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문제 정의
- 본 연구에서는 우리나라 건설업체의 해외, 특히 동남아지역의 진출에 따른 고속도로, 고속철도, 항만 및 해양 콘크리트 구조물 등의 건설수주물량이 크게 증가하고 있는 추세를 감안하여, 동남아 지역의 해양콘크리트구조물이 축조되는 현장 여건을 고려한 양생온도 및 조건에 따른 콘크리트 기초 물성 및 염소이온침투특성을 평가함에 의한 광물질혼화재 혼합 고강도콘크리트의 활용에 착안하게 되었다. 그래서 고로슬래그미분말의 혼합률 0, 30, 40 및 50 % 4종류와 고로슬래그미분말 40%를 기준으로 고정하여 광물질혼화재 중 실리카흄, 메타카올린 및 팽창재의 혼합률을 각각 다르게 조합하여 혼합한 고강도콘크리트를 제조하였다 이때 현장의 기후조건을 고려하여 양생온도 23 ℃ 및 35 ℃의 2 종류와 양생조건을 전기간 수중양생, 3일 수중 양생 후 기건양생 및 7일 수중양생 후 기건양생의 3 종류씩 각각 변화시킨 고강도콘크리트는 총 22종류이다.
- 양생 온도 및 조건에 따라 고강도콘크리트의 총 통과전하량이 약간 상이하게 나타났으며, 35 ℃ 에서 양생한 경우가 23 ℃로 양생한 경우보다 총 통과전하량이 각각 큼을 알 수 있다. 여기서는 고로슬래그미분말 혼합률 및 광물질혼화재 4 종류별 고강도콘크리트의 촉진 염소이온 침투특성에 대하여 고찰하고자 한다.
- 이들 광물질혼화재를 혼합한 고강도콘크리트의 응결, 압축강도, 공극량 및 총 통과전하량을 측정하여 비교, 고찰함으로써 해양콘크리트구조물에 적합한 고강도 콘크리트의 현장 적용을 위한 유용한 데이터를 제시하고자 한다.
제안 방법
- 광물질혼화재의 종류, 혼합률과 양생 온도 및 조건을 달리하여 제조한 고강도콘크리트의 응결, 공극량 압축강도 및 염소이온 침투 특성에 대하여 비교 고찰한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 고강도콘크리트는 60/용량의 강제식 믹서를 사용하여 잔. 굵은골재와 시멘트를 30초간 건식 비비기 한 후 혼합수와 고성능감수제를 투입하여 150초 동안 믹싱하여 제조하였다. 그리고 콘크리트공시체는 $10x20cm 원주형 몰드로 제조하여 23 ℃ 공기중과 습도 56%, 35 ℃ 의 항온항습실에서 1일간 각각 양생한 후 탈형 하였다.
- 그래서 고로슬래그미분말의 혼합률 0, 30, 40 및 50 % 4종류와 고로슬래그미분말 40%를 기준으로 고정하여 광물질혼화재 중 실리카흄, 메타카올린 및 팽창재의 혼합률을 각각 다르게 조합하여 혼합한 고강도콘크리트를 제조하였다 이때 현장의 기후조건을 고려하여 양생온도 23 ℃ 및 35 ℃의 2 종류와 양생조건을 전기간 수중양생, 3일 수중 양생 후 기건양생 및 7일 수중양생 후 기건양생의 3 종류씩 각각 변화시킨 고강도콘크리트는 총 22종류이다.
- 굵은골재와 시멘트를 30초간 건식 비비기 한 후 혼합수와 고성능감수제를 투입하여 150초 동안 믹싱하여 제조하였다. 그리고 콘크리트공시체는 $10x20cm 원주형 몰드로 제조하여 23 ℃ 공기중과 습도 56%, 35 ℃ 의 항온항습실에서 1일간 각각 양생한 후 탈형 하였다. 이때 탈형 한 공시 체는 현장의 기후조건을 고려하여 23 ℃ (standard curing 또는 st로 약함) 와 35 ℃ (hot curing 또는 ht로 약함) 수중에서 Table 4와 같은 6 종류의 조건으로 각각 양생을 실시하였다.
