환경보전 및 골재 자원의 고갈로 인하여 건설현장에서 필요한 골재의 공급이 점차 어려워짐에 따라 부족한 골재의 공급을 위하여 대체골재의 연구가 활발하게 진행되고 있으며 동슬래그 또한 이러한 대체골재의 일종이다. 동슬래그를 콘크리트의 잔골재로 활용하기 위하여 이미 선진 각국에서 많은 연구를 수행하고 이를 현장에서 적용하고 있는 상태이고, 우리나라도 2000년 "콘크리트용 동슬래그 골재" 한국산업규격을 제정하여 이를 건설현장에서 활용할 수 있도록 하였다. 본 연구는 동슬래그가 콘크리트 골재로 사용하기 위한 물리 화학적 요건을 갖추고 있는지 검토하고 잔골재를 25, 50, 75, 100% 치환한 동슬래그 콘크리트의 역학적 특성을 분석한 것으로서, 잔골재의 사용조건을 만족함은 물론, 모래 치환율 50%까지는 일반 콘크리트에 비하여 높은 물리적 특성을 발현하며, 그 이상의 치환 배합에서도 역학적 특성의 감소는 발생하지 않는 것으로 나타났다. 향후 동슬래그를 사용한 콘크리트의 내구성 등을 확인한 후 이를 천연골재의 대체재로서 적극적으로 활용하는 것이 환경보전에 유리할 것으로 판단된다. 것으로 판단된다.
환경보전 및 골재 자원의 고갈로 인하여 건설현장에서 필요한 골재의 공급이 점차 어려워짐에 따라 부족한 골재의 공급을 위하여 대체골재의 연구가 활발하게 진행되고 있으며 동슬래그 또한 이러한 대체골재의 일종이다. 동슬래그를 콘크리트의 잔골재로 활용하기 위하여 이미 선진 각국에서 많은 연구를 수행하고 이를 현장에서 적용하고 있는 상태이고, 우리나라도 2000년 "콘크리트용 동슬래그 골재" 한국산업규격을 제정하여 이를 건설현장에서 활용할 수 있도록 하였다. 본 연구는 동슬래그가 콘크리트 골재로 사용하기 위한 물리 화학적 요건을 갖추고 있는지 검토하고 잔골재를 25, 50, 75, 100% 치환한 동슬래그 콘크리트의 역학적 특성을 분석한 것으로서, 잔골재의 사용조건을 만족함은 물론, 모래 치환율 50%까지는 일반 콘크리트에 비하여 높은 물리적 특성을 발현하며, 그 이상의 치환 배합에서도 역학적 특성의 감소는 발생하지 않는 것으로 나타났다. 향후 동슬래그를 사용한 콘크리트의 내구성 등을 확인한 후 이를 천연골재의 대체재로서 적극적으로 활용하는 것이 환경보전에 유리할 것으로 판단된다. 것으로 판단된다.
As the supply of aggregate needed in the construction site becomes difficult due to preservation of environment and exhaust of aggregate resource, a research for replacement aggregate in shortage is being actively progressed and a copper slag is also a kind of replacing aggregate. To use copper slag...
As the supply of aggregate needed in the construction site becomes difficult due to preservation of environment and exhaust of aggregate resource, a research for replacement aggregate in shortage is being actively progressed and a copper slag is also a kind of replacing aggregate. To use copper slag as fine aggregate of concrete, many studies are already conducted in each of the advanced countries and in the state of applying these at the site. In the year of 2000 a Korea industrial standard of Copper slag aggregate for concrete was established in our country so that this can be applied in the construction site. This study is to find out whether copper slag is equipped with the physical and chemical requirements for the use in concrete aggregate, and to analyze the dynamic properties of copper slag concrete that replaces 25, 50, 75, 100% of fine aggregate. Copper slag study not only satisfies the using condition of fine aggregate, but also reveals high level of physical property compared to ordinary concrete up to 50% of sand replacement rate. In the future after confirming the durability of concrete using copper slag, it is judged to be advantageous for the preservation of environment to use this as a replacement material for natural aggregate.
