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문제 정의
- 이러한 점을 보완하기 위하여 굴패각 입도를 가능하면 잘게 분쇄하여 편형입도를 구형 입도에 가깝게 하는 것이 바람직한 것으로 판단된다. 그래서 본 연구에서는 기존의 연구가 굴패각을 분쇄하여 혼화제 사용 여부와 잔골재보다 굵은골재 중점으로 사용하는 바와는 달리 완전히 잔골재 대체재로 사용하여 굴패각 콘크리트의 구조적 특성변화를 연구하여 굴패각 콘크리트 품질의 실용성 제고 및 이에 대한 기초자료를 제공하고 또한 굴패각 처리에 일익을 담당하고자 한다.
- 본 연구에 있어서 분쇄한 굴패각을 콘크리트용 잔골재로 활용하기 위해 굴패각 입도크기에 대한 굴패각 콘크리트 특성을 실험적 연구 수행한 결과를 정리하면 다음과 같다.
제안 방법
- 2로부터 굴패각을 혼합한 각종 시료들의 화학 성분을 나타내는 피크의 특성치는 모두 일치하며 주요 구성원소가 각각 독자적으로 형성하고 단지 성분증량 으로 강도차이만을 보이고 있기 때문에 시멘트 및 골재, 그리고 굴패각의 혼합에 따른 이상반응 및 새로운 생성물질이 없는 것으로 판단된다. Photo 2에서는 이러한 현상을 시각적으로 확인하기 위하여 시료 D, E에 있어서 시멘트 수화물과 굴패각 입자 경계면을 촬영한 것으로 시멘트 수화물의 침상구조 및 굴패각 입자의 매끄러운 표면은 서로 독립적으로 존재하고 있으며 서로 상호간의 이상반응이 없는 것으로 나타났다.
- 굴패각 집하장에서 수집한 굴패각을 잔골재 대체재로 사용하기 위하여 먼저 잔골재 크기에 해당되는 5mm이하로 분쇄하여 5.0mm, 3.0mm, 1.0mm 표준체를 각각 순차적으로 이용하여 굴패각을 입도크기별로 분류하였다. 본 연구의 주요 변화 요인으로는 배합유형, 물시멘트(W/C)비, 굴패각 입도크기, 굴패각의 대체율로 구분하며 이에 대해 배합유형을 3종류로, 물시멘트(W/C)비를 55, 60, 65%로, 굴패각 입도크기를 3.
- 굴패각은 남해지역 해안에서 굴양식 부산물로 발생된 폐기 패각을 채취하여 세척한 뒤 강력한 통풍으로 먼지를 제거하고 110± 10℃ 건조로에서 24시간 건조시킨 후 분쇄하여 5.0mm, 3.0mm, 1.0mm표준체를 각각 순차적으로 이용하여 입도크기를 분류(Photo 1)하였다. Table 3은 사용한 굴패각의 물리적 성질을 나타낸 것이다.
- 배합순서는 각 재료에 대해 먼저 사용량을 정확히 개량한 후 굵은골재, 잔골재, 굴패각, 시멘트의 순으로 넣고 1분정도 고르게 건비빔한 후 필요량의 물을 추가하여 약 4˜5분간 재료가 균질하게 배합될 수 있게 하였으며 KS F 2403 공시체 제작 및 양생방법 규정에 따라 제작 및 양생을 하였다. 그리고 혼합방법은 잦은 굴패각 사용량 변경, 많은 공시체 수, 그리고 반복적인 공시체 제작관계로 강제식 믹서기를 사용하지 않고 직접 손비빔으로 혼합하여 제작하였으며 손비빔시 측정한 물의 양이 유실되지 않도록 최선을 다해 작업을 실시하였다. 여기서 사용한 공시체 크기는 Φ10㎝× 20㎝이고 각각의 변수에 대해 3개씩을 기본으로 하고 재령 단계별을 고려하여 공시체를 제작한 후 실험실에서 자연건조상태로 양생하였다.
- 본 실험의 배합에 있어서 굴패각 건조상태를 표면건조상태로 하고 혼화제는 배합후 작업성 정도가 어려운 상태에 대해서만 사용하였다. 배합순서는 각 재료에 대해 먼저 사용량을 정확히 개량한 후 굵은골재, 잔골재, 굴패각, 시멘트의 순으로 넣고 1분정도 고르게 건비빔한 후 필요량의 물을 추가하여 약 4˜5분간 재료가 균질하게 배합될 수 있게 하였으며 KS F 2403 공시체 제작 및 양생방법 규정에 따라 제작 및 양생을 하였다. 그리고 혼합방법은 잦은 굴패각 사용량 변경, 많은 공시체 수, 그리고 반복적인 공시체 제작관계로 강제식 믹서기를 사용하지 않고 직접 손비빔으로 혼합하여 제작하였으며 손비빔시 측정한 물의 양이 유실되지 않도록 최선을 다해 작업을 실시하였다.
