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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 자기충전성, 경량성 및 설계 기준강도 30MPa 이상을 만족하는 고강도경량콘크리트를 제조하기 위하여 Nan S.의 자기충전콘크리트 배합설계 방법 중 주요인자인 PF를 수정 및 보완하여 자기충전 콘크리트의 기준배합을 선정하였다.
가설 설정
- 노력의 절감 효과가 크다. 이러한 예비 실험에 의해 굵은골재와 잔골재 각각의 PF를 계산한 다음 잔골재율은 일반적으로 자기충전콘크리트에 있어서 50~57%의 범위에 존재하기 때문에 잔골재율을 53%로 가정한 후 최종적으로 PF 값을 결정한다.
제안 방법
- 경량골재의 표면건조 포화상태는 콘크리트 배합 24시간 전에 pre-wetting 과정을 통하여 수분을 충분히 흡수시켜 표면건조 포화상태로 제조하였다.
- 다중회귀분석은 LC 및 LS의 혼합률을 독립변수로 하고 경화콘크리트의 역학적 특성인 압축강도 및 기건단위용적질량을 종속변수로 하여 추정식을 제시하고 실측값과 비교 . 검토하였다.
- 의 배합설계법을 수정 . 보완하여 사용하였다. 즉 Nan S.
- 의 자기충전콘크리트 배합설계 방법 중 주요인자인 PF를 수정 및 보완하여 자기충전 콘크리트의 기준배합을 선정하였다. 선정된 기준 자기충전 콘크리트의 배합 비를 활용하여 경량골재를 부피비로 혼합하여 고강도경량 자기충전콘크리트를 제조한 후 굳지 않은 상태에서의 각종 성능평가를 실시하였으며, 또한 경화된 콘크리트의 각종 역학적 특성을 검토하였다.
- 위하여 Nan S.의 자기충전콘크리트 배합설계 방법 중 주요인자인 PF를 수정 및 보완하여 자기충전 콘크리트의 기준배합을 선정하였다. 선정된 기준 자기충전 콘크리트의 배합 비를 활용하여 경량골재를 부피비로 혼합하여 고강도경량 자기충전콘크리트를 제조한 후 굳지 않은 상태에서의 각종 성능평가를 실시하였으며, 또한 경화된 콘크리트의 각종 역학적 특성을 검토하였다.
- 자기충전콘크리트의 유동성을 확보하기 위하여 폴리카르본산계 고성능 감수제 및 공기연행제를 사용하였으며 밀도 및 사용량은 각각 1.10+0.02 및 1.04±0.이와 시멘트 질량에 대하여 1.0±0.1 % 및 0.005+0.001 %를 사용하였다.
- 보완하여 사용하였다. 즉 Nan S. 배합설계법에서 주요인자인 PF 가정의 모호성을 해결하기 위한 방안으로 본 연구에서는 사전 실험을 실시하여 PF 값을 찾을 수 있도록 하였다职 수정된 PF 값은 ASW C 29에 따라 실험을 실시하여 골재의 느슨한 상태에 대한 밀실한 상태의 단위용적질량의 비로서 콘크리트 배합에 적용되는 잔골재율에 따라 가중치를 적용하여 구한 값이다⑪
- 콘크리트의 압축강도는 재령 3, 7 및 28일에서 측정하였으며, 쪼갬 인장강도, 탄성계수 및 기건 단위용적 질량은 재령 28일에 측정하였다.
대상 데이터
- 경량골재는 표면건조 포화상태의 조건으로 콘크리트를 제조하였다. 경량골재의 표면건조 포화상태는 콘크리트 배합 24시간 전에 pre-wetting 과정을 통하여 수분을 충분히 흡수시켜 표면건조 포화상태로 제조하였다.
- 시멘트는 밀도 3.15g/cm3 및 비표면적 3, 539cm, g인 국내 S사의 보통포틀랜드시멘트(이하 OPC로 약함)를 사용하였다. 굵은골재는 최대치수 20mm, 밀도 2.
