선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 경상남도를 중심으로 골재 현황과 지질조사 자료를 이용하여 화성암(심성암, 화산암류), 퇴적암류 및 변성퇴적 기원의 변성암 골재를 생산하고 있는 업체를 방문하여 지질조사를 실시하고 암석 유형을 확인한 후 골재를 수집하였다 그리고 부산, 경남 지역에 광범위하게 사용되는 하 성 기원의 잔골재인 구포 사와 재생골재©를 다른 쇄석 골 재와 비교, 분석하기 위해 본 시험에 포함시켰다(Table 2). 시험에 사용한 재생 골재는 1973년에 가설된 부산 북구 만덕동 덕천 2호교(RC Slab 교) 폐콘크리트를 1998년 파 쇄 재생한 것이다.
- 따라서, 본 연구에서는 쇄석 골재의 알칼리-실리카 반응성을 평가하는 모르타르 바 시험 방법 중 판정 결과를 얻는데 6개월이 소요되는 AS™ C 227과 16일 만에 판정 결과를 얻을 수 있는 ASTM C 1260을 선택하여 대표적 암석 유형별로 수집한 12종의 골재들을 대상으로 쇄석 골 재의 반응성을 비교, 분석하였다. 또한 본 연구에서는 반응성 골재의 입자크기 및 입도가 모르타르 바의 알칼리- 실리카 반응 팽창에 미치는 영향에 관하여 검토하였다.
- 본 연구에서는 골재의 암석 종류 및 구성 광물을 파악하기 위해서 암석학적 기법과 함께 X선 회절분석(XRD)을 실시하였다. X선 회절분석(XRD)은 부산대학교 지질학과에서 Rigaku사의 Geierflex 23이을 사용하여 측정하였다.
- 산업폐기물의 활용과 자원 보호 차원에서 플라이애쉬°, 고로슬래그 미분말气 실리카퓸° 이 광물 혼화재로 널리 사용되고 있고, 최근 우수한 포졸란 반응 특성으로 인해 그 활용이 연구되고 있는 혼화재로 메타카올린4이 있다. 혼화재의 용도는 상당히 많지만 본 연구에서는 쇄석 골재 사용으로 문제 되고 있는 알칼리-실리카 반응에 있어서 플라이애쉬, 고로슬래그 미분말, 실리카 퓸 및 메타카올린을 혼화 재료로 사용할 경우 알칼리-실리 카 반응에 미치는 영향을 알아보고자 시멘트에 대한 혼화 재의 치환율을 달리하여 ASW C 1260 시험법으로 알칼리-실리카 반응 팽창 저감효과를 평가하여 보았다.
제안 방법
- ASTM C 1260에 의한 모르타르 바 시험 결과 골재 3 (퇴적암)과 골재 9(변성암)는 영점 읽기 후 14일에 0.2% 이상의 팽창을 나타내 ASTM C 1260 규정에 따라 반응성 골재로 판정하였다(Fig. 7, 11).
- NaOH 용액이 들어 있는 용기는 polypropylene으로 밀봉이 가능하도록 제작하였으며, 모르타르 바의 길이변화는 영점 읽기 후 3, 6, 9, 12, 14일 및 14일 이후 7일 간격으로 42일까지 매번 같은 시간에 측정하였다.
- 그리고 No.l6(1.2mm) 및 No.l00(0.15仃m)체에 잔류한 두 종류의 입자크기의 골재를 질량비가 각각 0.85: 0.15, 0.55: 0.45 및 0.30: 0.70의 비율이 되도록 혼합한 것과 25 ~ 0.15 mm의 5종류의 체에 잔류한 것을 Table 4에 표시 한 비율로 혼합하여 혼합 입자크기의 골재로 시험하였다. 이상과 같은 조건에 대해 ASTM C 1260 시험법으로 모 르타르 바를 제작하고, 각각 0.
- 따라서, 본 연구에서는 쇄석 골재의 알칼리-실리카 반응성을 평가하는 모르타르 바 시험 방법 중 판정 결과를 얻는데 6개월이 소요되는 AS™ C 227과 16일 만에 판정 결과를 얻을 수 있는 ASTM C 1260을 선택하여 대표적 암석 유형별로 수집한 12종의 골재들을 대상으로 쇄석 골 재의 반응성을 비교, 분석하였다. 또한 본 연구에서는 반응성 골재의 입자크기 및 입도가 모르타르 바의 알칼리- 실리카 반응 팽창에 미치는 영향에 관하여 검토하였다.
