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ASTM C 1260 실험에 의한 국내 골재의 알칼리-실리카 반응 팽창 특성
Expansion Behavior of Aggregate of Korea due to Alkali-Silica Reaction by ASTM C 1260 Method 원문보기

콘크리트학회논문집 = Journal of the Korea Concrete Institute, v.20 no.4, 2008년, pp.431 - 437  

윤경구 (강원대학교 토목공학과) ,  홍승호 (한국도로공사 도로교통기술원 포장연구그룹) ,  한승환 (한국도로공사 도로교통기술원 포장연구그룹)

초록
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한국에서는 그동안 콘크리트구조물에서 알칼리-실리카 반응에 의한 피해 사례가 학계에 보고된 바가 거의 없는 상태이다. 최근 일부 고속도로 콘크리트 포장에서 알칼리-실리카 반응에 의한 균열과 스펄링 발생하였다. 본 연구에서는 최근 몇몇 국가에서 콘크리트용 골재의 알칼리-실리카 반응성을 조기에 판정하는데 효과가 있는 ASTM C 1260 촉진 모르타르 봉 방법으로 한국산 암석에 대하여 재령별 팽창 특성을 분석하고자 하였다. 실험 결과 한국산 골재 중 화성암 골재 10종 중에서 14일 재령에 0.1% 이상의 팽창이 발생한 골재는 복운모 화강암, 규장암이 반응성이 있는 것으로 실험되었다. 퇴적암 골재 5종 중에서는 14일 재령에 0.1% 이상의 팽창이 발생한 골재에는 장석사암, 적색사암, 셰일로서 잠재적인 알칼리-실리카 반응성이 있는 것으로 실험되었다. 변성암 골재 11종 중에서 14일 재령에 0.1% 이상의 팽창이 발생한 골재에는 충남 보령 점판암으로서 0.303%의 팽창이 발생하여 반응성이 매우 큰 골재임을 알 수 있었다. 이와 같이 한국산 골재에서도 알칼리-실리카 반응에 의한 팽창 현상이 크게 발생함을 알 수 있었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The concrete pavement at Seohae Expressway in Korea has suffered from serious distress, only after four to seven years of construction. The deterioration of ASR has seldom been reported per se in Korea, because the aggregate used for the cement concrete has been considered safe against alkali-silica...