- 72以皿?인 부순골재(이하 NC로 약함)를 사용하였고, 잔골재는 밀도 2.55g/cm31?! 예천산 강모래(이하 RS로 약함)를 사용하였다 경량골재는 유문암계 미분말을 주원료로 제조한 것을 사용하였으며, 경량굵은골재(이하 応로 약함)의 최대치수는 20 mm, 밀도는 1.58 g/cn?이고, 경량잔골재(이하 LS로 약함)의 밀도는 1.87g/cm3, 0.
- 55g/cm31?! 예천산 강모래(이하 RS로 약함)를 사용하였다 경량골재는 유문암계 미분말을 주원료로 제조한 것을 사용하였으며, 경량굵은골재(이하 応로 약함)의 최대치수는 20 mm, 밀도는 1.58 g/cn?이고, 경량잔골재(이하 LS로 약함)의 밀도는 1.87g/cm3, 0.08mm 통과 미립분 양 5%인 것을 사용하였다. 사용 골재의 물리적 성질은 Table 1과 같다.
- 콘크리트 시험용 공시체는 다짐작업 없이 0 100x200mm 로 제조하였으며, 제작된 공시체는 24시간 후에 몰드를 제거한 다음 시험 전 까지 20+3 ℃에서 수중 표준양생을 실시하였다. 콘크리트의 압축강도는 재령 3, 7 및 28일에서 측정하였으며, 쪼갬 인장강도, 탄성계수 및 기건 단위용적 질량은 재령 28일에 측정하였다.
데이터처리
- 또한 경화된 콘크리트의 경량골재 혼합률에 따른 특성을 통계프로그램 SPSS를 이용하여 다중회귀분석을 실시하였다. 다중회귀분석은 LC 및 LS의 혼합률을 독립변수로 하고 경화콘크리트의 역학적 특성인 압축강도 및 기건단위용적질량을 종속변수로 하여 추정식을 제시하고 실측값과 비교 .
성능/효과
- 1) 유동성 분석 결과 Group F를 제외한 모든 배합에서 목표 성능을 만족하였으며, 재료분리저항성 측정 결과는 Group D, E 및 F 배합에 목표 성능을 만족하였고 충전성 평가 결과 Group C를 제외한 모든 배합에서 목표 기준을 만족하고 있어, 고강도경량 자기충전 콘크리트를 제조할 경우 경량 잔. 굵은골재를 동시에 혼합하여 사용하는 것이 자기충전성을 만족할 것으로 판단된다.
- 2) 고강도경량 자기충전콘크리트의 재령 28일 압축강도 측정 결과 기준 콘크리트에 비해 최대 36.6%의 압축강도 감소 경향이 있었으나 모든 배합에서 30MPa 이상의 압축강도가 발현되었고, 쪼갬 인장강도 및 탄성계수 측정 결과는 기존의 연구 경향과 유사하였으며, 구조적 효율을 검토한 결과 LC의 혼합률 75%, LS의 혼합률 50% 이상 동시에 혼합하여 사용하는 것이 바람직 할 것으로 판단된다.
- 3) 통계분석에 의한 고강도경량 자기충전콘크리트의 경량골재 혼합률에 따른 압축강도 예측식은 상관계수 0.83, 기건 단위용적질량 예측식은 상관계수 0.99로 나타났으며, 실측값과 비교한 결과 압축강도 예측은 Mix No 4 및 9에서 최대인 17%의 차이를 보이고 있었고, 기건 단위용적질량 예측은 실측값과 유사한 경향을 나타내고 있어, 앞으로 추가적인 반복 실험을 실시하여 통계분석을 실시한다면 보다 신뢰성 높은 예측식을 얻을 수 있을 것으로 판단된다.
