본 논문에서는 국내산 알칼리-실리카 반응성 암석에 대해 화학적 방법인 KS F 2545와 최근 국제적으로 많이 이용되고 있는 촉진모르타르 봉 실험 방법 (AMBT)인 ASTM C 1260으로 동일한 골재에 대해 비교 실험을 수행하여 시험법에 따른 알칼리-실리카 반응성 평가 차이를 비교 분석하였다. 실험 결과 화학적 방법인 KS F 2545에 의하여 화성암 중 안산암, 휘록암, 화강반암, 섬록반암, 석영반암, 백운모화강암 그리고 섬록암, 퇴적암의 모든 골재, 변성암 중 점판암 A, 점판암 B, 화강편마암, 규암, 각석암 및 유리질 응회암, 광물에서는 석영이 잠재유해 이상의 평가를 받았다. 촉진모르타르 봉 실험 방법 (AMBT)인 ASTM C 1260에 의하여 화성암 중 복운모 화강암 그리고 규장암, 퇴적암 중 장석사암, 적색사암 그리고 셰일, 변성암 중 점판암과 우백질 편마암 그리고 유리질 응회암, 광물 중 석영이 반응성으로 평가되었다. KS F 2545와 ASTM C 1260에 대한 시험법별 알칼리-골재 반응성 평가 결과 동일한 골재에 대해 서로 상이한 결과를 도출한 골재들이 나타남으로서 두 시험법의 상관성이 낮은 것으로 판단된다. 또한, 골재의 알칼리-골재 반응성 판별에 최근 국제적으로 많이 이용되고 있는 촉진모르타르 봉 실험 방법 (AMBT)이 보다 효율적인 것으로 판단된다.
본 논문에서는 국내산 알칼리-실리카 반응성 암석에 대해 화학적 방법인 KS F 2545와 최근 국제적으로 많이 이용되고 있는 촉진모르타르 봉 실험 방법 (AMBT)인 ASTM C 1260으로 동일한 골재에 대해 비교 실험을 수행하여 시험법에 따른 알칼리-실리카 반응성 평가 차이를 비교 분석하였다. 실험 결과 화학적 방법인 KS F 2545에 의하여 화성암 중 안산암, 휘록암, 화강반암, 섬록반암, 석영반암, 백운모화강암 그리고 섬록암, 퇴적암의 모든 골재, 변성암 중 점판암 A, 점판암 B, 화강편마암, 규암, 각석암 및 유리질 응회암, 광물에서는 석영이 잠재유해 이상의 평가를 받았다. 촉진모르타르 봉 실험 방법 (AMBT)인 ASTM C 1260에 의하여 화성암 중 복운모 화강암 그리고 규장암, 퇴적암 중 장석사암, 적색사암 그리고 셰일, 변성암 중 점판암과 우백질 편마암 그리고 유리질 응회암, 광물 중 석영이 반응성으로 평가되었다. KS F 2545와 ASTM C 1260에 대한 시험법별 알칼리-골재 반응성 평가 결과 동일한 골재에 대해 서로 상이한 결과를 도출한 골재들이 나타남으로서 두 시험법의 상관성이 낮은 것으로 판단된다. 또한, 골재의 알칼리-골재 반응성 판별에 최근 국제적으로 많이 이용되고 있는 촉진모르타르 봉 실험 방법 (AMBT)이 보다 효율적인 것으로 판단된다.
The purpose of this study was to evaluate the alkali-silica reactivity for aggregates in Korea according to test methods: accelerated mortar bar test (AMBT) by ASTM C 1260; chemical test by KS F 2545 (ASTM C 289). The results are as follows: The AMBT (ASTM C 1260) results showed that two (2) igneous...
