현장타설 경량기포콘크리트는 경량성, 단열성, 흡음성, 시공성, 경제성 등이 우수하여 온돌바닥의 단열용 또는 채움용으로 사용되고 있다. 그러나, 경량기포콘크리트의 품질확보를 위한 세부기술개발이 미흡하여, 현장에서의 품질관리방법을 정립할 필요가 있으며, 이를 위하여 경량기포콘크리트의 물리적 성질 및 상호관계에 대한 구명이 요구된다. 본 연구는 시멘트 중량의 40%를 플라이애시로 치환한 FA기포콘크리트를 온돌 채움용으로 사용할 경우의 품질관리 방안을 확립하기 위한 것으로서, 굳지 않은 경량기포콘크리트의 플로우, 기포슬러리 비중, 기포율 간의 상호관계 및 경화전 물성과 경화후 물성(겉보기 비중, 28일 압축강도) 간의 상호관계를 구명하였으며, 7일 압축강도를 이용하여 28일 압축강도를 조기에 추정하기 위한 관계식을 제시하고, 또한 현장타설용 기포콘크리트에 대한 KS 규격 개선안을 제시하였다.
현장타설 경량기포콘크리트는 경량성, 단열성, 흡음성, 시공성, 경제성 등이 우수하여 온돌바닥의 단열용 또는 채움용으로 사용되고 있다. 그러나, 경량기포콘크리트의 품질확보를 위한 세부기술개발이 미흡하여, 현장에서의 품질관리방법을 정립할 필요가 있으며, 이를 위하여 경량기포콘크리트의 물리적 성질 및 상호관계에 대한 구명이 요구된다. 본 연구는 시멘트 중량의 40%를 플라이애시로 치환한 FA기포콘크리트를 온돌 채움용으로 사용할 경우의 품질관리 방안을 확립하기 위한 것으로서, 굳지 않은 경량기포콘크리트의 플로우, 기포슬러리 비중, 기포율 간의 상호관계 및 경화전 물성과 경화후 물성(겉보기 비중, 28일 압축강도) 간의 상호관계를 구명하였으며, 7일 압축강도를 이용하여 28일 압축강도를 조기에 추정하기 위한 관계식을 제시하고, 또한 현장타설용 기포콘크리트에 대한 KS 규격 개선안을 제시하였다.
Foamed concrete for cast-in-site, which shows excellent lightweight, thermal insulation, noise insulation, constructability and cost efficiency, has been applied as thermal insulation or filling material for On-dol. However, the technology is too insufficient to obtain the high level of quality, and...
Foamed concrete for cast-in-site, which shows excellent lightweight, thermal insulation, noise insulation, constructability and cost efficiency, has been applied as thermal insulation or filling material for On-dol. However, the technology is too insufficient to obtain the high level of quality, and serious problems often occur in quality control at sites. It, thus, is necessary to establish the proper and reasonable quality control method for ensuring the required quality, based on the investigation on the physical properties and their reciprocal relation. This study aims to settle the quality control method in case of applying FA foamed concrete replacing 40% by weight with fly-ash as the filling material for On-dol. The results of the study include the correlation among flow, as-placed density and foam ratio of fresh foamed concrete, the correlation between physical properties before hardening and after 28-day, provision of an equation to estimate 28-day compressive strength early with 7-day compressive strength, and suggestion of quality criteria for the revision of KS on foamed concrete for cast-in-site.
Foamed concrete for cast-in-site, which shows excellent lightweight, thermal insulation, noise insulation, constructability and cost efficiency, has been applied as thermal insulation or filling material for On-dol. However, the technology is too insufficient to obtain the high level of quality, and serious problems often occur in quality control at sites. It, thus, is necessary to establish the proper and reasonable quality control method for ensuring the required quality, based on the investigation on the physical properties and their reciprocal relation. This study aims to settle the quality control method in case of applying FA foamed concrete replacing 40% by weight with fly-ash as the filling material for On-dol. The results of the study include the correlation among flow, as-placed density and foam ratio of fresh foamed concrete, the correlation between physical properties before hardening and after 28-day, provision of an equation to estimate 28-day compressive strength early with 7-day compressive strength, and suggestion of quality criteria for the revision of KS on foamed concrete for cast-in-site.
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문제 정의
따라서, 본 연구에서는 기포율이 경량기포콘크리트의 물 성에 미치는 영향과 기포율에 의한 품질관리의 가능성을 판단하기 위하여 일부 기포제 제조업체에서 제시하고 있는 가칭 소포법'"(Foam breaking method) 과 간이소포법 (Sirrplified foam breaking method)에 의한 기포율을 즉정 하였다.
