폐유리병을 콘크리트용 재료로서 재활용하는 것은 환경적으로나 경제적으로 큰 이점을 가지고 있어 미국ㆍ일본 등지에서는 이미 폐유리에 대한 재활용이 광범위하게 진행되고 있으며, 폐유리의 가공설비 및 시공기술도 상당한 기술축적이 이루어져 있다. 그러나 국내의 경우 폐유리를 사용한 콘크리트의 역학적 특성에 관한 실증적 자료는 전무한 실정이다. 본 연구에서는 폐유리 혼입률(잔골재 대체비 20vo1.%, 40vo1.%)과 강섬유 혼입률(0.5~ 1.5vol.%)에 따른 콘크리트의 역학적 특성을 분석하였다. 연구결과 폐유리를 사용한 강섬유보강 콘크리트의 워커빌리티는 폐유리 및 강섬유 혼입률이 증가할수록 감소하는 경향을 나타내었으며, 폐유리를 혼입한 콘크리트의 인장강도, 휨강도 및 휨인성은 강섬유 혼입률이 증가할수록 크게 증대됨을 확인하였다. 이들 시험결과로부터 적정 강섬유와 폐유리 혼입량은 각각 1.0vol.%와 20vo1.%로 판단된다.
폐유리병을 콘크리트용 재료로서 재활용하는 것은 환경적으로나 경제적으로 큰 이점을 가지고 있어 미국ㆍ일본 등지에서는 이미 폐유리에 대한 재활용이 광범위하게 진행되고 있으며, 폐유리의 가공설비 및 시공기술도 상당한 기술축적이 이루어져 있다. 그러나 국내의 경우 폐유리를 사용한 콘크리트의 역학적 특성에 관한 실증적 자료는 전무한 실정이다. 본 연구에서는 폐유리 혼입률(잔골재 대체비 20vo1.%, 40vo1.%)과 강섬유 혼입률(0.5~ 1.5vol.%)에 따른 콘크리트의 역학적 특성을 분석하였다. 연구결과 폐유리를 사용한 강섬유보강 콘크리트의 워커빌리티는 폐유리 및 강섬유 혼입률이 증가할수록 감소하는 경향을 나타내었으며, 폐유리를 혼입한 콘크리트의 인장강도, 휨강도 및 휨인성은 강섬유 혼입률이 증가할수록 크게 증대됨을 확인하였다. 이들 시험결과로부터 적정 강섬유와 폐유리 혼입량은 각각 1.0vol.%와 20vo1.%로 판단된다.
Since recycling waste glass as a material for concrete has a great advantage environmentally and economically, the US, Japan and other countries have started recycling waste glass widely and accumulating the technology of manufacturing equipment and its construction. However, there is no practical d...
Since recycling waste glass as a material for concrete has a great advantage environmentally and economically, the US, Japan and other countries have started recycling waste glass widely and accumulating the technology of manufacturing equipment and its construction. However, there is no practical data on the mechanical property of concrete using waste glass. In this study, the mechanical property of the steel fiber reinforced concrete using waste glass was analyzed in terms of waste glass content(20vo1. ％, 40vo1. ％ as a part of fine aggregate) and steel fiber content(0.5~ 1.5vol.％). The results of this study are as follows : The workability of the concrete including steel fiber and waste glass decreases, as the inclusion rate of waste glass and steel fiber increases. The tensile strength, flexural strength and flexural toughness of the concrete including waste glass increase considerably, as the inclusion rate of steel fiber increases. From the results, the appropriate inclusion rate of steel fiber and waste glass is thought to be 1.0vol. % and 20vo1. ％, respectively.
Since recycling waste glass as a material for concrete has a great advantage environmentally and economically, the US, Japan and other countries have started recycling waste glass widely and accumulating the technology of manufacturing equipment and its construction. However, there is no practical data on the mechanical property of concrete using waste glass. In this study, the mechanical property of the steel fiber reinforced concrete using waste glass was analyzed in terms of waste glass content(20vo1. ％, 40vo1. ％ as a part of fine aggregate) and steel fiber content(0.5~ 1.5vol.％). The results of this study are as follows : The workability of the concrete including steel fiber and waste glass decreases, as the inclusion rate of waste glass and steel fiber increases. The tensile strength, flexural strength and flexural toughness of the concrete including waste glass increase considerably, as the inclusion rate of steel fiber increases. From the results, the appropriate inclusion rate of steel fiber and waste glass is thought to be 1.0vol. % and 20vo1. ％, respectively.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 폐유리의 사용에 따른 부착력을 증대시키고, 폐유리의 사용에 따른 유해한 팽창을 억제시키는데 효과적인 강섬유(steel fiber)를 사용하여 폐유리를 잔골재로 대체하여 혼입한 강섬유보강 콘크리트의 역학적특성에 관한 기초적 연구를 수행하였다.
