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문제 정의
- 본 연구에서는 재생골재를 콘크리트용 골재로 재활용하기 위한 연구의 일환으로 재생골재의 품질, 재생골재 사용콘크리트의 압축강도 염화물 이온 침투 저항성 및 동결융해 저항성을 (1) 실제 콘크리트 구조물의 해체 시에 발생하는 폐콘크리트를 파쇄하여 제조한 폐콘크리트 재생골재 2종류, (2) 실험실에서 AE제의 유무에 따른 2종류의 모재콘크리트를 파쇄하여 각각 제조한 모재콘크리트 재생골재 4종류 및 (3) 부순돌만을 사용한 콘크리트에 대하여 실시한 실험결과에 대하여 비교, 고찰하였다.
제안 방법
- AE 모재콘크리트를 파쇄한 2종류의 AE 모재골재, Non-AE 모재콘크리트를 파쇄한 2종류의 Non-AE 모재 골재 및 2 종류의 폐골재를 사용한 콘크리트의 배합은 물 -시멘트비 55 %로 고정하여 Table 3과 같이 정하였다.
- 굵은골재의 비중 및 흡수율 시험(KS F 2508), 입도시험 (KS F 2502), 파쇄시험(KS F 2511) 및 안정성 시험(KS F 2507)을 실시하였다. 한편, 모재 및 폐골재에 부착된 모르타르량을 알아보기 위하여 재생골재를 건조로에서 105+5 ℃로 건조시켜 10 % 염산수용액에 침지하여 모르타르를 완전히 제거한 후, 24시간 노 건조시켜 침지전 .
- 모재골재의 파쇄공정은 Fig.l과 같이 죠 파쇄기(jaw crusher)와 임팩트 파쇄기(impact crusher)로 파쇄한 것을 1단계 파쇄공정(이하 process 1), 1단계 파쇄공정에서 포라우더(pcrouder)로 각각 2단계 및 3단계 파쇄한 것을 2단계 및 3단계 파쇄공정(이하 process 2 and 3)이라 하였다. 본 연구에 사용된 모재골재는 1단계 및 3단계 파쇄공정을 거쳐 제조한 골재를 말한다.
- 의하여 실시하였다. 측정사이클은 공시체의 중심온도를 5℃에서 T8 ℃로 하강 및 상승한 것을 1 사이클로 하여 300사이클까지 동결융해를 반복하였으며, 30 사이클마다 동탄성계수, 길이변화 및 중량변화를 측정하였다. 또한, 내구성지수는 상대동탄성 계수와 사이클수를 이용하여 다음 식 (1)로 구하였다.
대상 데이터
- 비중 3.15, 분말도 3, 200 cm"g인 보통 포틀랜드시멘트를 사용하였다.
- 또한, AE제를 사용하지 않은 500 kg£4m 정도의 콘크리트(No『AE souRE-concrete, 이하 Non-AE 모재콘크리트 또는 NSC)로 제조한 골재를 Non-AE 모재골재 (Non-AE source-concrete recycled aggreate, 이하 NA) 라 하였으며, AE 및 Non-AE 모재 골재를 총칭하여 모재골재(source-concrete recycled aggr egate, 이하 SRA)로 정의하였다. AE 및 Non-AE 모재 콘크리트(이하 모재콘크리트)의 시험체는 10x10x30 cm 크기의 입방체로 제작하였다.
- 리그닌설폰산-폴리올 복합체가 주성분인 감수제(이하 WRA), 폴리카르본산-에테르계 복합체가 주성분인 고성능 AE감수제(이하 HWRA), 알킬아릴설폰산 화합물계 음이온 계면활성제가 주성분인 AE제(이하 AEA) 및 공기조절제(air controlling admixture, 이하 ACA)를 사용하였다.
- l과 같이 죠 파쇄기(jaw crusher)와 임팩트 파쇄기(impact crusher)로 파쇄한 것을 1단계 파쇄공정(이하 process 1), 1단계 파쇄공정에서 포라우더(pcrouder)로 각각 2단계 및 3단계 파쇄한 것을 2단계 및 3단계 파쇄공정(이하 process 2 and 3)이라 하였다. 본 연구에 사용된 모재골재는 1단계 및 3단계 파쇄공정을 거쳐 제조한 골재를 말한다.