The purpose of this study was to evaluate the alkali-silica reactivity for aggregates in Korea according to test methods: accelerated mortar bar test (AMBT) by ASTM C 1260; chemical test by KS F 2545 (ASTM C 289). The results are as follows: The AMBT (ASTM C 1260) results showed that two (2) igneous rocks (two mica granite and felsite), three (3) sedimentary rocks (arkose, red sandstone and shale), two (2) metamorphic rock (slate and vitric tuff), one (1) mineral (quartz) showed more expansion than 0.1% at 14 days. But, some sedimentary rocks and metamorphic rocks expanded more than 0.1% at 28 days even though they were less than 0.1% at 14 days. Therefore, it is necessary to extend the experimental dates more than 14 days to evaluate the possibility of alkali-aggregate reactivity. The chemical test (KS F 2545) results showed that five (5) igneous rocks (andesite, diabase, granite porphyry, muscovite granite and diorite) were indicative of potentially deleterious expansion, while two (2) igneous rocks (diorite porphyry and quartz porphyry) were possible indicative of expansion, and three (3) igneous rocks (biotite granite, two mica granite and felsite) were indicative of innocuous reactivity. The above results showed that the results from chemical method (KS F 2545) and AMBT (ASTM C 1260) had little relationship.
The purpose of this study was to evaluate the alkali-silica reactivity for aggregates in Korea according to test methods: accelerated mortar bar test (AMBT) by ASTM C 1260; chemical test by KS F 2545 (ASTM C 289). The results are as follows: The AMBT (ASTM C 1260) results showed that two (2) igneous rocks (two mica granite and felsite), three (3) sedimentary rocks (arkose, red sandstone and shale), two (2) metamorphic rock (slate and vitric tuff), one (1) mineral (quartz) showed more expansion than 0.1% at 14 days. But, some sedimentary rocks and metamorphic rocks expanded more than 0.1% at 28 days even though they were less than 0.1% at 14 days. Therefore, it is necessary to extend the experimental dates more than 14 days to evaluate the possibility of alkali-aggregate reactivity. The chemical test (KS F 2545) results showed that five (5) igneous rocks (andesite, diabase, granite porphyry, muscovite granite and diorite) were indicative of potentially deleterious expansion, while two (2) igneous rocks (diorite porphyry and quartz porphyry) were possible indicative of expansion, and three (3) igneous rocks (biotite granite, two mica granite and felsite) were indicative of innocuous reactivity. The above results showed that the results from chemical method (KS F 2545) and AMBT (ASTM C 1260) had little relationship.
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제안 방법
모르타르 봉 제작은 몰드에 모르타르를 타설한 후 23℃가 유지되는 항온 항습기에서 몰드 상태로 24시간 동안 양생하였다. 1일 양생된 모르타르는 몰드에서 시편을 분리하여 모르타르의 길이를 버니어캘리퍼스로 0.001 mm까지 측정하였다. 모르타르 봉의 양 끝단에 설치된 스터드까지의 길이를 Fig.
초기 측정이 완료된 시편은 폴리프로필렌 밀폐 용기에 시편이 완전히 잠기도록 물을 채워 밀폐시킨 후 80℃가 유지되는 항온기에서 24시간 수중양생을 하였다. 24시간 경과 후 영점 길이 변화 측정을 위하여 밀폐 용기에서 꺼낸 후 즉시 (15초 내 측정 완료) 물기를 제거하고 초기 길이 변화를 측정하였다. 초기 길이 변화가 측정된 모르타르 봉 시편은 1 N NaOH 용액이 담겨 있는 밀폐 용기에 넣어 80℃가 유지되는 항온기에서 길이 변화를 유도하였다.
국내 암석 종류 별 알칼리-실리카 반응 특징을 분석하기 위하여 화학적 방법인 KS F 2545 (골재의 알칼리 잠재 반응 시험 방법)와 촉진모르타르 봉 실험 방법인 ASTM C 1260 (Standard Test Method for Potential Alkali Reactivity of Aggregate)을 수행하여 시험 방법에 의한 반응 특징을 분석하여 알칼리-실리카 반응성을 비교･평가 하고자 하였다.
상기와 같이 동일한 골재에 대해 시험 방법에 따라 알칼리-실리카 반응성 판별 결과가 달라지므로, 이에 대한 고찰이 절실히 필요한 상황이다. 따라서 본 논문에서는 국내산 알칼리-실리카 반응성 암석에 대해 화학적 방법인 KS F 2545와 촉진모르타르 봉 실험 방법 (AMBT)인 ASTM C 1260으로 알칼리-실리카 반응 실험을 수행하여 시험법에 따른 알칼리-실리카 반응 특성을 비교･분석하였다.
001 mm까지 측정하였다. 모르타르 봉의 양 끝단에 설치된 스터드까지의 길이를 Fig. 1과 같이 다이얼게이지가 설치된 변화 측정기로 습윤양생 전 길이를 측정하였다.