As the supply of aggregate needed in the construction site becomes difficult due to preservation of environment and exhaust of aggregate resource, a research for replacement aggregate in shortage is being actively progressed and a copper slag is also a kind of replacing aggregate. To use copper slag as fine aggregate of concrete, many studies are already conducted in each of the advanced countries and in the state of applying these at the site. In the year of 2000 a Korea industrial standard of Copper slag aggregate for concrete was established in our country so that this can be applied in the construction site. This study is to find out whether copper slag is equipped with the physical and chemical requirements for the use in concrete aggregate, and to analyze the dynamic properties of copper slag concrete that replaces 25, 50, 75, 100% of fine aggregate. Copper slag study not only satisfies the using condition of fine aggregate, but also reveals high level of physical property compared to ordinary concrete up to 50% of sand replacement rate. In the future after confirming the durability of concrete using copper slag, it is judged to be advantageous for the preservation of environment to use this as a replacement material for natural aggregate.
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문제 정의
본 연구는 국내에서 생산되고 있는 2종의 동슬래그를 콘크리트용 골재로 활용하기 위하여 콘크리트 경화 전후의 물리적 특성 및 역학적 특성을 위주로 분석하고자 하였다. 이에 따라 한국산업규격에서 규정하고 있는 콘크리트용 잔골재의 특성 기준에 따른 기초적인 물리적 특성 파악과 슬래그의 결정 특성, 환경 유해성 검토를 위한 용출실험을 실시하였다.
. 이에 본 연구는 국내에서 생산되는 2종의 동슬래그(연속로, 자용로 슬래그)를 대상으로 콘크리트용 골재로서의 활용에 필요한 물리·역학적 특성 검토결과와 기술자료를제공하고자 하였다.
제안 방법
공시체 제작은 KS F 2403(콘크리트의 강도 시험용 공시체 제작 방법)에 따라 각 배합별로 압축강도 측정용(φ10 ×20cm) 및 휨강도(15×15×55 cm) 측정용 공시체를 제작하고 24시간 기중양생 후 탈형해서 23+2 ℃의 항온수조 넣어 28일간 수중양생을 실시하였다.
이에 따라 한국산업규격에서 규정하고 있는 콘크리트용 잔골재의 특성 기준에 따른 기초적인 물리적 특성 파악과 슬래그의 결정 특성, 환경 유해성 검토를 위한 용출실험을 실시하였다. 또한, 비중이 높고 입도가 굵은 동슬래그의 치환에 따라 콘크리트의 충전상태 및 단위수량의 변화가 예상될 수 있어 잔골재를 25, 50, 75, 100% 치환하여 굳지 않은 콘크리트의 슬럼프 및 단위용적의 변화 그리고 역학적 특성을 비교·분석하였다.
이에 따라 한국산업규격에서 규정하고 있는 콘크리트용 잔골재의 특성 기준에 따른 기초적인 물리적 특성 파악과 슬래그의 결정 특성, 환경 유해성 검토를 위한 용출실험을 실시하였다. 또한, 비중이 높고 입도가 굵은 동슬래그의 치환에 따라 콘크리트의 충전상태 및 단위수량의 변화가 예상될 수 있어 잔골재를 25, 50, 75, 100% 치환하여 굳지 않은 콘크리트의 슬럼프 및 단위용적의 변화 그리고 역학적 특성을 비교·분석하였다.
자용로 및 연속로에서 생산된 동슬래그 골재로 잔골재인 천연모래를 대체 혼합하여 콘크리트를 제조하고 그 특성을 파악하기 위하여 Table 5의 인자와 배합으로 콘크리트를 제작하였으며, 잔골재중 동슬래그의 치환율을 용적대비 0, 25, 50, 75, 100%까지 범위로 변화시켜 실험을 실시하였다.