- 본 실험의 배합에 있어서 굴패각 건조상태를 표면건조상태로 하고 혼화제는 배합후 작업성 정도가 어려운 상태에 대해서만 사용하였다. 배합순서는 각 재료에 대해 먼저 사용량을 정확히 개량한 후 굵은골재, 잔골재, 굴패각, 시멘트의 순으로 넣고 1분정도 고르게 건비빔한 후 필요량의 물을 추가하여 약 4˜5분간 재료가 균질하게 배합될 수 있게 하였으며 KS F 2403 공시체 제작 및 양생방법 규정에 따라 제작 및 양생을 하였다.
- 0mm 표준체를 각각 순차적으로 이용하여 굴패각을 입도크기별로 분류하였다. 본 연구의 주요 변화 요인으로는 배합유형, 물시멘트(W/C)비, 굴패각 입도크기, 굴패각의 대체율로 구분하며 이에 대해 배합유형을 3종류로, 물시멘트(W/C)비를 55, 60, 65%로, 굴패각 입도크기를 3.0˜5.0mm, 1.0˜3.0mm, 1.0mm이하로, 굴패각 대체율을 0%, 10%, 30%, 50%로 하여 기준의 일반콘크리트와 함께 굴패각 콘크리트의 강도 변화를 연구한다.
- 시험체의 압축강도 시험은 KS F 2405 콘크리트의 압축강도 시험방법으로, 인장강도 시험은 KS F 2423 콘크리트의 인장강도 시험방법, 부착강도 시험은 KS F 2732 콘크리트 압축강도 추정을 위한 인발강도 시험방법에 준하여 강도시험을 실시하였다. 부착강도 시험시 매입용 사용철근은 SD400 D10 이형철근으로 깊이 10cm를 정확하게 표시한 뒤 정위치에 두고 매설하였으며 최대인발강도 값은 철근이 콘크리트와의 슬립현상이 발생한 값으로 하였다.
- 배합설계에서 주요한 변수는 배합유형, 물시멘트비, 굴패각 입도크기 및 굴패각 대체율로 하고 본 실험에서 사용한 구체적인 배합설계표는 Table 4와 같다. 여기서 각 물시멘트비에 대해 물과 시멘트, 굵은골재 사용량은 일정하게 하고 굴패각 대체율 정도에 따라 굴패각을 잔골재로 대체시켜 이에 수반되는 제반 특성과 강도변화를 조사한다.
- 그리고 혼합방법은 잦은 굴패각 사용량 변경, 많은 공시체 수, 그리고 반복적인 공시체 제작관계로 강제식 믹서기를 사용하지 않고 직접 손비빔으로 혼합하여 제작하였으며 손비빔시 측정한 물의 양이 유실되지 않도록 최선을 다해 작업을 실시하였다. 여기서 사용한 공시체 크기는 Φ10㎝× 20㎝이고 각각의 변수에 대해 3개씩을 기본으로 하고 재령 단계별을 고려하여 공시체를 제작한 후 실험실에서 자연건조상태로 양생하였다.
대상 데이터
- 본 실험에서 사용한 시멘트는 KSL 5201에 규정된 국내 S사의 제1종 보통 포틀랜트 시멘트로 시멘트의 화학적 성질 및 비중은 Table 1과 같다.
- 잔골재는 경남 하동산 강모래로 전체 모래에서부터 이물질과 먼지를 완전 제거한 후 사용하였으며 굵은골재는 최대치수 19mm이하의 함안 석산의 화강암 쇄석을 물로 세척한 후 자연상태로 건조시켜 사용하였다. Table 2는 해당 골재의 물리적 성질을 나타낸 것이다.
데이터처리
- 굴패각 콘크리트의 압축강도 및 인장강도, 부착강도 사이와의 상호관계를 예측하기 위해 관련된 전체 측정 값을 모두 사용하여 회귀분석한 결과 Fig. 12˜14와 같이 구하였다.
이론/모형
- 굴패각 콘크리트의 슬럼프 측정은 KS F 2402 콘크리 트의 슬럼프 시험방법에 의해 실시하였으며 슬럼프값이 거의 나타나지 않는 경우에는 AE 감수제를 사용하여 혼합한 뒤 동일 방법으로 다시 실험을 실시하였다.