- 모르타르 배합은 Table 5와 같고, 각 치환율 당 3개의 길이 변화 시편을 제작하였다. 모 르타르 바의 길이 변화는 ASTM C 1260 규정에 따라 영 점 읽기 후 3, 6, 9, 12, 14일에 대해 매번 같은 시간에 측정하였다.
- 항습 실에 보관하였다. 모르타르 바의 길이 변화는 초기길이 측정 후 재령 14일, 12개월 동안 1개월 간격으로 그리고 12개월 이후에는 재령 15, 18, 24개월에 대해 측정하였다.
- 본 연구에서 시험한 각 혼화재(MK, GGBFS, FA, SF) 의 치환율은 0, 5, 10, 15, 25 및 35%로 하였으며, 모르타 르 길이 변화 시편 제작 시 모르타르 유동성 시험을 병행하여 어느 정도의 유동성을 갖는 혼화재는 치환율을 더 증가 시켜 45(FA), 55%(GGBFS)까지 치환율을 달리하여 길이 변화 시험을 수행하였다. 모르타르 배합은 Table 5와 같고, 각 치환율 당 3개의 길이 변화 시편을 제작하였다.
- 본 연구에서는 14일 이후 7일 간격으로 4번을 더 측정하여 42일까지의 길이 변화율을 알아보았다. 그 결과, 반응성 골재로 판정된 골재 3(퇴적암)과 골재 9(변성암)는 계 속 적으로 팽창이 일어나 42일에는 03% 이상의 길이 변화 율을 나타내었고(Fig.
- 본 연구에서는 골재의 물리적 성질을 파악하기 위해 골 재의 비중 및 흡수율 시험(KS F 25W), 단위 중량 시험 (KS F 2505) 및 골재에 포함된 잔 입자 시험(KS F 2511)을 행하였다.
- 여러 종류의 쇄석 골재에 대해 알칼리 반응성을 검토한 후, 반응성이 있는 것으로 판정된 변성암 골재(골재 9)를 사용하여 반응성 골재의 입자크기와 입도가 모르타르 바의 알칼리-실리카 반응 팽창에 미치는 영향에 관하여 검토하였다
- 15 mm의 5종류의 체에 잔류한 것을 Table 4에 표시 한 비율로 혼합하여 혼합 입자크기의 골재로 시험하였다. 이상과 같은 조건에 대해 ASTM C 1260 시험법으로 모 르타르 바를 제작하고, 각각 0.5N, 1N 및 2N의 NaOH 용액으로 시험하여 길이 변화를 측정하였다.
대상 데이터
- 골재를 체 가름하여 No.8(2.5mm), No.l6(1.2 mm), No.30(0.6mm), No.50(0.3 mm) 및 No.l00(0.15mm)의 체 (5가지) 에 잔류한 것을 각각 단일 입자크기의 골재로 시험하였다.
- 47로 배합을 하였다. 길이 변화 시편은 2.5 X 2.5x30 cm 치수의 봉을 사용하여 제작하였다. 제작된 모 르타르 바는 24시간 동안 23 ℃의 온도로 유지시키고 탈 형한 다음 길이를 측정하였다(initial reading).
- 본 연구에 사용된 쇄석 골재에는 알칼리-실리카 반응을 일으키기 쉬운 단백석(opal), 트리디마이트(tridymite), 크 리 스토발 라이트 (cristobalite) 및 칼 세도니 (cha面cedony) 와 같은 광물'7)은 없었으며, 전체적으로 석영^(quartz)과장 석 (feldspar) 이 주성분이며, 운모(mica)류 광물, 점토광물인 녹니석(chlorite)이 포함되어 있다. 변질된 화산암 골재 7, 8에는 지올라이트 그룹의 광물로서 함수 팽창성을 보이는 로우몬타이트(laumontite)가 특징적으로 함유되어 있는 것으로 나타났다(Table 6).
- 본 연구에서는 IOWA Department of Transportation에서 알칼리-실리카 반응이 확인된 Mo-Sci Corporation의 Borosilicate glass를 ASTM C 1260 시험법의 적용성과 타당성 검토를 위해 표준재료로 시험에 포함시켰다. 시험 결과, Fig.
- 사용한 시멘트는 국내 S 사의 보통 포틀랜드 시멘트로서, 화학성분은 Table 1과 같다. 알칼리-실리카 반응에 관련된 시멘트의 화학성분은 주로 K£>와 "의 알칼리 성분이며, 일반적으로 등가알칼리량 (0.
