This study investigates the saturation level of surface dryness, quantity of adhesive mortar, and the alien substance content of recycled aggregates for concrete to develop an adequate quality testing method for understanding the properties of recycled aggregates, which differ greatly from preexisti...
This study investigates the saturation level of surface dryness, quantity of adhesive mortar, and the alien substance content of recycled aggregates for concrete to develop an adequate quality testing method for understanding the properties of recycled aggregates, which differ greatly from preexisting aggregates. For tests that measure the saturation level of surface dryness, where detail methods are applied differently according to the tester, various testing methods from across world were compared and analyzed. This study revealed that when measuring the saturation level of surface dryness of a certain sample, aggregates must be supplemented immediately whenever the height of the sample becomes lower than the measuring mold, and allowing the tamper to free fall on the sample will provide the most accurate results. When measuring the quantity of adhesive mortar of recycled aggregates for concrete, an acid solution was used, and since the quantity of adhesive mortar increases as the particle sizes gets smaller, the sample for testing should represent the entire granularity. Sulfuric acid solution is adequate for immersion, and the concentration should be 20% for best results. According to the alien substance content measurement, which was examined by the naked eye, the error range caused by the difference in particle size was neglectable, and therefore the sample should be $2.5{\sim}5.0mm$ in size concerning the accuracy and measuring time. Also, for coarse recycled aggregates, the sample should amount to 1kg for measuring alien substance content by the naked eye, which proves that assortment by the naked eye is the most adequate method for measuring the alien substance content of a recycled aggregate.
This study investigates the saturation level of surface dryness, quantity of adhesive mortar, and the alien substance content of recycled aggregates for concrete to develop an adequate quality testing method for understanding the properties of recycled aggregates, which differ greatly from preexisting aggregates. For tests that measure the saturation level of surface dryness, where detail methods are applied differently according to the tester, various testing methods from across world were compared and analyzed. This study revealed that when measuring the saturation level of surface dryness of a certain sample, aggregates must be supplemented immediately whenever the height of the sample becomes lower than the measuring mold, and allowing the tamper to free fall on the sample will provide the most accurate results. When measuring the quantity of adhesive mortar of recycled aggregates for concrete, an acid solution was used, and since the quantity of adhesive mortar increases as the particle sizes gets smaller, the sample for testing should represent the entire granularity. Sulfuric acid solution is adequate for immersion, and the concentration should be 20% for best results. According to the alien substance content measurement, which was examined by the naked eye, the error range caused by the difference in particle size was neglectable, and therefore the sample should be $2.5{\sim}5.0mm$ in size concerning the accuracy and measuring time. Also, for coarse recycled aggregates, the sample should amount to 1kg for measuring alien substance content by the naked eye, which proves that assortment by the naked eye is the most adequate method for measuring the alien substance content of a recycled aggregate.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 순환골재를 사용함에 있어 콘크리트용 순환골재 및 각종 공사에 사용되는 순환골재의 품질확인을위한 실험방법을 개발함으로써 건설폐기물의 효율적 재활용에기여하는 것을 목적으로 진행되었다.
따라서 본 연구에서는 순환골재의 품질을 직접 평가할 수 있는 방법으로서, 순환골재를 일정기간 산성용액에 침지 시켜 모르타르 부분을 용해시킴으로써 순환골재에 부착되어 있는 모르타르량을 산출하고자 하였으며 표 2에 실험요인 및 실험 수준을 나타내었다. 순환잔골재의 표면에 부착되어 있는 모르타르의 양을 측정하기 위하여 모르타르를 제거할 산성용액으로는 일반적으로 그 효과가 알려져 있는 황산과 염산을 사용하였으며, 용액의 농도는 모르타르의 용해속도, 경제성, 실험자의 안전성 등을 고려하여 40% 이내의 4수준으로 설정하여 부착모르타르가 제거되는 효과를 비교분석하여 적정농도를 산출하고자 하였다.