본 논문에서는 국내산 암석에 대해 KS F 2545와 ASTM C 1260으로 알칼리-실리카 반응 실험을 수행하여 시험법에 따른 알칼리-실리카 반응 특성을 비교･분석하였다. 그 결과 다음과 같은 결론을 도출하였다.
초기 길이 변화가 측정된 모르타르 봉 시편은 1 N NaOH 용액이 담겨 있는 밀폐 용기에 넣어 80℃가 유지되는 항온기에서 길이 변화를 유도하였다. 영점 길이 변화 측정 후 시편의 길이 변화는 7일, 14일, 21일 및 28일까지 측정하였으며, 측정일 별로 모르타르 봉의 변화 상태 및 균열발생 여부를 육안으로 확인하였다.
대상 데이터
국내 H사의 1종 보통포틀랜드시멘트를 사용하였다. 시멘트의 화학성분은 Table 1과 같으며, 시멘트의 등가 알칼리 함량은 0.
국내 연구에서 다양한 시험법을 통하여 잠재적인 알칼리-실리카 반응성이 도출된 골재는 안산암, 장석 반암, 현무암, 천매암, 섬장암, 산성 맥암, 화강 섬록암, 화강암, 편마암 등으로 본 연구에는 골재 범위를 확대하였으며, 사용된 골재는 Table 2와 같이 화성암 11종, 퇴적암 5종, 변성암 11종 및 광물 2종을 사용하였다.
모르타르 봉은 25.4 × 25.4 × 295 mm 규격으로 3개/조로 제작하였다.
본 시험 방법은 골재를 Table 3과 같이 분쇄하여 사용한다. 시험에 사용되는 모르타르 봉의 배합은 시멘트 440 g, 혼합골재 990 g 및 물 206.8 g이다. 배합에 사용된 물-시멘트 비는 0.
이론/모형
시험법이 시험 방법은 동일하며 알칼리-골재 반응성 판정이 약간 상이하다. 본 연구에서는 KS F 25456)를 적용하였으며, 판정은 JIS A 11457)로도 수행하였다.
성능/효과
1) KS F 2545 결과 화성암 골재 중에서는 안산암 외 6종이 잠재유해 이상의 판정을 받았으며, 퇴적암 골재는 모든 종류가 잠재유해 판정을 받았고, 변성암 골재 중에서는 점판암 B 외 3종이 잠재유해 이상의 판정을 받았다. 또한, 광물 중에서는 석영이 잠재유해 판정으로 나타났다.
Table 10 Expansion results of metamorphic rocks by ASTM C 1260
12종의 변성암 중에서 14일 재령에 0.1% 이상의 팽창이 발생한 골재에는 충남 보령 점판암의 0.303%의 팽창과 유리질 응회암의 0.458%로서 반응성이 매우 큰 골재임을 알 수 있었다
. 28일 재령에 0.
2) ASTM C 1260 결과 화성암 골재 중에서는 백운모 화강암 외 1종, 퇴적암 골재 중에서는 장석사암 외 2종, 변암성 골재 중에서는 점판암 B 외 2종, 광물 중에서는 석영이 반응성이 있는 것으로 판정되었다.
4) KS F 2545와 ASTM C 1260에 대한 시험법별 알칼리-골재 반응성 평가 결과는 서로 상이한 결과를 도출한 골재들이 나타남으로서 두 시험법의 상관성이 낮은 것으로 판단된다.
5종의 퇴적암 중에서는 14일 재령에 0.1% 이상의 팽창이 발생한 골재에는 장석사암, 적색사암, 셰일로서 잠재적인 알칼리-실리카 반응성이 있는 것으로 실험되었다. 퇴적암 중 셰일의 경우 14일에 0.
최근까지 국내산 골재 중 현무암과 천매암 등 특정한 몇몇 골재들이 반응성이 있는 것으로 알려져 왔다. 국내에서 주로 사용되는 KS F 2545와 KS F 2546 (시멘트와 골재의 배합에 따른 알칼리 잠재 반응 시험 방법 (모르타르 봉 시험 방법))에서 알칼리-실리카 반응에 의한 반응성 골재로 검출되지 않았던 암종들이, 본 연구의 ASTM C 1260으로 국내산 골재의 알칼리-실리카 반응성이 있는 것으로 나타났다.
