[논문]재생골재 콘크리트의 강도 및 파괴특성 실험

김진철; 양성철; 조윤호; 김남호

문제 정의

따라서, 본 논문에서는 재생골재를 사용한 콘크리트의 강도 및 파괴특성을 천연쇄석골재를 사용한 콘크리트와 비교하여 재생골재를 콘크리 트포장의 표층에 적용할 수 있는지 에 대한 기 초연구를 수행하였다.
본 논문에서는 재생골재를 사용한 콘크리트의 강도 및 파괴특성에 대한 실험과 분석을 통하여 콘크리트 포장 슬래브에 적용가능 여부에 대하여 고찰하였으며. 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.

제안 방법

빔 시편의 중앙점에 하중(P)을 재하하였으며, 파괴특성 값인 K;c 와 CTOR는 전술한 바와 같이 P-CMOD 관계로부터 계산하였다.
5-1% 및 5- 1cm로 하였다. 재생골재는 용적비로 치환하였으며, 표 1은 본 연구에 사용된 콘크리트 배합을 나타낸 것이다.
5kgf/otf /min, 쪼갬인장강도는 7~ 14kgf/atf/min으로 재하하였다. 정탄성계수는 #의 재하속도로 변형률 50xl0<m/ni에 도달하였을 때의 응력과 극한하중의 40% 도달하였을 때 변형률을 이용하여 할선탄성계수로 계산하였다.
01mm/min의 재하속도로 하중을 가하였다. 최대점을 지나최대하중의 95%가 되었을 때 , 1분내에 모든 하중이 제거되도록 하였으며, 그 후 다시 하중을 재하하여, 각각의 컴플라이언스(G , C)를 계산한 후 세부적인계산절차에 의해와 CTOR를산정하였다.
콘크리트 배합은 고속도로 포장용 콘크리트 배합을 기준으로 굵은골재 최대치수 32mm, 물-시멘트비 45 %, 목표 공기량 및 슬럼프은 각각 4.5-1% 및 5- 1cm로 하였다. 재생골재는 용적비로 치환하였으며, 표 1은 본 연구에 사용된 콘크리트 배합을 나타낸 것이다.
콘크리트는 150x300- 원주형 공시체를 제작하여 재령 3, 7 및 28일에 압축강도, 쪼갬인장강도 및 탄성계수를 측정하였다. 강도시험기는 유압에 의해 속도가 조절되는 것으로 압축강도는 1.
파괴역학시험은 Jenq와 Shah의 TPFM을 기초로 제안된 RI LEM 방법을 사용하여 그림 2와 같이 시편 중앙 하단에 깊이 50mm의 노치를 약 3mm 폭으로 절단하였다. 빔 시편의 중앙점에 하중(P)을 재하하였으며, 파괴특성 값인 K;c 와 CTOR는 전술한 바와 같이 P-CMOD 관계로부터 계산하였다.

대상 데이터

보통포틀랜드 시멘트를 사용하였으며, 분말도 약 4, 000g/atf의 고로슬래그 미분말을 시멘트 중량비 40% 혼합하여 골재와 시멘트 메트릭스사이의 계면 특성 향상을 도모하였다. 천연골재는 표건비중2.
시 험장치로는 closed loop 제어 가 가능한 Instrong사의 -25 톤 시험기와 -4nnn 범위의 CMOD 게이지를 사용하였으며, CMOD를 0.01mm/min의 재하속도로 하중을 가하였다. 최대점을 지나최대하중의 95%가 되었을 때 , 1분내에 모든 하중이 제거되도록 하였으며, 그 후 다시 하중을 재하하여, 각각의 컴플라이언스(G , C)를 계산한 후 세부적인계산절차에 의해와 CTOR를산정하였다.
향상을 도모하였다. 천연골재는 표건비중2.69, 흡수율 0.82, 최대치수 32m 굵은골재, 잔골재는 표건비중 2.60인 세척사를 사용하였으며 , 재생골재는 국내 I사에서 생산된 것으로 최대치수 32m, 비중 2.42, 흡수율 5.99%로서 한국산업규격에서 규정하고 있는 2종 재생 굵은골재에 해당하였다.

