사용하였으며, 물리적 성질은 Table 1과 같다
- 본 연구에 사용된 잔골재는 낙동 강산(경북 안동시) 하천 사, 굵은 골재는 안동산(경북 안동시) 부순 돌을 이용하였으며, 이들의 물리적 성질은 각각 Table 4 및 Table 5와 같다.
- 본 연구에 사용된 혼화제는 고강도 및 유동화 콘크리트용으로 사용되고 있는 나프탈렌계의 고성능 감수제(표준형, K사)로서 품질 특성은 Table 6과 같다.
이론/모형
- 폐유리 분말의 최적 혼입률을 도출시키기 위한 콘크리트 공시 체(010x20cm)는 KS F 2403(콘크리트의 강도 시험용 공 시체 제작 방법)에 따라 312개를 제작하였으며, 성형 후 24시간 경과하여 몰드를 제거하고 시험 전까지 20±3℃의 온도로 습윤 양생하였다. Table 7~8은 보통강도 및 고강도 콘크리트 각각에 대해서 폐유리의 입경 크기별로 혼입률을 변화시킨 콘크리트의 배합표를 나타낸 것이다.
성능/효과
- 1) 폐유리 분말을 혼입한 보통강도 및 고강도 콘크리트의 작업성은 플레인 콘크리트보다 다소 유리한 것으로 나타났는데, 이것은 유리의 높은 취성으로 인해 분쇄과정 시 입자 형태가 거의 원형에 가깝기 때문인 것으로 판단된다.
- 2) eo.l00 체 크기의 폐유리 분말을 혼입한 보통강도 콘크리트는 포졸란 작용이 없는 것으로 나타났으며, 동일 배합 시 No.200 체 크기의 폐유리 분말을 15% 혼입한 경우는 다소 강도 증진 효과가 있는 것으로 나타났다.
- 3) Nc.200 체 크기의 폐유리의 경우 작업성이 우수하면서 최대 압축강도를 발휘하는 최적 혼입률은 보통강도 및 고강도 콘크리트의 경우 각각 15%, 10%로 나타났다.
- 4) No.200 체 크기의 폐유리 분말을 15% 혼입한 보통강도 콘크리트는 강도 증진 효과가 그다지 크지 않은 것으로 나타났으나, 그것을 10% 혼입한 고강도 콘크리트는 플레인 콘크리트에 대한 강도 비가 시험한 전 재령에 걸쳐서 약 1.20으로 매우 우수한 강도 특성이 있는 것으로 나타났다. 따라서 폐유리 분말을 고강도 콘크리트용 혼화재로서 이용하는 것이 성능 및 경제성 측면에서 매우 효율적일 것으로 사료된다.
- 5) 폐유리 분말을 혼입한 보통강도 및 고강도 콘크리트의 플레인 콘크리트에 대한 인장강도 비는 각각 1.03, 1.08로, 이들 모두 압축강도 증진율보다는 크지 않은 것으로 나타났다. 또한, 휨강도 비는 각각 1.
- 6) 보통강도 및 고강도 콘크리트의 플레인 콘크리트에 대한 정 탄성 계수 비는 각각 1.04, 1.12로 폐유리 혼입 콘크리트의 정 탄성계수 증진율은 압축강도 증진율에 비해 크지 않은 것으로 나타났다.
- 200 체 크기인 경우 콘크리트의 압축강도는 그 혼입률이 15%인 경우를 제외하면, 재령에 관계없이 플레인 콘크리트보다 저하되는 것으로 나타났다. 그러나 그 혼입률이 15%인 경우 설계 기준강도로 채택되는 재령 28일의 압축강도는 플레인 콘크리트의 1.09배로, 다소 강도 증진 효과가 있는 것으로 나타났다. 단위결합 재량이 500kg/m‘인 고강도 콘크리트의 경우 폐유리의 입경이 No.
- 09배로, 다소 강도 증진 효과가 있는 것으로 나타났다. 단위결합 재량이 500kg/m‘인 고강도 콘크리트의 경우 폐유리의 입경이 No.100 체 크기일 때의 콘크리트 압축강도는 그 혼입률이 15%까지는 대체적으로 재령에 관계없이 혼잌률에 비례하여 증가하는 경향을 보이나, 그 혼입률이 15%를 초과하면 혼입률이 증가할수록 감소하는 것으로 나타났다. 이때 폐유리 분말의 혼입률이 10~15%인 경우 재령 28일 강도를 기준으로 하였을 때, 플레인 콘크리트 에 대한 강도 비는 1.