제안 방법
물리 . 역학적 특성을 분석하였다. 폐유리를 혼입한 콘크리트의 제조는 일본 C사 제품의 용량 30/의 Omni- Mxer를 사용하였고, 콘크리트의 비빔은 먼저 골재와 강섬유 및 폐유리를 섞은 후 시멘트를 넣고 30초간 마른 비빔을 한 다음 물과 혼화제를 넣고 2분간 믹싱하였다.
폐유리를 혼입한 강섬유보강 콘크리트의 휨강도 및 휨인성 시험은 15x15x55 cm의 보 공시체를 제조하여 재령 28일에서 KCI-SF-104의 「강섬유보강 콘크리트의 휨강도 및 휨인성 시험방법」에 준하여 일본 S사의 B-Type Autograph를 사용하여 재하 하중별 처짐량을 측정한 후휨인성을 평가하였다.
대상 데이터
본 연구의 시멘트는 보통 포틀랜드시멘트(Type I)가 사용되었고, 잔골재는 주문진 표준사를 사용하였으며 시멘트의 물리·화학적 특성은 Table 1과 같다.
잔골재는 금강상류에서 채취한 강모래를 사용하였고 굵은 골재는 충남 H사에서 생산되는 최대치수 25 mm의 부순 돌을 사용하였으며, 골재의 물리적 특성과 입도분포는 Table 2와 Fig. 1과 같다. 폐유리는 갈색 폐유리를 사용하였으며, 그 화학적 조성 및 물리적 성질은 Table 3과 같으며, 입도분포곡선은 Fig.
1과 같다. 폐유리는 갈색 폐유리를 사용하였으며, 그 화학적 조성 및 물리적 성질은 Table 3과 같으며, 입도분포곡선은 Fig. 2와 같다. 보강용 섬유는 국내 。사에서 제조된 양단 후크형 강섬유를 사용하였으며, 강섬유의 물리적 특성은 Table 4와 같다.
2와 같다. 보강용 섬유는 국내 。사에서 제조된 양단 후크형 강섬유를 사용하였으며, 강섬유의 물리적 특성은 Table 4와 같다.
혼화제는 시멘트의 분산작용에 의해 콘크리트의 작업성을 개선시키는 일본 K사 제품의 나프탈렌 설폰산염 고축합물계인 고성능감수제를 사용하였으며, 그 물리적 성질은 Table 5와 같다.
역학적 특성을 분석하였다. 폐유리를 혼입한 콘크리트의 제조는 일본 C사 제품의 용량 30/의 Omni- Mxer를 사용하였고, 콘크리트의 비빔은 먼저 골재와 강섬유 및 폐유리를 섞은 후 시멘트를 넣고 30초간 마른 비빔을 한 다음 물과 혼화제를 넣고 2분간 믹싱하였다.
데이터처리
폐유리를 혼입한 강섬유보강 콘크리트에 적합한 탄성계수를 추정하기 위해 폐유리와 강섬유를 혼입한 콘크리트의 정탄성계수 측정결과를 기초로 다중회귀분석을 실시하였다. Fig.
이론/모형
폐유리를 혼입한 강섬유보강 콘크리트의 물리적 특성을 규명하기 위하여 슬럼프는 KS F 2402[포틀랜드 시멘트콘크리트의 슬럼프 시험방법], 공기량은 KS F 2121[굳지 않은 콘크리트의 압력법에 의한 공기함유량 시험방법]과 다짐계수는 BS 1囹1[다짐계수시험방법]에 준하여 실시하였다.
폐유리를 혼입한 강섬유보강 콘크리트의 배합조건별 압축 및 인장강도의 측정은 饥(*20 의 공시체를 제작하여 KS F 2405[콘크리트의 압축강도 시험방법]과 KS F 2423 [콘크리트의 인장강도 시험방법]에 준하여 실시하였다.
폐유리를 혼입한 강섬유보강 콘크리트의 정탄성계수는 KS F 2438[콘크리트 원주 공시체의 정탄성계수 및 포아송비 시험방법]에 따라 재령 28일에서의 정탄성계수를 측정하였다.
성능/효과
%) 변화에 따른 슬럼프 시험결과를 나타낸 것이다. 이를 분석하여보면, 강섬유 및 폐유리의 혼입률이 증가할수록 슬럼프값은 점차 감소하는 것으로 나타났으며, 이러한 경향은 강섬유의 혼입으로 매트릭스의 내부 마찰력이 증대되어 유동성을 억제시킬 뿐만 아니라, 폐유리 입자가 각이 지고 모래보다 상대적으로 크기 때문에 콘크리트의 유동성이 감소되는 것으로 판단된다.
5와 같다. 이를 살펴보면, 섬유혼입률 및 폐유리 혼입률이 증가할수록 보통콘크리트보다 다짐도가 떨어지는 것으로 나타났으며, 이러한 원인은 폐유리 잔골재의 입형불량과 강섬유 혼입에 따른 유동성 저하로 인해 폐유리 및 강섬유의 혼입량이 증가할수록 다짐계수가 감소된 것으로 판단된다.
