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문제 정의
- 따라서 본 연구는 재생 골재 콘크리트의 적극적인 활용을 위하여 재생 굵은 골재를 대체율에 따라 혼합골재로 하는 재생골재 콘크리트의 동결융해 저항성, 탄산화 저항성 및 건조수축에 대한 시험을 실시하여, 내구 특성의 영향요 인을 분석하고 내구성 증진방안을 강구함으로써 재생 골재 콘크리트의 품질과 신뢰성을 확보하는데 그 목적이 있다.
- 또한 기존 문헌이나 연구 결과에 의하면, 천연골재에 대한 재생골재의 최적 혼입률은 약 25~30% 수준으로 알려져 있으나, 본 연구에서는 재생 골재의 적극적인 활용을 위하여 0, 15, 30, 45, 60%씩 총 5개 수준의 단계별로 대체 하여, 재생 굵은 골재의 대체율에 따른 특성 변화를 관측하고자 하였다.
- 흡수율이 보통 골재에 비해 다소 높은 재생 골 재의 특성을 고려하여 단위 수량은 175, 185kg/m3으로 결정하여 그 내구 특성을 비교하였다. 일반적인 콘크리트용 혼화재로서의 Fly-Ash는 약 7~12%가량 사용되는 것으로 보고 되고 있으나, 본 실험적 연구에서는 학술적인 성격으로 현장 적용을 위하여 0, 10%로 대체하여 재생 골재 콘크리트에 대한 영향을 분석하고자 하였다.
- 재생 골재를 구조용 콘크리트의 골재로 활용하기 위하여 재생 굵은 골재를 대체율에 따라 혼합골재로 하는 재생 골재 콘크리트의 내구 특성에 관한 실험적 연구 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
제안 방법
- 본 실험은 재생 굵은 골재를 대체율에 따라 혼합골재로 하는 재생 골재 콘크리트의 내구 특성을 도출하고, 이를 천연골재를 사용한 보통 콘크리트와 비교. 분석하기 위하여 배합을 계획하였다.
- 본 실험은 재생 굵은 골재를 대체율에 따라 혼합골재로 하는 재생 골재 콘크리트의 내구 특성을 도출하고, 이를 천연골재를 사용한 보통 콘크리트와 비교. 분석하기 위하여 배합을 계획하였다. 재생 골재 콘크리트의 물리적 및 역학적 특성 연구에 대한 분석을 통해 설계 기준강도는 구조용 활용 가능 범위로 현재 범용으로 사용되고 있는 24MPa로 설정하였다.
- 2%의 조건으로 행하였다. 실험체 주변의 환경 조건을 균등하게 하기 위하여 시험체의 간격을 20mm 이상으로 하고 시험체의 측면이 수직이 되도록 배치하였으며, C以의 균등한 공급을 위해 주입구 노즐을 분산 배치하였다.
- 재생 골재 콘크리트의 동결융해 작용에 의한 내구성 저하를 검토하기 위하여 80x100x400mm의 시험체를 제작하여 2주간 수중 양생을 실시한 후KSF 2456(급속 동결융 해에 대한 콘크리트의 저항 시험법)의 시험 방법 중 B 방법 인 기중동결, 수중융해 조건으로 콘크리트 시편에 간극수 의 빙점 이하의 온도와 빙점 이상의 온도를 주기적으로 가하여 실험을 실시하였다.
- 건조하였다. 촉진 탄산화 시험은 전 양생 기간 8주 경과 후 온도 20±2 ℃, 상대습도 60±5%, 탄산가스 농도 5.0±0.2%의 조건으로 행하였다. 실험체 주변의 환경 조건을 균등하게 하기 위하여 시험체의 간격을 20mm 이상으로 하고 시험체의 측면이 수직이 되도록 배치하였으며, C以의 균등한 공급을 위해 주입구 노즐을 분산 배치하였다.
- 측정은 소정의 재령(1, 2, 4, 8주)에서 실험체의 끝단부터 약 5 cm 직각으로 절단하고, 1%의 페놀프탈레인 용액 을 분사한 후, 콘크리트 표면에서 착색 부분(자적색)까지의 거리를 4개 면에서 1개소씩 버니어켈리퍼스로 계측하여 평균한 값을 탄산화 깊이(탄산화 심도)로 판정하였다.