- 잔골재는 비중 2.64, 흡수율 2.63 %인 강모래를 사용하였으며, 굵은골재는 부순돌(이하 CS)를 사용하였다.
이론/모형
- 10x10x40 cm의 각주형 공시체를 제작하여 재령 28일 동안 수중양생한 후, 급속동결, 융해 방법( ASTM C 666, A법^ 의하여 실시하였다. 측정사이클은 공시체의 중심온도를 5℃에서 T8 ℃로 하강 및 상승한 것을 1 사이클로 하여 300사이클까지 동결융해를 반복하였으며, 30 사이클마다 동탄성계수, 길이변화 및 중량변화를 측정하였다.
- 재령 28일 동안 수중 양생한 a 10x20 cm의 원주형 공시체를 두께 5cm의 시험편으로 절단하여 전기적 촉진방법(ASTM C 1202 )에 의하여 실시하였다.
- 콘크리트의 압축강도 시험방법(KS F 颂)에 의하여 실시하였다.
성능/효과
- 1) 재생골재의 흡수율은 모르타르 부착률의 대소에 따라 부순돌에 비하여 최대 6배 정도의 큰 값이었으며, 파쇄값 및 안정성시험에 의한 손실무게 백분율은 파쇄공정의 단계에 따라 크게 상이하였다. 즉, 소요 품질의 재생골재를 확보하기 위해서는 부착 모르타르량을 줄일 수 있는 파쇄공정이 선행되어야 한다.
- 2) 재생골재 사용 콘크리트의 역학적 성질이 재생골재에 부착된 모르타르량에 의하여 크게 좌우되는 결과로 동일한 배합조건에서 NA3 모재골재 사용 콘크리트의 압축강도는 보통콘크리트보다 약 20 % 정도 큰 값이었으나, AA 모재 및 폐골재 사용 콘크리트는 보통콘크리트와 비슷한 압축강도를 나타내었다.
- 3) AA 모재골재 사용 콘크리트의 상대동탄성계수는 보통콘크리트보다 약간 큰 값이었으며, 길이변화율 및 중량감소율도 작게 나타났다. 그러나, NA 모재골재 사용 콘크리트의 상대동탄성계수는 60 %에서 각각 동결융해 사이클이 45 및 150 정도로서 보통콘크리트보다 훨씬 작은 값이었으며, 길이변화율은 월등히 큰 값을 나타내었다.
- 4) 폐골재 두 종류 사용 콘크리트의 동결융해 저항성은 부착 모르타르량에 따라 약간 상이하였으나, NA 모재 골재 사용 콘크리트와 비슷한 경향을 나타내었다. 이는 폐골재에 부착된 모르타르에 연행공기가 적은데 기인 되었을 뿐만 아니라 파쇄과정에서 부착된 모르타르에 미세한 균열이 발생하였기 때문이라고 생각된다.
- 5) 재생골재 사용 콘크리트의 동결융해 저항성은 콘크리트의 적정 공기량만으로는 만족할 수 없으며, 재생골재에 부착된 모르타르의 연행공기 포함유무에 따라 크게 상이하였으므로 동결융해 저항성을 개선시키기 위해서는 적정 연행공기를 가진 재생골재의 사용 및 적절한 파쇄공정을 거친 재생골재의 사용이 필수적이라 생각된다.
- 10으로서, 보통콘크리트의 길이변화율은 동결융해 사이클의 증가에 관계없이 거의 변화가 없었다. 그러나, DRA1 및 DRR2 폐골재 사용 콘크리트의 상대동탄성계수 60 % 이하가 되는 동결융해 사이클 40 및 120 정도에서 길이변화율은 각각 700 및 600x10^ 정도의 큰 값을 나타내었다.