- 그리고 콘크리트공시체는 $10x20cm 원주형 몰드로 제조하여 23 ℃ 공기중과 습도 56%, 35 ℃ 의 항온항습실에서 1일간 각각 양생한 후 탈형 하였다. 이때 탈형 한 공시 체는 현장의 기후조건을 고려하여 23 ℃ (standard curing 또는 st로 약함) 와 35 ℃ (hot curing 또는 ht로 약함) 수중에서 Table 4와 같은 6 종류의 조건으로 각각 양생을 실시하였다.
- 콘크리트의 압축강도는 KS F 2405에 의하여 재령 3, 7, 28 및 56일에 각각 500 ton 만능시험기를 사용하여 측정하였다
대상 데이터
- 시멘트는 비중 3.15의 보통포틀랜드시멘트(OPC), 광물질혼화재는 고로슬래그 미분 말 (SG), 실리카흄 (SF), 메타카올린(MK) 및 팽창재(SS)를 사용하였으며, 이들의 화학성분 및 물리적 성질은 Table 1과 같다.
- 잔골재는 세척해사, 굵은골재는 최대치수 13mm의 부순돌을 사용하였으며, 잔 . 굵은 골재의 물리적 성질은 Table 2와 같다.
- 5 mm체의 통과율은 각각 98%, 60%, 5%, 2%이 었다. 한편, 화학혼화제는 폴리카르본산계 고성능감수제 (HRWR)를 사용하였다.
이론/모형
- 경화한 콘크리트의 공극량은 ASTM C 642 (Standard Test Method for Density, Absorption, and Voids in Hardened Concrete) 의 시험방법에 준하여 측정하였다.
- 굳지 않은 콘크리트의 응결시간은 KS F 2436에 준하여 측정하였으며, 이때 양생온도는 23 ℃ 및 35 ℃로 정하였다. 또한 슬럼프시험은 KS F 2402와 대한토목학회(1995)의 “수중불분리성 콘크리트의 슬럼프플로우 시험 방법“에 의하여 실시하였으며, 슬럼프시험 직후 흘러 퍼진 콘크리트의 최대지름과 직교하는 지름을 측정하여 평균값을 슬럼프 플로우 값(cm)으로 나타내었다.
- 또한 슬럼프시험은 KS F 2402와 대한토목학회(1995)의 “수중불분리성 콘크리트의 슬럼프플로우 시험 방법“에 의하여 실시하였으며, 슬럼프시험 직후 흘러 퍼진 콘크리트의 최대지름과 직교하는 지름을 측정하여 평균값을 슬럼프 플로우 값(cm)으로 나타내었다.
- 염소이온 침투저항성은 ASTM C 1202 (Standard Test Method for Electrical Indication of Concrete's Ability to Resist Chloride Ion Penetration) 에 의하여 재령 28일에 실시하였다. 이때 전해질 용액은 양극셀에 0.
성능/효과
- 1) 고로슬래그미분말의 혼합률을 달리한 고강도콘크리트의 응결은 23 ℃로 양생한 경우 기준 콘크리트보다 혼합률이 증가함에 따라 초결 및 종결시간이 약간 지연되었으나, 35 ℃로 양생한 경우 고로슬래그미분말의 혼합률에 관계없이 응결시간이 대체로 유사하였다.
- 2) 고로슬래그미분말 혼합 고강도콘크리트의 압축강도는 재령이 증가함에 따라 혼합률이 클수록 기준 콘크리트보다 현저하게 크게 나타났다. 한편 G4FS 고강도 콘크리트의 경우 초기재령 압축강도는 컸으나, 재령 7일 이후에서는 G4F 고강도콘크리트의 압축강도가 가장 크게 발현되었으며, 양생 온도 및 조건에 따라 차이가 있었다.
- 3) 고로슬래그미분말 혼합 고강도콘크리트의 총 통과전하량과 공극량은 혼합률 및 양생온도별로 다소 상이하였으나 기준 콘크리트와 비교하여 현저히 작은 값을 나타내었다. 특히 고로슬래그미분말 40% 혼합 고강도콘크리트는 염소이온 침투저항성이 크게 향상되는 효과를 얻었다.
