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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 폐스티로폼의 가공형태를 달리하여 기포콘크리트를 제조해 그 물리적인 특성의 변화를 고찰함으로써 현장타설 기포콘크리트의 효과적인 품질관리를 위한 자료를 축적하고, 현장 작업자에게 필요한 실험값을 제공하는 것을 목적으로 한다.
- 압축강도의 측정재령은 7일, 28일로 2회에 걸쳐 측정하였다. 또한 KS L 9016에 의한 열전도율을 측정하여 폐스티로폼의 가공형태 및 혼입율에 따른 단열성능을 고찰하고자 하였다.
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1.2 폐스티로폼
폐스티로폼(wasted expanded poly-styrene ; 이하 W-EPS)은 국내 S사에서 생산되는 것으로 단열재나 포장재용으로 사용되는 발포폴리스티렌을 분쇄기를 통하여 파쇄한 것으로 본 실험에서는 그 가공 형태를 달리하여 혼입함으로써 기포콘크리트의 물리적인 특성 변화를 고찰하고자 하였다
제안 방법
- 기포제의 희석비율은 제조회사의 시방과 시험비빔을 통하여 물과의 희석비가 2.5 %가 되도록 하여 사용하였으며, 기포발생기를 통해 발생된 기포의 상태가 균일하도록 하였다.배합인자 및 수준은 Table 4와 같다.
- 본 연구는 선행 연구결과를 바탕으로 현장 시공업체에서 주로 사용하고 있는 배합의 범위에서 이루어지도록 배합계획을 결정하였으며, 단위시멘트량을 280, 320@1件의 2개 수준으로 하고, 물시멘트비는 60%로 하였다.
- 재령별 압축강도를 측정하였다. 압축강도의 측정재령은 7일, 28일로 2회에 걸쳐 측정하였다. 또한 KS L 9016에 의한 열전도율을 측정하여 폐스티로폼의 가공형태 및 혼입율에 따른 단열성능을 고찰하고자 하였다.
- 폐스티로폼은 두 가지 타입별로 동일하게 기포콘크리트 전체의 용적에서 20%단위로 기포의 용적에 대체하여 혼입하는 방법으로 폐스티로폼을 혼입하지 않은 배합으로부터 기포의 용적을 폐스티로폼으로 100%대체한 것까지 단계적으로 혼입량을 증가시킨 6수준으로 실험을 진행하였다.
- 폐스티로폼을 혼입한 경량기포콘크리트는 Fig. 2와 같이 이 시멘트와 물을 믹서에 투입하여 1차 혼합한 슬러리를 제조하고, 기포희석액을 기포발생기를 통하여 설정된 범위에 적합하도록 기포를 발생시킨 후, 제조된 기포와 페스티로폼을 혼합된 시멘트 슬러리에 혼입하여 균일하게 혼합되도록 약 2분간 강제식 믹서를 이용하여 혼합하였다.
- 폐스티로폼의 가공형태를 달리하여 혼입한 경량 기포콘크리트의 물리적 특성에 관한 실험을 진행한 결과, 다음과 같은 결과를 도출하였다.
대상 데이터
- KS L 5201의 규정에 적합한 H사의 보통포틀랜드 시멘트를 사용하였다
- 본 실험에 사용한 폐스티로폼의 가공 형태는 Fig. 1에 나타낸 것과 같이 3〜5mm정도의 크기를 가진 비교적 둥근 형태를 유지하고 있는 (Type A)과 1〜2 mm 정도의 크기로 일정한 형태를 나타내지 않는 모가 난 형태의 것 (Type B)으로 그 물리적 성질은 Table 1과 같다.
이론/모형
- 혼합이 완료된 기포콘크리트에 대하여 KS F 4039에 따라 플로우 및 기포슬러리 비중을 측정하였으며, 경화된 기포콘크리트에 대하여 KS F 2459에 따라 겉보기 비중 및 흡수율, 재령별 압축강도를 측정하였다. 압축강도의 측정재령은 7일, 28일로 2회에 걸쳐 측정하였다.
성능/효과
- 1) 폐스티로폼의 혼입율이 증가할수록 플로우값이 저하하는 경향을 나타내었으며, 가공형태에 따라서는 1〜2mm로 파쇄한 Type B의 경우가 3~5mm의 크기로 가공한 Type A를 혼입하였을 경우보다 감소율이 큰 것으로 나타났다. KS F 4039에 제시된 플로우값은 180 mm이상으로 혼입율 60 %까지 만족하는 것으로 나타났다.
- 2) 흡수율은 12-42 %의 범위로 폐스티로폼의 혼입율이 증가할수록 흡수율이 현저하게 감소하는 것으로 나타났다. 폐스티로폼의 가공형태에 따라서는 Type A의 경우가 흡수율 감소에 더욱 효과적인 것으로 나타났다.