화성암 골재에서는 안산암, 휘록암, 화강반암, 백운모 화강암 및 섬록암이 유해한 것으로 판정되었고, 퇴적암 골재에서는 대상 골재 모두 잠재유해 판정이 나타났다. 변성암 골재에서는 점판암, 화강 편마암 및 규암이 유해한 것으로 판정되었고, 광물에서는 석영이 잠재유해 판정으로 나타났다. 본 연구에서 수행된 실험 결과를 JIS A 1145로 판정하는 경우 KS F 2545보다는 반응성 판정이 높게 나타남을 알 수 있었다.
변성암 중에서 재령 14일에 0.1% 이상의 팽창이 발생한 골재는 충남 보령 점판암에서 0.303%, 유리질 응회암에서 0.458%의 팽창이 발생하여 반응성이 매우 큰 골재임을 알 수 있었다. 재령 28일에 0.
변성암의 시험 결과는 Table 6에서 보는 것과 같이 점판암 B, 화강 편마암 및 규암이 유해한 것으로 판정되었으나 JIS A 1145 기준으로는 점판암, 편암, 화강 편마암, 규암 및 각섬암이 무해 아님으로 판정되었다.
133%의 팽창이 발생하여 반응성이 있는 것으로 나타났다. 복운모 화강암 시편은 시간 경과에 따라 팽창이 증가되는 것을 볼 수 있었으며, 재령 24일에 0.197%까지 팽창이 발생하는 것으로 실험되었다. 백운모 화강암은 14일에 −0.
본 실험에서는 화성암 중 흑운모 화강암과 규장암의 경우 KS F 2545에서는 유해, JIS A 1145에서는 무해 판정으로 나타났다. 퇴적암 중 세일은 KS F 2545에서는 잠재유해, JIS A 1145에서는 무해 판정이 나타났다.
변성암 골재에서는 점판암, 화강 편마암 및 규암이 유해한 것으로 판정되었고, 광물에서는 석영이 잠재유해 판정으로 나타났다. 본 연구에서 수행된 실험 결과를 JIS A 1145로 판정하는 경우 KS F 2545보다는 반응성 판정이 높게 나타남을 알 수 있었다.
005%로 팽창이 거의 발생하지 않아 반응성이 없는 것으로 나타났다. 섬록 반암은 0.021%, 심성암인 흑운모 화강암은 0.031%의 팽창이 발생하여 반응성이 없는 것으로 나타났다.
본 실험에서는 화성암 중 흑운모 화강암과 규장암의 경우 KS F 2545에서는 유해, JIS A 1145에서는 무해 판정으로 나타났다. 퇴적암 중 세일은 KS F 2545에서는 잠재유해, JIS A 1145에서는 무해 판정이 나타났다. 변성암 중 점판암 B는 KS F 2545에서는 유해, JIS A 1145에서는 무해 판정 나타났고, 편암은 KS F 2545에서 는 무해, JIS A 1145에서는 유해 판정 나타났다.
퇴적암 중에서는 재령 14일에 0.1% 이상의 팽창이 발생한 골재에서는 장석사암, 적색사암, 세일로서 잠재적인 알칼리-실리카 반응성이 있는 것으로 나타났다. 퇴적암 중 재령 28일에서 0.
퇴적암의 시험 결과는 Table 5에서 보는 것과 같이 시험대상 골재 모두 잠재유해 판정으로 나타났으며, JIS A 1145 기준으로는 셰일은 무해로 판정되었다.
화성암 골재에서는 안산암, 휘록암, 화강반암, 백운모 화강암 및 섬록암이 유해한 것으로 판정되었고, 퇴적암 골재에서는 대상 골재 모두 잠재유해 판정이 나타났다. 변성암 골재에서는 점판암, 화강 편마암 및 규암이 유해한 것으로 판정되었고, 광물에서는 석영이 잠재유해 판정으로 나타났다.
ASTM C 1260에 의한 화성암에 대한 모든 팽창 실험 결과를 Table 8에 나타내었다. 화성암 중 화산암인 유문암의 알칼리-실리카 반응 실험 결과는 14일에 0.023% 팽창이 발생하여 반응성이 없는 것으로 나타났으며, 안산암의 실험 결과도 14일에 0.005%가 팽창하여 반응성이 없는 것으로 나타났다.