데이터처리

시험체의 제원은 그림 2와 같으며 , 각 콘크리트 배합 및 재령별로 3개의 공시체를 제작하여 평균값을 계산하였다.

성능/효과

1. 재생콘크리트의 초기재령 강도는 낮았으나 재령증가에 따라 재령 28일 강도는 기준 콘크리트와 거의 유사한 값을 나타내었다. 또한 고로슬래그 미분말을 혼합한 재생콘크리트의 재령 28일 압축 및 인장강도는 기준콘크리트의 강도를 상회함으로써 강도개선효과를 확인할 수 있었다.
2. 압축강도와 쪼갬인장강도 사이의 관계는 보통 콘크리트의 경우 ACI 318 위원회에서 제안한 값보다 낮고 결정계수도 0.63으로 나타났다. 또한 압축강도와 탄성계수 사이에는 ACI 318 위원회에서 제시하는 식과 유사하게 나타났지만 상관관계는 다소 낮게 나타났다.
3. 파괴에너지 계산결과 압축강도에 비해 초기 재령에서 재생콘크리트의 파괴특성이 우수한 것으로 나타났으며, 특히 고로슬래그 미분말 혼합 재생 콘크리트의 증가율이 매우 크게 나타났다. 이러한 증가율은 재령이 증가하면서 둔화되어 기준 콘크리트와 유사한 값으로 나타났다.
특히 고로슬래그 미분말을 혼합한 경우 개선효과가 현저한 것을 알 수 있다. 3일 이후의 재령에서는 재생골재 혼합에 따른 파괴특성값의 변화가 기준콘크리트와 거의 유사한 수준으로 나타났다.
4. TPFM 실험방법의 신뢰성을 확인하기 위해 P-CMOD 측정결과를 이용해 이론적으로 구한 탄성계수와 실험적으로 구한 탄성계수 사이의 상관관계가 높음을 확인하였다. 이러한 신뢰성을 바탕으로 쪼갬인장강도와 인장강도 및 압축강도와파괴 에너지의 상관관계식을 도출한 결과 상관성이 높게 나타났다
재생콘크리트의 초기재령 강도는 낮았으나 재령증가에 따라 재령 28일 강도는 기준 콘크리트와 거의 유사한 값을 나타내었다. 또한 고로슬래그 미분말을 혼합한 재생콘크리트의 재령 28일 압축 및 인장강도는 기준콘크리트의 강도를 상회함으로써 강도개선효과를 확인할 수 있었다. 탄성계수는 골재 강성의 차이로 인하여 낮게 나타났다.
와 같은 상관식을 제안하였다. 본 연구에서는 그림 6과 같이 ACI 318 위원회식보다는 Oluokun 제안식에 근접하는 회귀식을 나타내었다. 상관성을 나타내는 결정계수는 0.
앞에서 고찰한 압축강도 측정결과와 유사하게 재생 골재를 사용함에 따라 기준콘크리트에 대한 파괴 에너지비가 감소하였으나, 고로슬래그 미분말을 사용한 콘크리트는 재령 28일 파괴에너지비가 크게 증가하는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 고로슬래그의 잠재수경성 반응이 골재와 시멘트 매트릭스의 계면 특성을 향상시켜 부착강도가 증가되었기 때문으로 생각된다.
그림 11이다. 이 그림에서 TPFM으로부터 계산된 콘크리트의 탄성계수는 측정된 값보다 약 13% 정도 큰 값을 나타내었지만 결정계수는 0.72로서 상관관계가 비교적 크게 나타나 본 실험방법의 신뢰성을 확인할 수 있었다.
TPFM 실험방법의 신뢰성을 확인하기 위해 P-CMOD 측정결과를 이용해 이론적으로 구한 탄성계수와 실험적으로 구한 탄성계수 사이의 상관관계가 높음을 확인하였다. 이러한 신뢰성을 바탕으로 쪼갬인장강도와 인장강도 및 압축강도와파괴 에너지의 상관관계식을 도출한 결과 상관성이 높게 나타났다

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