대상 데이터
굵은골재는 일반적으로 레디믹스트 콘크리트 제조시 적용되고 있는 25mm 이하의 쇄석을 사용하였다. 굵은골재의 물리적 성질은 Table 3과 같다
본 실험에 사용된 시멘트는 KS L 5201에 규정된 C사의 보통포틀랜드 시멘트를 사용하였다.
본 실험에 사용한 AE제는 합성텐사이드(synthetic ter的ides)가 주성분인 비중 1.20±0.02의 액상 혼화제로서 그 특성은 Table 4와 같다.
본 실험에 사용한 동슬래그는 L사에서 생산된 정제동 제련 슬래그이며, 제련 방식에 따라 분류되는 FCS와 CCS이다. 실험에 사용된 동슬래그의 형상은 Fig.
이론/모형
본 실험에서 잔골재는 인천산 세척 해사를 사용하였으며, 물리적 성질은 KS F 2504(잔골재의 비중 및 흡수량 시험방법), KS F 2505(골재의 단위용적중량 시험방법) 에 따라 기초 물성을 시험하였으며, 그 결과는 다음 Table 1과 같다.
슬럼프 실험은 KS F 2401(굳지 않은 콘트리트의 시료 채취방법)에 따라 시료를 채취하여 KS F 2402(포틀랜드 시멘트 콘크리트의 슬럼프 시험방법)에 따라 실험하였으며, 공기량 실험은 KS F 2421(굳지 않은 콘크리트의 압력법에 의한 공기 함유량 시험방법)에 의하여 실시하였다. 압축강도 실험은 KS F 2405(콘크리트의 압축강도 시험방법)의 방법으로, 인장강도 실험은 KS F 2423(콘크리트의 쪼갬인장강도 시험방법)의 규정에 따라 실시하였다.
실시하였다. 압축강도 실험은 KS F 2405(콘크리트의 압축강도 시험방법)의 방법으로, 인장강도 실험은 KS F 2423(콘크리트의 쪼갬인장강도 시험방법)의 규정에 따라 실시하였다. 휨강도의 경우는 KS F 2408(콘크리트의 휨강도 시험방법)에 의거 실험을 실시하였다.
압축강도 실험은 KS F 2405(콘크리트의 압축강도 시험방법)의 방법으로, 인장강도 실험은 KS F 2423(콘크리트의 쪼갬인장강도 시험방법)의 규정에 따라 실시하였다. 휨강도의 경우는 KS F 2408(콘크리트의 휨강도 시험방법)에 의거 실험을 실시하였다.
성능/효과
1) 국내에서 생산되고 있는 FCS 및 OCS의 물리적 특성 측정결과 KS F 283(콘크리트용 동슬래그 골재)에서 규정하고 있는 기준치를 모두 만족하며 KS F 2526(콘크리트용 골재)에서 규정한 품질을 전반적으로 만족하므로써 콘크리트용 골재로서 충분히 활용할 수 있는 것으로 분석되었다.
2) 입형이 구형을 취하고 있는 FCS의 경우 각형 및 부정형의 입형을 가진 CCS에 비하여 슬럼프가 높게 나타나 유동성 확보 측면에서 유리한 것으로 평가되었다.
3) 일반잔골재를 비중이 높은 FCS 및 CCS로 치환하였을 경우 비율에 따라 비례적으로 단위용적중량은 증가하였다. 특히 치환율 50% 이상에서 2.
4) CCS로 치환한 공시체의 압축강도는 치환율에 비례하여 압축강도가 증가하는 것으로 나타났으며, FCS의 경우에는 치환률 75 %까지 계속적으로 압축강도가 증진되는 것으로 나타났다. 쪼갬인장강도 측정결과 압축 강도와 동일하게 CCS로 치환할 경우 치환율 100 %까지 강도가 증진되는 것으로 나타났으며, FCS의 경우에는 75%까지 증진하고 100% 치환할 경우 75%에 비하여 약간 감소하는 것으로 나타났다.