- 작게 나타났다. 그러나, NA 모재골재 사용 콘크리트의 상대동탄성계수는 60 %에서 각각 동결융해 사이클이 45 및 150 정도로서 보통콘크리트보다 훨씬 작은 값이었으며, 길이변화율은 월등히 큰 값을 나타내었다.
- 13 (a)에서 알 수 있듯이 모재 및 폐골재 사용 콘크리트의 내구성지 수와 압축강도와의 사이에는 보통콘크리트와는 달리 상관관계를 찾아볼 수 없었다. 다시 말해서, 모재 및 폐골재 사용 콘크리트의 압축강도가 증가함에도 불구하고 내구성지수는 오히려 크게 떨어지는 반비례관계를 나타내었다. 특히, NA3 모재골재 사용 콘크리트의 압축강도가 AA 모재골재 사용 콘크리트보다 20 % 정도큼에도 불구하고, 내구성 지수는 월등히 작게 나타났다.
- 다시 말해서, 모재 및 폐콘크리트로 제조한 재생골재의 압축강도는 파쇄공정에 따라 재생골재의 품질 차이 뿐만아니라 모재 및 폐콘크리트 제조시 사용된 천연골재의 품질에 따라서도 크게 상이하다고 하는 연구내용과도 유사한 결과임을 알 수 있다
- 또한, 폐골재 사용 콘크리트의 중량감소율을 정리한 것이 Fig. 11이며, DRA1 및 DR2 폐골재 사용 콘크리트의 동결융해 사이클 60 및 150에서 각각 중량감소율은 0.6 및 1.0 % 정도를 나타내었으나, 상대동탄성계수가 60 % 이하가 되었으므로 더 이상 측정이 불가능하였다. 그러나, 보통 콘크리트의 중량감소율은 초기 동결 융해 사이클에서는 폐골재 사용 콘크리트와 큰 차이가 없었으나, 동결융해사이클 300에서는 중량감소율 2.
- 모재골재 사용 콘크리트의 중량감소율은 골재종류에 따라 크게 상이하였으며, 동결융해 사이클이 증가함에 따라 중량감소율이 크게 증가함을 알 수 있다. 동결융해 300 사이클에서 중량감소율은 보통콘크리트 2.
- 이 부순돌을 사용한 콘크리트보다 큰 88% 정도의 좋은 결과를 나타내었다. 반면, NA 모재골재 두 종류 사용 콘크리트의 상대동탄성계수는 보통콘크리트에 훨씬 못 미치는 작은 값을 나타내었으며, 60 %에서 NA 모재골재의 종류에 따라 각각 동결융해 사이클이 北 및 150 정도로 떨어졌음을 알수 있다
- 부순돌 사용 콘크리트(이하 보통콘크리트)의 압축강도가 약 400 kgfcm2 정도임에 비하여 재생골재 사용 콘크리트의 압축강도는 재생골재의 종류에 따라 크게 상이하였으며, 전반적으로 보통콘크리트보다 오히려 큰 값을 나타내었다.
- 이 그림에서 알 수 있듯이 AA 모재골재 두 종류 사용 콘크리트의 길이변화율은 보통콘크리트와 비슷하거나 오히려 작은 값을 나타내었으나, NA 모재골재 두 종류 사용 콘크리트의 길이변화율은 보통콘크리트보다 월등히 큰 값을 나타내었다. NA3 모재골재 사용 콘크리트의 길이 변화율이 가장 크게 나타나는 이유는 첫째, NA 모재 콘크리트의 파쇄공정의 단계가 많아 NA3 모재골재의 파쇄과정에서 NA 모재골재에 부착된 모르타르에 미세한 균열이 발생한 탓이며, 둘째 NA1 및 NA3 모재콘크리트에 AE제를 사용하지 않은 탓으로 생각된다.