- 재생 골재 콘크리트의 건조수축에 의한 길이 변화 시험은 KS F 2424(모르타르 및 콘크리트의 길이변화 시험방법) 에 의한 방법 중 다이얼 게이지 법을 사용하여 측정값을 1萨mm까지 측정을 실시하였으며, 공시 체는 100x100x400 mm로 KS F 5105의 10항에 규정한 성형 방법에 의거 제작하고, 20±2℃의 실내에서 습윤상태를 유지한 후 성형 24시간 뒤에 탈형 하였다. 탈형 후 온도 20±2℃에서 수중 양 생하고, 재령 7일이 되었을 때 온도 20+2 ℃, 습도 60+5% 의 항온항습실에서 다이얼게이지를 고정하여 측정하고, 이 시점을 기준으로 1, 4, 8, 12주 차의 콘크리트 내부의 잉여 수 증발에 따른 수축변화 정도를 측정하였다.
- 재생 골재 콘크리트의 물리적 및 역학적 특성 연구에 대한 분석을 통해 설계 기준강도는 구조용 활용 가능 범위로 현재 범용으로 사용되고 있는 24MPa로 설정하였다. 흡수율이 보통 골재에 비해 다소 높은 재생 골 재의 특성을 고려하여 단위 수량은 175, 185kg/m3으로 결정하여 그 내구 특성을 비교하였다. 일반적인 콘크리트용 혼화재로서의 Fly-Ash는 약 7~12%가량 사용되는 것으로 보고 되고 있으나, 본 실험적 연구에서는 학술적인 성격으로 현장 적용을 위하여 0, 10%로 대체하여 재생 골재 콘크리트에 대한 영향을 분석하고자 하였다.
대상 데이터
- 본 실험에 사용된 시멘트는 KS L 5201 규정을 만족하는 보통 포틀랜드 시멘트를 사용하였다.
- 본 실험에서 사용한 잔골재는 인천산 세척 해사를 사용하였다. 물리적 성질은 KS F 2504(잔골재의 비중 및 흡수 량 시험방법), KS F 2505(골재의 단위용적 중량 시험방 법)에 따라 기초 물성을 시험하였으며, 그 결과는 다음 Table 4와 같다.
- 분석하기 위하여 배합을 계획하였다. 재생 골재 콘크리트의 물리적 및 역학적 특성 연구에 대한 분석을 통해 설계 기준강도는 구조용 활용 가능 범위로 현재 범용으로 사용되고 있는 24MPa로 설정하였다. 흡수율이 보통 골재에 비해 다소 높은 재생 골 재의 특성을 고려하여 단위 수량은 175, 185kg/m3으로 결정하여 그 내구 특성을 비교하였다.
- 천연 굵은 골재는 일반적으로 레디믹스트 콘크리트 제조 시 적용되고 있는 25mm 이하의 쇄석을 사용하였다. 재생 굵은 골재는 KS F 2573(콘크리트용 재생 골재)의 1종의 규격을 만족하는 재생 굵은 골재를 사용하였으며, 이에 대한 물리적인 성질은 Table 3과 같다. 또한 재생 골재의 대체율에 따른 혼합골재의 입도 분포는 Fig.
- 천연 굵은 골재는 일반적으로 레디믹스트 콘크리트 제조 시 적용되고 있는 25mm 이하의 쇄석을 사용하였다. 재생 굵은 골재는 KS F 2573(콘크리트용 재생 골재)의 1종의 규격을 만족하는 재생 굵은 골재를 사용하였으며, 이에 대한 물리적인 성질은 Table 3과 같다.
이론/모형
- 본 실험에서 사용한 잔골재는 인천산 세척 해사를 사용하였다. 물리적 성질은 KS F 2504(잔골재의 비중 및 흡수 량 시험방법), KS F 2505(골재의 단위용적 중량 시험방 법)에 따라 기초 물성을 시험하였으며, 그 결과는 다음 Table 4와 같다.