- 9는 고강도경량 자기충전콘크리트의 자중감소 효과를 알아보기 위하여 재령 28일의 콘크리트 기건 단위용적 질량을 측정하여 정리한 것이다. Fig. 9의 결과 자중감소 효과는 LC 및 LS(Group B 및 C)를 각각 혼합한 경우 최대 15%의 자중 감소효과가 있었지만, LC 및 LS(Group D, E 및 F)를 동시에 혼합한 경우 최대 26%의 자중감소 효과가 있다. 따라서 고강도경량 자기충전콘크리트를 제조할 경우 경량잔골재 및 굵은골재를 동시에 혼합하여 사용하는 것이 자중 감소에 유리할 것으로 판단된다.
- 6의 결과 LC만을 혼합하여 제조할 경우 혼합률 75%까지는 구조적 효율성은 큰 차이를 나타내고 있지 않지만 혼합률 100%의 경우 기준 콘크리트에 비해 약 20% 감소하는 경향이 있다. 그러나 LS 만을 혼합한 경우는 LS 혼합률이 증가할수록 구조적 효율성도 다소 증가하는 경향을 나타냈으며, 혼합률 100%의 경우 최대 40% 정도의 구조적 효율성이 증가하는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 LC 및 LS를 각각 혼합하여 제조할 경우 기준 콘크리트에 비해 기건 단위용적질량의 차이가 크게 감소하지 않은 상태에서 압축강도 발현현상이 상이하게 나타난 결과로 판단된다.
- 3의 Slump-flow 500 mm 도달시간은 대부분 모든 배합에서 본 연구에서 제시한 목표 성능 범위를 만족하였다. 그러나 V-funnel 유하시간은 Group D, E 및 F에서 목표 기준 범위를 대부분 만족하고 있으나, Group C의 경우 LS의 혼합률이 증가할수록 Slump-flow 500 mm 도달시간과 V-fimnel 유하시간이 목표 범위보다 점차 지연되는 경향이 나타났다. 이러한 원인은 LS의 혼합률이 증가함에 따라 비례적으로 미분이 증가하여 점성이 증가되었기 때문으로 판단된다.
- 것이다. 다중회귀분석 결과 압축강도 예측식인 식 (2)는 상관계수가 83%로 나타나 경량골재 혼합률에 따른 압축강도 예측은 어느 정도 상관성이 있는 것으로 판단되며, 기건 단위용적질량과 경량골재 혼합률과의 상관계수는 식 (3)에 나타나듯이 99%로 우수하게 나타났다.
- 이는 LC와 LS를 동시에 혼합하여 사용함으로서 콘크리트의 자중 감소 효과에 영향을 받은 것으로 판단된다. 따라서 고강도경량 자기충전콘크리트 제조에 있어서 LC 및 LS를 동시에 혼합하여 사용하는 것이 바람직할 것으로 판단된다.
- 9의 결과 자중감소 효과는 LC 및 LS(Group B 및 C)를 각각 혼합한 경우 최대 15%의 자중 감소효과가 있었지만, LC 및 LS(Group D, E 및 F)를 동시에 혼합한 경우 최대 26%의 자중감소 효과가 있다. 따라서 고강도경량 자기충전콘크리트를 제조할 경우 경량잔골재 및 굵은골재를 동시에 혼합하여 사용하는 것이 자중 감소에 유리할 것으로 판단된다. 따라서 자기충전성을 만족하며, 압축강도와의 관계를 고려한 구조적 효율성이 높은 경량 잔골재의 혼합률 75%와 경량굵은골재의 혼합률 100%를 동시에 혼합하여 고강도경량 자기충전 콘크리트를 제조하는 것이 바람직하다고 판단된다.
- 따라서 고강도경량 자기충전콘크리트를 제조할 경우 경량잔골재 및 굵은골재를 동시에 혼합하여 사용하는 것이 자중 감소에 유리할 것으로 판단된다. 따라서 자기충전성을 만족하며, 압축강도와의 관계를 고려한 구조적 효율성이 높은 경량 잔골재의 혼합률 75%와 경량굵은골재의 혼합률 100%를 동시에 혼합하여 고강도경량 자기충전 콘크리트를 제조하는 것이 바람직하다고 판단된다.