- 4) 광물질혼화재 혼합 고강도콘크리트의 총 통과전하량은 G4FS 고강도콘크리트《(迹 고강도콘크리트<(財M 고강도 콘크리트 <G4 고강도콘크리트< 기준콘크리트의 순으로 크게 나타났다. 특히 G4FS 고강도콘크리트의 총통과전하랴은 기준콘크리트보다 현저하게 작은 '무시 가능'(Negligible)에 해당됨으로써 염소이온 침투 저항성이 매우 우수한 콘크리트로 판단된다.
- 굵은 골재의 물리적 성질은 Table 2와 같다. 굵은 골재의 입도 시험결과 13mm, 10mm, 5 mm, 2.5 mm체의 통과율은 각각 98%, 60%, 5%, 2%이 었다. 한편, 화학혼화제는 폴리카르본산계 고성능감수제 (HRWR)를 사용하였다.
- 이 때 경화한 고강도콘크리트의 공극률은 총 통과 전하량이 클수록 크게 나타났으며, G4F 고강도콘크리트의 총 통과 전하량과 공극량이 가장 작았으며, ASTM C 1202의 총통과 전하량에 따른 염소이온 침투저항성 등급에 의하면⑸ '매우 낮음(Vety low, 100-1000 Coulombs)에 해당되는 값으로써 염소이온 침투저항성이 우수한 콘크리트로 판단된다. 따라서 고로슬래그미분말을 40%정도 혼합함으로써 고강도콘크리트의 염소이 온 침투저항성을 향상시키는 효과를 얻었다.
- 3 및 4이다. 양생온도 23 ℃경우 Fig. 3에서 알 수 있듯이 광물질혼화재 혼합 고강도콘크리트의 압축강도는 기준 콘크리트와 비교하여 재령이 증가할수록 더욱 크게 나타났다. 이때 고로슬래그미분말과 실리카흄 혼합 고강도 콘크리트 (G4F 고강도콘크리트 또는 G4F)의 압축강도가 7일 이후 재령에서 가장 크게 발현되었으며, 고로슬래그 미분말과 실리카흄에 팽창재 혼합 고강도콘크리트 (G4FS 고강도콘크리트 또는 G4FS)의 경우 초기재령에서 압축강도는 크게 발현되었으나 7일 이후 재령에서는 상대적으로 낮게 나타났다.
- 2이다. 이 그림에서 고로슬래그 미분말의 혼합유무 및 혼합률에 따라 고강도콘크리트의 압축강도가 약간 상이하였으며, 재령 3일에서는 35 ℃로 양생한 고강도콘크리트의 압축강도가 23 ℃ 로 양생한 경우보다 크게 나타났으나, 재령이 증가함에 따라 혼합률이 클수록 기준콘크리트보다 압축강도가 현저하게 크게 나타났다. 양생온도가 높아짐에 따라 고로슬래그미분말 혼합 콘크리트의 압축강도가 커지는 이유는 고로슬래그미분말 혼합 시멘트의 활성화 에너지가 보통포틀랜드시멘트보다 낮기 때문에 양생온도가 높은 쪽이 고로슬래그미분말 혼합시멘트의 강도발현에 유리하다고 하는 Malhotra 등의 연구와도 유사하다.
- 8이다. 이 그림에서 광물질혼화재의 종류에 따른 고강도콘크리트의 총 통과전하량이 양생온도별로 약간 상이함을 알 수 있으며, 총 통과전하량이 클수록 공극량이 크며 양생 온도가 높을수록 총 통과전하량과 공극량이 큰 경향을 나타내었다. 이때 광물질혼화재 혼합 고강도콘크리트의 총 통과 전하량은 4FS 강도콘크리 트<G4F 고강도콘크리 트CG4M 고강도크리트<G4 고강도콘크리트<기준콘크리트의 순으로 크게 나타났다.