- 시험체의 압축강도 시험은 KS F 2405 콘크리트의 압축강도 시험방법으로, 인장강도 시험은 KS F 2423 콘크리트의 인장강도 시험방법, 부착강도 시험은 KS F 2732 콘크리트 압축강도 추정을 위한 인발강도 시험방법에 준하여 강도시험을 실시하였다. 부착강도 시험시 매입용 사용철근은 SD400 D10 이형철근으로 깊이 10cm를 정확하게 표시한 뒤 정위치에 두고 매설하였으며 최대인발강도 값은 철근이 콘크리트와의 슬립현상이 발생한 값으로 하였다.
성능/효과
- 1) 분쇄한 굴패각을 잔골재 대체재로 사용할 경우 굴패각 입도크기가 작을수록, 굴패각 대체율이 증가할수록 작업성과 강도성능에 미치는 영향은 증가한다. 이러한 주요 요인은 굴패각 입도크기별에 대한 흡수율 때문으로 판단된다.
- 2) 물시멘트비 60%전후에서 굴패각 콘크리트의 재령 7일, 28일, 91일 압축강도는 기준강도에 대해 최대 10%정도 감소하거나 상회하므로 굴패각을 사용하여도 콘크리트 압축강도 발현에 지대한 영향을 미치지 않는다.
- 3) 굴패각 입도크기에 대한 작업성 및 강도분석 결과 굴패각을 잔골재 대체재로서 사용성이 우수한 굴패각 입도크기는 5.0˜3.0mm가 이상적이며 잔골재 대체율의 정도는 약 30%까지 가능한 것으로 판단된다.
- 0%로 대부분을 차지하며 굴패각을 콘크리트에 사용함에 따라 규산, 산화알미늄 등 미량의 성분들은 거의 변화가 없으나 탄산칼슘 성분은 절반이하로 감소함을 보이고 있다. 또한 굴패각을 콘크리트에 사용함에 있어서 콘크리트를 형성하는 성분들과의 증감만 달리할 뿐 새로운 원소생성이 없음을 알 수 있다.
- 또한 동일 W/C비에서의 입도크기에 대한 슬럼프값은 입도크기가 작아질수록 작업성이 우수하며 대체율이 증가함에 따라 거의 비례적으로 감소하는 양상을 보이며 동일 배합에 있어서 W/C비 변화에 대한 슬럼프값은 대체율이 30%이상 되어지면 W/C비 변화에 관계없이 거의 나타나지 않았다.
- 압축강도에 대한 인장강도 및 부착강도 값은 굴패각을 사용하지 않은 기준강도에 있어서는 각각 10˜17% 와 6˜9%정도이지만 굴패각을 사용한 경우에는 9˜14% 와 5˜7%정도로 굴패각 콘크리트가 기준강도의 인장및 부착성능보다 약간 더 우수하며 굴패각 사용 콘크 리트에서의 인장 및 부착강도에 있어서도 인장강도가 부착강도보다 약 1.5˜2.5배 정도 더 높은 강도를 보였다.
- 5과 6은 굴패각 사용크기를 일정하게 하고 배합유형 또는 W/C비에 대한 강도변화를 나타낸 것으로 이들의 주요인자는 각각 시멘트량과 수량의 변화이다. 여기서 배합유형의 시멘트 사용량이 제일 많은 A형과 W/C비 55% 및 65%에서의 압축강도는 대체율 증가에 따라 감소하는데 W/C비 60%의 경우 대체율 30%이상에서 동일 조건의 기준배합 강도만큼 상회하게 나타났다.
- 여기서 재령에 대한 압축강도 변화는 보통 대체율이 적을수록, 재령이 길수록 압축강도 변화는 증가하는데 굴패각을 혼합하지 않은 경우 초기 7일 압축강도는 28 일 강도의 63˜72%정도에 반해 굴패각을 혼합한 경우에는 54˜74%정도로 강도발휘 범위가 넓게 나타났다. 그리고 재령 28일 및 91일 압축강도는 대체율 변화에 관계없이 모두 각 기준배합 강도의 90%이상 발휘하며 재령 단계별 강도증가분 변화는 비례적으로 나타나지 않았다.
- 0mm이하에서는 기준강도 이상의 강도를 나타내었다. 이러한 결과로부터 강도면에 우수한 입도크기는 5.0˜3.0mm이고 콘크리트 배합시 굴패각 혼합량은 30%까지는 대체 가능한 것으로 보인다.
후속연구
- 0mm가 다른 입도크기보다 다소 더 큰 인장강도를 보였다. 이러한 사실은 인장강도도 배합유형과 W/C비, 굴패각 사용량의 영향을 받는 것으로 판단되지만 입도크기의 강도변화에 대한 구체적인 원인을 밝히기 위해서는 더욱 많은 연구가 이루어져야할 것으로 생각된다.
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