- 이는 Group B 및 C의 압축강도 결과와 관계가 있는 것으로 판단된다. 따라서, 구조적 효율성을 고려하여 고강도경 량 자기충전콘크리트를 제조할 경우 LC의 혼합률 75%와 LS의 혼합률 50% 이상을 고려하여 제조하는 것이 바람직할 것으로 판단된다.
- 1, 666kg/m3AS 측정되었다. 따라서, 잔골재율 53%를 적용시켜 골재의 PF 값을 계산한 결과 약 1.18로 계산된다. 식 (1)은 PF 값을 결정하기 위한 계산식이다.
- 08mm체 통과량 7% 이하인 5%로서 기준 범위를 만족하고 있다. 또한 LC 및 LS를 동시에 혼합하여 고강도경량 자기충전 콘크리트를 제조한 Group D, E 및 F의 경우 DC 및 LS를 각각 혼합하여 제조한 Group B 및 C와 비교하여 Slump-flow 500 mm 도달시간과 V-fumel 유하시간이 다소 빠르고 기준범위를 대부분 만족하는 것으로 나타났다. 이는 LC와 LS를 동시에 혼합하여 사용함으로서 콘크리트의 자중 감소 효과에 영향을 받은 것으로 판단된다.
- 즉, LC만(Group B)을 사용한 경우 혼합률이 증가함에 따라서 다소 감소하다가 LC 혼합률 100%에서 약 31%의 압축강도 감소 현상이 나타났으며, 반대로 LS 만(Group C)을 사용한 경우에는 혼합률이 증가함에 따라 압축강도가 증가하여 LS 100%의 경우 기준에 비해 약 20%의 압축강도 증가 현상이 나타났다. 또한, LC 및 LS를 동시에 혼합하여 제조한 Group D의 경우 구조적 효율이 기준과 비교하여 현저히 저하하는 경향이 나타났으며, Group E의 경우는 기준과 비교하여 거의 동등한 구조적 효율성을 나타내고 있다. 이는 Group B 및 C의 압축강도 결과와 관계가 있는 것으로 판단된다.
- 본 연구에서 ASTM C 29에 의하여 골재의 느슨한 상태와 밀실한 상태의 단위용적질량을 측정한 결과 굵은골재의 느슨한 단위용적질량은 1, 461 kg/m3 밀실한 상태의 단위 용적 질량은 1, 668kg/m3£ 측정되었고, 잔골재의 느슨한 단위용적질량은 1, 376kg/m3 밀실한 상태의 단위용적 질량은 1, 666kg/m3AS 측정되었다. 따라서, 잔골재율 53%를 적용시켜 골재의 PF 값을 계산한 결과 약 1.
- 이러한 결과는 LC 및 LS를 각각 혼합하여 제조할 경우 기준 콘크리트에 비해 기건 단위용적질량의 차이가 크게 감소하지 않은 상태에서 압축강도 발현현상이 상이하게 나타난 결과로 판단된다. 즉, LC만(Group B)을 사용한 경우 혼합률이 증가함에 따라서 다소 감소하다가 LC 혼합률 100%에서 약 31%의 압축강도 감소 현상이 나타났으며, 반대로 LS 만(Group C)을 사용한 경우에는 혼합률이 증가함에 따라 압축강도가 증가하여 LS 100%의 경우 기준에 비해 약 20%의 압축강도 증가 현상이 나타났다. 또한, LC 및 LS를 동시에 혼합하여 제조한 Group D의 경우 구조적 효율이 기준과 비교하여 현저히 저하하는 경향이 나타났으며, Group E의 경우는 기준과 비교하여 거의 동등한 구조적 효율성을 나타내고 있다.
후속연구
- 한편, 분체계 자기충전 콘크리트는 그 특성상 다량의 분체를 사용함에 따라 점성증대와 더불어 설계기준강도 40 MPa 이상의 고강도 콘크리트로 제조된다. 따라서 이러한 자기충전콘크리트에 경량골재를 혼합할 경우 경량골재의 재료분리 현상 방지에 따른 품질안정 및 고강도경량콘크리트를 제조할 수 있을 것으로 판단된다.
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