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문제 정의
- 있다. 따라서 이런 굴패각을 콘크리트의 혼합재료로써 사용할 경우 굴패각의 성분이 시멘트와의 사이에서 화학적 이상반응을 일으킬 수 있는지에 대한 실험을 실시하였다. 이를 위해 XRD(X선 회절 분석) 시험을 실시하였으며 굴패각과 시멘트 수화물과의 경계면에 대한 전자현미경촬영 (SEM)을 함께 실시하였다.
- 따라서, 본 연구에서는 남해안 연안의 굴양식장 일대에 대량으로 방치되고 있는 굴패각을 수거하여 그 공학적 성질을 분석한 후 콘크리트용 골재로서의 활용성에 대해 검토하고자 한다. 이를 위해 물-시멘트비, 굴패각의 입도 및 대체율을 달리한 콘크리트 배합에 대하여 굳지 않은 콘크리트의 슬럼프와 단위용적중량 그리고 경화콘크리트의 휨강도 압축강도 및 시편의 무게를 측정하였다.
- 특이한 현상을 보였다. 이에 대한 대책으로 잔골재율을 증가시키기 위하여 쇄석공장에서 부산물로 발생하는 석분을 사용하여 잔골재의 부족을 보완하고 작업성을 개선하고자 하였다. 석분의 투입 량은굵은골재의 양을 기준으로 10, 20 및 30%로 하였다.
- 굵은골재는 부순돌을 사용하였다. 한편, 잔골재를 굴패각 분쇄물로 대량 대체하여 혼합할 경우 발생할 우려가 있는 재료분리 등의 작업성 저하 및 강도 감소 문제를 보완하기 위하여 석분의 사용을 검토하였다9J。). 사용된 골재 및 석분의 물리적 성질을 Table 4에 나타내었다
제안 방법
- Faladd")는 Periwinkle Shell 을 콘크리트용 굵은골재로 사용하여 경량콘크리트를 제조하고자 하는 실험적 연구를 수행하여 압축강도 30-150 Won2 정도의 경량콘크리트의 제조가 가능한 것으로 보고하였다. Okpala®와 Okafor0는 Palm Kernel Shell을 재활용하여 적절한 혼화제의 사용과 함께 경량콘크리트를 만들고자 시도하였다.
- 공기량 시험은 KS F 勿09의 굳지 않은 콘크리트의 단위용적 중량 및 공기량에 의한 시험방법에 의해 실시하였고 휨강도 시험은 10x10x40cm 각주형 공시체를 사용하여 3 등분점재하(third point loading)0!] 의하여 실시하였다. 건조수축량의 측정은 재령 1일부터 00일까지 실시하였으며 측정기구로는 1 ㎛까지 측정 가능한 다이얼게이지 형식의 변형률 측정기를 사용하였다. 속빈 콘크리트 블록은 KS F 坦02에 따라 제작하였고 7일 양생한 후 흡수율 및 압축강도를 측정하였다m
- 굴패각 대체 콘크리트의 특성을 알아보기 위해 경화 전에 슬럼프, 공기량 및 단위용적중량을 측정하였으며, 경화 후에 압축강도 휨인장강도 콘크리트 중량 및 건조수축량을 측정하였다. 한편, 일반 잔골재를 굴패각으로 대체한 속 빈 콘크리트 블록을 제조하고 관련 품질시험을 실시하였다 실험의 조건 및 변수를 정리하여 Table 3에 나타내었다
- 입도를 조절하여 분쇄하였다. 굵은골재 대체재로는 최대 입경이 10mm, 13mm 및 25mm가 되도록, 잔골재 대체재로는 최대입경이 5mm이하가 되도록 각각 시료를 분쇄하여 제조하였다.
- 이를 위해 물-시멘트비, 굴패각의 입도 및 대체율을 달리한 콘크리트 배합에 대하여 굳지 않은 콘크리트의 슬럼프와 단위용적중량 그리고 경화콘크리트의 휨강도 압축강도 및 시편의 무게를 측정하였다. 배합실험 결과를 토대로 일반 잔골재를 굴패각으로 대체한 속빈 콘크리트 블록을 제조하고 강도 및 흡수율에 대한 품질기준을 비교 . 검토하였다.