일반콘크리트에 대해서는 효과적인 품질관리를 위하여 28일 강도를 조기에 추정하는 방법이 제안되어 있으나, 경 량기포콘크리트에 대해서는 아직 이러한 방법이 제시되어 있지 않다. 따라서, 본 연구에서는 이러한 개념에서 경량기 포콘크리m에 대하여 28일 강도를 조기에 추정하기 위한 방법을 도색하였으며, KS F 4039에 규정되어 있는 경량기 포콘크리巨의 각 물성값의 적절성 여부를 검토하였다
본 연구는 시멘트의 일부를 산업부산물인 플라이애시로 치환한 온돌채움용 FA기포콘크리트의 품질관리방안을 검 토한 것이다. 여기에서는 경량기포콘크리트의 플로우, 기포 슬러리 비중, 기포율 및 경화후의 겉보기 비중과 압축강도 에 대한 물리적 특성을 구명하고, 각 특성값의 상관성을 분 석하여, 기포콘크리트의 현장품질관리를 위한 새로운 방안 을 제안하고자 한다.
본 연구는 시멘트의 일부를 산업부산물인 플라이애시로 치환한 온돌채움용 FA기포콘크리트의 품질관리방안을 검 토한 것이다. 여기에서는 경량기포콘크리트의 플로우, 기포 슬러리 비중, 기포율 및 경화후의 겉보기 비중과 압축강도 에 대한 물리적 특성을 구명하고, 각 특성값의 상관성을 분 석하여, 기포콘크리트의 현장품질관리를 위한 새로운 방안 을 제안하고자 한다.
제안 방법
경량기포콘크리트는 시공성 측면에서 높은 유동성이 요 구되므로, 각종 배합요인이 유동성에 미치는 영향을 고려하여 적절한 배합설계를 하여야 한다. Table 4는 본 연구에서 검토한 각종 배합 및 실험결과를 나타내는 것으로서, 경 량기포콘크리트의 유동성을 판단하기 위하여 기포제의 종 류별로 기포율과 曲에 따른 플로우값의 변화경향을 파악 하고자 하였으며, 그 결과는 Fig. 1과 같다.
경 량기포콘크리트의 제조는 시멘트에 플라이 애시를 중량 비 40%로 치환한 분체를 배치형 믹서기에 넣고 물과 약 2 분간 혼합하여 페이스트를 만들었다. 이와는 별도로弓 기포 제를 일정 압력으로 기포발생장치에 통과시켜 기포를 제조 하였다.
소포법은 500cc 메스실린더에 시료(경 량기포콘크리트의 슬러리) 200cc를 넣고 물 200cc를 더하여 플라스틱 봉으로 1분간 잘 저어서 기포를 분리시켰다. 그 후 알콜 lOOoc를 더하여 다시 1분간 저어서 완전히 소포시킨 후 메스실린더 눈금을 읽어 체적을 측정하였다
겉보기 비중 시험은 KS F 削59(기포콘크리트의 겉보기 비중, 함수율, 흡수율 및 압축강도 시험방법)에 의하여 측정하였다. 그러나, 기포콘크리트를 장기간 수중에서 양생한 경우, 내부의 기포제 성분이 유출되어 다량의 기포가 발생 하였기 때문에 수중양생을 하지 않고 폴리에틸렌 주머니에 넣어 밀봉양생한 후 105±5℃에서 항량이 될 때까지 건조 시켜 측정하였다.
압축강도 측정재령은 7일과 28일의 2종류로 하였으며, 1 개조당 5개를 제작하여 측정하였다.
본 실험의 배합인자 및 수준은 Table 3과 같다. 여기서 기포율은 경량기포콘크리트의 체적에 대한 기포의 체적비 이며, 물-결합재비(WB)는 시멘트와 플라이애시의 혼합량 에 대한 혼합수의 중량비를 나타낸다 또한 기포율 및 W/B는 현장에서 일반적으로 사용되는 경량기포콘크리트의 특성을 고려하여 설정하였다.
경량기포콘크리트는 전체 체적의 약 60% 이상이 기포이 므로 기포율은 기포콘크리트의 각종 물성에 절대적인 영향을 미친다. 여기에서는 우선 슬러리 상태에서 기포율을 측 정하기 위한 방법을 확립하기 위하여 소포법과 간이소포법 을 비교, 검토하였으며, 그 결과는 Fig. 4와 같다.
플라이애쉬를 혼입한 현장 타설용 기포콘크리트가 경화 되기 이전의 슬러리 상태에서 소요의 품질을 확보하고, 압 축강도를 조기에 측정하기 위한 방안으로 기포슬러리 비중 과 기포율의 특성 및 압축강도와의 상관관계를 분석한 연 구결과는 다음과 같다.