- 재생 골재 콘크리트의 건조수축에 의한 길이 변화 시험은 KS F 2424(모르타르 및 콘크리트의 길이변화 시험방법) 에 의한 방법 중 다이얼 게이지 법을 사용하여 측정값을 1萨mm까지 측정을 실시하였으며, 공시 체는 100x100x400 mm로 KS F 5105의 10항에 규정한 성형 방법에 의거 제작하고, 20±2℃의 실내에서 습윤상태를 유지한 후 성형 24시간 뒤에 탈형 하였다. 탈형 후 온도 20±2℃에서 수중 양 생하고, 재령 7일이 되었을 때 온도 20+2 ℃, 습도 60+5% 의 항온항습실에서 다이얼게이지를 고정하여 측정하고, 이 시점을 기준으로 1, 4, 8, 12주 차의 콘크리트 내부의 잉여 수 증발에 따른 수축변화 정도를 측정하였다.
성능/효과
- 1) 재생 골재 콘크리트의 동결융해 저항성 시험에서 상대 동탄성계수는 3Bcycle이 경과한 후, 전 배합에서 90 %를 상회하는 우수한 결과로서 일반 쇄석을 사용한 보통 콘크리트의 상대 동탄성계수 범위인 97.5~90.6%와 유사한 내동해성을 보여주고 있다.
- 1종 재생 굵은 골재로 대체하고 플라이애쉬를 혼입한 재 생골재 콘크리트는 동결융해 300 사이클 전 과정에서 상 대 동탄성계수가 평균 96.2%로 플라이애쉬 무 혼입 재생 골재 콘크리트의 94.8%보다 재생 골재 대체율과 무관하게 다소 향상된 결과가 나타났다.
- 1종 재생 굵은 골재를 대체율에 따라 혼합골재로 하는 설 계기 준강도 24MPa의 재생 골재 콘크리트의 동결융해 저 항성 실험 결과, 1종 재생 굵은 골재를 사용한 1급 재생 골재 콘크리트의 상대동 탄성계수는 300cycle이 경과한 후, 재생 골재 대체율에 관계없이 전 배합에서 90%를 상회하는 우수한 결과를 보였다. 또한, 1급 재생 골재 콘크리트의 전 cycle에서는 99.
- 2) 재생 골재 콘크리트의 촉진 탄산화 깊이는 보통 콘크리트와 유사하거나 다소 감소하는 경향으로 나타났으며, 시멘트 대체재로 플라이애쉬 10% 혼입한 재생 골재 콘크리트는 플라이애쉬를 무 혼입한 재생 골재 콘크리트보다 재생 골재 대체율에 상관없이 약 5% 정도의 촉진 탄 산화 깊이가 촉진되는 것으로 나타났다.
- 3) 재생 골재 콘크리트의 건조 수축에 의한 길이 변화율은 보통 콘크리트의 길이 변화율보다 18.5-3.9% 작게 나타났다. 플라이애쉬를 혼입한 재생골재 콘크리트의 길 이변화율은 플라이애쉬 무혼입 재생 골재 콘크리트보다 평균 4.
- 71 mm 와 유사한 경향을 나타냈다. 또한 1종 재생 굵은 골재로 대체한 재생 골재 콘크리트는 재령 8주에서의 촉진 탄산화 깊이는 대체율이 15, 30, 45, 60% 증가함에 따라, 6.71, 6.70, 6.06,5.54mm로 대체하지 않은 보통 콘크리트의 7.29mm와 유사하거나 다소 감소하는 경향을 나타내었다. 이러한 경향은 재생 골재로 100% 대체한 재생 골재 콘크리트의 이산화 탄소 확산계수 시험 결과 상대습도 45% 이상에서는 보통 콘크리트와 차이를 보이지 않으며, 탄산화 현상이 현저하게 진행되지 않는다는 최근 연구발표(2)와 유사한 결과로, 이는 쇄석보다 비교적 둥근 입형을 가지고 있어 입형 개 선효과로 인한 실적률의 증가가 콘크리트 내부를 밀실하게 만들어 탄산가스의 침투가 적었던 것으로 판단된다.
- 본 연구범위에서 측정된 재생 골재 콘크리트의 대체율과플라이애쉬 혼입에 따른 재령 12주의 길이 변화율은 Fig. 10과 같으며, 전 배합에서 플라이애쉬를 혼입한 재생 골재 콘크리트의 길이 변화율이 플라이애쉬 무 혼입 재생 골재 콘크리트보다 평균 4.0% 높게 나타났다. 그러나 이는 보통 콘크리트의 8.