이를 분석해보면, 물-시멘트비의 변화에 따른 압축강도로서 물-시멘트비의 변화에 따라 강섬유의 혼입률 및 폐유리의 혼입률에 관계없이 물-시멘트비가 증가할수록 강도가 감소하는 경향을 나타내었으며, 이러한 결과는 시멘트 페이스트 내에서 화학적으로 결합하지 못한 잉여수가 콘크리트 내부에 존재하게 되어 공극률을 증가시킨 것으로 판단된다.
%에서 강섬유의 혼입률 증가에 따라 Plain에 비해 4-6% 증가 한 반면, 폐유리 혼입률 40vol.%에서는 Plain에 비해 4-9% 감소하는 것으로 나타나 강섬유 혼입에 의한 압축강도의 개선효과는 거의 없는 것으로 나타났다.
0 vol.% 이상의 혼입률에서 쪼갬인 장강도 증진효과가 큰 것으로 나타났다. 또한 폐유리 혼입률 40 vol.
0 vol.% 이상의 강섬유 혼입률에서 양호한 강도증진효과를 나타내었다. 동일 강섬유 혼입률에서는 폐유리를 20 vol.
5 vol.%로 증가함에 따라 폐유리 만을 혼입한 콘크리트에 비해 휨강도는 6~19 % 증대효과를 나타내었다. 폐유리혼입률 40 vol.
15는 폐유리를 사용한 강섬유보강 콘크리트의 하중-처짐 곡선을 나타낸 것이다. 이를 분석해보면 강섬유의 혼입률이 증가할수록 최대 휨응력과 처짐변형성능은 현저히 개선되는 경향을 나타내었으며, 폐유리혼입률이 40 vol.%인 경우가 폐유리 혼입률 20 vol.
Fig. 17과 Fig. 18은 강섬유 혼입률(Vf)과 강섬유의 아스펙트비(LJD)의 곱(Vf><WD)으로 정의되는 강섬유 지수(Isf)와 압축강도가 탄성계수의 변화에 미치는 영향을 나타낸 것으로, 강섬유 지수가 약 60정도까지는 탄성계수가 증가하나 그 이상의 경우에는 점차 감소하는 것으로 나타났으며, 압축강도가 증가할수록 탄성계수는 점차 증가하는 것으로 나타났다. 이러한 강섬유 지수와 압축강도를 고려하여 다중회귀분석을 실시한 결과 식(3.
18은 강섬유 혼입률(Vf)과 강섬유의 아스펙트비(LJD)의 곱(Vf><WD)으로 정의되는 강섬유 지수(Isf)와 압축강도가 탄성계수의 변화에 미치는 영향을 나타낸 것으로, 강섬유 지수가 약 60정도까지는 탄성계수가 증가하나 그 이상의 경우에는 점차 감소하는 것으로 나타났으며, 압축강도가 증가할수록 탄성계수는 점차 증가하는 것으로 나타났다. 이러한 강섬유 지수와 압축강도를 고려하여 다중회귀분석을 실시한 결과 식(3.1)과 같은 회귀식을 도출하였고 선형의 관계를 같은 것으로 나타났으며, 폐유리를 혼입한 강섬유 보강 콘크리트의 탄성계수추정식은 KCI의 탄성계수 추정식과 비교해 볼 때 유사한것으로 나타났다.
1) 폐유리와 강섬유의 혼입률이 증가할수록 워커빌리티는 저하하는 것으로 나타났으며, 소요의 워커빌리티를 확보하기 위해서는 양호한 입형을 갖는 폐유리 입자의 가공, 단위수량의 조절 및 고성능감수제 등을 적정량 첨가해야할 것으로 판단된다.
3) 폐유리를 혼입한 강섬유보강 콘크리트의 쪼갬인장강도는 동일한 강섬유 혼입률에서는 폐유리를 20 vol.%혼입한 경우가 40 vol.
%)에 따라 각각 6~19 %, 8~21 % 증대하고 있으나, 폐유리를 40 vol.% 혼입한 경우는 Plain에 비해 낮은 강도발현을 나타내어 강섬유의 혼입에 의한 강도 증진효과는 기대할 수 없는 것으로 나타났다.
5) 폐유리를 혼입한 강섬유보강 콘크리트의 휨인 성은 폐유리의 혼입률 20 vol.%와 O vol.
6) 폐유리를 혼입한 강섬유보강 콘크리트의 탄성 계수 추정식은 KCI의 추정식과 유사한 것으로 나타나 KCI의 추정식을 적용하는 것이 가능한 것으로 판단된다.
참고문헌 (7)
社團法人 クリ一ン. ジヤペンセンタ一 "再資源化技術の開發版況調杏報告書," p. 185, 1997.
出雲渟一, 影山後文, "ガラス微粉末がセメントモルタルの厭縮强度發現にぽす影響について," 關東學院大學工學部硏究報告集, Vol. 40-1, pp. 13-17, 1996.
Kenneth, S., "The Effect of Recycled Crushed Glass on the Tensile and Compressive Properties of Concrete," MsC thesis, The Cooper Union for the Advancement of Science and Art Albert Nerken School of Engineering, 1998.
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