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문제 정의
- 본 연구는 국내에서 생산되는 순환 골재 및 고로슬래그 시멘트를 사용한 증기양생 및 수중 양생 콘크리트의 여러 가지 강도와 관련된 특성에 대한 성능평가를 수행하였으며 이를 통해 순환 골재를 콘크리트 블록 및 콘크리트 하 수관 등의 콘크리트 2차 제품에 본격적으로 활용하기 위한 기본자료를 축적하였다. 본 연구에서 수행한 실험을 통한 구체적인 연구 결과는 다음과 같다.
- 또한 수중 양생한 재생 콘크리트에 대해서도 동일한 강도 특성 실험을 수행하였으며 동시에 증기양생 및 수중 양생한 재생 콘크리트에 대한 부착 강도 실험을 수행하였다. 이와 함께 본 연구에서는 고로슬래그 시멘트와 순환 골재를 사용한 증기양생 콘크리트에 대해서도 강도실 험을 수행하였다.
제안 방법
- 콘크리트의 압축강도 시험은 KS F 2405(콘크리트의 압축강도 시험 방법)에 따라 하중을 매초 0.06±0Q!MPa로 일정한 속도로 가하면서 수행하였다.
- 이에 따라, 본 연구에서는 폐콘크리트 재활용 가능성에 대한 일환으로 순환 굵은 골재 및 잔골재를 사용한 콘크리트를 증기 양생한 후 압축강도, 인장강도 및 휨강도 특성을 분석하였다. 또한 수중 양생한 재생 콘크리트에 대해서도 동일한 강도 특성 실험을 수행하였으며 동시에 증기양생 및 수중 양생한 재생 콘크리트에 대한 부착 강도 실험을 수행하였다. 이와 함께 본 연구에서는 고로슬래그 시멘트와 순환 골재를 사용한 증기양생 콘크리트에 대해서도 강도실 험을 수행하였다.
- 이에 따라, 본 연구에서는 폐콘크리트 재활용 가능성에 대한 일환으로 순환 굵은 골재 및 잔골재를 사용한 콘크리트를 증기 양생한 후 압축강도, 인장강도 및 휨강도 특성을 분석하였다. 또한 수중 양생한 재생 콘크리트에 대해서도 동일한 강도 특성 실험을 수행하였으며 동시에 증기양생 및 수중 양생한 재생 콘크리트에 대한 부착 강도 실험을 수행하였다.
- 또한 중앙에 철근이 매입된 25x25x25cm의 시편 48개를 제작하여 부착실험을 실시하였다. 제작된 공 시체는 24시간 후 몰드를 탈형 하여 28일 동안 20±2°C로 유지되는 수조에 침지한 수중 양생의 경우와 24시간 동안 60±2°C의 온도로 증기 양생한 후 몰드를 제거하는 두 가지 방법으로 양생하여 양생 방법에 따른 강도 특성 변화를 살펴보았다.
- 한편, 천연골재에 대한 순환 골재 치환율을 주요 실험 변수로 하여 굵은 골재 치환율 0%, 50%, 100%의 3가지 수준에 대해 각각 잔골재 치환율 0%, 100%의 2가지 수준으로 나누어 실험을 실시하였다. 이 경우 증기양생을 실 시한 시편은 보통 포틀랜드시멘트를 사용한 경우 각각 SRG0-0, SRG0-1, SRG50-0, SRG50-1, SRG100-0, SRG100T로, 슬래그 시멘트를 사용한 경우는 각각 SSRG0-0, SSRG50-0, SSRG100-0, SSRG100T 로 나타내었다.
대상 데이터
- 5x40cm)를 제작하였다. 또한 중앙에 철근이 매입된 25x25x25cm의 시편 48개를 제작하여 부착실험을 실시하였다. 제작된 공 시체는 24시간 후 몰드를 탈형 하여 28일 동안 20±2°C로 유지되는 수조에 침지한 수중 양생의 경우와 24시간 동안 60±2°C의 온도로 증기 양생한 후 몰드를 제거하는 두 가지 방법으로 양생하여 양생 방법에 따른 강도 특성 변화를 살펴보았다.