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

  • 모르타르 봉 제작은 몰드에 모르타르를 타설한 후 23℃가 유지되는 항온항습기에서 몰드 상태로 24시간 동안 양생하였다. 1일 양생된 모르타르는 몰드에서 시편을 분리하여 모르타르의 길이를 버어니어 캘리퍼스로 0.001 mm까지 측정하였다. 모르타르 봉의 양 끝단에 설치된 스터드까지의 길이를 다이얼게이지가 설치된 길이 변화 측정기로 습윤양생 전 길이를 측정하였다.
  • 초기 측정이 완료된 시편은 폴리프로필렌 밀폐 용기에 시편이 완전히 잠기도록 물을 채운 후 밀폐 시킨 후 80℃가 유지되는 항온기에서 24시간 수중양생을 하였다. 24시간 경과 후 수중 양생된 시편은 영점 길이 변화 측정을 위하여 밀폐 용기에서 꺼낸 후 즉시 (15초 내 측정 완료) 물기를 제거하고 초기 길이 변화를 측정하였다.
  • 국내산 암석 종류별 ASTM C 1260 촉진 모르타르 봉 실험으로 알칼리-실리카 반응 실험을 실시하여 반응 특성을 비교 분석하였으며, 위상차 현미경을 사용하여 알칼리-실리카 반응에 의한 시편 내부의 변화에 대하여 분석하였다. ASTM C 1260 촉진 모르타르 봉 실험을 통해 알칼리-실리카 반응에 의해 팽창이 크게 발생한 점판암 골재 시편 내부에 발생한 반응 생성물을 SEM으로 관찰하고 EDX를 사용하여 알칼리-실리카 반응에 의한 반응 겔의 스펙트럼을 분석하였다.4)
  • ASTM C 1260 촉진 모르타르 실험에서 알칼리-실리카 반응에 의해 팽창이 크게 발생한 충남 보령 점판암 골재로 제작된 시편의 반응 생성물을 분석하였다. 본 골재로 제작된 시편으로 촉진 모르타르 봉 실험을 수행한 결과 14일에 0.
  • 국내산 암석 종류별 ASTM C 1260 촉진 모르타르 봉 실험으로 알칼리-실리카 반응 실험을 실시하여 반응 특성을 비교 분석하였으며, 위상차 현미경을 사용하여 알칼리-실리카 반응에 의한 시편 내부의 변화에 대하여 분석하였다. ASTM C 1260 촉진 모르타르 봉 실험을 통해 알칼리-실리카 반응에 의해 팽창이 크게 발생한 점판암 골재 시편 내부에 발생한 반응 생성물을 SEM으로 관찰하고 EDX를 사용하여 알칼리-실리카 반응에 의한 반응 겔의 스펙트럼을 분석하였다.
  • 001 mm까지 측정하였다. 모르타르 봉의 양 끝단에 설치된 스터드까지의 길이를 다이얼게이지가 설치된 길이 변화 측정기로 습윤양생 전 길이를 측정하였다. 초기 측정이 완료된 시편은 폴리프로필렌 밀폐 용기에 시편이 완전히 잠기도록 물을 채운 후 밀폐 시킨 후 80℃가 유지되는 항온기에서 24시간 수중양생을 하였다.
  • 본 논문에서는 국내산 암석에 대해 ASTM C 1260 촉진 모르타르 봉 실험으로 알칼리-실리카 반응 실험을 실시하여 반응 특성을 비교 분석하였으며, 알칼리-실리카 반응에 의해 팽창이 크게 발생한 점판암 골재 시편 내부에 발생한 반응 생성물을 SEM으로 관찰하고 EDX를 사용하여 알칼리-실리카 반응에 의한 반응겔의 스펙트럼을 분석하였다. 그 결과 다음과 같은 결론을 도출하였다.
  • 본 시편에서 반응생성물을 분석하기 위하여 SEM과 EDX 장치를 사용하였다. EDX 장치에서 분석 소프트웨어는 미국 I사의 EDS 2004를 사용하였다.
  • 반응 생성물을 분석하기 위하여 시편은 다이아몬드 절단기를 이용하여 10 mm 두께로 절단 한 후 분석 대상면은 덴마크 S사의 120 SiC 연마기로 거친면을 절삭하였다. 시편의 거친면을 연마한 후 S사의 MD-Piano 220의 다이아몬드 연마기로 연마한 후, MD-Piano 600의 다이아몬드 연마기로 절삭하였다. 이 때 연마의 효율성을 높이기 위하여 비수용성 에틸 알콜 함유 연마제를 사용하여 연마 시 발생될 수 있는 반응 생성물의 이탈과 물의 작용을 최소화하였다.
  • 초기 길이 변화가 측정된 모르타르 시편은 1 N NaOH 용액이 담겨 있는 밀폐 용기에 넣어 80℃가 유지되는 항 온기에서 길이 변화를 유도하였다. 영점 길이 변화 측정 후 시편의 길이 변화는 7일, 14일, 21일 및 28일까지 측정하였고, 측정일 별로 모르타르의 변화 상태 및 균열 발생 여부를 육안으로 확인하였다.
  • 시편의 거친면을 연마한 후 S사의 MD-Piano 220의 다이아몬드 연마기로 연마한 후, MD-Piano 600의 다이아몬드 연마기로 절삭하였다. 이 때 연마의 효율성을 높이기 위하여 비수용성 에틸 알콜 함유 연마제를 사용하여 연마 시 발생될 수 있는 반응 생성물의 이탈과 물의 작용을 최소화하였다.4)
  • 416%의 팽창이 발생하여 알칼리-실리카 반응성이 매우 큰 골 재임을 알 수 있다. 이와 같이 알칼리-실리카 반응에 의해 팽창이 크게 발생한 시편을 선정하여 분석하였다.

