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문제 정의
- 골재의 종류에 따른 포러스콘크리트의 제특성을 고찰하고 그 기초자료를 제시하기 위한 본 연구의 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 본 연구에서는 이와 같은 포러스 콘크리트의 개발에 관한 연구의 일환으로 쇄석, 재생골재, 팽창점토, 난석의 다양한 골재로 포러스콘크리트를 제조하여 물리적, 역학적 특성을 규명함으로써 환경친화적인 콘크리트의 적용성을 판단하는데 그 목적이 있다.
- 포러스콘크리 트는 기존의 재 료인 구조용 콘크리트보다는 낮은 강도를 지니지만, 비구조용 분야에서 각종 환경문제를 해결할 수 있는 기능성 콘크리트로 사용됨으로써 지구환경과 생태계와의 조화를 도모할 뿐만 아니라 거주자에게 쾌적한 생활을 제공하는 것이 그 목적이라 할 수 있겠다.
제안 방법
- 공시체의 가압시 공시체가 시험기의 가압판 중앙에 위치하도록 하고, 하중을 일정한 속도로 공시체가 파괴될 때까지 가압하였다. 콘크리트의 압축강도는 1개조당 3개씩으로 하여 각 공시 체마다 공시체가 받는 최대하중을 단면적으로 나누어 그 평균값을 구하였다.
- 공시체 3개를 제작하였다. 단, 압축강도용 시험체의 경우 강도시험 시 발생할 수 있는 시험체 단부의 파괴를 고려하여하부면도 캡핑을 실시하였다.
- 단위용적중량 시험은 KS F 2505(골재의 단위용적중량 시험 방법에 따라 용기에 시료를 1/3씩 3회로 나누어 시료를 채우고, 매회 시료를 채울 때마다 봉으로 균등하게 25회씩 다지고 마지막으로 채울때는 넘치도록 넣고 고르게 다진 후 다짐 봉을 사용하여 표면을 평평하게 고른 다음 시료의 중량을 계량하였다.
- 본 실험에서는 골재의 종류에 따른 포러스콘크리트의 특성을 확인하기 위하여 다음의 4가지 굵은골재를 이용하여 실험을 실시하였으며, 실험에 사용한 모든 골재는 수중에서 24시간 이상 침수시켜 유기불순물을 제거한 뒤 체가름을 실시하여 입도를 조정하였다.
- 본 실험에서는 물시멘트비를 30%로 설정하고, 골재의 입도를 10~20mm로 고정하여 실험을 실시하여 골재의 종류, 공극율, 콘크리트의 재령에 대한 압축강도에 대한 내용을 분석하였다.
- 본 실험에서는 회전로에서 점토를 소성가공함으로써 입형및 입도의 조정이 가능하고, 실적률이 양호하며, 입형이 구형에 가깝고 입자표면 상태는 요철이 없이 매끄러운 상태를 지니고 있어 시공연도에 유리한 팽창점토를 10~20mm로 입도 조정을 실시하여 사용하였다.
- 본 실험의 배합계획은 포러스콘크리트의 조건에 따른 특성의 변화를 확인하기 위하여 변화인자로 골재의 종류를 쇄석, 폐콘크리트를 이용한 재생골재, 팽창점토, 난석을 이용하여 각각의 골재에 따른 굳은 콘크리트와 굳지 않은 콘크리트의 특성을 실험하였다.
- 시험항목으로는 굳지 않은 콘크리트의 슬럼프와 유동 성상에 대하여 관찰하였으며, 굳은콘크리트의 특성으로는 단위용적 중량, 압축강도, 인장강도, 휨강도를 측정하였다. 본 연구에서 사용된 배합인자 및 수준은 표 5와 같다.
- 양생은 모든 공시체를 양생실에서 24시간 양생한 후, 캡핑하여 24시간 경과시킨 다음 탈형하여 항온수조에서 23±2 ℃ 의 온도로 소요 재령인 7일, 28일까지 수중양생하였다.
- 제작된 포러스콘크리트에 대하여는 양생시 포함된 표면 수를 제거하기 위하여 양생수조에서 꺼낸 후 1시간 적치하여 수분을 제거하여 단위용적중량을 측정하였다.
- 콘크리트의 압축강도는 1개조당 3개씩으로 하여 각 공시 체마다 공시체가 받는 최대하중을 단면적으로 나누어 그 평균값을 구하였다.