대상 데이터
본 실험에서는 H사 보통포틀랜드시멘트(비중 3.15, 분말 도 3, 150cm2/g), 보령산 플라이애시(비중 2.28), 상수도수, S 사의 동물성 단백질계 기포제와 식물성 계면활성계 기포제 를 사용하였다. 각 기포제의 물리적 특성은 Table 2와 같다
이론/모형
겉보기 비중 시험은 KS F 削59(기포콘크리트의 겉보기 비중, 함수율, 흡수율 및 압축강도 시험방법)에 의하여 측정하였다. 그러나, 기포콘크리트를 장기간 수중에서 양생한 경우, 내부의 기포제 성분이 유출되어 다량의 기포가 발생 하였기 때문에 수중양생을 하지 않고 폴리에틸렌 주머니에 넣어 밀봉양생한 후 105±5℃에서 항량이 될 때까지 건조 시켜 측정하였다.
경량기포콘크리트의 기포슬러리 비중 시험은 시료를 제 조한 직후에 KS F 4039의 규정에 따라 측정하였다.
경량기포콘크리트의 압축강도는 KS F 2459에 의하여 측 정하였으며, 경량기포콘크리트의 압축강도가 매우 낮은 점 을 고려하여 용량 5bon(정밀도 0.1kg)의 Isnhon사 만능재 료시험기를 사용하였다
경량기포콘크리트의 플로우 시험은 시료를 제조한 직후에 KS F 4039의 규정에 따라 측정하였다.
성능/효과
그러나, 소포법에 의한 측정결과가 간이소포법에 의한 것보다 배합표의 이론값에 가까우며 상관계수도 높게 나타났다.' 따라서, 경량기포콘크 리트의 기포율 시험방법은 시험의 편리성은 다소 불리하지만 측정결과의 신뢰성이 높은 소포법을 적용함이 타당할 것으로 판단된다.
1) 경량기포콘크리트의 플로우는 기포율이 클수록 기포 슬러리 비중이 낮을수록 저하되며, 그 경향은 W/B가 클수 록 현저하게 나타난다. 또한 WB가 높을수록 플로우는 증 대하지만 기포율이 70% 이상이면 거의 동일한 유동성을 나타낸다
2) 기포슬러리 비중의 실험값은 혼합 및 압송중에 기포 의 일부가 소포되어 배합설계시의 단위중량보다 높게 나타 나므로, 초기의 배합설계시에 이러한 소포현상을 고려해야 한다.
3) 기포슬러리 비중은 기포율 및 28일 압축강도와 상관 성이 매우 크며, KS F 4039의 기포슬러리 비중에 대한 규 정값이 너무 낮게 설정되어 있으므로 개선의 여지가 있다.
4) 경량기포콘크리트의 기포율은 28일 압축강도와 상관 성이 크므로 KS F 4039에 품질관리 항목으로 추가하는 방 안을 검토할 필요가 있으며, 시험방법은 측정이 용이한 간 이소포법보다 측정결과의 신뢰성이 높은 소포법을 적용함 이 타당하다.
6) 경량기포콘크리트를 채움용으로 사용할 경우에는 KS F 4039의 겉보기 비중에 대한 규정을 삭제하거나 크게 완화할 필요가 있다
한편, 실험의 편리성은 물과 알콜을 사용하는 소포법보다 알콜만을 사용하는 간이소포법이 간단하며 소포효과도 좋 아서 눈금의 판독에도 유리하였다. 그러나, 소포법에 의한 측정결과가 간이소포법에 의한 것보다 배합표의 이론값에 가까우며 상관계수도 높게 나타났다.' 따라서, 경량기포콘크 리트의 기포율 시험방법은 시험의 편리성은 다소 불리하지만 측정결과의 신뢰성이 높은 소포법을 적용함이 타당할 것으로 판단된다.
이상의 결과로부터 경 량기포콘크리트의 플로우는 기포율 이 클수록 저하되며, 그 경향은 각 그래프의 기울기로부터 W/B가 클수록 현저하게 나타난다. 또한 W/B가 높을수록 플로우는 증대하지만 기포율이 70% 이상이면 거의 동일한 유동성을 나타낸다 따라서 WB가 증대할수록 플로우가 증대하는 것은 일반적인 현상과 동일하지만, 기포율의 차이에 의한 유동성에 미치는 영향이 크다는 것을 알 수 있다. 이것은 기포율이 증대할수록 상대적으로 분체량이 감소하 여, 독립적으로 분포되어 있는 기포가 페이스트의 자중에 의한 흐름을 방해하기 때문이라고 추정된다
85 정도의 매우 큰 상관성을 나타내었다. 또한, 기포율이 10% 증가할수록 기포슬러리 비중은 0.16 정도 감소하여, Table 4의 배합비 계산 및 Fig. 2에서 WB가 10% 증가할수록 기포슬러리 비중이 0.03 정도 증가하는 것에 비하면, 기포율의 변화가 기포슬 러리 비중에 미치는 영향이 매우 크다는 것을 알 수 있다.