또한 이물질함유량 측정방법에 대해서는 국내의 관련 규격을 검토하여 문제점을 제시하고 다각적인 실험을 통하여 새로운 실험 방법(안)을 제시하고자 한다.
먼저, 순환골재의 가장 중요한 품질의 지표인 밀도와 흡수율을 판정하게 위해 수행되는 표면건조포화상태(이하, 표건 상태) 판정방법에 대한 검토를 수행하여 기존 실험방법의 문제점 및 개선안을 제시하고자 하였으며, 강도 및 밀도, 흡수량에 큰 영향을 미치는 부착 모르타르량 측정방법은 국내외에 규격화된 실험방법이 전무하므로 순환골재의 특성 등을 고려한 다양한 실험을 통하여 그 측정방법을 개발하고자 한다.
본 실험의 목적은 순환골재에 포함되어 있는 이물질 함유량을 신속, 정확하게 측정 가능한 방법을 개발하는 것을 목적으로 진행되었으며, 기존의 많은 비용과 시간이 소요되는 비중선별법의 대안으로서 육안에 의한 이물질 함유량 판정 방법의 적합성에 대해서 검토하였다.
본 연구는 순환골재를 콘크리트용 골재로 사용함에 있어 그품질기준을 결정하는 실험방법에 대하여 국내외의 관련 규격을 검토하여 문제점의 분석 및 현실을 고려한 새로운 실험 방법을 제시하고 그 결과를 도출하고자 한다.
가설 설정
4) 본 실험결과의 일부는 개정된 KS F 2576-2006 해설 편에 반영되었습니다.
제안 방법
본 연구에서는 국내、외에서 사용되고 있는 콘크리트용 골재의 표건상태 판정방법에 관한 규정을 조사하였으며, 잔골재의 표건상태 실험 관련 국내 규격인 "KS F 2504(잔골재의 밀도 및 흡수율 시험방법)”, 일본의 JIS A 1109(細骨材<0比重右 J渺吸水率試験), 미국의 ASTM C 128(Standard Test Method for Specific Gravity and Absorption of Fine Aggregate) 3가지 규격을 비교 '분석하였으며, 국내의 현장및 실험실에서 각기 달리 사용하고 있는(KS F 2504에 기술된 문장 해석상의 차이로 발생 될 수 있는) 잔골재의 표건실험방법을 조사하여 표 1과 같이 다짐봉의 위치 (높이), 다짐방법, 다짐 중 시료의 보충 여부 등 다르게 하여 실험을 실시하였다.
동일한 실험자로 하여 동일한 실험조건을 적용하여 표건측정 실험을 실시하였다. 다짐봉의 위치(높.
순환잔골재의 표면에 부착되어 있는 모르타르의 양을 측정하기 위하여 모르타르를 제거할 산성용액으로는 일반적으로 그 효과가 알려져 있는 황산과 염산을 사용하였으며, 용액의 농도는 모르타르의 용해속도, 경제성, 실험자의 안전성 등을 고려하여 40% 이내의 4수준으로 설정하여 부착모르타르가 제거되는 효과를 비교분석하여 적정농도를 산출하고자 하였다. 또한 침지 후의 시료는 0.15mm 체 위에서 물로 세척하며 체가름한 후, 건조하여 그 중량을 측정하였으며, 침지용액은 pH 경시변화를 막기 위해 매 침지 실험마다 새로운 용액으로 교체하였다.
산성용액에 의한 부착모르타르 실험을 행함에 있어, 순환골재의 침지시간 및 침지횟수에 따라 순환골재에 부착되어 있는모르타르의 용해속도 및 산성용액의 용해도에 따른 질량감소율의 변화를 실험하였다.
순환골재에 부착되어 있는 모르타르를 제거하기 위하여 대표적인 산성용액 황산 및 염산을 사용하여 각 산성용액의 농도에 따른 부착모르타르량의 질량 감소율을 측정하였으며, 사용된 순환골재는 실험을 위하여 임의로 입도를 2.75로 조정하였다.