- 9이다. 이 그림에서 양생 온도 및 조건에 따라 G4F 및 G4FS 고강도콘크리트의 총 통과전하량이 다소 상이하였으며, 전 기간 23 ℃ 수중에서 양생한 고강도콘크리트의 총 통과전하량이 35 ℃ 로 양생한 경우보다 약간 좋은 결과를 나타내었다. 이때 G4FS의 총 통과전하량은 G4F보다 약 1/2 정도 이하 되는 작은 값임을 알 수 있다.
- 한편 고로슬래그미분말 혼합 고강도콘크리트의 총 통과 전하량은 혼합률 및 양생온도별로 다소 상이하였으나 기준 콘크리트와 비교하여 현저하게 작은 값임을 알 수 있다. 이 때 경화한 고강도콘크리트의 공극률은 총 통과 전하량이 클수록 크게 나타났으며, G4F 고강도콘크리트의 총 통과 전하량과 공극량이 가장 작았으며, ASTM C 1202의 총통과 전하량에 따른 염소이온 침투저항성 등급에 의하면⑸ '매우 낮음(Vety low, 100-1000 Coulombs)에 해당되는 값으로써 염소이온 침투저항성이 우수한 콘크리트로 판단된다. 따라서 고로슬래그미분말을 40%정도 혼합함으로써 고강도콘크리트의 염소이 온 침투저항성을 향상시키는 효과를 얻었다.
- 이상의 실험결과를 종합해보면 고로슬래그미분말과 실리 카흄 혼합 G4F 고강도콘크리트와 고로슬래그미분말과 실리카흄에 팽창재 혼합 G4FS 고강도콘크리트는 다 같이 양생 온도 및 조건에 민감하였으며, 장기재령에서는 23 ℃ 로 양생한 경우가 압축강도발현에 유리함을 알 수 있었다.
- 이상의 실험결과에서 염소침투저항성이 가장 우수한 2종류 고강도콘크리트, 즉 G4F 및 G4FS 고강도콘크리트를 선정하여 양생온도 2 종류와 양생조건 3 종류로써 조합한 6배합 고강도콘크리트에 대한 총 통과전하량과 공극량을 나타낸 것이 Fig. 9이다. 이 그림에서 양생 온도 및 조건에 따라 G4F 및 G4FS 고강도콘크리트의 총 통과전하량이 다소 상이하였으며, 전 기간 23 ℃ 수중에서 양생한 고강도콘크리트의 총 통과전하량이 35 ℃ 로 양생한 경우보다 약간 좋은 결과를 나타내었다.
- 이때 광물질혼화재 혼합 고강도콘크리트의 총 통과 전하량은 4FS 강도콘크리 트<G4F 고강도콘크리 트CG4M 고강도크리트<G4 고강도콘크리트<기준콘크리트의 순으로 크게 나타났다. 특히 G4FS 고강도콘크리트의 총 통과 전하량은 양생온도에 따라 36 과 41 Coulombs로 기준 콘크리트 1379와 1924 Coulombs보다 현저하게 작은 값임을 알 수 있으며, 염소침투저항성은 '무시가능'(Negligible)에 해당되는 염소이온 침투저항성이 매우 우수한 콘크리트로 판단된다. 한편 G飯, G4M 및 G4 고강도콘크리트의 경우에도 '매우 낮음'(Very low) 범주에 속하는 값으로써 염소이온 침투저항성이 우수한 콘크리트에 해당된다.
- 나타내었다. 특히 고로슬래그미분말 40% 혼합 고강도콘크리트는 염소이온 침투저항성이 크게 향상되는 효과를 얻었다.
후속연구
- 한편 G飯, G4M 및 G4 고강도콘크리트의 경우에도 '매우 낮음'(Very low) 범주에 속하는 값으로써 염소이온 침투저항성이 우수한 콘크리트에 해당된다. 다시 말해서 고로슬래그미분말 40% 혼합한 고강도콘크리트를 기준로 하여 메타카올린 5%, 실리카흄 5% 및 실리카흄 5 % +팽창재 7 %를 각각 혼합한 3 종류 고강도 콘크리트의 염소이온 침투저항성이 현저하게 향상되는 밀실한 고강도 콘크리트의 제조가 가능할 것으로 판단된다
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