- 이러한 현상은 재생 골재 대체율 30% 이상에서는 내동 해성이 저하된다는 기존의 연구결과◎와는 다소 상이한 결과로서, 이는 기존 연구에 사용되었던 재생 골재의 흡수율이 7% 이상으로서 현재 KS F 2573(콘크리트용 재생 골 재)의 1종을 만족하지 못했던 품질에서 기인한 것으로 사료된다.
- 일반적인 재생 골재 콘크리트의 건조수축에 의한 길이변화 특성은 재생 골재의 대체율이 증가함에 따라 원 골재에 부착한 모르타르가 많을수록 길이 변화율은 다소 커지는 것으로 알려져 있으나, 본 연구범위에서의 실험 결과는 Fig. 9에서와같이 1종 재생 굵은 골재를 혼합 사용한 1급 재생 골재 콘크리트의 재령 12주에서의 건조수축에 의한 길이 변화율은 전 배합에서 4.1 ~4.6x10「4 정도로 나타나, 대체 사용하지 않은 보통 콘크리트의 길이 변화율 4.8X10-4보다 18.5-3.9% 작게 나타났다.
- 재생 굵은 골재를 대체율에 따라 혼합골재로 하는 모든 재생 골재 콘크리트에서 대체율이 증가함에 따라 대체적으 로 낮은 경향의 질량감소율을 보였으나, 모두 0.8% 범위 미만의 감소율로서 그 차이는 미미한 것으로 판단된다.
- 7은 재생 굵은 골재를 대체율에 따라 혼합 사용한 재 생골재 콘크리트에서 플라이애쉬 10% 혼입과 무혼입의 변화에 따른 촉진 탄산화 깊이를 나타낸 것이다. 재생굵은골재 를 대체율에 따라 혼합 사용하고, 시멘트 대체재로 플라이 애 쉬 10% 혼입한 재생 골재 콘크리트는 플라이애쉬를 무 혼입 한 재생 골재 콘크리트보다 재생 골재 대체율에 상관없이 약 5% 정도의 촉진 탄산화 깊이가 촉진되는 것으로 타났다. 이러한 경향은 플라이애쉬의 결합재 치환의 경우 시멘트 수화 생성물인 수산화칼슘의 소비를 증대 시켜 콘크리트의 알칼리 도를 저하시켜 탄산화를 촉진시키는 것으로 판단된다.
- 9% 작게 나타났다. 플라이애쉬를 혼입한 재생골재 콘크리트의 길 이변화율은 플라이애쉬 무혼입 재생 골재 콘크리트보다 평균 4.0% 높게 나타났으나, 이는 보통 콘크리트 8.1 %의 절반 수준으로 재생골재 콘크리트의 길이변화율 에 있어 플라이애쉬혼입이 보통 콘크리트에 비해 상대적으로 효과적일 것으로 판단된다.
후속연구
- Table 1은 국내 재생 골재 관련 연구가 시작된 1993년부터 현재까지 재생 골재를 혼합골재로 하는 구조용 재생 골 재 콘크리트의 관련 연구발표 횟수를 KS F 2573(콘크리트용 재생 골재)의 규격에 따라 정리한 것으로, 본 연구 범위의 1종 재생 골재를 사용한 재생 골재 콘크리트의 내구특성에 관한 연구는 매우 부족한 실정으로 구조체 적용을 위한 장기안정성 관련 연구가 절실히 요구된다.
- 일 반적 으로 콘크리트의 탄산화저 항성은 물시 멘트비 에 의해 평가되어지고 있으나, 본 실험적 연구의 범위에서는 동일한 물 결합재 비이지만, 다소나마 탄산화 깊이의 차이가 보여 졌다. 그러나 그림에서와같이 재생 골재의 대체율에 관계없이 탄산화 깊이와 초음파 속도 및 탄산화 깊이와 압축강도 사이에는 비교적 좋은 대응이 보여 졌기 때문에 압축강도를 향상시키고, 콘크리트 내부를 밀실하게 하는 것에 의해 재생 골재 콘크리트에서도 보통 콘크리트 와 동등하거나 향상된 탄산화 저항성의 내구 특성을 확보 할 수 있을 것으로 판단된다.
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