나타내었다. 순환잔골재의 표면에 부착되어 있는 모르타르의 양을 측정하기 위하여 모르타르를 제거할 산성용액으로는 일반적으로 그 효과가 알려져 있는 황산과 염산을 사용하였으며, 용액의 농도는 모르타르의 용해속도, 경제성, 실험자의 안전성 등을 고려하여 40% 이내의 4수준으로 설정하여 부착모르타르가 제거되는 효과를 비교분석하여 적정농도를 산출하고자 하였다. 또한 침지 후의 시료는 0.
시료는 국내에서 생산중인 비교적 저품질의 순환굵은골재를대상으로 하였으며 각각 시료량을 1kg, 2kg으로 하여 육안에의한 순환굵은골재의 이물질 종류별 함유량과 측정소요시간을 2회 실험하여 산출하였다. 이 실험에서 선별하는 이물질의 종류는 표 5와 같이 크게 5개의 Group으로 분류하여 각각의 질량을 측정토록 하였다.
실험은 11명의 측정자가 시료를 각각 2회씩 측정토록 하였으며 측정대상의 순횐골재는 먼저 0.15醐체에 넣어 물로 세척하여 건조시킨 후 체가름하여 측정시료를 채취하였다.
육안선별 방법의 적절성 및 정확도를 판단하기 위하여, ①이물질 분리선별이 가능한 입자크기, ②입자크기에 따른 이물질측정량의 차이, ③측정 소요시간 및 적정 시료량, ④측정자가다를 경우의 측정오차를 검토하였다.
실험하여 산출하였다. 이 실험에서 선별하는 이물질의 종류는 표 5와 같이 크게 5개의 Group으로 분류하여 각각의 질량을 측정토록 하였다. 또한 본 실험에서는 주로 무기물을 대상으로 하였으나 유기 이물질의 경우에는 육안분류 후, 질량혹은 부피측정이 가능할 것으로 사료된다.
현행 KS F 2504에 규정된 실험방법을 제시하여 실험자로하여금 실험을 실시하였을 경우 대부분의 실험자가 그림 2에도식화 한 것과 같이 해석을 하여 실험을 하였다. 표건상태 실험을 실시하는 도중 가장 문제가 된 점은 "윗면을 평평하게 한후, 힘을 가하지 않고 다짐봉으로 25회 가볍게 다진다」'라는문구이다.
성능/효과
1) 순환골재의 부착모르타르량은 입경이 작을수록 증가하는 것으로 나타나 부착모르타르량 실험을 위한 시료는 전체 입도를 대상으로 하는 것이 바람직^다.
1)잔골재의 밀도 및 흡수율 실험방법으로써, 국내외 관련 규격(KS F 2504, JIS A 1109, ASTM C 128)을 비교분석한 결과, 표건상태 판정방법에 대한 규정내용이 서로 다르고, 이를 해석하는 방법에 따라 실험결과의 차이는 매우 크게 발생된다.
2) 육안선별에 의한 순환잔골재의 이물질함유량은 입경 2.5~5mm의 시료 30g을 대상으로 할 경우 약 30분 이내로 측정이 가능하고. 실험의 정밀도도 확보할 수 있다.
2) 황산용액을 사용하면 초기의 용해속도는 느리나 최종적인 용해량은 염산용액의 경우보다 크고 실험결과의 편차가 적으므로, 순환골재의 부착모르타르량 측정을 위해서는 염산 용액보다 황산용액을 사용하는 것이 좋다.
나타낸 것이다. 2.5~5.0nm의 경우에는 1.2~2.5mni의경우보다 측정시간이 평균 6~7배가 소요되는 것으로 나타나, 측정정밀도가 확보된다면 입경이 큰 시료를 사용하는 것이 크게 유리할 것으로 판단된다.