- 콘크리트의 제조는 소형 전동식 Mixer를 사용하였고, 실험계획에 따라 디지털 저울(정밀도 0.01g)을 사용하여 재료량을 정밀하게 계량하여 배합하였다.
- 포러스콘크리트의 중요한 인자인 공극률은 식물의 생장을 고려할 경우 공극율 20~30%가 가장 적정한 것으로 알려져 있으며, 본 연구에서는 공극율 증가에 따른 압축강도의 저하를 고려하여 식생가능 공극율의 낮은 범위인 20%, 25%의 두 가지 수준에 대하여 실험을 실시하였다.
대상 데이터
- 높아지는 현상이 보고되고 있다. 따라서, 본 연구에서는 식생콘크리트로 활용되는 골재의 최대치수인 20mm를 기준으로 하고, 경량골재를 사용함에 따른 압축강도의 보상 효과를 기대하여 최소치수를 10mm로 선정하였으며, 4가지 골재 모두를 10~20mm로 체가름을 통한 조정후 사용하였다.
- 물시멘트비는 기존 포러스콘크리트의 연구에서 골재의 표면에 시멘트페이스트가 흘러내림 없이 코팅되어 압축강도 측면에서 가장 유리한 비율로 알려진 30%를 사용하였다.
- 본 실험에 사용된 시멘트는 KS L 5201의 규정에 적합합 S 사 제품인 보통포틀랜트시멘트를 사용하였다.
- 본 실험에서 사용된 물은 KASS 05010.2.1.3의 규정에 따라 상수도수를 사용하였다.
- 본 실험에서 사용한 난석은 관상용 난의 재배에 있어 화분 하부에 들어가는 것으로써, 다공질의 가벼운 화산암으로 국내 Y상사에서 수입한 일본 원예용경석을 사용하였다.
- 본 실험에서는 쇄석, 재생골재, 팽창점토, 난석 네가지 골재를 사용하여 실험을 실시하였으며, 사용골재에 따른 특성이 비교하면 다음과 같다.
- 본 실험은 골재의 종류에 따른 포러스콘크리트의 물리적, 역학적 특성을 파악하기 위하여 실험을 실시한 것으로 결합재는 보통포틀랜드시멘트가 사용되었으며, 골재는 쇄석, 재생 골재, 팽창점토, 난석의 4가지 골재를 10~20mm의 입도를 갖도록 체가름을 통하여 조정하여 사용하였다.
- 쇄석은 현재 레미콘에서 사용되고 있는 최대치수 25mm 쇄석을 체가름을 통하여 10~20mm의 입도범위로 조정하여 사용하였다.
- 재생골재는 건축물 해체시에 발생한 콘크리트 덩어리를 1 차 가공공정과 2차 가공공정을 거쳐서 25mm이하의 입도로 조정한 골재로서 모재콘크리트의 추정 압축강도가 220~310kgf/cm2S] 재생골재를 10~20mm로 입도조정을 실시하여 사용하였다.
이론/모형
- 굵은골재의 물리적성질은 KS F 2502 (골재의 체가름 시험 방법), KS F 2503 (굵은골재의 비중 및 흡수량 시험방법), KS F 2505 (골재의 단위용적중량 시험방법에 따랐으며, 실험에 투입하기 24시간전 수중에 침수시켜 표면건조 내부포화상태로 실험에 사용하였고, 사용된 굵은골재의 특성은 다음과 같다.
- 슬럼프 시험은 KS F 2401(굳지 않은 콘크리트의 시료 채취 방법)에 따라 시료를 채취하여 KS F 2402(포틀랜드 시멘트콘크리트의 슬럼프 시험방법)에 의거하여 시험하였다.
- 압축강도 시험은 KS F 2405(콘크리트의 압축강도 시험 방법)에 따라 시험용 공시체 높이의 중앙에서 서로 직교하는 두 방향의 지름을 0.01mm의 정밀도로 측정하여 그 평균값을 구하여 시험체의 단면적을 계산하였다.
- 인장강도 시험은 KS F 2423(콘크리트의 인장강도 시험 방법)에 따라 콘크리트의 인장강도는 1개조 3개씩으로 하여 그 평균값을 구하였다.
- 콘크리트의 슬럼프 시험은 KS F 2402(포틀랜드 시멘트 콘크리트의 슬럼프 시험방법)에 의하여 슬럼프 시험을 실시하였으며, 배합된 콘크리트의 압축강도 공시체 제작은 KS F 2403(콘크리트의 강도 시험용 공시체 제작방법)에 의해 각 배합 별로 e>10X20cm의 압축강도용 공시체 3개와 인장강도용 공시체 3개를 제작하였다. 단, 압축강도용 시험체의 경우 강도시험 시 발생할 수 있는 시험체 단부의 파괴를 고려하여하부면도 캡핑을 실시하였다.