대상 데이터

  • 본 시편에서 반응생성물을 분석하기 위하여 SEM과 EDX 장치를 사용하였다. EDX 장치에서 분석 소프트웨어는 미국 I사의 EDS 2004를 사용하였다. 반응 생성물을 분석하기 위하여 시편은 다이아몬드 절단기를 이용하여 10 mm 두께로 절단 한 후 분석 대상면은 덴마크 S사의 120 SiC 연마기로 거친면을 절삭하였다.
  • 모르타르 봉은 25.4 mm × 25.4 mm × 295 mm 규격으로 3개/조로 제작하였다.
  • EDX 장치에서 분석 소프트웨어는 미국 I사의 EDS 2004를 사용하였다. 반응 생성물을 분석하기 위하여 시편은 다이아몬드 절단기를 이용하여 10 mm 두께로 절단 한 후 분석 대상면은 덴마크 S사의 120 SiC 연마기로 거친면을 절삭하였다. 시편의 거친면을 연마한 후 S사의 MD-Piano 220의 다이아몬드 연마기로 연마한 후, MD-Piano 600의 다이아몬드 연마기로 절삭하였다.
  • 본 연구에 사용된 골재는 화성암 10종, 퇴적암 5종, 변성암 11종 및 광물 3종이다. 본 연구에서 사용된 골재의 분류는 Table 2와 같다.
  • 본 연구에서는 한국 A사의 1종 포틀랜트시멘트를 사용하였다. 시멘트의 화학 성분은 Table 1과 같다.
  • 시험에 사용되는 모르타르 봉 배합은 시멘트 440g, 혼합 골재 990 g 및 물 206.8 g이다. 배합에 사용된 물-시멘트 비는 47%이다.
  • 시멘트의 화학 성분은 Table 1과 같다. 시험에 사용된 시멘트의 등가 알칼리 함량은 0.98%로서 고알칼리 시멘트이다.