- 건조수축량의 측정은 재령 1일부터 00일까지 실시하였으며 측정기구로는 1 ㎛까지 측정 가능한 다이얼게이지 형식의 변형률 측정기를 사용하였다. 속빈 콘크리트 블록은 KS F 坦02에 따라 제작하였고 7일 양생한 후 흡수율 및 압축강도를 측정하였다m
- 따라서 이런 굴패각을 콘크리트의 혼합재료로써 사용할 경우 굴패각의 성분이 시멘트와의 사이에서 화학적 이상반응을 일으킬 수 있는지에 대한 실험을 실시하였다. 이를 위해 XRD(X선 회절 분석) 시험을 실시하였으며 굴패각과 시멘트 수화물과의 경계면에 대한 전자현미경촬영 (SEM)을 함께 실시하였다.
- 한다. 이를 위해 물-시멘트비, 굴패각의 입도 및 대체율을 달리한 콘크리트 배합에 대하여 굳지 않은 콘크리트의 슬럼프와 단위용적중량 그리고 경화콘크리트의 휨강도 압축강도 및 시편의 무게를 측정하였다. 배합실험 결과를 토대로 일반 잔골재를 굴패각으로 대체한 속빈 콘크리트 블록을 제조하고 강도 및 흡수율에 대한 품질기준을 비교 .
- 이와 같은 현상을 시각적으로 확인하기 위하여 W/C = 55% 인 시멘트 페이스트에 굵은골재의 50%를 굴 패각으로 대체한 재령 7일의 콘크리트 시료를 대상으로 시멘트 수화물과 굴패각 입자 경계면에 대한 SEM 사진을 촬영하고 그 결과를 Fig. 2와 Fig. 3에 나타내었다. Fig.
- KS F 4002에 따라 압축강도 시험을 실시하였으며, KS F 4002에 규정된 C종 블록의 전단면에 대한 기준 압축강도는 재령 7일 이후 82皿(招이다. 일반적으로 공장에서 생산되는 속빈 콘크리트 블록은 평균 재령 14일에 출하되나 본 연구에서는 재령 7일의 압축강도를 측정하였다
- 잔골재의 굴패각 대체율에 따른 건조수축 변형률을 재령 60일까지 측정하였으며, 그 결과를 Fig. 11에 나타내었다 시험체는 10x10x40 cm 각주형 모울드를 사용하여 타설하고 재령 24시간 후 탈형한 다음 1일째부터 측정을 시작하였다. 사용된 기기는 다이알게이지 형식의 변형률 측정기이며 정도는 1/1000 mm(1 /加이다.
- 콘크리트 배합시 골재에 대한 굴패각의 대체율은 굵은 골재의 경우 0, 10, 30, 50 및 100 %의 5단계로 나누었으며, 잔골재의 경우에는 결합력 및 재료분리를 고려하여 0, 10, 30 및 50%의 4단계로 나누었다.
대상 데이터
- XRD 시험을 위해 Table 2와 같이 분쇄한 굴패각 자체 시료와 굴패각을 혼합한 것과 그렇지 않은 경화 모르타르의 재령28일 압축강도를 시험한 후의 파쇄시료를 준비하였으며 각각의 시료에 대한 XRD 시험결과는 Fig. 1에 나타내었다.
- 본 연구에 사용된 굴패각은 경남 통영 연안에서 채취하였으며, 세척 후 100 ℃ 건조로에서 24시간 건조시킨 굴패각 시료를 대상으로 XRF(X선 형광분석) 시험을 실시한 결과 Table 1과 같이 97.2 %가 CaCOs 성분인 것으로 조사되었다.
- 11에 나타내었다 시험체는 10x10x40 cm 각주형 모울드를 사용하여 타설하고 재령 24시간 후 탈형한 다음 1일째부터 측정을 시작하였다. 사용된 기기는 다이알게이지 형식의 변형률 측정기이며 정도는 1/1000 mm(1 /加이다. Fig.
- 잔골재는 경남 칠서 낙동강에서 채취한 강모래를 사용하였고, 굵은골재는 부순돌을 사용하였다. 한편, 잔골재를 굴패각 분쇄물로 대량 대체하여 혼합할 경우 발생할 우려가 있는 재료분리 등의 작업성 저하 및 강도 감소 문제를 보완하기 위하여 석분의 사용을 검토하였다9J。).
이론/모형
- KS F 4002에 따라 압축강도 시험을 실시하였으며, KS F 4002에 규정된 C종 블록의 전단면에 대한 기준 압축강도는 재령 7일 이후 82皿(招이다. 일반적으로 공장에서 생산되는 속빈 콘크리트 블록은 평균 재령 14일에 출하되나 본 연구에서는 재령 7일의 압축강도를 측정하였다
- 굴패각 사용에 따른 속빈 콘크리트 블록의 내부 공극을 평가하기 위하여 KS F 4002에 따라 흡수율 시험을 실시하였다. Fig.