- 20 정도로 매우 우수한 강도 특성이 있는 것으로 나타났다. 따라서 상업용 혼화재 중 그 성능이 탁월한 실리카 흄의 강도 증진율이 20% 정도인 것을 고려하면 % 본 연구에서 사용된 폐유리 분말은 실리카 흄 못지않은 매우 우수한 강도 증진 효과가 있는 것으로 나타났다. 따라서 폐유리 분말을 고강도 콘크리트 제조용 혼화재로서 이용하는 것이 성능 및 경제성 측면에서 매우 효율적일 것으로 사료된다
- 따라서 폐유리 분말을 혼입한 콘크리트의 강도 특성은 보 통 강도보다는 고강도 콘크리트의 경우가, 또한 고강도 콘크리트의 경우는 폐유리의 입경이 작을수록 우수한 것으로 나타났다.
- 또한, No.100 체 크기의 폐유리 분말을 혼입한 고강도 콘크리트는 그 혼입률 10~15%에서 다소 강도 증진이 있는 것으로 나타났으며, No. 200 체 크기의 폐유리 분말을 혼입한 고강도 콘크리트는 그 혼입률 5~25%에서 매우 우수한 강도 증진 효과가 있는 것으로 나타났다.
- 100 체 크기일 때의 콘크리트 압축강도는 혼입률 및 재령에 관계없이 플레인 콘크리트보다 저하되어, 이 경우는 폐유리 분말의 강도 증진 효과가 없는 것으로 나타났다. 또한, 동일 배합일 때 폐유리의 입경이 No.200 체 크기인 경우 콘크리트의 압축강도는 그 혼입률이 15%인 경우를 제외하면, 재령에 관계없이 플레인 콘크리트보다 저하되는 것으로 나타났다. 그러나 그 혼입률이 15%인 경우 설계 기준강도로 채택되는 재령 28일의 압축강도는 플레인 콘크리트의 1.
- 08로, 이들 모두 압축강도 증진율보다는 크지 않은 것으로 나타났다. 또한, 휨강도 비는 각각 1.07, 1.14S, 폐유리가 콘크리트의 휨강도 개선에도 기여하는 것으로 나타났다.
- 1~2와 같다. 즉, 보통강도 및 고강도 콘크리트 모두 폐유 리 분말의 혼입률이 증가할수록 목표 슬럼프를 얻기 위한 고성능 감수제의 첨가량이 감소되어, 폐유리 분말의 작업성은 플레인 콘크리트보다 다소 유리한 것으로 나타났다. 이것은 유리의 높은 취성으로 인해 분쇄과정 시 입자 형태가 거의 원형에 가깝기 때문인 것으로 판단된다(Fig.
- 08로 이들 모두 압축강도 증진율보다는 크지 않은 것으로 나타났다. 폐유리 분말을 혼입한 보통강도 및 고강도 콘크리트의 플레인 콘크리트에 대한 휨강도 비는 각각 1.07, 1.14로, 폐유리가 콘크리트의 휨강도 개선에도 기여하는 것으로 나타났다.
- 09로, 다소 강도 증진이 있는 것으로 나타났다. 한편, 동일 배합일 때 폐유리의 입경이 No.200 체 크기인 경우 콘크리트의 압축강도는 그 입경이 No.100 체 크기인 경우와 유사한 경향을 보이나, 플레인 콘크리트에 대한 강도 비는 크게 증가하는 것으로 나타났다. 예를 들면, 전 혼입률에 대해 재령 28일 강도를 기준으로 하였을 때 플레인 콘크리트에 대한 강도 비는 0.
- 한편, 재령 28일 강도를 기준으로 하였을 때 폐유리 분말을 혼입한 보통강도 콘크리트의 인장 및 휨강도는 각각 압축강도의 약 1/12, 1/5로 나타났고, 고강도 콘크리트의 경우는 각각 약 1/13, 1/6로 나타나, 폐유리 분말을 혼입한 콘크리트는 고강도화될수록 일반 콘크리트와 같이 압축강도에 대한 인장 및 휨강도 비가 작아지는 것으로 나타났다.
후속연구
- 따라서 상업용 혼화재 중 그 성능이 탁월한 실리카 흄의 강도 증진율이 20% 정도인 것을 고려하면 % 본 연구에서 사용된 폐유리 분말은 실리카 흄 못지않은 매우 우수한 강도 증진 효과가 있는 것으로 나타났다. 따라서 폐유리 분말을 고강도 콘크리트 제조용 혼화재로서 이용하는 것이 성능 및 경제성 측면에서 매우 효율적일 것으로 사료된다
- 20으로 매우 우수한 강도 특성이 있는 것으로 나타났다. 따라서 폐유리 분말을 고강도 콘크리트용 혼화재로서 이용하는 것이 성능 및 경제성 측면에서 매우 효율적일 것으로 사료된다.
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