5) 이상과 같이 국내에서 생산되는 2종의 동슬래그 골재를 콘크리트용 잔골재로 사용하기 위한 물리·역학적 특성을 검토한 결과, 치환률 50%까지는 천연골재를 사용한 콘크리트와 비교하였을 때 동등하거나 그 이상의 물리적 특성을 나타내어 사용성이 우수한 것으로 입증되었으며 , 50% 이상의 치환률에서는 재료분리의 염려등이 우려되므로 사용을 피하는 것이 바람직할 것으로 사료된다. 따라서 본 실험결과는 실용화를 전제로 현재의 콘크리트 생산기술 및 사회적 여건에 부응하는 배합범위를 재설정하고 내구성 등 장기거동 양상을 규명하는 후속조치가 요구되며, 이들 문제가 긍정적으로 해석되면 산업부산물의 재활용 및 환경보전, 골재공급원의 신개념 창출 등을 위한 기초소재로 활용될 수 있을 것이다
증가하는 것으로 나타났다. CCS로 100% 치환할 경우 모래만을 사용한 배합보다 약 17% 강도가 증가하였으며 치환율 75%까지 일정하게 증가하고 100%에서는 강도의 증가가 약간 둔화되는 것으로 나타났다. FCS로 치환한 경우는 Fig.
CCS로 치환한 콘크리트는 치환율 75 %에서 가장 높은 휨강도를 발현하였다 FCS로 치환한 28일 휨강도는 41~50kgf/㎠ 수준이며, 무혼입에서 25%로 치환율이 증가할 경우 강도의 증진이 10% 정도 비교적 크게 증가하고 그 이상의 치환율에서는 강도의 증가는 크지 않았다.
FCS로 치환할 경우 28일 압축강도는 375-411 kgf/㎠ 수준이며, 치환율 50%까지는 일반 콘크리트와 동일하거나 미미한 강도의 증가를 보이는 한편, 치환율 75%에서 급격하게 강도가 증가하는 것으로 나타났다. 그러나 치환율 100%에서는 75% 배합보다 3.
2 %정도 압축강도가 하락하는 것으로 나타났다. FCS를 치환한 공시체의 경우 치환율 50%까지는 약 3~5%의 강도가 증가되었으며 75%의 배합이 50%의 배합에 비하여 9%의 증가가 있고, 100% 치환율에서는 약간 감소하거나 동일한 강도를 발현 하였다.
FCS의 경우도 CCS와 동일하게 50% 치환까지는 비례적으로 증가하나 75% 이상에서는 다시 낮아지는 것으로 나타났다. CCS와 FCS를 비교한 경우 전반적으로 CCS를 사용한 콘크리트의 슬럼프가 적게 나타났으며, 이는 입형이 구형상태인 FCS보다 각형 및 부정형의 입형을 가진 CCS의 유동성이 다소 낮기 때문으로 판단된다
특성을 관찰할 수 있었다. 공기량의 경우 무혼입 배합은 3.9%로 나타났으며, CCS 및 FCS 모두 치환율이 증가할수록 공기량은 소폭 증가하여 동슬래그 혼입에 따른 공기연행성의 저하는 없는 것으로 나타났다.
이에따라 콘크리트의 충진상태 및 단위수량등의 변화등이 예상될 수 있다. 그러나 동슬래그의 기준을 정하고 있는 KS F 283(콘크리트용 동슬래그 골재)의 기준을 적용하면 CCS 및 FCS 모두 규정범위를 만족하는 것으로 나타났다
다만, 동슬래그로 치환하지 않은 일반 배합에 비하여 동슬래그로 치환하였을 경우 전반적으로 유동성이 높게 발현되는 특성을 관찰할 수 있었다. 공기량의 경우 무혼입 배합은 3.
슬래그의 비중은 일반 천연골재에 비하여 31~44% 정도 높게 나타났으며, 이에 따라 단위용적중량도 일반골재에 23~32% 정도 높게 나타났다. 실적률은 일반골재 63%로 나타났으며, 자용로 슬래그는 66.5%, 연속로 슬래그는 60.0 %로 나타났다. FCS의 실적률이 큰 것은 골재의 골률계수가 FCS 1.