3) KS, JIS, ASTM의 규격에 의한 비교실험 결과, 표건실험도중 시료의 높이가 몰드의 윗면보다 낮아지면 즉시 시료를 보중하여야 하며, 다짐방법은 시료표면에서 자유낙하시키는 방법이 정밀도가 가장 높게 나타나 표건 측정방법으로 적합한 방법이라 판단된다.
3) 산성용액의 농도가 높을수록 순환골재 부착모르타르의 용해 속도가 빠르나, 최종 질량감소율은 유사하게 나타나 실험의 용이성 및 실험자의 안전성을 고려하여 황산용액의 농도 20%가 적정하다고 판단된다.
3) 순환굵은골재의 이물질 육안선별에는 시료량이 1kg인 경우보다 2kg인 경우 측정소요시간의 증가로 인하여 실험자의 피로도가 증대되고 정밀도가 저하되어, 육안선별 시료량은 1kg으로 하는 것이 적절하다.
4) 순환골재의 질량감소율은 총 침지시간이 동일하더라도 1회당 침지사간 및 침지횟수에 따라 다르게 나타나며, 부착모르타르량 측정을 위해서는 1회당 1일간 침지하여 9회까지 측정하는 것이 적절하다.
4.2.1 순환골재의 부착모르타르량의 입자 크기의 영향순환골재의 입자 크기에 따른 부착모르타르량의 차이를 실험하기 위하여 순환골재를 입경에 따라 4수준으로 구분하여실험하였으며, 실험결과 동일 군의 순환골재라도 골재의 입경의 차이에 따라 부착모르타르량의 차이를 보였으며, 동일 입경이라도 침지용액인 황산과 염산에 의해서도 순환골재에 부착되어 있는 모르타르량의 차이를 보였다. 이는 순환골재의 입경의 차이에 따라 부착되어 있는 모르타르량이 다름을 나타낸것이며, 침지용액의 종류에 따라 그 용해도가 다르다는 것을의미한다.
그 결과, 총 침지시간이 같더라도 측정횟수가 9회에서 3회 및 1회로 감소하면 질량감소율도 약 5%-30%로 질량감소율의 변화 및 질량차가 크게 나타났으며, 입경이 작아질수록 측정 횟수에 따른 최종 부착모르타르량의 변화폭도 큰 차이를 보인다.
그러므로 4개의 최종 질량변화율을 하나의 측정군으로 하여 보면 표준편차가 0.25, 변동계수가 0.5%로써 매우 작은 값을 나타내어, 황산에 의한 부착모르타르량 실험방법은 높은 정밀도 확보가 가능하다고 판단된다.
다짐봉의 다짐위치 및 다짐방법이 다른 경우에도 동일한 함수 상태의 시료이더라도 다짐에너지의 변화로 인하여 흡수율의 측정치는 다르게 나타나 시료의 수분량은 차이가 생기게 되어 다짐 봉의 자중만으로 다진 경우가 흡수율이 가장 높게 나타났으며 시료의 표면에서 다짐봉을 자유 낙하시켜 가속도가 부가된 경우에는 자중만으로 다진 경우보다 흡수율이 낮게 측정되었다. 시료 표면의 상부 20~30mm의 높이에서 자유낙하 시킨 경우에는 가속도가 더욱 증대되어 가장 밀실하게 다져지게 되므로 흡수율이 가장 낮게 측정되었다.
유사한 것으로 나타났다. 따라서, 실험대상 시료의 입경은 실험의 편의성 및 시료의 용이성을 고려하여 입경이 큰 것을 대상으로 하는 것이 합리적인 것으로 판단된다.
따라서, 측정소요시간이 시료량이 2kg에서 약 30분 정도가 소요되어 실험의 편리성면에서는 비교적 무리가 없을 것으로 판단되나, 측정소요시간의 차이에 따른 실험결과의 정밀도를 동시에 고려하여 실험에 필요한 적정 시료량을 결정하는 것이 바람직하다고 여겨진다.
