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문제 정의
- 그러므로 본 연구에서는 조기강도의 향상 및 수화열 저감을 위한 고분말도 플라이애쉬를 사용한 콘크리트를 개발하기 위한 것으로서 물-결합재비, 치환율 및 분말도에 관한 실험을 통하여 고분말도 플라이애쉬 콘크리트의 특성을 실험·실증적으로 비교·분석하고자 하였다.
제안 방법
- Table 1과 같이 플라이애쉬를 사용한 콘크리트의 굳지 않은 성상과 경화 성상을 알아보기 위한 실험 계획으로 플라이애쉬의 분말도 4000, 6000, 8000급의 3수준과 물결합재비 40 및 50%의 2수준으로 설정하였다.
- 또한, 2성분계의 조합조건으로 OPC + FA를 사용하였고, 현장 시공성을 위한 2성분계의 높은 점성을 개선하기 위하여 고로슬래그미분말을 포함한 OPC + FA + SL 3성분계의 조합조건으로 플라이애쉬의 치환율은 15, 30 및 45%의 3수준과 고로슬래그미분말 3종의 치환율 20%로 설정하였으며, 단위수량을 160 kg/m3로 계획하였다. 잔골재율은 48.
- 이에 따른 평가항목으로 굳지않은 성상에서 슬럼프 시험, 슬럼프플로우 시험, 공기량 시험, 응결 시험, 간이수 화열 시험을 실시하는 것으로 계획하였으며, 경화 성상에서 재령 3, 7, 28 및 56일을 기준으로 압축강도와 재령 7, 28일을 기준으로 각각 할렬인장강도와 휨강도를 측정하는 것으로 계획하였다.
- 로 계획하였다. 잔골재율은 48.5 및 50.5%의 2수준과 점성과 유동성을 확보하기 위하여 고성능 감수제를 0.8%로 설정하였다.
- 플라이애쉬를 사용한 콘크리트의 재령별 굳은 성상을 측정하기 위하여 압축강도 및 할렬인장강도 측정용 Ø100 ×200 mm 공시체와 휨강도 측정용 100 × 100 × 400 mm 공시체를 제작하여, 24시간 후에 몰드를 탈형한 다음, 공시체는 소요의 재령까지 20 ± 2oC의 수중에서 표준양생을 실시하였다.
대상 데이터
- Table 2에 본 실험에 사용한 재료의 물리적 성질이 정리되어 있으며, 시멘트는 국내 H사에서 제조된 보통포틀랜드시멘트 (종)를 사용하였으며, 시멘트의 대체재로써 플라이애쉬는 국내 D지역에서 생산되는 4000, 6000, 8000급을 사용하였고. 고로슬래그미분말은 국내 G사에서 제조된 3종을 사용하였다.
- Table 2에 본 실험에 사용한 재료의 물리적 성질이 정리되어 있으며, 시멘트는 국내 H사에서 제조된 보통포틀랜드시멘트 (종)를 사용하였으며, 시멘트의 대체재로써 플라이애쉬는 국내 D지역에서 생산되는 4000, 6000, 8000급을 사용하였고. 고로슬래그미분말은 국내 G사에서 제조된 3종을 사용하였다. 골재로서, 잔골재는 국내 G사의 세척사, 굵은골재는 국내 S사에서 생산되는 쇄석을 사용하였다.
- 고로슬래그미분말은 국내 G사에서 제조된 3종을 사용하였다. 골재로서, 잔골재는 국내 G사의 세척사, 굵은골재는 국내 S사에서 생산되는 쇄석을 사용하였다. 또한, 콘크리트의 점성과 유동성을 확보하기 위하여 사용된 혼화제로서 국내 E사에서 생산되는 폴리카르본산계 감수제를 사용하였다.
- 골재로서, 잔골재는 국내 G사의 세척사, 굵은골재는 국내 S사에서 생산되는 쇄석을 사용하였다. 또한, 콘크리트의 점성과 유동성을 확보하기 위하여 사용된 혼화제로서 국내 E사에서 생산되는 폴리카르본산계 감수제를 사용하였다.
이론/모형
- 굳지않은 콘크리트의 각종 실험 방법으로 공기량 시험은 KS F 2421의 시험 방법에 의거하여 실시하였고, 슬럼프와 슬럼프플로우 시험은 각각 KS F 2402, KS F 2594의 시험 방법에 따라서 실시하였다. 또한, 수화열 측정은 약 0.