- 포러스콘크리트를 패 널 이나 블록등으로 활용하기 위하여 주요 성능이 되는 휨강도 특성을 평가하기 위하여 KS F 2408 (콘크리트의 휨강도 시험방법)에 의거하여 시험체를 제작하여 휨강도를 측정하였다.
성능/효과
- 1) 포러스콘크리트의 슬럼프는 쇄석을 사용한 경우 12~14cm, 재생골재를 사용한 경우 12~16cm, 팽창점토를 사용한 경우 ll~13cm, 난석을 사용한 경우 10.5~llcm로 나타나 골재의 중량이 클수록 슬럼프값이 더 큰 것으로 나타났으며, 타설된 포러스콘크리트는 골재간의 점성이 낮아 작업에 대한 저항이 작으므로, 높은 작업성을 지닌 것으로 파악되었다.
- 2) 포러스콘크리트의 단위용적중량은 쇄석을 사용하였을 경우 1.71~1.75t/m3, 재생골재를 사용하였을 경우 1.58~1.62t/m3, 팽창점토를 사용하였을 경우 1.19~1.20t/m3, 난석을 사용하였을 경우 0.98~1.06t/m3의 값으로 나타나, 골재의 비중과 동일한 결과를 보였다.
- 3) 포러스콘크리트의 압축강도는 쇄석을 사용한 경우 76~102kgf/cm2, 재생골재를 사용한 경우 51~60kgf/cm2, 팽창 점토를 사용한 경우 30~40kgf/cm2, 난석을 사용한 경우 13~16kgf/cn?로 나타났다. 압축강도 결과를 고려할 경우 쇄석과 재생골재는 공극율을 낮춤으로써 구조용이나 약간의 힘을 받는 부위에 사용이 가능할 것으로 판단되며, 팽창 점토와 난석은 비구조용이나 식재용으로 사용되는 것이 적절할 것으로 판단된다.
- 4) 인장강도와 휨강도의 경향은 압축강도와 유사하게 나타났으나 전반적으로 15kgf/cn? 이하의 낮은 값을 보여, 인장력을 받거나 얇은 부재형태의 제품을 생산할 경우 인장력 또는 휨에 대한 보강으로 와이어메쉬, 철근, 플레임의 설치와 같은 조치가 필요할 것으로 사료된다.
- 골재의 종류에 따른 재령별 압축강도의 비를 살펴보면 [Fig 10~11]과 같으며, 재령이 증가할수록 압축강도는 증가되는 것으로 나타났으나, 그 폭은 보통콘크리트에 비하여 미미한 것으로 나타났다.
- 공극율에 따른 단위용적중량은 공극율이 큰 25%배합에서더 작게 나타났으나 공극율 5%변화에 따른 단위용적 중량의 변화는 다소 미미한 것으로 나타났다. 이것은 배합계획에 의한 공극율의 차이는 5%이나, 투입된 재료의 양을 비교할 경우 동일한 굵은골재를 사용하고 시멘트양만이 변화하므로 비교적 작은범위의 단위용적중량의 감소현상이 나타난 것으로 판단된다.
- 공극율에 따른 압축강도는 공극율 20%가 공극율 25%에 대하여 높은 압축강도를 나타냈으며, 공극율 25%는 공극율 20%를 기준으로 하여 7일 압축강도는 74%, 28일 압축강도는 78%로 측정되었다.
- 공극율에 따른 인장강도는 공극율 20%를 기준으로 하여공극율 25%에서 약 82%의 강도발현을 나타내어 압축강도에 비하여 높은 수준이나 인장강도 자체값이 작은점을 고려한다면 큰 의미가 없는 것으로 판단된다.
- 06t/m3의 값으로 나타나, 골재의 비중과 동일 한결 과를 보였다. 본 실험에서 나타난 모든 배합은 경량콘크리트의 기준인 2.0t/m3보다 작은 값을 나타내고 있어 모두 경량콘크리트의 범주에 속하지만 그 활용면에 있어서는 다양한 분포를 알 수 있다.
