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문제 정의
- 이를 위하여 Table 1의 시험체 계획에 의하여 실험변수별, 재령별 콘크리트 공시체를 제작하였다. 그리고 본 논문의 주된 변수인 고미분말 플라이애시와 실리카 흄이 고성능콘크리트의 수화작용 시 미치는 영향을 평가하기 위해 필요한 수화특성과 미세구조 등을 분석하기 위하여 시멘트 페이스트 시험체를 제작하였다.
- 본 연구는 분쇄 제조된 고분말 플라이애시를 실리카 흄의 대체재로써 고강도 콘크리트에 적용하기 위한 기본자료를 도출하기 위하여 수행된 연구로써 실험을 통하여 도출한 결론은 다음과 같다.
제안 방법
- 볼 수 있다. Fig. 5와 같이 재령 1일 시의 시험체를 SEM을 이용하여 미세구조를 관찰한 결과, 일반적인 시멘트의 경우 초기재령에 에트링가이트가 큰 침상결정으로 존재하지만, 본 시험체는 고강도로써 공극 중에 에트링가이트가 성장하여 조직을 치밀하게 만들었다. OPC 를 사용한 경우 뚜렷한 에트링가이트와 C-S-H 싱■이 발견되었고, 실리카흄을 사용한 경우도 약간의 C-S-H가 발견되었으나 고분말 플라이애시를 사용한 경우는 수화생성물은 적고 미수화된 입자들이 보이는 것을 알 수 있다.
- 각 시험체는 측정 재령일까지 수중양생 후 측정항목에 따라 분쇄, 절단 등으로 용도에 맞는 시험체를 제작하여 실험 목적에 부합하게 측정하였다.
- 각종 혼화재료와 그 혼입율 등에 따른 기본물성을 평가하고, 고분말 플라이애시가 포함하고 있는 미연 탄소에 의한 혼화제 흡착을 비교검토하기 위하여 유동성 실험을 수행하였다. 유동성 실험 시 배합 직후의 슬럼프 플로우와 현장적용 등을 고려하여 배합 1시간 후의 경시 변화를 측정하였다.
- 결합재 종류에 따라 각 재령별 나타나는 수화발현의 정도와 수화생성물과 결정구조 등을 비교 관찰하기 위하여 XI®를 분석범위 5~6丈로 측정하였고, 수화에 따른 Ca(OH)2 (이하, CH, 라 함) 및 C-S-H 등의 수화물 생성량의 비교를 위하여 DT-TGA로 10℃/min으로 25~ 1000℃까지 측정하였으며, 수화생성물을 관찰하기 위하여 SEM 촬영을 수행하였다.
- 고분말 플라이애시가 고성능 콘크리트의 미세구조에 미치는 영향을 평가하기 위하여 페이스트 시험체를 제작하여 공극율과 수화열 등을 평가하였으며, 고성능 콘크리트 시험체를 제작하여 플로우와 재령별 압축강도 등 경화 전후의 물성을 평가하였다.
- 고성능콘크리트의 제조 시 널리 이용되고 있는 실리카 흄의 대체재료로써 고분말 플라이애시의 적용성을 평가하기 위하여 고분말 플라이애시가 각 5%, 10% 대체된 시험체 계획을 수립하였으며, 비교대상으로 실리카 흄을 5%, 10% 대체한 시험체와 OPC만으로 제작된 시험체 및 3성 분계(OPC, BS, 일반 FA) 시험체 계획을 수립하여 각각의 경우에 대하여 페이스트와 콘크리트 시험체를 제작하여 시험을 수행하였다.
- 14, 000 ctS/g)를 선정하였다. 그리고 고성능 콘크리트의 제조 시 실리카 흄의 대체 재료로써 고분말 플라이애시의 활용에 필요한 기본자료를 제공하기 위하여 고 분말 플라이애시를 포함한 3성분계 결합재료[시멘트, FA(일반, 고분말), BS]를 이용한 페이스트와 콘크리트를 제조하여 고분말 플라이애시 가 고성 능콘크리트의 미세구조와 경 화전.후 물성에 미치는 영향을 평가하였다.
- 제한을 받는다. 따라서 고분말 플라이애시의 사용이 콘크리트의 유동성에 미치는 영향을 알아보기 위하여 배합 직후와 1시간 후의 경시변화 등을 비교하였으며 그 결과는 Fig. 2와 같다.