- 또한, 수화열 측정은 약 0.05 m3의 용량의 박스로 KS L 5121의 시험 방법을 참고하여 온도 20 ± 1oC, 습도 19 ± 1%oC의 일정한 온습도를 유지할 수 있는 항온항습실 (지하실)에서 측정하였으며, 응결시험은 KS L 5108의 시험 방법에 의거하여 실시하였다.
성능/효과
- 1) 슬럼프 성상은 물-결합재비 40, 50 (%)의 경우 플라이애쉬의 치환율이 높을수록 플레인 콘크리트에 비해 미미하지만 개선되는 경향을 나타내었다.
- Figs. 14 및 15는 분말도별 플라이애쉬를 사용한 콘크리트의 물-결합재비 40, 50%에 대한 인장강도를 나타낸 것으로서 압축강도와 동일하게 플라이애쉬의 분말도가 높을수록 인장강도는 증가하였으며, 재령 28일의 경우 플레인 콘크리트의 인장강도와 동등하거나 그보다 상회하는 경향을 나타내었다.
- 2) 슬럼프플로우의 성상은 물-결합재비 40%의 경우 치 환율이 높아질수록 슬럼프플로우가 증가하는 경향을 나타내었으나, 물-결합재비 50%의 경우 치환율이 증가되어도 플레인 콘크리트와 유사한 경향을 나타내었다. 또한, 물-결합재비 50%가 물-결합재비 40%의 경우보다 슬럼프플로우가 190~230 mm 정도로 현저히 낮아지는 경향을 나타내었다.
- 3) 공기량의 변화는 플라이애쉬의 분말도와 치환율이 높아질수록 공기량이 감소하는 경향을 나타내고 있었으며, 물-결합재비 40%일 경우 50% 보다 공기량이 낮아지는 경향을 나타냈다.
- Figs. 4 및 5에서는 플라이애쉬를 사용한 콘크리트의 물-결합재비 40%에 대한 응결의 특성을 알아보기 위한 관입저항치 변화에 대한 것으로서 플라이애쉬의 분말도 별로 분석한 결과, 분말도 4000급에서는 플레인 콘크리트보다 응결 촉진의 경향이 치환율에 따라서 현저히 저하하는 것을 알 수 있었으며, 분말도가 높아질수록 응결 촉진의 경향은 더 향상되는 것으로 나타났다.
- 4) 관입저항의 변화는 플라이애쉬의 분말도와 치환율이 높아짐에 따라 응결 촉진이 증대되는 경향을 나타내었으며, 플레인 콘크리트보다 두드러진 응결 촉진을 보여 플라이애쉬의 분말도가 증가함에 따라 포졸란반응의 활성도가 높아지고 있음을 확인할 수 있었다.
- 5) 수화열의 변화는 플라이애쉬의 치환율이 높아질수록 수화열이 저감되는 경향을 나타내었다.
- 6) 플라이애쉬를 사용한 콘크리트의 압축강도, 인장강도 및 휨강도의 변화는 플라이애쉬의 분말도가 높을수록 압축강도가 증가하는 경향을 나타내었으며, 이와는 반대로 치환율이 높을수록 압축강도는 낮아지는 경향으로 나타났다. 한편, 압축강도 대비 인장강도 및 휨강도비는 1/10~1/13, 1/5~1/8 정도 발현되었다.
- Figs. 8 및 9에서는 플라이애쉬를 사용한 콘크리트의 수화열의 온도이력곡선을 나타낸 것으로서, 플라이애쉬의 치환율이 높아짐에 따라 플레인 콘크리트에 비하여 수화열이 감소하는 것으로 나타났으며, 그림과 같이 실내온도조건에 의해서 각각 콘크리트 내부의 최고 온도는 확연히 차이를 나타내었다.
- Fig. 10은 물-결합재비 40%일 때, 플라이애쉬를 사용한 콘크리트의 압축강도 발현을 나타낸 것으로서, 분말도가 높을수록 압축강도가 증가하는 경향을 나타내었으며, 분말도 8000급의 재령 56일 압축강도의 경우 재령 28일의 압축강도를 비교할 때, 분말도 6000급의 압축강도보다 상회하는 경향을 보였다.