- 3) 겉보기 비중은 0.36〜0.53의 범위로 단위시멘트량이 증가할수록 증가하는 것으로 나타났다. 그러나 폐스티로폼의 가공형태에 따라서는 Type A의 경우 혼입율이 증가할수록 약간씩 저하하는 경향을 나타내었으나, Type B의 경우 혼입율 증가에 따라 증가하는 경향을 나타내었다.
- 4) 폐스티로폼의 혼입율에 따른 압축강도는 혼입율 60% 까지는 혼입율 증가에 따라 압축강도도 증가하였으나, 그 이상의 혼입율에서는 오히려 강도가 감소하는 것으로 나타났다. 따라서 최적의 압축강도를 나타내는 혼입율의 범위가 존재하는 것으로 보이며, 다른 물리적 특성을 고려하여 혼입율을 결정해야 할 것으로 판단된다.
- 5) 폐스티로폼의 가공형대에 따른 압축강도의 경우 Type B의 것이 압축강도 증진에 더욱 효과적인 것으로 나타났다. 폐스티로폼의 입경을 작게 분쇄할 경우 시멘트 슬러리와의 접착면이 증가하고, 스티로폼 자체의 낮은 강도의 영향을 감소시킬 수 있기 때문으로 판단된다.
- 6) 열전도율의 경우에는 혼입율 40-60%의 범위까지는 열전도율이 낮아지나, 그 이상 혼입할 경우에는 오히려 높아지는 결과를 나타내었다. 따라서 단열특성 및 시공성, 경제성 등을 종합적으로 고려하여 용도에 맞는 배합을 선택하는 것이 효과적일 것으로 사료된다.
- Fig. 7에서 보는 바와 같이 폐스티로폼의 혼입율이 증가할수록 압축강도도 증가하는 경향을 나타내었으나, 혼입율이 60%이상으로 그 양이 많아지면 오히려 강도가 감소하는 것으로 나타나 압축강도를 증진시킬 수 있는 최적의 혼입량이 존재함을 나타내었다. 이와 같은 현상은 선행연구를 통하여 밝혀진 기포 대체 혼입율 40%까지의 압축강도 증가 현상과 맥락을 같이 하는 것으로 혼입량이 많아질수록 상대적으로 기포의 양이 줄어들고, 줄어든 기포의 양만큼을 폐스티로폼이 차지하여 경화후의 기포공극의 감소에 기인하는 결과로 판단되며, 폐스티로폼 자체의 내충격성과 폐스티로폼의 표면과 기포슬러리와의 부착력 증진에도 그 원인이 있는 것으로 보인다.
- 경량기포콘크리트의 겉보기 비중은 압축강도와 매우 밀접한 상관성이 있는 항목으로 간주되고 있으며, 본 실험에서도 전체적으로는 Fig. 11에 보는 바와 같이 비례적인 관계가 성립하는 것으로 나타났다.
- 그러나 폐스티로폼의 가공형태에 따라서는 Fig. 12에 나타난 것같이 Type A의 경우는 대체율이 60%까지는 겉보기 비중이 감소하면서 압축강도는 증가하는 경향을 보이나, Type B의 경우는 겉보기 비중의 증가와 함께 압축강도도 급격히 증가하는 경향을 나타내었다. 이와 같은 현상은 앞에서 언급한 바와 같이 Type A의 경우 기포의 소포량이 적으면서 안정된 공극을 형성했기 때문이며, Type B의 경우는 혼입량의 증가에 따라 기포의 소포량이 증가하므로 겉보기 비중도 증가하며 압축강도의 경우도 작고 미세하게 가공하였으므로 슬러리와의 부착력 증진과 Type A의 경우와 같은 폐스티로폼 자체의 극히 낮은 압축강도의 영향을 방지할 수 있으므로 결과적으로 높은 압축강도가 발현된 것으로 볼 수 있다.
- 53의 범위를 나타내었다. 단위시멘트량이 증가할수록 겉보기 비중도 증가하는 것으로 나타났으나, 폐스티로폼의 혼입율이 증가함에 따라서는 가공형태에 따라 서로 상이한 결과를 나타내었다. Fig.
- 따라서 Type B와 같은 형태의 폐스티로폼을 사용할 경우에는 겉보기 비중과 압축강도 측면에서 효과적이며, Type A와 같은 형태의 폐스티로폼을 사용할 경우에는 플로우나 단열성 측면에서 유리하므로 사용 용도에 따라 그 형태를 분류하여 활용하는 것이 효과적이라고 할 수 있다
- 결과를 나타내었다. 따라서 단열특성 및 시공성, 경제성 등을 종합적으로 고려하여 용도에 맞는 배합을 선택하는 것이 효과적일 것으로 사료된다.