- 하기 위하여 미 소수화열 량을 측정하였다. 미 소수화 발열량을 검토하기 위해 물결합재 비 50%로 Conduction calori- meter에서 7일 동안 결합재 설계 조건에 따른 수화 발열량을 측정하였다.
- 실리카 흄을 사용한 고강도콘크리트의 경우 고분 말에 의한 수화촉진과 포졸란 반응에 의한 미세공극의 충전으로 공극율의 감소가 예상되므로, 실리카 흄의 대체재로써 고 분말 플라이애시를 사용했을 경우 결합재에 따른 세공구조를 비교관찰하기 위하여 시멘트페이스트 공시체를 lx lx 1cm 의 크기로 절단하여 수화정지 후에 수은압입법 (Mercury Intrusion Porosimetry, MIP)을 이용하여 즉정하였다. 실험조건은 10~60, 000psi의 압력으로 3.
- 실험조건은 10~60, 000psi의 압력으로 3.2nm 부터 350μm사이즈의 공극량 및 공극의 크기별 분포를 관찰하였다.
- 유동성 실험 시 배합 직후의 슬럼프 플로우와 현장적용 등을 고려하여 배합 1시간 후의 경시 변화를 측정하였다.
- 일반적으로 수화열에 의한 온도상승은 강도발현 등을 비롯한 콘크리트의 제반 성질에 영향을 미치며, 균열의 주된 원인 중 하나이므로 고분말 플라이애시와 실리카 흄이 고성능콘크리트의 온도상승에 미치는 영향을 비교분석 하기 위하여 미 소수화열 량을 측정하였다. 미 소수화 발열량을 검토하기 위해 물결합재 비 50%로 Conduction calori- meter에서 7일 동안 결합재 설계 조건에 따른 수화 발열량을 측정하였다.
- 그리고 고성능 콘크리트의 제조 시 실리카 흄의 대체 재료로써 고분말 플라이애시의 활용에 필요한 기본자료를 제공하기 위하여 고 분말 플라이애시를 포함한 3성분계 결합재료[시멘트, FA(일반, 고분말), BS]를 이용한 페이스트와 콘크리트를 제조하여 고분말 플라이애시 가 고성 능콘크리트의 미세구조와 경 화전.후 물성에 미치는 영향을 평가하였다.
대상 데이터
- 사용하였다. 실리카 흄은 국내에서 널리 사용되고 수급이 용이한 캐나다 산을 이용하였으며, 실리카 흄의 대체재로 사용한 고분말 플라이애시는 분말도 14, 000 (Blaine, cm"g)의 고미분말 재료로 국내 W사에서 분쇄에 의해 제조된 것을 사용하였다. 이는 미연탄소 함량이 많고 입형이 불량하여 걸러져 매립되는 플라이애시 입자들을 분쇄에 의해 미분말화 한 것이다.
- 사용하였다. 고성능 감수제 및 AE제는 국내 W사에서 고강도용으로 제조한 제품을 사용하였다.
- 따라서 본 논문에서는 고성능콘크리트의 제조에 필수적으로 사용하고 있는 고가의 실리카 흄을 대체할 혼화재로, 화력발전소 부산물로 저렴하고 손쉽게 구할 수 있으며 산업 부산물의 재활용으로 친환경적언 콘크리트의 제조가 기대되는 플라이애시를 분쇄 가공한 고분말 플라이애시(분말도 14, 000 ctS/g)를 선정하였다. 그리고 고성능 콘크리트의 제조 시 실리카 흄의 대체 재료로써 고분말 플라이애시의 활용에 필요한 기본자료를 제공하기 위하여 고 분말 플라이애시를 포함한 3성분계 결합재료[시멘트, FA(일반, 고분말), BS]를 이용한 페이스트와 콘크리트를 제조하여 고분말 플라이애시 가 고성 능콘크리트의 미세구조와 경 화전.
- 본 논문에서 계획한 고성능콘크리트의 설계강도는 80MPa(목표강도 96MPa)이며, 세부 시험체 계획 및 측정항목은 Table 1과 같다.
- 본 실험에 사용된 재료로써 시멘트 및 고로슬래그 미분말은 국내 S사, 플라이애시는 K사에서 시판되고 있는 것을 사용하였다. 실리카 흄은 국내에서 널리 사용되고 수급이 용이한 캐나다 산을 이용하였으며, 실리카 흄의 대체재로 사용한 고분말 플라이애시는 분말도 14, 000 (Blaine, cm"g)의 고미분말 재료로 국내 W사에서 분쇄에 의해 제조된 것을 사용하였다.
