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문제 정의
- 이에 본 연구는 환경친화적인 건자재 개발을 위하여 시멘트 대체용으로 황토 혼입량을 5종, 잔골 재의 대체용으로 석분의 혼입량을 3종, 총 16종류의 모르타르에 대하여 단위 중량, 압축강도, 휨강도, 동탄성계수 등 물리. 역학적 특성을 구명하여 성능 이 우수한 건자재를 개발하는데 그 목적이 있다.
- 이에 본 연구는 환경친화적인 건자재 개발을 위하여 시멘트 대체용으로 황토 혼입량을 5종, 잔골 재의 대체용으로 석분의 혼입량을 3종, 총 16종류의 모르타르에 대하여 단위 중량, 압축강도, 휨강도, 동탄성계수 등 물리. 역학적 특성을 구명하여 성능 이 우수한 건자재를 개발하는데 그 목적이 있다.
제안 방법
- 단위 중량시험은 경량성을 파악하기 위하여 KS F 4004(콘크리트 벽돌 시험 방법)에 준하여 재령 28일에 실시하였으며, 각 배합비 별로。100X200 mm인 시험체의 표면 건조 포화상태의 중량과 체적을 측정하여 산출하였다.
- 압축강도 시험은 KS 규정에 적합한가를 판단하기 위하여 50X50X50 mm 시험체를 KS F 4004(콘크리트 벽돌 시험방법), 휨강도시험은 40X40X 160 mm의 시험체를 제작하여 KS F 2407(콘크리트의 휨강도 시험 방법)에 규정된 방법에 준하여 각각 재령 7일, 28일에 측정하였다.
- 황토와 석분을 사용한 모르타르의 배합은 제 성능을 고려하여, 황토를 시멘트와 같은 결합재로 하여 결합 새 중량의 0, 10, 20, 30, 40, 50% 사용하였으며, 석분은 모래와 같은 잔골재로 하여 잔골재 중량의 10, 20, 30% 사용하여 총 16가지 종류의 배합비로 하였고, 황토의 영향을 알아보기 위하여 흐름 값은 100~110의 범위로 하였으며, 이의 배합 설계는 Table 7과 같다.
대상 데이터
- S 회사 제품의 보통 포틀랜드 시멘트를 사용하였으며, 그 물리적 성질과 화학성분은 Table 1, 2와 같다.
- 금강 유역에서 채취한 천연골재로서, 그 물리적 성질은 Table 6과 같다.
- 이 연구는 비활성 황토와 석분을 사용한 모르타 르의 물리. 역학적 특성을 구명한 것으로서, 이 연구를 통해 얻어진 결과를 요약하면 다음과 같다.
- 충청남도 조치원 인근에서 채취한 것으로 100± 5C의 건 조로에서 24시간 이상 건조한 후 시멘트 대체용으로 사용하기 위하여 0.15 mm 이하로 분쇄하여 비중이 2.69, 단위 중량이 928 kg/m3인 것을 사용하였으며, 이의 화학성분은 Table 3과 같다.
- 표면 건조 포화상태의 편마암 석분을 사용하였으며, 이의 물리적 성질과 화학성분은 Table 4, 5와 같으며, 석분의 입경가적곡선은 Fig. 1과 같다.
이론/모형
- 동탄성계수시험은 0100X200 mm인 공 시체의 길이 방향 양면 중앙에 종진동에 의한 공명진동을 측정하는 영국 C.N.S 사의 ERUDIT MIKI (resonant frequency test system) 측정기를 사용하여 BS 1881(콘크리트의 동탄성계수 측정방법)에 의해 재령 7일, 28일에 측정하여 다음 식으로 산출하였다.
- 모르타르의 제작은 KS L 5105 (시멘트 모르타 르의 압축강도 시험 방법)에 규정된 방법에 준하여 제작하였으며, 몰드에 타설된 모르타르는 24시간 정치 후 탈형 하여 23±1 ℃의 수중에서 소정의 재령까지 양생하였다.
성능/효과
- 4), 5) 이러한 결과는 강도발현의 기본적 요소 인 시멘트의 양이 감소한 결과로 생각된다. 한편, HDM1에서 HDM11 까지의 11개 종류의 황토 모르 타르는 재령 28일에서 벽돌 C종 1급 기준강도인 163 kgf/cm"^ 상회하였으며, C종 2급 벽돌로는 모두 기준치를 상회하여 벽돌로 사용할 수 있는 것으로 나타났다. 그리고, 본 논문에서의 결합재 : 잔 골재 비율 1 : 2.
- 2. 재령 28일의 압축강도는 107~451 kgf/cm2, 휨강도는 23~81 kgf/cm? 으로 나타났고, 황토와 석분의 혼입량이 증가할수록 강도는 감소하는 경향을 나타냈으며, 황토 혼입량을 40%, 석분 혼입량을 20%까지 증가하여도 벽돌 강도 기준을 만족하는 것으로 나타났다.