- 본 연구에서는 하동. 산청 지역의 고령석 광물을 국내 A사에서 소성 제조한 메타카올린(metakaolin, MK), 광양 제철소에서 발생되는 고로슬래그를 미분쇄한 국내 K사의 고로슬래그 미 분말(ground granulated blast furnace slag, GGBFS), 당진화력발전소의 원료를 정제 처리한 국내 S 사의 플라이애쉬(fly ash, FA) 및 국외 E사의 초미 분말 실리카퓸(sHica fume, SF)을 사용하였으며, 각 혼화재의 화학성분은 Table 3과 같다.
- 경상남도를 중심으로 골재 현황과 지질조사 자료를 이용하여 화성암(심성암, 화산암류), 퇴적암류 및 변성퇴적 기원의 변성암 골재를 생산하고 있는 업체를 방문하여 지질조사를 실시하고 암석 유형을 확인한 후 골재를 수집하였다 그리고 부산, 경남 지역에 광범위하게 사용되는 하 성 기원의 잔골재인 구포 사와 재생골재©를 다른 쇄석 골 재와 비교, 분석하기 위해 본 시험에 포함시켰다(Table 2). 시험에 사용한 재생 골재는 1973년에 가설된 부산 북구 만덕동 덕천 2호교(RC Slab 교) 폐콘크리트를 1998년 파 쇄 재생한 것이다.
이론/모형
- 본 연구에서는 골재의 암석 종류 및 구성 광물을 파악하기 위해서 암석학적 기법과 함께 X선 회절분석(XRD)을 실시하였다. X선 회절분석(XRD)은 부산대학교 지질학과에서 Rigaku사의 Geierflex 23이을 사용하여 측정하였다.
성능/효과
- 1) ASW C 227의 기준에 의하면 모든 시험 골재가 무해한 것으로 나타났지만 AS™ C 1260의 기준을 적용할 경우 2곳의 골재가 반응성이 있는 것으로 나타났다.
- 2) ASTM C 227에 의해 24개월이 지난 후에도 나타나지 않은 현상이 AS™ C 1260으로 짧은 기간에 반응성을 나타내는 골재를 알 수 있었다. 이처럼 ASTM C 1260에 의한 모르타르 바 시험법은 단기간에 반응성 골재를 확인하는데 유용할 뿐만 아니라 반응이 천천히 일어나는 골재 및 알칼리가 추가되는 환경에 건설되는 콘크리트용 골재에 대한 유해성을 판정하는데 더욱 안전하고 효과적인 것으로 판단된다.
- 2.5 ~ 1.2mm(No.l6체에 잔류) 및 0.3 ~ 0.15mm(No.l00 체에 잔류)의 2종류의 입자크기의 골재를 혼합하여 제작한 모르타르 바를 ASTM C 1260으로 시험한 결과, Fig. 14에서 보는 바와 같이 NaOH 용액 농도가 0.5N, 1N 및 2N에 대하여 입자크기가 작은 0.3 ~ 0.15mm(No.l00 체에 잔류)의 골재의 혼합비율이 증가할수록 팽창률은 커지는 것을 알 수 있다. 그리고 각각의 혼합비율에 대해 NaOH 용액 농도가 0.
- 3) 입자크기가 작거나 또는 조립률(FM)이 작은 반응성 골재일수록 알칼리-실리카 반응에 의한 팽창이 증가하였으며, 알칼리 용액의 농도가 클수록 알칼리-실리카 반응이 촉진되는 것을 알 수 있었다
- 4) ASTM C 1260에 의해 0.2% 이상의 팽창을 나타낸 반응성 골재(골재 9, 변성암)의 경우, 알칼리-실리카 반응을 억제할 수 있는 시멘트 중량에 대한 혼화재의 최소 유효 치환율이 플라이애쉬는 25%, 실리카퓸은 10%, 메 타 카올린은 25%, 고로슬래그 미분말은 35%로 각각 나타났으며, 이 치환율은 반응성 골재에 의한 알칼리-실리 카 반응의 피해를 방지할 수 있을 것으로 판단된다.
- 고로슬래그 미분말은 치환율 55%가 가장 작은 팽창률을 나타내었지만 치환율 35%가 실리카퓸 치환율 10%와 비슷한 저감효과를 나타내는 것으로 보아 고로슬래그 미분말 의 최소 유효 치환율은 35%인 것으로 판단된다(Fig. 19).
