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문제 정의
- 따라서, 본 연구는 고로슬래그를 사용한 고강도 부순모래 경화콘크리트의 제물성인 압축강도, 탄성계수, 인장강도, 건조수축율 및 질량감소율 등을 비교 검토하여 고강도 · 고품질의 콘크리트를 제조하기 위한 기초자료를 제공하는데 그 목적이 있다.
- 본 실험은 시멘트의 일부를 고로슬래그(blast-furnace slag) 미분말로 치환한 경화상태의 고강도 부순모래 콘크리트의 제공학적 특성을 비교·검토하고 규명하기 위한 것으로 이에 따른 실험요인 및 수준은 Table 2.1과 같다.
제안 방법
- Fig. 2.1에 나타낸 바와 같이 선모르타르 비빔법을 채용하여 비빔효율을 증진시키고자 하였다.
- 건조수축율은 W/B 30%, 굵은골재 13, 19mm에 대해서 실시하였고, 측정은 탈형직후의 길이를 기준으로 실시하였다.
- 특히 W/B 30%에 대해서는 굵은골재를 13, 19mm의 두 가지 요인으로 하였고 13mm의 경우 잔골재율을 35%로 하였다. 그리고 고로슬래의 분말도 4500cm2/g에 대하여 치환율은 각각 0, 15, 30, 45%로 하였다.
- 본 실험의 배합설계는 Table 2.2와 같고 물결합재비(W/B)를 25, 30, 35%, 잔골재율을 39, 40, 41%, 단위수량을 175, 180, 175kg/m3으로 하였으며, 단위결합재량 700, 600, 500kg/cm2으로 하였다. 특히 W/B 30%에 대해서는 굵은골재를 13, 19mm의 두 가지 요인으로 하였고 13mm의 경우 잔골재율을 35%로 하였다.
- 본 연구는 부순모래를 사용한 고강도 콘크리트를 개발하기 위해 물결합재비 25, 30, 35%, 고로슬래그 치환율 0, 15, 30, 45% 그리고 물결합재비 30% 경우 굵은골재 크기를 13, 19mm 두 종류로 배합설계하여 경화콘크리트의 제성질을 비교 검토하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 질량감소율 측정은 탈형직후의 질량을 기준으로 하여 기건상태에서 실시하였다.
대상 데이터
- 고로슬래그 미분말은 전남 광양제철소에서 발생되는 고로슬래그를 미분말화하여 얻은 분말도 4500cm2/g을 사용하였다.
- 고성능감수제는 변성폴리머가 주성분으로 비중 1.18±0.02인 S사 제품을 사용하였다.
- 시멘트는 KSL 5201에 규정된 국내 H사의 보통포틀랜드시멘트를 사용하였다.
- 잔골재는 경북 고령산 부순모래를 사용하였고, 굵은골재는 경북 경주시 건천산 13mm와 19mm 부순돌을 사용하였다. 기초 물성시험은 KS F 2502~2506의 시험방법에 따라 실시하였고, 그 물리적 성질은 표 2.
이론/모형
- 공시체의 규격은 압축강도 시험용 ø10×20cm의 강제몰드를 사용하였고, 제작 및 양생방법은 KS F 2403의 규정에 준하여 행하였다.
- 잔골재는 경북 고령산 부순모래를 사용하였고, 굵은골재는 경북 경주시 건천산 13mm와 19mm 부순돌을 사용하였다. 기초 물성시험은 KS F 2502~2506의 시험방법에 따라 실시하였고, 그 물리적 성질은 표 2.3과 같다.
- 본 실험의 탄성계수식은 ACI 318-77 식과 ACI 363 식의 중간 값을 나타내었다.
- 압축강도, 탄성계수, 인장강도, 건조수축율 및 질량감소율 시험은 KS F 규정에 준하여 실시하였다.