화성암의 시험 결과는 Table 4에서 보는 것과 같이 안산암, 휘록암, 화강반암, 백운모 화강암 및 섬록암이 유해한 것으로 판정되었다. JIS A 1145 기준에서는 안산암, 휘록암, 화강반암, 섬록 반암, 석영 반암, 백운모 화강암 및 섬록암이 무해 아님으로 판정되어 KS F 2545 보다는 반응성이 높게 검출되었다.
후속연구
3) 퇴적암과 변성암 골재 중 일부 골재의 경우 ASTM C 1260 결과 재령 14일까지의 팽창 특성은 알칼리-실리카 반응이 없는 것으로 측정되나 그 이후 재령이 증가함에 따라 팽창이 급격하게 증가하므로 재령 28일까지 또는 그 이후까지 측정하여 알칼리-실리카 반응성을 평가할 필요성이 요구되어진다.
변성암 골재는 14일 이후 시간 경과에 따라 팽창이 급격하게 증가되는 것으로 나타났다. 이와 같이 본 연구에서 실험된 점판암의 경우 지역에 따라 알칼리-실리카 반응에 의한 팽창 현상이 매우 다르게 나타나는 것을 알 수 있어 지역에 따라 잠재적인 알칼리-실리카 반응성을 판정하는데 있어 신중함을 기해야 할 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
콘크리트구조물에 발생한 알칼리-골재 반응에 대해 최초의 연구는 언제, 어떻게 시작하여는가?
콘크리트구조물에 발생한 알칼리-골재 반응에 대한 최초의 연구는 1940년 Stanton1)이 미국 캘리포니아 주에 건설된 콘크리트구조물에서 시공 후 수년 경과 후에 심한 불규칙한 균열이 발생하여, 원인 불명의 균열에 대한 연구에서 시작되었다. 그 후 미국 전역에서 지속적인 연구가 이루어져 골재의 알칼리 잠재 반응 시험 방법에 대한 ASTM 규정이 제정되기에 이르렀고, Sidney Diamond2)가 알칼리-실리카 반응이라는 명칭을 사용하기 시작하였다.
국내에서는 알칼리-골재 반응에 대한 연구를 무슨 방법으로 하였는가?
국내에서도 그동안 일부에서 화학적인 방법 (ASTM C 289)과 모르타르 봉 방법 (ASTM C 227)으로 알칼리-골재 반응에 대한 연구를 수행하여 화학적인 방법으로는 일부 골재가 반응성이 있는 것으로 보고하였으나, 모르타르 봉방 법에서는 대상 골재에서 유해 가능성이 낮은 것으로 보고하였다.3) 한편, 그동안 국내에서는 콘크리트 구조물에서 알칼리-실리카 반응에 의한 피해사례가 거의 보고된 바 없고, 골재의 품질도 양호한 것으로 알려져 왔다.
참고문헌 (10)
Stanton, T. E., 'Expansion of Concrete Through Reaction Between Cement and Aggregate,' Proc., ASCE, Reston, VA, 1940, pp. 1781-1811
Diamond, Sidney and Barneyback, R. S., 'A Prospective Measure for the Extent of Alkali-Silica Reaction,' Proceedings of Symposium held in London, September 1976, pp. 149-162
KS F 2545, '골재의 알칼리 잠재 반응 시험 방법 (화학적 방법),' 산업표준심의회, 1997
JIS A 1145, '骨材の アルカリシリカ 性 試驗方法 (化學法),' JIS 土木 II, 土木資材/建設用機械.用具, 日本規 格協會, 2001, pp. 576-580
ASTM C 1260, 'Standard Test Method for Potentially Alkali Reactivity of Aggregates (Mortar-Bar Method),' American Society for Testing and Materials, 2002, pp. 684-688
Fournier, Benoit, Marc-Andre Berube, and Chris a. Rogers, 'Proposed Guidelines for the Prevention of Alkali-Silica Reaction in New Concrete Structures,' TRR 1668 Paper No. 99-1176, 1999, pp. 48-49
Berube, M. A. and Fournier, B., 'Accelerated Test Methods for Alkali-Aggregate Reactivity. Advances in Concrete Technology (Ed. V. M. Malhotra),' CANMET/EMR, Ottawa, 1992, pp. 583-627
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