압축강도와 동일한 경향으로 치환율이 증가할수록 인장강도도 증가하는 것으로 나타났다. CCS로 100% 치환할 경우 모래만을 사용한 배합보다 약 17% 강도가 증가하였으며 치환율 75%까지 일정하게 증가하고 100%에서는 강도의 증가가 약간 둔화되는 것으로 나타났다.
일반골재를 OCS로 치환한 공시체의 28일 압축강도는 355-407 kgf/㎠로 나타났으며, 치환율 50%까지는 약 10%씩의 강도가 증가되었으며, 50% 이상에서는 3~5%의 강도가 증가되는 것으로 나타났다. 전체적으로 압축강도는 계속적으로 증가하였으며, 동슬래그를 전혀 사용하지 않은 배합에 비하여 약 25%의 강도 증가가 발현되었다.
전체적으로 압축강도는 계속적으로 증가하였으며, 동슬래그를 전혀 사용하지 않은 배합에 비하여 약 25%의 강도 증가가 발현되었다. 재령별 압축강도 변화는 CCS로 치환할 경우 7일 강도는 28일 강도에 대하여 약 68%의 강도가 발현되며, 치환하지 않은 일반 콘크리트의 경우는 64% 정도로 나타나 CCS로 치환할 경우 강도발현이 약간 크게 나타나는 것을 알 수 있었다.
증가되는 것으로 나타났다. 전체적으로 압축강도는 계속적으로 증가하였으며, 동슬래그를 전혀 사용하지 않은 배합에 비하여 약 25%의 강도 증가가 발현되었다. 재령별 압축강도 변화는 CCS로 치환할 경우 7일 강도는 28일 강도에 대하여 약 68%의 강도가 발현되며, 치환하지 않은 일반 콘크리트의 경우는 64% 정도로 나타나 CCS로 치환할 경우 강도발현이 약간 크게 나타나는 것을 알 수 있었다.
7에 나타나 바와 같이 치환율에 따라 비례적으로 단위용적중량은 증가하는 것으로 나타났다. 즉, 동슬래그를 100% 치환할 경우 치환하지 않은 일반 콘크리트에 비하여 10~12% 정도 단위용적중량이 높은 것으로 나타났으며, 비중이 높은 FCS 콘크리트의 경우 CCS로 치환한 콘크리트에 비하여 3% 정도 일정한 비율로 높게 나타났다.
것으로 나타났다. 쪼갬인장강도 측정결과 압축 강도와 동일하게 CCS로 치환할 경우 치환율 100 %까지 강도가 증진되는 것으로 나타났으며, FCS의 경우에는 75%까지 증진하고 100% 치환할 경우 75%에 비하여 약간 감소하는 것으로 나타났다. 휨강도의 경우 입형이 부정형 및 약간의 침상 구조를 가지고 있는 CCS는 치환율 100 %까지 미세하게 증진되는 것으로 나타났으나, FCS는 치환율 25% 이상에서 감소하는 경향이었다.
후속연구
사료된다. 따라서 본 실험결과는 실용화를 전제로 현재의 콘크리트 생산기술 및 사회적 여건에 부응하는 배합범위를 재설정하고 내구성 등 장기거동 양상을 규명하는 후속조치가 요구되며, 이들 문제가 긍정적으로 해석되면 산업부산물의 재활용 및 환경보전, 골재공급원의 신개념 창출 등을 위한 기초소재로 활용될 수 있을 것이다
Masayasu Kawahara, 'Chystalhzation and Dissotution of metaltic Components for Copper SIag,' Dept. of Mateiials Science and Resource Engineering, 1994, PP.26-37
Collins, R. J. and Ciesielsld, S. K, 'Recycling and Use of Waste Materials and By-Products in Highway Construction,' Transportation Research Board National Research Council, NCHRP Synthesis 199pp., 1994
LG Nikko 동제련(주), '동제련 슬래그의 물성 파악 및 개선을 통한 용도개발', 1999, pp.2-5
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