- 시험체의 제작에 사용된 잔골재는 세척사를 사용하였으며, 굵은 골재는 19mm이하의 부순골재를 사용하였다. 고성능 감수제 및 AE제는 국내 W사에서 고강도용으로 제조한 제품을 사용하였다.
이론/모형
- 고성능콘크리트의 재령별 압축강도 측정은「KS F 2405 콘크리트의 압축강도」에 준하여 수행하였다.
성능/효과
- 1. 고분말 플라이애시를 사용한 경우 고성능감수제 흡착으로 인한 약간의 유동성 을 저 하가'발생 하였으나, 고 분말 플라이애시의 첨가량이 증가할수록 유동성능은 증가하는 것으로 나타났다.
- 2. XRD 및 SEM 결과를 통한 수화생성물의 관찰결과, 고분말 플라이애시의 사용이 초기재령에는 지연을 초래하나 3일 이후 반응에는 실리카흄과 유사한 결과를 나타내었다.
- 3. 공극율의 경우, OPC만을 사용한 시험체에 비하여 혼화재를 사용한 경우가 적게 나타났다. 실리카 흄을 사용한 경우에 비하여 고분말 플라이애시를 사용한 경우 더욱 낮은 세공량을 나타내었다.
- 이러한 경향은 압축강도와 직선적인 영향을 가지고 있으며, 고분말 플라이애시를 사용한 경우가 세공량에 영향을 받아 가장 높은 강도를 발현하는 것으로 나타났다. 4. 실리카 흄을 5% 이상 사용할 경우 강도 및 수화 특성에 악영향을 미치는 것으로 나타났으나, 고분말 플라이애시는 10%를 사용한 경우 5%를 사용한 경우보다 높은 강도 특성을 나타내어 실리카 흄을 대체하여도 고성능 콘크리트의 강도발현 측면에서는 적용이 가능할 것이라 사료된다.
- Fig. 2에서 알 수 있듯이 실리카 흄을 사용한 시험체와 비교하여 고분말 플라이애시를 사용한 시험체의 경우 슬럼프 플로우가 다소 감소하고, 슬럼프 플로우가 50 cm에도 달하는 시간이 다소 증가하는 것을 볼 수 있으나, 슬럼프 플로우가 모두 55±5 cm의 범위로 차이가 크지 않고 고분말 플라이애시를 10% 사용한 경우 유동성은 오히려 개선되는 것으로 나타났다. 이는 고분말 플라이애시를 사용할 경우 슬럼프를 상당히 증가시키고 슬럼프 로스를 감소시킨다는 보고가 있는데。이러한 효과가 미연탄소에 의한 유동성 감소와 절충되어 유동성 측면에서 고분말 플라이애시를 실리카 흄의 대체재로써 사용이 가능한 것으로 사료된다.
- 5와 같이 재령 1일 시의 시험체를 SEM을 이용하여 미세구조를 관찰한 결과, 일반적인 시멘트의 경우 초기재령에 에트링가이트가 큰 침상결정으로 존재하지만, 본 시험체는 고강도로써 공극 중에 에트링가이트가 성장하여 조직을 치밀하게 만들었다. OPC 를 사용한 경우 뚜렷한 에트링가이트와 C-S-H 싱■이 발견되었고, 실리카흄을 사용한 경우도 약간의 C-S-H가 발견되었으나 고분말 플라이애시를 사용한 경우는 수화생성물은 적고 미수화된 입자들이 보이는 것을 알 수 있다. 이는 고분말 플라이애시의 사용에 따른 응결지연에 의한 현상으로 사료된다.
- 이러한 경향은 TGA곡선을 보아도 동일하게 나타나며, 감량을 정량화 해본 결과 OPC >Plain>SF-5>FFA-10>FFA-5>SF10의 순으로 나타났다. OPC만을 사용한 경우는 재령 28일에 최종 CH생성량이 14.9%로 나타났고, 실리카흄 10%의 경우 5.5%, 고분말플라이애시 10%의 경우 7.2%로 나타났다. 이러한 결과는 OPC만을 사용한 경우보다 혼화재를 사용한 경우가 시멘트의 상대적인 감소에 의한 감량 원인과 포졸란 반응에 의한 감량의 이유로 해석되어 진다.