- 14에서 보는 바와 같이 혼입율이 증가할수록 감소하는 경향을 나타내다가, 혼입율 40-60 %정도 이후에서는 오히려 다시 증가하는 경향을 보였다. 따라서 본 실험 결과 폐스티로폼의 혼입율 60 %정도까지 혼입하는 것은 단열성능을 향상시킬 수 있으나 그 이상의 혼입량일 경우에는 단열특성 뿐만 아니라 시공성이나 마감성능 등을 고려하여 배합량을 결정하는 것이 효과적일 것으로 판단된다.
- 또한 재령 28일 압축강도에 대한 재령 7일 압축강도의 발현율은 둥근형태의 폐스티로폼을 사용했을 경우 평균 58 %, 분쇄한 폐스티로폼을 사용했을 경우 평균 61%로 조사되었다.
- 나타났다. 배합에 따라서는 최소 1.5배에서 최대 2.3배까지 증가하는 것으로 조사되었으며, 폐스티로폼의 혼입율이 증가할수록 증진율이 커지는 경향을 나타내었다.
- 본 연구에서 나타난 흡수율의 범위는 Type A의 경우 단위시멘트량에 따라 11.3-41.8%, Type B의 경우 13.4〜 41.9 %의 범위를 나타내어 폐스티로폼의 혼입율이 증가할수록 흡수율이 현저하게 감소하는 것으로 나타났다. 이것은 선행 연구결과와 유사한 경향으로 폐스티로폼을 적당량 혼입함으로써 기포콘크리트의 문제점인 높은 흡수율을 효과적으로 개선시킬 수 있음을 보여주고 있다고 할 수 있다.
- 이상과 같은 결과를 종합할 때, 본 연구의 범위에서 Type A의 경우 혼입율 60 %까지, Type B의 경우 혼입율 40%까지 혼입할 경우 KS F 4039의 규정을 만족할 수있는 것으로 나타났다.
- 폐스티로폼 혼입율에 따라서는 Fig. 14에서 보는 바와 같이 혼입율이 증가할수록 감소하는 경향을 나타내다가, 혼입율 40-60 %정도 이후에서는 오히려 다시 증가하는 경향을 보였다. 따라서 본 실험 결과 폐스티로폼의 혼입율 60 %정도까지 혼입하는 것은 단열성능을 향상시킬 수 있으나 그 이상의 혼입량일 경우에는 단열특성 뿐만 아니라 시공성이나 마감성능 등을 고려하여 배합량을 결정하는 것이 효과적일 것으로 판단된다.
- 폐스티로폼을 사용한 기포콘크리트의 단열특성을 파악하기 위하여 열전도율 시험을 실시한 결과 Type A의 폐스티로폼을 사용한 경우 단위시멘트량에 따라 0.073-0.089 kcal/mh°C의 범위를 나타내었으며, Type B의 폐스티로폼을 사용한 경우 단위시멘트량에 따라 0.079-0.086 kcal/mh°C의 범위를 나타내었다.
- 폐스티로폼의 가공형태에 따라서는 Type A를 혼입하였을 경우가 Type B를 혼입하였을 경우보다 양호한 유동성을 나타내었으며, KS F 4039에 제시되어 있는 플로우 값 180 mm 이상의 규정에도 Type A의 경우 혼입율 60%까지, Type B의 경우 40 %까지 만족하는 것으로 나타났다.
- 폐스티로폼의 형태에 따라서는 Type B와 같은 분쇄한 폐스티로폼을 혼입한 경우에 높은 압축강도를 발현하는 것으로 나타났다. 배합에 따라서는 최소 1.
- 플로우값은 Fig. 3에서와 같이 80-264 mm의 범위를 나타내었으며, 폐스티로폼의 혼입 율이 증가할수록 플로우 값이 급속하게 저하하는 경향을 나타내었다.
후속연구
- 따라서 최적의 압축강도를 나타내는 혼입율의 범위가 존재하는 것으로 보이며, 다른 물리적 특성을 고려하여 혼입율을 결정해야 할 것으로 판단된다.
- 따라서 현장에서의 기포콘크리트 제조시에는 요구되는 성능 및 반입된 재료의 형태에 따라 이와 같은 유동특성을 고려하여 배합설계에 반영해야 하며, 시방에 맞는 폐스티로폼의 가공형태를 공장과 사전에 협의하여 품질관리에 만전을 기할 필요가 있을 것으로 판단된다.
- 판단된다. 이러한 현상으로 미루어 볼 때, 폐스티로폼을 혼입한 기포콘크리트의 최적의 압축강도는 혼합한 기포에 의해 생성되는 미세한 독립기포와 폐스티로폼이 적절하게 혼합되어있을 경우에 발현되는 것으로 볼 수 있으며, 향후 이러한 기포 공극의 크기나 분포형태에 따른 압축강도와의 연관성을 밝힐 수 있는 연구가 진행되어야 할 것으로 판단된다
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