이론/모형

  • 시험 대상 골재의 알칼리-실리카 반응에 의한 길이 변화 특성을 확인하기 위하여 ASTM C 1260 모르타르 봉 시험법을 적용하였다. ASTM C 1260 시험 방법은 시편 제작 후 16일 후 길이 변화를 측정하여 0.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
알칼리-실리카 반응이란 무엇인가? 알칼리-실리카 반응 (ASR : alkali silica reaction)은 시멘트에 존재하는 알칼리 성분인 Na+와 K+이온이 pH가 높은 환경에서 경화된 콘크리트구조물의 공극 용액 속에 존재하면서 골재의 반응성 실리카와 반응하여 팽창성 반응겔 (ASR gel)을 생성하는 현상이다. 이렇게 반응성 물질이 포함된 반응겔이 만들어 진 후, 내부 또는 외부로 부터 수분이 공급될 때 팽창이 발생하게 된다.
본 연구에서 국내산 암석에 대해 ASTM C 1260 촉진 모르타르 봉 실험으로 알칼리-실리카 반응 실험을 실시하여 반응 특성을 비교 분석하고, 알칼리-실리카 반응에 의해 팽창이 크게 발생한 점판암 골재 시편 내부에 발생한 반응 생성물을 SEM으로 관찰하고 EDX를 사용하여 알칼리-실리카 반응에 의한 반응겔의 스펙트럼을 분석한 결과는 어떠한가? 1) 화성암 골재 10종 중에서 14일 재령에 0.1% 이상의 팽창이 발생한 골재는 복운모 화강암, 규장암이 반응성이 있는 것으로 실험되었다. 다른 8종의 골재는 28일 재령에 0.05% 이하의 팽창이 발생하여 알칼리-실리카 반응이 발생하지 않은 것으로 판단할 수 있다. 2) 퇴적암 골재 5종 중에서는 14일 재령에 0.1% 이상의 팽창이 발생한 골재에는 장석사암, 적색사암, 셰일로서 잠재적인 알칼리-실리카 반응성이 있는 것으로 실험되었다. 퇴적암 중 셰일의 경우 14일에 0.15% 그리고 28일에 0.27%의 팽창이 발생하여 알칼리-실리카 반응성이 큰 골재임을 알 수 있다. 퇴적암 중 28일 재령에서 이암을 제외하고 4종 모두 0.1% 이상의 팽창이 발생되었다. 이와 같이 일부 퇴적암 골재는 14일 재령 이후에 팽창이 증가되는 현상이 관찰되었다. 3) 변성암 골재 11종중에서 14일 재령에 0.1% 이상의 팽창이 발생한 골재에는 충남 보령 점판암으로서 0.303%의 팽창이 발생하여 반응성이 매우 큰 골재임을 알 수 있었다. 28일 재령에 0.1% 이상의 팽창이 발생한 골재에는 점판암, 우백질편마암, 편암, 화강편마암, 호른펠스 및 각섬암으로 나타났다. 변성암 골재는 14일 이후 시간 경과에 따라 팽창이 급격하게 증가되는 것으로 나타났다. 4) 본 시편 내부 공극부에는 Si, Na, K 성분이 많이 포함된 반응 생성물이 있는 것으로 분석되었다. 반응 생성물에는 Na 성분이 많이 포함되어 있는 것으로 분석되어 촉진 모르타르 봉 실험에서 실험 기간 동안 시편을 1 N NaOH 용액에 침전으로 인하여 외부로부터 Na이 작용한 것으로 판단된다.
ASTM C 1260 시험 방법은 알칼리-실리카 반응에 대해 어떤 기준으로 판정을 내리는가? 시험 대상 골재의 알칼리-실리카 반응에 의한 길이 변화 특성을 확인하기 위하여 ASTM C 1260 모르타르 봉 시험법을 적용하였다. ASTM C 1260 시험 방법은 시편 제작 후 16일 후 길이 변화를 측정하여 0.1~0.2%이면 알칼리-실리카 반응의 잠재성이 있는 것으로 판정하고, 0.2%이상이면 알칼리-실리카 반응성이 있는 것으로 판정하고 있다.6)본 시험 방법에서 골재를 Table 3과 같이 분쇄하여 사용하였다.
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참고문헌 (8)

  1. 한국건설기술연구원, 국내 쇄석골재의 화학반응성 연구, 한국건설기술연구원, 1993, 93-SE-112-2 

  2. 이도헌, 김병환 외 8인, 콘크리트용 부순 모래의 실용화 연구, 대한주택공사 주택연구소 및 삼표산업 주식회사, 1997 

  3. 한공창 외 8, 채석 기술 개발 연구, 산업자원부 한국자원연구소, 2000, 1999-R-T108-P-27 

  4. 홍승호, 국내 콘크리트의 알칼리-실리카 반응에 대한 조사 및 억제방안, 2006, 박사학위논문, 강원대학교 대학원 

  5. 홍승호, 한승환, 안성순, 장태순, "알칼리-실리카 반응에 의한 무근콘크리트포장의 파손 고찰," 한국콘크리트학회, 가을 학술발표회 논문집, 15권, 2호, 2003, pp. 99-101 

  6. ASTM C 1260, Standard Test Method for Potentially Alkali Reactivity of Aggregates [Mortar-Bar Method), American Society for Testing and Materials, 1994 

  7. Larranaga, Miren Etxeberria, Experimental Study on Microstructure and Structural Behaviour of Recycled Aggregate Concrete, Doctoral Thesis, Barcelona, 2004, pp. 138-139.7 

  8. Carles-Gibergues and Andre, Martin Cyr, "Interpretation of Expansion Curves of Concrete Subjected to Accelerated Alkali-Aggregate Reaction (AAR) Tests," Cement and Concrete Research, Vol. 32, 2002, pp. 691-700 

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