- 본 연구에서는 14일 이후 7일 간격으로 4번을 더 측정하여 42일까지의 길이 변화율을 알아보았다. 그 결과, 반응성 골재로 판정된 골재 3(퇴적암)과 골재 9(변성암)는 계 속 적으로 팽창이 일어나 42일에는 03% 이상의 길이 변화 율을 나타내었고(Fig. 7, 11), Fig. 12에서 보는 바와 같이 불규칙적인 거북이 등과 같은 균열이 생긴 것을 알 수 있었다. 일반적으로 결정도가 낮은 세립의 이차생성 광물들이 퇴적암과 변성암의 교결물질로 많이 함유되어 있는데 이러한 결정도가 낮은 광물들이 화학적으로 불안정함으로서 인해 반응성을 보이는 것으로 생각된다.
- 05% 이상)의 팽창을 나타내는 골재는 없었다. 따라서 본 연구에 사용된 골재는 ASTM C 227 규정을 만족하는 것으로 나타났다. 본 연구에서는 알칼리-실리카 반응이 천천히 일어나는 골재의 존재 여부를 확인하기 위하여 24개월 동안 모르타르 바의 길이 변화를 계속 측정하였는데, 그 결과 재령 24개월이 되어도 0.
- 또한, 두 방법의 시험 결과는 콘크리트 구조물의 설치 후 장기적으로 알칼리가 추가되는 환경에 노출될 경우에는 골재의 알칼리-실리카 반응성이 더욱 현저해질 수 있음을 시사한다. 따라서, 이러한 환경에서 설치되는 콘크리트용 골재의 반응성은 ASTM C 1260 시험법으로 판정하는 것이 더욱 안전할 것으로 판단된다.
- 06% 이상)의 팽창에서 유해임을 판정하는 ASWC 227에서는 반응성이 나타나지 않은 골재가 ASTM C 1260에서는 반응성이 있는 것으로 나타나 ASTM C 1260 시험법이 단기간에 반응성 골재를 확인하는데 유용할 뿐만 아니라 반응이 천천히 일어나는 골재에 대한 유해성을 판정하는데 효과적인 것으로 판단된다. 또한, 두 방법의 시험 결과는 콘크리트 구조물의 설치 후 장기적으로 알칼리가 추가되는 환경에 노출될 경우에는 골재의 알칼리-실리카 반응성이 더욱 현저해질 수 있음을 시사한다. 따라서, 이러한 환경에서 설치되는 콘크리트용 골재의 반응성은 ASTM C 1260 시험법으로 판정하는 것이 더욱 안전할 것으로 판단된다.
- 본 연구에 사용된 쇄석 골재에는 알칼리-실리카 반응을 일으키기 쉬운 단백석(opal), 트리디마이트(tridymite), 크 리 스토발 라이트 (cristobalite) 및 칼 세도니 (cha面cedony) 와 같은 광물'7)은 없었으며, 전체적으로 석영^(quartz)과장 석 (feldspar) 이 주성분이며, 운모(mica)류 광물, 점토광물인 녹니석(chlorite)이 포함되어 있다. 변질된 화산암 골재 7, 8에는 지올라이트 그룹의 광물로서 함수 팽창성을 보이는 로우몬타이트(laumontite)가 특징적으로 함유되어 있는 것으로 나타났다(Table 6). 또한, 세일이 접촉변성 받아 생성된 호온펠스(골재 9)에는 이차 생성된 미세석영과 방해석들이 다량 포함되어 있었다.
- 본 시험에 사용된 골재 중에서 6개월에 0.1% 이상(3개월에 0.06% 이상)의 팽창에서 유해임을 판정하는 ASWC 227에서는 반응성이 나타나지 않은 골재가 ASTM C 1260에서는 반응성이 있는 것으로 나타나 ASTM C 1260 시험법이 단기간에 반응성 골재를 확인하는데 유용할 뿐만 아니라 반응이 천천히 일어나는 골재에 대한 유해성을 판정하는데 효과적인 것으로 판단된다. 또한, 두 방법의 시험 결과는 콘크리트 구조물의 설치 후 장기적으로 알칼리가 추가되는 환경에 노출될 경우에는 골재의 알칼리-실리카 반응성이 더욱 현저해질 수 있음을 시사한다.
- 본 연구에 사용된 쇄석 골재들은 대체로 2.5 ~ 2.6 정도의 비중을 나타냈으나 골재 1(재생 골재), 골재 5(화강암) 및 골재 7(안산암)은 다른 골재에 비해 비중은 작고 흡수율은 3 ~ 3.5배 정도 큰 것으로 나타났다(Fig. 1, 2). 골재 5와 골재 6은 같은 유형의 암석인 화강암인데도 불구하고 Fig.