본 실험결과를 KS F 4039의 0.5품에 해당하는 28일 압 축강도(14.28kg£/c『)를 만족하려면 기포슬러리 비중은 0.66 이상이 요구되며, KS의 기포슬러리 비중에 대한 최소규정 값 052의 경우에는 28일 압축강도는 약 4.3kWcm2 에 불과 하다.
본 연구에서 대상으로 한 경량기포콘크리트는 7일 강도 와 28일 강도가 다음 식 (2)와 같은 관계에 있으며, 결정계 수는 0.9367로서 상관성이 매우 높다는 사실이 입증되었다. 따라서 경량기포콘크리트의 품질관리를 위하여 7일 강도로 서 28일 강도를 추정할 수 있을 것으로 사료된다
이상에서와 같이, 겉보기 비중은 28일 압축강도와의 상관 성이 대체로 낮고 오히려 기포슬러리 비중과의 상관성이 높다. 또한, 경량기포콘크리트를 채움용으로 사용할 경우에는 단열성이 중요한 요소가 아닐 뿐만 아니라, 단열성은 열 전도율을 측정하여 평가될 것이다.
이상의 결과로부터 경 량기포콘크리트의 플로우는 기포율 이 클수록 저하되며, 그 경향은 각 그래프의 기울기로부터 W/B가 클수록 현저하게 나타난다. 또한 W/B가 높을수록 플로우는 증대하지만 기포율이 70% 이상이면 거의 동일한 유동성을 나타낸다 따라서 WB가 증대할수록 플로우가 증대하는 것은 일반적인 현상과 동일하지만, 기포율의 차이에 의한 유동성에 미치는 영향이 크다는 것을 알 수 있다.
이상의 플로우에 미치는 배합조건의 영향은 기포제의 종 류에 관계없이 동일한 경향을 나타내었다. 단 동물성기포제 가 식물성기포제보다 상대적으로 유동성이 좋은 것으로 나 타났으나, 이러한 결과는 본 연구에서 사용한 특정의 제품 에 한정된 측정값이므로, 일반적으로 동물성기포제가 식물 성기포제보다 유동성면에서 반드시 좋다고 할 수는 없다
이와 같은 결과는 본 연구가 시멘트 중량의 40%를 플라 이애시로 치환한 FA기포콘크리트에 한정되어 있다는 점과 본 실험의 실험오차 등을 고려한다고 하여도 KS 규정값이 너무 낮게 설정되어 있어 개선의 여지가 있다는 점을 나타내고 있다
한편, 실험의 편리성은 물과 알콜을 사용하는 소포법보다 알콜만을 사용하는 간이소포법이 간단하며 소포효과도 좋 아서 눈금의 판독에도 유리하였다. 그러나, 소포법에 의한 측정결과가 간이소포법에 의한 것보다 배합표의 이론값에 가까우며 상관계수도 높게 나타났다.
후속연구
그러므로, 경량기포콘크 리트의 용도 및 재료특성 등에 따라서는 겉보기 비중을 측 정할 필요가 없으며, 보완적으로 필요할 경우에는 기포슬러 리 비중값으로 추정토록 하는 것이 바람직하다고 생각된다. 단, 경량기포콘크리트의 겉보기 비중은 사용재료 등에 따라서 다른 물성과의 상관성 등이 달라지므로, 향후 각종 사용 재료에 따른 실험결과를 보완하여 KS F 4039에 규정된 겉 보기 비중 시험항목을 삭제하거나 완화하기 위한 검토가 요망된다.
5품에 해당하는 압축강도를 만족하는 기 포율의 범위는 대략 60% 이하의 영역에 속하며, 기포율이 70% 이상일 경우에는 28일 압축강도가 lOkgf/cn?에도 미치 지 못한다는 것을 알 수 있다. 따라서, KS F 4039에 경량 기포콘크리트의 품질규정 항목으로 기포율을 추가하는 방 안을 검토할 필요가 있으며, 이를 현장에서의 품질관리에 효과적으로 이용할 수 있을 것으로 판단된다.
이상에서와 같이, 겉보기 비중은 28일 압축강도와의 상관 성이 대체로 낮고 오히려 기포슬러리 비중과의 상관성이 높다. 또한, 경량기포콘크리트를 채움용으로 사용할 경우에는 단열성이 중요한 요소가 아닐 뿐만 아니라, 단열성은 열 전도율을 측정하여 평가될 것이다. 그러므로, 경량기포콘크 리트의 용도 및 재료특성 등에 따라서는 겉보기 비중을 측 정할 필요가 없으며, 보완적으로 필요할 경우에는 기포슬러 리 비중값으로 추정토록 하는 것이 바람직하다고 생각된다.
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