성능/효과
- 1. 압축강도는 고로슬래그 치환율이 증가함에 따라 초기재령에서 프레인콘크리트의 값에 비해 낮게 나타났으나 재령 28일, 치환율 30%, 굵은골재 19mm인 경우 물결합재비 25, 30, 35%에 대하여 각각 5, 6, 10% 정도 높은 강도발현을 보였고, 물결합재비 25%, 치환율 30%, 재령 28일에서 878kg/cm2의 압축강도를 나타내었으며, 고로슬래그의 적정치환율이 30% 정도로 나타났다.
- 2. 굵은골재 크기에 따른 압축강도는 최대치수가 작을수록 높게 강도발현되었는데 물결합재비 30%, 치환율 30%, 재령 28일에서 굵은골재 13mm인 콘크리트가 19mm인 콘크리트보다 6% 정도 큰 값을 나타내었다.
- 3. 탄성계수는 고로슬래그 치환율이 증가할수록, 굵은골재 크기가 작을수록 크게 나타났고, 응력-변형곡선은 고강도일수록 기울기가 급하고 취성파괴가 큰 것으로 나타났다.
- 4. 인장강도는 고로슬래그 치환율이 증가할수록, 굵은골재 크기가 작을수록 크게 나타났으며 압축강도에 비례하여 증가하였다.
- 5. 건조수축율은 굵은골재 크기가 커질수록 큰 경향을 보였고, 고로슬래그의 치환율이 증가할수록 감소하여 고로슬래그 미분말을 사용할 경우 건조수축율을 저감시키는 효과가 있는 것으로 나타났다.
- 6. 질량감소율은 물결합재비 및 고로슬래그의 치환율이 증가할수록 크게 나타났고, 초기재령 14일까지는 감소율이 크고 그 이후는 완만하게 감소되는 것으로 나타났다.
- W/B별 경향은 압축강도와 비슷한 경향을 보이고 있는데 W/B가 낮을수록 탄성계수는 크게 나타났으며, 고로슬래그 치환율에 따른 경향은 W/B 25%의 경우 고로슬래그 치환율 30%까지는 치환율의 증가에 따라 탄성계수도 증가하다가 치환율 45%의 경우 약간 감소하는 경향이 있었으나 프레인콘크리트보다는 높게 나타났고, W/B 30, 35%의 경우 고로슬래그 치환율이 30%까지는 치환율이 증가할수록 탄성계수도 증가하였으나 치환율이 45%인 경우 프레인콘크리트의 경우보다 조금 낮은 탄성계수를 나타내었는데 압축강도와 유사하게 고로슬래그 치환율이 30%일 때 배합에 관계없이 제일 큰 탄성계수를 나타내었다.
- 고로슬래그 치환율이 30%까지 증가함에 따라 콘크리트의 인장강도는 프레인콘크리트의 W/B 25, 30, 35%에 대하여 평균으로 약 7, 11, 10% 더 크게 증가됨을 알 수 있었다. 또한, 압축강도에서와 마찬가지로 고로슬래그 치환율이 30%인 경우가 최대인장강도를 나타내고 있는 것으로 나타났다.
- 굵은골재 크기별 탄성계수의 경향은 W/B 30%에서 13mm를 사용한 콘크리트의 탄성계수가 3.95～4.10×105kg/cm2으로 19mm를 사용한 콘크리트보다 전체 평균으로 약 4%정도 높은 탄성계수를 나타내었다.
- 굵은골재 크기에 따른 영향을 살펴보면 굵은 골재 19mm를 사용한 콘크리트의 경우 13mm를 사용한 콘크리트보다 약간 큰 질량감소율을 보였으나 굵은골재 크기에 따른 영향은 거의 없는 것으로 나타났다.
- 동일 W/B 30%에서 굵은골재 크기에 따른 경향을 살펴보면 기존의 이론과 동일하게 굵은 골재 크기 13mm를 사용한 콘크리트가 19mm를 사용한 콘크리트보다 높은 압축강도를 발현하고 있어 골재의 최대치수가 작을수록 압축강도가 크게 나타났다.