- 본 실험의 결과 슬럼프값은 쇄석을 사용한 경우 12~14cm, 재생골재를 사용한 경우 12~16cm, 팽창점토를 사용한 경우 ll~13cm, 난석을 사용한 경우 10.5~Hcm로 나타나 골재의 중량이 클수록 슬럼프값이 더 큰 것으로 나타났으며, 이것은 골재 자체가 가진 중량에 의한 위치에너지 효과로 판단된다. 배합공극율에 따른 슬럼프값을 보면 공극율 20%일 경우 10.
- 쇄석의 경우 기존의 구조용 포러스콘크리트로 사용되었으며, 본 연구에서의 공극율이 식생을 위주로하여 다소 높은 20, 25%를 채택하고 있는 점을 고려한다면, 식생을 위한 목적이 아닌 투수나 여과 등의 용도에 사용할 경우 혼화 재의사용이나 시멘트의 양을 증가시킴으로써 충분한 활용 가능성이 있는 것으로 판단된다.
- 나타났다. 압축강도 결과를 고려할 경우 쇄석과 재생골재는 공극율을 낮춤으로써 구조용이나 약간의 힘을 받는 부위에 사용이 가능할 것으로 판단되며, 팽창 점토와 난석은 비구조용이나 식재용으로 사용되는 것이 적절할 것으로 판단된다.
- 즉 공극율 5% 증가에 따라 압축강도는 22~26%가 감소하는 것으로 나타나 포러스콘크리트의 경우 공극율에 따른 압축강도의 변화가 큰 것으로 판명되었으며, 이것은 기존의 연구에서도 물시멘트비에 비하여 공극율이 압축강도에 더 큰 영향을 미치는 것으로 보고되고 있어 동일한 경향을 나타내었다
- 휨강도는 도로의 포장이나 패널, 블록과 같은 가늘고 긴 부재의 생산에 있어 필수적인 성능으로 본 연구에서 제작된 포러스콘크리트에 대하여 휨강도 시험을 실시한 결과 4~8kgf/cn?의 휨강도 값을 나타내었으며, 골재의 종류와 공극율에 따라 약간의 차이를 나타내었으나 제품의 생산적 측면에 미치지 못하는 결과를 보였다.
후속연구
- 그러나 본 연구에서는 구조용, 비구조용 또는 포장용, 식재용 등과 같은 대표적 용도로 구분하였으나 향후 연구에서는 특정용도에 대한 포러스콘크리트의 요구성능을 설정하고 현장 적용시험과 품질관리를 통하여 현장적용성을 높이는 연구가 수행되어져야 하겠다.
- 단위용적중량을 고려할 경우, 쇄석이나 재생골재를 사용한 포러스콘크리트의 경우 호안정지작업 , 도로포장, 인공어초사업과 같은 분야에 사용이 가능 할 것으로 판단되며, 팽창 점토나 난석으로 제작된 포러스콘크리트는 경량화의 요구 폭이 큰 옥상정원의 식재용콘크리트로 사용되는 것이 바람직 할 것이다.
- 실험방법 상 슬럼프시험으로 포러스콘크리트의 유동성을 평가하는 데는 여러가지 문제점이 있으므로 포러스콘크리트의특성에 맞는 새로운 시험방법이 제시되어야 하겠다.
- 이상과 같은 연구를 통하여 골재의 종류에 따른 포러스콘크리트의 제성능을 파악한 결과, 골재의 종류에 따라 사용될 수 있는 용도의 영역을 구분할 수 있는 기초자료를 확보하였다. 그러나 본 연구에서는 구조용, 비구조용 또는 포장용, 식재용 등과 같은 대표적 용도로 구분하였으나 향후 연구에서는 특정용도에 대한 포러스콘크리트의 요구성능을 설정하고 현장 적용시험과 품질관리를 통하여 현장적용성을 높이는 연구가 수행되어져야 하겠다.
- 파괴성상을 관찰한 결과 쇄석, 재생골재, 팽창점토는 경계면이 파괴되어 페이스트의 코팅이 충분할 경우 강도 증진이 예상되나 난석은 골재자체가 지나치게 약하여 파괴균열이 골재를 지나고 있음이 관찰되어 표면결합력만을 이용한 강도 증진이 어려운 것으로 나타나 향후 난석을 사용한 경우 강도 증진에 대한 별도의 연구가 요구되어진다.
- 팽창 점토와 난석을 이용할 경우 급격한 강도저하로 인한 콘크리트 표면의 박리나 골재의 분리, 탈락현상이 쉽게 발생하여, 구조용이나 힘을 받지 않는 부분으로 식물의 뿌리의 활착과 같은 식생 콘크리트로의 활용이 적합할 것으로 생각된다.
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