또한 동일 시료에서 입경의 차이에 의한 함유량 측정값의 차이는 무시할 수 있는 정도로 정밀도가 높고 각각의 측정값이 유사한 것으로 나타났다. 따라서, 실험대상 시료의 입경은 실험의 편의성 및 시료의 용이성을 고려하여 입경이 큰 것을 대상으로 하는 것이 합리적인 것으로 판단된다.
또한 산성용액에 침지하였을 때의 초기 부착모르타르의 용해도는 염산이 우수하였으나, 최종 부착모르타르의 용해도는 황산이 더 큰 것으로 나타나 산성용액의 종류에 따라 부착모르타르의 용해속도 및 용해도가 차이를 보였다.
반면에 황산의 경우는 초기 용해속도는 다소 느리나 안정화되는 시점이 빠르고 최종 질량감소율도 염산의 경우보다 크므로 부착모르타르량을 충분히 용해시킨 것으로 판단된다. 또한 염산의 경우는 농도에 따라서 안정화 시점에서의 질량변화율이 다르지만’ 황산의 경우에는 농도에 관계없이 최종 질량 변화율이 거의 동일하게 나타났다.
또한, 시료량의 차이에 따른 이물질 종류별 함유량 측정 결과의 표준편차는 시료량이 많을수록 증대하는 것으로 나타났다.
실험 결과 순환골재의 입경이 작아질수록 부착모르타르량은증가하였으며, 황산용액 40%의 경우 용해물이 응고되는 현상이 발생하여 실험오차가 크게 나타나 이 경우를 제외하면 입경에 따른 질량감소율이 거의 동일하게 나타났다. 특히 굵은 골재 크기의 입경과 잔골재 크기의 입경의 순환골재의 부착모르타르량은 현저한 차이를 보이고 있으나, 잔골재의 입경에서는 입경에 따른 부착모르타르량의 차이는 그다지 크기 않은 것으로 나타났다.
여기에서, RS-A 및 RS-B는 입경이 작을수록 표준편차가 작으나, RS-C는 반대의 결과가 나타났으며, 전체적으로는 표준편차가 약 5%에 불과하므로 육안관찰에 의한 이물질 함유량 측정방법이 유용할 것으로 판단된다. 또한, 입경 2.
이 결과를 보면, 시료량이 1kg인 경우의 측정소요시간은 평균 10분이 소요된 것에 비하여 2烟인 경우는 약 33분이 소요되었다. 이와 같이 이물질 선별에 소요되는 측정시간은 시료량의 증가율보다 기하급수적으로 증가되는 결과를 나타냈는데, 이는 실험자의 피로도에 의한 것으로 생각된다.
이는 측정간격 및 산성용액의 교한 횟수에 따라 순환 골재에 부착된 모르타르가 용해되는 수준이 다르다는 결과로써 본 연구에서는 산성용액에 의한 질량감소량은 24시간 침지 시마다 매회 측정함이 바람직하며 산성용액의 교환 또한 같이 이루어지는 것이 실험의 정확성 및 측정시간을 단축할 수 있을 것으로 판단된다.
의한 이물질 선별 실험결과이다. 이들 결과를 보면, 각 대상 시료에 따라서 이물질의 종류에 따른 비율은 차이가 있으며, 이들 결과로부터 순환잔골재에는 골재 이외의 다른 이물질이 25.8%~58.4%가 포함되며 있으며 모르타르, 적벽돌, 아스팔트, 기타 순으로 많이 포함되어 있다(도표 내용 중 RS는 순환잔골재, G는 순환굵은골재의 종류를 나타냄).
따른 질량감소율이 거의 동일하게 나타났다. 특히 굵은 골재 크기의 입경과 잔골재 크기의 입경의 순환골재의 부착모르타르량은 현저한 차이를 보이고 있으나, 잔골재의 입경에서는 입경에 따른 부착모르타르량의 차이는 그다지 크기 않은 것으로 나타났다.