- 동일 압축강도에서 제안식에 따른 탄성계수의 경향을 살펴보면 압축강도 650kg/cm2에서는 ACI 318-77 식보다 약 5.5% 정도 낮고, ACI 363 식보다 약 7% 정도 높은 탄성계수를 나타내었다.
- 또한, 고로슬래그 치환율에 따른 영향은 굵은골재 13, 19mm에서 유사한 경향을 나타내었는데 초기재령에서는 프레인콘크리트보다 낮은 강도를 나타내었으나 재령이 경과할수록 강도역전이 이루어져 장기재령에서는 프레인콘크리트보다 높은 강도가 발현되었다.
- 또한, 고로슬래그의 치환율이 증가할수록 프레인콘크리트보다 질량감소율이 증가하는 것으로 나타났다. 이는 고로슬래그 미분말이 치환될수록 상대적으로 비중이 큰 시멘트량이 감소하기 때문인 것으로 판단된다.
- 초기재령에서는 건조수축율이 급격히 증가하다가 재령 14일 이후에 완만히 증가되는 것으로 나타났다. 또한, 골재의 최대치수가 커질수록 건조수축율이 큰 것으로 나타났다.
- 또한, 압축강도 850kg/cm2에서는 ACI 318-77 식보다 약 6.8% 정도 낮고, ACI 363 식보다는 약 8.2% 정도 높은 탄성계수를 나타내고 있어 고강도화 될수록 제안식에 따른 탄성계수의 오차가 약간 커지는 경향을 나타내었다.
- 고로슬래그 치환율이 30%까지 증가함에 따라 콘크리트의 인장강도는 프레인콘크리트의 W/B 25, 30, 35%에 대하여 평균으로 약 7, 11, 10% 더 크게 증가됨을 알 수 있었다. 또한, 압축강도에서와 마찬가지로 고로슬래그 치환율이 30%인 경우가 최대인장강도를 나타내고 있는 것으로 나타났다.
- 본 실험의 경우 W/B 25%에서 고로슬래그를 30% 치환한 경우 표준재령의 압축강도가 896kg/cm2이라는 고강도를 얻을 수 있었고, 모든 W/B에 있어서도 고로슬래그 치환율이 30%인 경우 최대강도발현율을 보였기 때문에 고로슬래그를 사용할 경우 적정치환율은 30%정도라 분석된다.
- 본 연구에서 굵은골재 크기 및 고로슬래그의 영향을 살펴본 결과 W/B 30%, 치환율 30%, 재령 28일에서 굵은골재 13mm인 콘크리트가 854kg/cm2이라는 고강도를 얻어 19mm인 콘크리트보다 6%정도 큰 값을 나타내었기 때문에 13mm를 사용한 콘크리트가 19mm를 사용한 콘크리트보다 압축강도 측면에서 유리함을 알 수 있다.
- 응력-변형곡선은 압축강도가 클수록 곡선의 기울기가 급한 것으로 나타났고, 최대 강도점 이후 급격히 저하하여 폭발현상을 일으키며 파괴되었다. 이는 고강도화 할수록 취성파괴가 더욱더 심해지기 때문인 것으로 사료된다.
- 전반적으로 재령 7일에서 28일로 경과함에 따른 압축강도의 증진은 평균적으로 약 171kg/cm2 정도였고 28일에 대한 7일 압축강도 발현율은 약 77% 정도로 나타났다.
- 초기재령에서 고로슬래그를 치환한 콘크리트의 압축강도는 프레인콘크리트에 비해 모든 W/B에서 고로슬래그가 치환될수록 강도발현율도 작아지는 경향을 나타내었다. 그러나 28일 표준재령에서는 고로슬래그 치환율이 15, 30%의 경우 모든 W/B에서 프레인콘크리트에 비해 강도발현율이 커지는 경향을 나타내었고, W/B가 증가할수록 강도발현율의 증가폭도 커지는 것으로 나타났다.
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