- 굴패각의 대체시 발생할 우려가 있는 작업성의 저하와 그로 인한 강도감소 문제를 보완하기 위하여 유동화제 (Flow Mix SuperlX 사용하였다.
- 물리적 성질을 Table 5에 나타내었다. 비중 및 흡수율은 KS F 2503의 굵은골재의 시험방법에 따라 실시한 결과를 나타낸다. Fig.
- 압축강도 실험은 KS F 2405의 콘크리트의 압축강도 시험 방법에 따라 3개의 공시체를 기본으로 실시하였으며, 슬럼프 시험은 KS F 2402에 따라 비빔 즉시 실시하였다. 공기량 시험은 KS F 勿09의 굳지 않은 콘크리트의 단위용적 중량 및 공기량에 의한 시험방법에 의해 실시하였고 휨강도 시험은 10x10x40cm 각주형 공시체를 사용하여 3 등분점재하(third point loading)0!] 의하여 실시하였다.
성능/효과
- 1) 굴패각의 함유량이 증가할수록 강도 및 작업성이 감소하며 그 정도는 굵은골재 대체시에 상대적으로 크게 나타났다 강도측면에서 보면 휨강도의 경우 압축강도에 비해 상대적으로 덜 감소하는 것으로 나타났으며, 작업성 측면에서는 잔골재 대체시 구성재료간 결합력 감소와 마찰력 증대로 인해 슬럼프값은 크나 재료분리가 발생하여 결국은 작업성이 떨어지는 특이한 현상을 보였다
- 2) 굵은골재 대체시 대체율이 50% 이상일 경우 콘크리트 단위용적중량이 2.0 t/mJ 미만으로 보통콘크리트에 비해 약 10% 정도의 경량화가 가능한 것으로 나타났으며 수반되는 강도감소의 문제는 유동화제의 사용으로 어느 정도 해결할 수 있는 것으로 판단된다.
- 3) 굴패각 함유량이 증가할수록 굳지 않은 콘크리트의 공기량이 크게 증가하는 것으로 나타났으며 강도감소의 주된 요인으로 작용하는 것으로 해석된다. 한편, 잔골재를 대체한 굴패각의 함유량에 따른 건조수축량의 증가는 발 생하지 않았다.
- 4) 굵은골재 대체시 굴패각의 입도에 따른 작업성 및 강도를 분석한 결과, 작업성 측면에서는 입경에 따른 큰 차이를 보이지 않았으나 강도측면에서는 19-25mm 입경 의 경우 강도감소가 약간 크게 발생하였다. 따라서 10-13 mm 정도의 굴패각 입경을 사용하는 것이 강도 및 작업성 측면에서 유리한 것으로 사료된다.
- 5) 속빈 콘크리트 블록을 제작하여 강도 및 흡수율에 대한 품질시험을 실시한 결과 잔골재를 굴패각으로 약 50 %까지 대체 사용하여도 KS 기준에 근접하는 것으로 나타나 충분한 활용가능성이 있는 것으로 사료된다.
- 사용된 기기는 다이알게이지 형식의 변형률 측정기이며 정도는 1/1000 mm(1 /加이다. Fig. 12에서 알 수 있듯이 초기재령에서는 굴패각 대체시에 건조수축이 크게 진행되고 있으나, 재령이 경과하여 재령 60일 때의 건조수축량은 굴패각 대체율이 증가할수록 줄어드는 경향을 보였다. 이 결과로 잔골재에 대한 굴패각 대체로 인한 건조수축량의 증가는 나타나지 않았다.
- 굴패각의 성분은 탄산칼슘(97.2 %)과 석고 및 기타(2.8 %)로 이루어져 있어 시멘트와의 수화반응과 부착성상에는 별 문제가 없을 것으로 판단되며, 적절히 세척 또는 소성하여 유기물 등의 불순물을 제거하고 분쇄한다면 콘크리트용 골재로서 사용이 충분히 가능할 것으로 보인다. 특히 자연골재에 비하여 경량인 점과 제조된 콘크리트 표면의 연마 등을 통하여 굴패각의 자연광택을 창출할 경우 외관이 아름다운 건축용 경량콘크리트판 등의 제조에도 응용가능할 것이다.