- 그러나 재령 3일 시 고분말 플라이애시를 사용한 경우 재령 1일에는 거의 생성되지 않았던 CH 및 C-S-H상 등이 다수 확인되었다. 이러한 결과로 미루어 고분말 플라이애시를 사용할 경우 재령 1일까지의 응결지연을 발생시키지만 이후 3일까지의 재령에서는 고분말도에 의한 반응으로 인하여 1일 이후의 C-S-H의 발생에는 효과적인 것으로 나타났다.
- 10은 각 결합재들의 재령별 압축강도를 Plain 배합의 강도값과 비교한 것이다. 그림에서 볼 수 있듯이 초기 재령에는 실리카 흄 및 고분말 플라이애시를 사용한 경우 첨가량에 따라서 강도값은 감소하고 있으나 재령 7일의 경우 5%의 첨가시 Plain 배합과 동일한 값을 나타내며, 장기 재령으로 갈수록 Plain 배합의 강도값을 상회하며, 재령이 증가할수록 그 차이는 감소하는 것으로 나타났다. 모든 시험체의 경우 재령 28일에 목표강도인 80 MPa를 만족하며 실리카흄을 사용한 경우는 5%, 고분말 플라이애시를 사용한 경우는 첨가량이 클수록 강도는 100 MPa 에 근접해지는 것으로 나타났다.
- 그림에서 볼 수 있듯이 초기 재령에는 실리카 흄 및 고분말 플라이애시를 사용한 경우 첨가량에 따라서 강도값은 감소하고 있으나 재령 7일의 경우 5%의 첨가시 Plain 배합과 동일한 값을 나타내며, 장기 재령으로 갈수록 Plain 배합의 강도값을 상회하며, 재령이 증가할수록 그 차이는 감소하는 것으로 나타났다. 모든 시험체의 경우 재령 28일에 목표강도인 80 MPa를 만족하며 실리카흄을 사용한 경우는 5%, 고분말 플라이애시를 사용한 경우는 첨가량이 클수록 강도는 100 MPa 에 근접해지는 것으로 나타났다.
- 미소 수화 발열 총량의 경우와 다르게 실리카 흄을 사용한 경우 실리카 흄에 의한 초기 발열촉진효과가 있지만 혼합량에 따른 수화발열 곡선의 구분이 힘들고, 실리카 흄을 사용한 경우보다 고분말 플라이애시를 10% 사용한 경우의 최대발열피크가 다소 빠른 것으로 나타났다.
- 다수 확인되었다. 이러한 결과로 미루어 고분말 플라이애시를 사용할 경우 재령 1일까지의 응결지연을 발생시키지만 이후 3일까지의 재령에서는 고분말도에 의한 반응으로 인하여 1일 이후의 C-S-H의 발생에는 효과적인 것으로 나타났다.
- 또한 혼화재를 사용한 경우 장기 재령으로 갈수록 작은 공극으로의 전이가 확연히 나타났다. 이러한 경향은 압축강도와 직선적인 영향을 가지고 있으며, 고분말 플라이애시를 사용한 경우가 세공량에 영향을 받아 가장 높은 강도를 발현하는 것으로 나타났다. 4.
- 재령 3일에 OPC100의 시험체에 비하여 실리카 흄을 사용한 경우 CH생성량이 뚜렷이 감소한 것을 볼 수 있으나 고분말 플라이애시를 사용한 경우는 CH생성량이 감소하지 않은 것으로 나타났다. 그러나 재령 28일의 경우고 분말 플라이애시를 사용한 경우 CH량이 감소한 것을 볼 때 실리카 흄은 초기 재령에 영향을 미치는 반면, 고 분말 플라이애시는 재령 3일 이후 반응에 상당한 영향을 미치는 것으로 판단된다.
후속연구
- 사용되고 있다. 그러나 실리카 흄은 일반적인 혼화 재료와 비교하여 매우 고가의 혼화재료로써 고성능 콘크리트를 적용한 구조물의 골조공사비 상승을 가져오게 될 것으로 예상되어, 보다 경제적인 고성능콘 크리트를 개발하여 점증하고 있는 고성능콘크리트의 수요에 효과적으로 대응하여야 할 것으로 판단된다.
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