- 본 연구에 사용한 순환 골재는 전주 시내에 위치한 재활용업체에서 채취하였고, 분쇄, 세척 및 분류과정을 통하여 생산된 순환 굵은 골재 중 본 실험에서는 30mm를 통과하고 5 mm 체(No. 4번체)에 남는 골재를 사용하였다. 또한, 순환 골재에 포함된 유해한 불순물(벽돌, 아스팔트 유리, 인조석, 타일, 종이, 나무 등)은 가능한 한 제거 후 사용하였다.
- 또한, 수중 양생을 한 경우에는 각각 RG0-0, RG0-1, RG50-0, RG50-1, RG100-0, RG100T로 표시하였다. 압축 강도, 쪼갬인 장강도 및 염소이온투과 실험을 위해 총 180개의 원 주형 공시 체( 10x20cm)를 제작하였으며, 휨강도 실험을 위해 총 盛 개의 각주형 공시 체(7.5x7.5x40cm)를 제작하였다. 또한 중앙에 철근이 매입된 25x25x25cm의 시편 48개를 제작하여 부착실험을 실시하였다.
- 콘크리트의 쪼갬 인장강도 및 휨강도 실험은 각각 KS F 2423(콘크리트의 인장강도 시험) 및 KS F 2407(콘크리트의 휨강도 시험)의 규정에 따라 수행하였으며, 실험 시 편은 각각 1*20 ( cm 원주형공시체와 7.5x7.5x40cm의 각 주형 공시 체를 사용하였다.
성능/효과
- Fig. 7(a)를 보면 고로슬래그 시멘트 콘크리트의 휨강도는 순환 굵은 골재 치환율이 0%, 50%, 100%인 경우에 각각 보통 포틀랜드시멘트 콘크리트의 92.8 %, 96.8 %, 108.1 %를 나타내고 있으며 이것은 압축강도 및 쪼갬인 장강도 실험과 비교하면 상대적으로 시멘트 종류에 따른 강도 차이가 작게 나타나는 것을 알 수 있다. 한편, Fig.
- 1) 순환 굵은 골재 치환율이 증가함에 따라서 압축강도, 쪼갬인 장강도 휨강도 및 부착 강도는 모두 감소하였다. 이 경우 순환 굵은 골재 치환율 50%에서는 강도감소 폭이 작지만 순환 굵은 골재 치환율 100%인 경우에는 강도감소 폭이 크게 나타난다.
- 2) 순환 잔골재를 100% 치환하는 경우 자연 모래 만을 사용하는 경우에 비해 대부분의 강도 특성이 저하되었으며, 특히 증기양생 콘크리트의 경우 순환 잔골재 사용에 따른 강도 저하 현상이 뚜렷하게 나타났다. 이 경우, 수중 양생 콘크리트의 압축강도 및 휨강도는 순환 잔골재를 100% 치환한 경우 상대적인 강도 감소량이 작게 나타났다.
- 3) 증기양생 고로슬래그 시멘트 콘크리트에 대한 강도실 험결과 압축강도 쪼갬인 장강도 및 부착 강도의 순서로 증기양생 보통포틀랜드시멘트 콘크리트에 비해 7일 강도가 낮게 나타났다. 이것은 수화반응 대신 포졸란 반응에 의해 강도를 발휘하는 고로슬래그 시멘트의 특성에 따른 것으로 판단된다.
- 4) 본 연구 결과 순환 골재를 활용한 콘크리트 2차 제품을 생산하는 경우 순환 굵은 골재는 50% 이하로 하는 것이 바람직할 것으로 판단된다.
- 5) 본 연구에서는 순환잔골재를 100% 치환한 경우 수중 양생콘크리트에 비해 증기 양생 콘크리트의 강도 저하 현상이 크게 나타났다. 이 경우 증기 양생을 수행하는 콘크리트 2차 제품에 순환잔골재를 활용하기 위해서는 추가적인 연구를 통해 순환잔골재의 적절한 치환율 제시가 필요할 것으로 판단된다.