- 16은 각각 굴패각의 굵은골재 및 잔골 재 대체시 재령에 따른 압축강도의 발현을 비교 • 도시한 것이다. 굵은골재 대체시 재령 7일 이후의 강도증진이 잔 골재 대체의 경우에 비해 상대적으로 크게 둔화되는 현상 을 나타냄을 알 수 있다
- 실험 결과 Fig. 22에서와 같이 굴패각 30% 및 50% 대체시 압축강도는 각각 85kgfan2, 75kgf/cm2 이다. 굴패각을 30% 대체한 경우 속빈 콘크리트 압축강도는 품질규준을 만족하고 50 % 대체한 경우에는 91 % 수준의 강도를 나타내고 있다.
- 8~이다. 실험결과 기준콘크리트일 경우는 2.2 t/nf 이고 굵은골재를 부피비로 10 % 및 30% 만큼 굴패각으로 대체한 경우의 콘크리트 단위용적중량은 각각 2.09 t/mJ 및 2.01 t/m‘으로 나타났다. 한편, 대체율이 50%와 100%인 경우 단위용적중량은 각각 1.
- 실험결과 석분 30% 대체시 슬럼프는 다소 감소하였으나 점성 및 충전성이 증가하여 재료분리 현상이 현저히 감소하여 매끄러운 표면처리가 가능하게 되었으며, 강도 증진에도 유리한 결과를 나타내었다.
- 01 t/m‘으로 나타났다. 한편, 대체율이 50%와 100%인 경우 단위용적중량은 각각 1.99 t/mJ 및 으로 기준콘크리트에 비해 각각 10% 및 13% 정도 감소한 것으로 나타났다.
- 특히, 굴패각 대체율이 50% 이상일 경우에는 슬럼프값이 없을 정도로 급격히 감소하는 결과를 나타내었다. 한편, 잔골재 대체시에는 Fig. 7과 같이 동일 WC에서 굴패각 함유량이 증가할수록 오히려 슬럼프 값이 크게 증가하는 것으로 나타났으나 이는 일반 잔골재 (강모래)의 부족으로 시멘트 페이스트와 골재간의 결합력이 급격히 감소하여 재료분리가 발생하면서 오히려 작업성이 감소한 것으로 볼 수 있다. 특히 굴패각 대체율이 50 %인 경우에는 WC에 관계없이 슬럼프값이 일정하게 나타났다.
- 그림에서 굵은골재 대체시의 강도감소율은 WC가 45 %일 때 기준콘크리트의 최대 50 %수준까지 감소하며, 故가 60 %에서는 약 30 %까지 감소하는 것으로 나타났다. 한편, 잔골재 대체의 경우는 噸가 60 %일 때 최대 90% 수준의 상대강도를 보이고 있으며 전체적으로 기준콘크리트에 대한 상대강도가 굵은골재 대체시와 비교할 때 약 10-20 % 정도 큰 값을 나타내었다. 따라서 저강도의 콘크리트에서는 굴패각을 골재로 대체 사용할 가능성이 있는 것으로 사료된다.
후속연구
- 6) 추후 굴패각을 콘크리트 재료로 사용할 경우 내구성및 경제성 등에 관한 연구가 더 이루어져야 할 것으로 사료된다.
- 검토하였다. 본 연구결과는 자연골재가 점점 고갈되어가고 있고, 폐기물매립장의 용량 또한 절대적으로 부족한 국내실정에서 환경오염의 요인이 되고 있는 굴 패각을 콘크리트용 골재로서의 대량처리 가능성을 강구하기 위한 기초자료를 제공할 것으로 사료된다.
- 8 %)로 이루어져 있어 시멘트와의 수화반응과 부착성상에는 별 문제가 없을 것으로 판단되며, 적절히 세척 또는 소성하여 유기물 등의 불순물을 제거하고 분쇄한다면 콘크리트용 골재로서 사용이 충분히 가능할 것으로 보인다. 특히 자연골재에 비하여 경량인 점과 제조된 콘크리트 표면의 연마 등을 통하여 굴패각의 자연광택을 창출할 경우 외관이 아름다운 건축용 경량콘크리트판 등의 제조에도 응용가능할 것이다. 그러나 굴패각의 형상과 표면조직으로볼 때 흡수율이 클 것으로 판단되어 콘크리트의 작업성등에 좋지 않은 영향을 미칠 것도 함께 예상된다8).
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