- 모재콘크리트의 파쇄공정에 관계없.이 부순돌을 사용한 콘크리트보다 큰 88% 정도의 좋은 결과를 나타내었다. 반면, NA 모재골재 두 종류 사용 콘크리트의 상대동탄성계수는 보통콘크리트에 훨씬 못 미치는 작은 값을 나타내었으며, 60 %에서 NA 모재골재의 종류에 따라 각각 동결융해 사이클이 北 및 150 정도로 떨어졌음을 알수 있다
- 이상의 결과를 종합해 보면, 재생골재의 품질은 모재콘크리트 및 폐콘크리트 제조시 사용되는 천연골재의 물성뿐만 아니라 재생골재에 부착된 모르타르의 부착률에 따라 크게 상이함을 알 수 있었다. 따라서, 소요 품질의 재생골재를 확보하기 위해서는 재생골재에 부착된 모르타르량을 최대한 줄일 수 있는 파쇄공정의 개선이 우선과제로 생각된다.
- 이상의 실험결과를 종합해 볼 때, AA 모재골재 사용 콘크리트의 동결 융해 저항성은 보통콘크리트보다 좋았으나, NA 모재 및 폐골재 사용 콘크리트의 동결융해 저항성은 보통콘크리트에 비교하여 월등히 떨어지는 문제점이 있었다. 그러므로 재생골재 사용 콘크리트의 동결융해 반복작용에 대한 저항성을 확보하기 위해서는 콘크리트의 적정 공기량(4~6 %)만으로는 만족할 수 없으며, 적정 연행 공기를 가지는 재생골재의 사용 및 적절한 파쇄공정을 거친 재생골재의 사용이 필요하다고 생각된다.
- 4이다. 재생골재의 파쇄값은 파쇄공정의 단계에 따라 크게 상이함을 알 수 있으며, 파쇄공정 단계가 많은 AA3 및 NA3 모재골재의 파쇄값은 부순돌보다 오히려 작은 값을 나타내었다. 이는 파쇄공정 단계를 많이 거침으로써 재생 골재의 부착 모르타르량이 감소되었을뿐만 아니라 입형이 둥글게 형성된 탓으로 파쇄값이 작아졌다고 생각된다.
- 특히, AE제를 사용하지 않은 콘크리트를 3단계로 파쇄하여 얻은 NA 모재골재를 사용한 콘크리트의 압축강도는 보통콘크리트보다 약 5 % 정도 증가한 값을 나타내었다.
- 다시 말해서, 모재 및 폐골재 사용 콘크리트의 압축강도가 증가함에도 불구하고 내구성지수는 오히려 크게 떨어지는 반비례관계를 나타내었다. 특히, NA3 모재골재 사용 콘크리트의 압축강도가 AA 모재골재 사용 콘크리트보다 20 % 정도큼에도 불구하고, 내구성 지수는 월등히 작게 나타났다.
- 폐골재 사용 콘크리트의 동결융해 300사이클까지 상대동탄성계수를 나타낸 것이 Fig. 9로서, 보통콘크리트의 상대 동탄성계수가 300사이클에서 87 % 정도인데 비하여 DRA1 및 DRA2 폐골재 사용 콘크리트의 상대동탄성계수 60 %일 때 동결융해 사이클은 각각 40 및 120 정도로 나타났다.
- 이는 파쇄공정 단계를 많이 거침으로써 재생 골재의 부착 모르타르량이 감소되었을뿐만 아니라 입형이 둥글게 형성된 탓으로 파쇄값이 작아졌다고 생각된다. 한편, 안정성시험에 의한 재생골재의 손실무게 백분율은 17-50 % 정도로서 부순돌 약 9 % 보다 월등히 큰 값을 나타내었으며, 재생골재의 파쇄공정 단계에 따라 파쇄 값과 마찬가지로 손실무게 백분율도 크게 상이함을 알 수 있었다.
후속연구
- 이상의 실험결과에서 모재골재 사용 콘크리트의 종류별 동결융해 저항성에 큰 차이가 있는 이유는 모재콘크리트의 파쇄공정에 의한 영향보다는 오히려 모재골재에 부착된 모르타르의 공기연행 여부에 의한 영향이 크다고 생각되므로 모재콘크리트의 제조시 반드시 AE제의 사용이 선행되어야 한다고 생각된다.
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