- 이 경우 증기양생 시편의 압축강도는 몰드를 제거한 후 1주일 후 측정하였다. Fig. 2에 따르면 양생 방법 및 순환 잔골재 사용 여부에 관계없이 순환 굵은 골재 치환율이 증가할수록 압축강도가 저하되는 경향을 보이는 것을 알 수 있으며 최대 감소율은 수중 양생의 경우 순환 잔골재 사용에 관계없이 약 33%, 증기양생의 경우 순환 잔골재를 100% 치환한 경우 약 28%로 나타났다. 한편, 일 반적으로 순환 굵은 골재 치환율 50%인 경우는 순환 굵은 골재 치환율이 0%인 콘크리트와 압축강도에 있어 큰 차이를 보이지 않았지만 순환 잔골재를 100% 치환하여 증 기 양생한 경우는 압축강도가 순환 굵은 골재를 치환하지 않은 콘크리트에 비해 73% 정도로 작게 나타났다.
- Fig. 4를 보면 순환 잔골재를 사용하지 않은 경우에는 순환 굵은 골재 치환율이 커짐에 따라 쪼갬인 장강 도가 감소하여 순환 굵은 골재 치환율이 100%인 경우는 순환 골재 치환율 0 %인 보통 콘크리트에 비해 수중 양생 시 약 25%, 증기양생 시 37%의 쪼갬인 장강 도가 감소하였다. 한편, 순환 잔골재를 100% 치환한 경우에는 순환 굵은 골재 치환율이 100%인 상태에서 순환 골재 치환율 0%인 경우와 비교하여 수중 양생 시 약 51%, 증기양생 시 42%의 쪼갬인 장강 도가 감소하였다.
- 1과 6〜8 정도이다. 따라서 본 실험에서 사용된 순환 골재의 비중은 낮고 흡수율은 보통 골재보다 상대적으로 높았지만, 조립율은 양호한 편이다
- 한편, 일 반적으로 순환 굵은 골재 치환율 50%인 경우는 순환 굵은 골재 치환율이 0%인 콘크리트와 압축강도에 있어 큰 차이를 보이지 않았지만 순환 잔골재를 100% 치환하여 증 기 양생한 경우는 압축강도가 순환 굵은 골재를 치환하지 않은 콘크리트에 비해 73% 정도로 작게 나타났다. 또한, 순환 잔골재를 100% 치환한 경우에는 순환 잔골재를 사용하지 않은 경우와 비교하여 수중 양생 시 압축강도가 순환 굵은 골재 치환율에 따라 각각 1.7%, 9.0%, 2.4% 감소하는 결과를 보였다. 이것은 2丄1절에서 언급한 모든 골재를 순환 골재로 사용한 경우 굵은 골재만을 순환 골재로 100 % 치환한 경우에 비해 20〜40% 정도 압축강도가 낮다는 연구 결과와는 일치하지 않는 결과이다 2).
- 본 연구에서는 골재의 재료적 특성(비중, 골재 상태 등) 을 고려하여 순환 골재 치환율에 따라 배합설계를 수행하였으며, 순환 골재의 낮은 비중과 높은 흡수율 때문에 순환 골재 치환율이 증가할수록 단위 수량은 증가하고 단위 부피 당 골재의 양은 감소하였다. Tables 2 및 3은 보통 포틀랜드시멘트 및 슬래그가 50% 혼입된 S사 슬래그 시멘트 를 사용한 경우 순환 골재 치환율에 따른 콘크리트 시방 배 합을 나타낸 것이다.
- 8은 각 시편의 부착 강도를 양생 방법 및 순환 골재 치환율에 따라 도시한 것이다. 순환 굵은 골재 치환율에 따른 부착 강도는 0%와 50%의 경우에 큰 차이를 보이지 않았으며 순환 굵은 골재를 100% 사용한 경우에는 치환율 0%에 비해 71 % (RG100-0) ~85 % (RG100-1) 수준의 부 착 강도를 나타내었다. 또한, 각각의 순환 굵은 골재 치환율에 대해 순환 잔골재를 100% 사용한 경우에는 순환 잔골재를 사용하지 않은 경우에 비해 부착 강도가 약 12-18% 정도 저하되고 있다.