표건상태 측정방법의 실태조사를 바탕으로 실험조건을 설정하여 실험한 결괴-, 실험조건에 따라 흡수율이 최소 0.78에서 최대 2.25까지 약 2.5배 이상의 매우 큰 차이가 발생하는 것으로 나타났다. 시료를 전혀 보충하지 않은 경우에는 시료를 몰드의 윗면 이상으로 소복이 쌓은 경우보다 흡수율이 낮게 측정되었으며 다짐 중에 시료의 높이가 몰드의 높이보다 낮아지게 되어 시료의 물리적 특성에 따라서 몰드를 들어 올릴 때의 시료의 높이가 다르게 되며, 또한 몰드 안쪽 가장자리 부분의 시료가 제대로 다져지지 않게 되는 폐단이 있다.
후속연구
1) 순환잔골재의 입자크기에 따른 이물질함유량 측정결과 측정 오차는 무시할 수 있을 정도이므로, 일정 크기의 입자를 대상으로 육안선별에 의한 이물질함유량 측정이 가능할 것으로 판단된다.
2) 레미콘 업체의 품질관리사들은 현행 KS F 2504의 잔골재표건상태 판정 방법에 대한 내용을 각각 다르게 적용하고있어, 규격의 내용에 대한 명확한 설명 및 교육이 필요하다.
따라서 부착모르타량 실험에 있어 대표적 입도를 적용하기에는 입경에 따른 부착모르타르량의 차이가 심하여 부적합한것으로 판단되며, 부착모르타르량 실험을 위한 시료는 그 순환골재의 대표성을 갖는 전체 입도를 대상으로 하여야 할 것으로 판단된다.
이 실험에서 선별하는 이물질의 종류는 표 5와 같이 크게 5개의 Group으로 분류하여 각각의 질량을 측정토록 하였다. 또한 본 실험에서는 주로 무기물을 대상으로 하였으나 유기 이물질의 경우에는 육안분류 후, 질량혹은 부피측정이 가능할 것으로 사료된다.
이들을 합한 것보다 크게 나타났다. 또한 전체적인표준편차가 낮게 나타나 순환굵은골재의 육안에 의한 이물질선별방법의 정밀도 확보는 가능할 것으로 판단된다.
이 부분을 그대로 해석을 하여 실험을 할 경우 첫째, 시료를 다짐하면 점차 시료의 상면이 몰드의 윗면보다 낮아지게 되는데 이때 시료를 보충하는가의 여부, 둘째, 다짐봉의 자유낙하 또는 다짐봉의 자중에 의한 다짐 등의 차이에 의한 다짐 에너지의 변동 등은 특히 실험결과에 미치는 영향이 클 것으로 명확한 설명을 추가할 필요성이 있을 것으로 판단된다.
참고문헌 (7)
송지흡, 조현대, 최현수, 전명훈, 이도헌, 정재동, 잔골재 표건 상태 판정방법 개선에 관한 연구, 한국콘크리트학회 봄 학술 발표회 논문집, 제17권1호, pp.153-156, 2005.05
이도헌, 전명훈, 정재동, 조현대, 송지흡, 재생골재 이물질 함 유량 시험방법 개발, 대한건축학회 학술발표대회 논문집, 제 25권1호, pp.109-112, 2005.10
정재동, 조현대, 이도헌, 전명훈, 재생(순환)잔골재의 부착모 르타르량 측정에 관한 연구, 한국콘크리트학회 가을학술발표회 논문집, 제16권2호, pp.189-192, 2004.
정재동, 조현대, 공민호, 전명훈, 이도헌, 재생잔골재의 이물 질 함유량 시험방법에 관한 고찰, 대학건축학회 추계학술발표 대회 논문집, 제24권2호, pp.471-474, 2004.10
ASTM C 128 (Standard Test Method for Specific Gravity and Absorption of Fine Aggregate)
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