- 3. 동탄성계수는 재령 28일에서 137xi(f~318 xiO3 kgf/cn? 로 나타났으며, 황토가 석분보다 동 탄성계수에 더 큰 영향을 주는 것으로 나타났다.
- 4. 동탄성계수는 압축강도가 증가할수록 증가하였으며, 상호 간의 상관성이 매우 높은 것으로 나타났다.
- 6 에서 보는 바와 같이 매우 유의성이 있는 것으로 나타났는데, 이는 동탄성계수가 증가할수록 강도가 증가하고, 상관성이 매우 높다는 연구와 유사한 결 과라 하겠다.” 또한, Fig. 6에서 보는 바와 같이 압축강도와 동탄성계수와의 상관관계 식에서 동탄성 계수가 180, 000 kgf/cm2 이상이 측정되어야 C종 1급 벽돌의 기준강도에 적합한 것으로 나타났다.
- 한편, HDM1에서 HDM11 까지의 11개 종류의 황토 모르 타르는 재령 28일에서 벽돌 C종 1급 기준강도인 163 kgf/cm"^ 상회하였으며, C종 2급 벽돌로는 모두 기준치를 상회하여 벽돌로 사용할 수 있는 것으로 나타났다. 그리고, 본 논문에서의 결합재 : 잔 골재 비율 1 : 2.45 배합설계에서는 황토 10% 증 가시에 압축강도가 15% 정도씩 감소하는 것으로 나타났으며, 석분 10% 증가시에는 황토의 혼입량 이 적을 때는 영향이 5-6% 정도로 나타났고, 황 토의 혼입량이 50%에서는 1% 정도로 강도에 영향을 적게 주는 것으로 나타났다. 이는 일반적인 시멘트 모르타르의 기준 강도에서 황토의 첨가량과 석분의 첨가량을 결정할 수 있는 자료를 제공할 수 있을 것으로 생각되며, 강도만을 기준 했을 경우, 황토의 혼입량을 40%, 석분의 혼입량을 20% 첨가 하여도 벽돌로 사용하는데 가능할 것으로 생각된다.
- 동탄성계수에 대한 시험결과를 비교하면 Table 8 및 Fig 5와 같이 재령 7 일의 동탄성계수는 1O5X103~293X1O3 kgf/cm2, 재령 28일에서는 137x103~318X103 kgf/cn?로 나타났으며, 강도가 증가할수록 증가함 을 알 수 있다. 또한, 동탄성계수는 석분의 혼입량 에 따른 영향보다 황토의 혼입량에 따른 영향이 더 크게 나타났다.
- 재령 7일에서는 각 배합별 강도의 변화 량이 적게 나타났으나, 재령 28일에서는 그 변화량이 크게 나타나는 경향을 보여, 재령이 증가함에 따라 강도 증진의 효과가 큰 것으로 나타났다. 또한, 압축강도에서와 같이 석분의 혼입량에 따른 강 도의 변화보다 황토의 혼입량에 따른 강도의 변화가 크게 나타났다.
- kgf/cn? 로 나타났으며, 황토가 석분보다 동 탄성계수에 더 큰 영향을 주는 것으로 나타났다.
- , 휨강도는 23~81 kgf/cm? 으로 나타났고, 황토와 석분의 혼입량이 증가할수록 강도는 감소하는 경향을 나타냈으며, 황토 혼입량을 40%, 석분 혼입량을 20%까지 증가하여도 벽돌 강도 기준을 만족하는 것으로 나타났다.
- 1. 단위 중량은 2, 050-2, 135 kg/rr? 의 범위로 나타났으며, 황토와 석분의 혼입량이 증가할수록 단위 중량은 감소하는 경향을 나타났다.
- Table 8과 Fig. 2에서 보는 바와 같이 단위 중량 은 2, 050~2, 135 kg/rr? 의 범위로 황토와 석분의 혼입량이 증가함에 따라 감소하는 것으로 나타났으며, 황토가 석분보다 단위 중량에 영향을 더 크게 미치는 요인으로 나타났다. 이와 같은 단위 중량의 감소 원인은 시멘트와 모래에 비해 상대적으로 단위 중량이 작은 황토를 사용한 것에 기인한 것으로 생각된다.
후속연구
- 이와 같은 단위 중량의 감소 원인은 시멘트와 모래에 비해 상대적으로 단위 중량이 작은 황토를 사용한 것에 기인한 것으로 생각된다. 또한, 황토의 혼입량에 따라 최대 4% 정도까지 단위 중량이 감소되어 운반 및 시공성에 다소나마 도움이 될 것으로 생각된다.
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