- 4를 보면 순환 잔골재를 사용하지 않은 경우에는 순환 굵은 골재 치환율이 커짐에 따라 쪼갬인 장강 도가 감소하여 순환 굵은 골재 치환율이 100%인 경우는 순환 골재 치환율 0 %인 보통 콘크리트에 비해 수중 양생 시 약 25%, 증기양생 시 37%의 쪼갬인 장강 도가 감소하였다. 한편, 순환 잔골재를 100% 치환한 경우에는 순환 굵은 골재 치환율이 100%인 상태에서 순환 골재 치환율 0%인 경우와 비교하여 수중 양생 시 약 51%, 증기양생 시 42%의 쪼갬인 장강 도가 감소하였다. 이것은 2丄2절에서 언급한 Mukai et al.
- 2에 따르면 양생 방법 및 순환 잔골재 사용 여부에 관계없이 순환 굵은 골재 치환율이 증가할수록 압축강도가 저하되는 경향을 보이는 것을 알 수 있으며 최대 감소율은 수중 양생의 경우 순환 잔골재 사용에 관계없이 약 33%, 증기양생의 경우 순환 잔골재를 100% 치환한 경우 약 28%로 나타났다. 한편, 일 반적으로 순환 굵은 골재 치환율 50%인 경우는 순환 굵은 골재 치환율이 0%인 콘크리트와 압축강도에 있어 큰 차이를 보이지 않았지만 순환 잔골재를 100% 치환하여 증 기 양생한 경우는 압축강도가 순환 굵은 골재를 치환하지 않은 콘크리트에 비해 73% 정도로 작게 나타났다. 또한, 순환 잔골재를 100% 치환한 경우에는 순환 잔골재를 사용하지 않은 경우와 비교하여 수중 양생 시 압축강도가 순환 굵은 골재 치환율에 따라 각각 1.
후속연구
- 그러나, 순환 골재의 경우는 천연골재에 비해 품질이 다소 떨어지는 문제가 있기 때문에 순환 골재를 사용한 콘크리트 구조물은 아직까 지는 본격적으로 건설된 사례가 없으며, 특히 순환 골재의 경우 97% 이상이 부가가치가 적은 성토 재 및 도로 보조기 층용으로 사용되고 있는 실정이다. 따라서, 소비자의 인식 전환 및 신뢰성 확보를 통해 재생 콘크리트의 활용 측면에서 새로운 용도개발 및 적극적 재활용 기반 확충이 필요하며 콘크리트 2차 제품의 경우 이러한 목적을 위해가 장 현실적인 대안이 될 수 있을 것으로 기대된다
- 5) 본 연구에서는 순환잔골재를 100% 치환한 경우 수중 양생콘크리트에 비해 증기 양생 콘크리트의 강도 저하 현상이 크게 나타났다. 이 경우 증기 양생을 수행하는 콘크리트 2차 제품에 순환잔골재를 활용하기 위해서는 추가적인 연구를 통해 순환잔골재의 적절한 치환율 제시가 필요할 것으로 판단된다.
- 9를 을 보면 증기양생 고로슬래그 시멘트 콘크리트의 7일 부착 강도는 증기양생 보통 포틀랜드시멘트 콘크리트의 58%〜73%로 압축강도 및 쪼갬인 장강도 실험의 경우에 비해서 고로슬래그 시멘트 콘크리트의 단기적인 부착 강도 저하 경향이 더욱 크게 나타나고 있는 것을 알 수 있다. 이 경우 콘크리트와 보강 철근 사이의 부착 강도가 충분히 확보되지 않는 경우에는 철근콘크리트 역학의 주요 기본가정 중의 하나인 콘크리트와 내부 보강 철근이 일체로 거동한다는 가정을 만족시키지 못할 가능성이 나타나며, 이것은 기존의 역학적인 이론에 근거한 해석 및 설계를 만족하지 못해 구조적인 문제가 발생할 가능성이 생긴다 다만 본 실험 결과는 단기적인 결과를 나타내고 있기 때문에 좀 더 장기적인 부착 강도 실험 결과를 통해 증기양생 고로슬래그 시멘트 콘크리트의 적용성을 평가할 필요가 있는 것으로 판단된다.
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