- 7, 11). 본 연구에서 사용한 골 재 4와 10은 영점 읽기 후 14일이 아니라 42일에 01% 이상의 팽창을 나타냈지만 골재 5~8(Fig. 9)과 비교해 본다면 팽창이 지속적으로 증가하고 있어 유해 가능성이 있는 것으로 판단된다.
- 이러한 차이는 골재 5가 풍화 가 상당히 진행된 화강암 석분인 것으로 보아, 골재 구성 광물의 입도뿐만 아니라 조직 및 풍화 정도가 물성에 영향을 준 것으로 판단된다. 본 연구에서 사용한 재생골재(골 재 1)와 쇄석 골재(골재 3 ~ 12)는 천연골재(골재 2)보다 단위 중량이 큰 것으로 나타났다(Fig 3). 쇄석 골재는 암석을 파쇄하는 과정에서 충격에 의해 미세입자들이 다량 함유될 수 있으므로 천연골재의 잔입자량과 차이를 파악할 필요가 있다.
- 본 연구에서 판정된 반응성 골재에 대해 혼화재를 사용하여 알칼리-실리카 반응에 대한 저감효과를 알아본 결과, 메타카올린은 5%로 치환한 경우에는 오히려 팽창을 증가 시 키는 역효과를 가져왔으며 고로슬래그 미 분말 35% 치환은 플라이애쉬 10%, 실리카퓸 10%, 메타카올린 15 % 치환과 비슷한 길이 변화를 나타낸 것을 알 수 있었다 (Fig. 16 ~19).
- 따라서 본 연구에 사용된 골재는 ASTM C 227 규정을 만족하는 것으로 나타났다. 본 연구에서는 알칼리-실리카 반응이 천천히 일어나는 골재의 존재 여부를 확인하기 위하여 24개월 동안 모르타르 바의 길이 변화를 계속 측정하였는데, 그 결과 재령 24개월이 되어도 0.05% 이상의 길 이 변화를 나타내는 골재는 없었으며 8개월 이후에는 재령에 따른 길이 변화율의 변화도 거의 없는 것을 알 수 있다. (Fig.
- 본 연구에서는 IOWA Department of Transportation에서 알칼리-실리카 반응이 확인된 Mo-Sci Corporation의 Borosilicate glass를 ASTM C 1260 시험법의 적용성과 타당성 검토를 위해 표준재료로 시험에 포함시켰다. 시험 결과, Fig. 5에서 보는 바와 같이 영점 읽기 후 14일에 0.25% 이상의 팽창을 나타내는 것을 확인할 수 있었다.
- 실리카퓸은 10% 이상의 치환율에서 알칼리-실리카 반응 저감효과가 있는 것으로 나타났다. 그리고 Fig.
- ,ar(2002)9)등의 연구 결과에서도 나타났으며, 이 원인은 현재의 시험 결과로서는 명확하게 규명되지 않고 있다. 실리카퓸은 보다 적은 양으로 알칼리-실리카 반응을 완화하는데 좋은 결과를 나타내므로 실리카퓸 10% 치환이 팽 창저감에 효과적인 최소 치환량인 것으로 판단된다.
- 플라이 애 쉬와 실리카퓸은 5%, 고로슬래그 미분말은 15 %, 메타카올린은 10%로 치환한 경우는 알칼리-실리카 반응에 대한 저감효과는 있었지만 영점 읽기 후 14일의 길이 변화가 ASTM C 1260에서 규정한 0.1 % 팽창을 넘는 것으로 나타나 유해한 팽창을 억제하기로는 치환량이 부족한 것을 알 수 있었다.
- 플라이애쉬, 실리카퓸, 고로슬래그 미분말 및 메타카올린 의 알칼리-실리카 반응에 대한 팽창억제는 모르타르의 수밀성 증가로 인한 알칼리 침투 억제 효과와 모르타르 내 가용 포틀랜다이트 양이 줄어 유해성이 높은 알칼리-칼슘 형의 실리카겔 형성을 감소시킴에 따라 팽창률이 저하된 것으로 판단되며μ 유해성이 높은 Ca-함유 실리카겔 형 성을 감소시킬 수 있는 혼화재의 포졸란 반응 특성은 각각 다른 것으로 나타났다.
후속연구
- 5) 본 연구에 나타났듯이, 국내에서도 쇄석 골재 사용 시 알칼리-실리카 반응성에 대한 검토를 반드시 수행하고, 이에 대한 피해 방지를 위한 방안으로 혼화재 사용에 대한 검토와 규정의 수립을 제안한다
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.