- Fig. 13에서 보는 바와 같이 물-결합재비 40%와 동등하게 플라이애쉬의 치환율이 높을수록 압축강도가 낮아지는 경향을 나타냈으며, 높은 물-결합재비로 인해 플레인 콘크리트의 압축강도 (재령 28일)보다 강도의 증가가 다소 낮은 것으로 나타났다. 또한, 재령 56일의 압축강도는 플라이애쉬 콘크리트가 플레인 콘크리트보다 상회할 것으로 예상했으나 거의 동등한 수준이었다.
- Fig. 2는 플라이애쉬의 치환율 및 물-결합재비에 따른 굳지 않은 콘크리트 성상에서 물-결합재비 40%일 때, 슬럼프 및 슬럼프플로우, 공기량을 측정한 결과로서 플라이애쉬의 분말도 및 치환율이 높아질수록 슬럼프플로우가 증가하는 경향을 보였으나, 분말도 8000급의 경우 다른 분말도에 비해 증가하는 추세가 다소 낮은 것으로 나타났다.
- 이는 높은 물-결합재비로 인하여 상대적으로 물-결합 재비 40%에 비해 고성능감수제의 감소로 인하여 유동성을 낮추는 것으로 사료된다. 또한 공기량은 물-결합재비 40%와 동일하게 분말도와 치환율이 증가함에 따라 감소하는 경향을 나타내고 있었다.
- 2) 슬럼프플로우의 성상은 물-결합재비 40%의 경우 치 환율이 높아질수록 슬럼프플로우가 증가하는 경향을 나타내었으나, 물-결합재비 50%의 경우 치환율이 증가되어도 플레인 콘크리트와 유사한 경향을 나타내었다. 또한, 물-결합재비 50%가 물-결합재비 40%의 경우보다 슬럼프플로우가 190~230 mm 정도로 현저히 낮아지는 경향을 나타내었다.
- 이는 고분말도인 8000급이 높은 비표면적으로 인해, 수분을 흡착하는 성질이 상대적으로 커서 점성이 증대되어 유동성을 저하시키는 것으로 판단된다. 또한, 슬럼프는 분말도 및 치환율이 높을수록 플레인 콘크리트에 비해 미미하지만 증가하는 경향을 나타내고 있다.
- 또한, 플라이애쉬 분말도 8000급의 경우 치환율 15, 30%일 때, 분말도 6000급의 경우보다 약 5~70분 정도 응결 촉진이 일어난 것으로 나타났다.
- 또한, 플라이애쉬 분말도 8000급의 경우 치환율 30%까지는 플레인 콘크리트의 응결 경향과 거의 동등한 수준까지 나타내었고, 치환율 45%에서는 응결이 플레인 콘크리트보다는 지연되지만, 고분말도에 따른 포졸란 활성으로 인해 응결 촉진 양상을 나타내고 있었다.
- 또한, 플라이애쉬의 분말도 6000급의 경우 재령 3일의 압축강도가 분말도 8000급의 경우보다 다소 높은 경향이 나타났으나, 그 이후의 재령에서는 플라이애쉬의 높은 분말도에 의한 활발한 포졸란반응으로 인해 분말도 8000급을 사용한 콘크리트가 분말도 6000급을 사용한 콘크리트보다 강도발현이 증가한 것으로 나타났다.
- 반면, Fig. 11과 같이 플라이애쉬의 치환율이 높을수록 압축강도가 낮아지는 경향을 나타내고 있으며, 치환율 15, 30%의 경우 플라이애쉬의 분말도 4000급에서는 재령 28일에 플레인 콘크리트보다 상회하지 못하는 경향을 나타낸 반면, 분말도 6000, 8000급에서는 플레인 콘크리트보다 동등하거나 상회하는 경향을 나타내었으며, 치환율 45%일 경우 플라이애쉬의 장기재령에서는 거의 모든 시험체가 플레인 콘크리트보다는 다소 낮은 강도를 나타내고 있다.
- 2와 동일한 실험 결과를 나타낸다. 슬럼프는 플레인 콘크리트에 비해 미미하지만 개선되는 경향을 나타내었으며, 슬럼프플로우는 물-결합재비 40%에서 나타낸 경향과 다르게 플라이애쉬의 분말도 및 치환율이 증가되어도 플레인 콘크리트와 유사한 경향을 나타내었으며, 물-결합재비 40%에 비해 190~230 mm 정도로 현저히 낮아지는 경향을 나타내었다.
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