고로(高爐)슬래그 미분말(微粉末)과 플라이애쉬를 이용(利用)한 3성분계(性分系) 콘크리트의 기초물성(基礎物性)에 관한 실험적(實驗的) 연구(硏究) An Experimental Study on Ternary System Concrete Using Blast-furnace Slag and Fly-ash원문보기
본 연구에서는 고로슬래그 미분말과 플라이애쉬 혼입률에 따른 3성분계 콘크리트의 역학적 특성과 내구성을 평가하였다. 이를 위해 플라이애쉬 혼입률 변화(0%, 10%)와 고로슬래그 혼입률 변화(0%, 10%, 20%, 30%)를 실험변수로 하였으며, OPC와 TBC의 특성분석을 위하여 압축강도, 휨강도 그리고 내약품성 시험을 실시하였다. 실험결과, 압축강도와 휨강도에서 플라이애쉬 및 고로슬래그 미분말 혼입이 장기재령에서 강도 증진효과를 나타내는 것으로 평가되었다. 특히 플라이애쉬 10%와 고로슬래그 30%의 3성분계 콘크리트 사용은 매우 타당한 것으로 나타났다. TBC의 특수저항성은 재령 90일에서 매우 낮은 등급으로 나타났다. 또한 OPC에 혼입되는 플라이애쉬 및 고로슬래그 미분말은 투수저항성 및 화학저항성의 향상을 가져오는 것으로 나타났다.
본 연구에서는 고로슬래그 미분말과 플라이애쉬 혼입률에 따른 3성분계 콘크리트의 역학적 특성과 내구성을 평가하였다. 이를 위해 플라이애쉬 혼입률 변화(0%, 10%)와 고로슬래그 혼입률 변화(0%, 10%, 20%, 30%)를 실험변수로 하였으며, OPC와 TBC의 특성분석을 위하여 압축강도, 휨강도 그리고 내약품성 시험을 실시하였다. 실험결과, 압축강도와 휨강도에서 플라이애쉬 및 고로슬래그 미분말 혼입이 장기재령에서 강도 증진효과를 나타내는 것으로 평가되었다. 특히 플라이애쉬 10%와 고로슬래그 30%의 3성분계 콘크리트 사용은 매우 타당한 것으로 나타났다. TBC의 특수저항성은 재령 90일에서 매우 낮은 등급으로 나타났다. 또한 OPC에 혼입되는 플라이애쉬 및 고로슬래그 미분말은 투수저항성 및 화학저항성의 향상을 가져오는 것으로 나타났다.
The purpose of this study was to evaluate the effects of fly-ash and blast-furnace slag on strength development and durability of ternary blended concrete (TBC) and ordinary portland cement concrete as fly ash and slag contents. Main experimental variables were performed fly ash contents (0%, 10%) a...
The purpose of this study was to evaluate the effects of fly-ash and blast-furnace slag on strength development and durability of ternary blended concrete (TBC) and ordinary portland cement concrete as fly ash and slag contents. Main experimental variables were performed fly ash contents (0%, 10%) and slag contents (0%, 10%, 20%, 30%). The compressive and flexural strengths, chloride-ion rapid permeability and chemical attacks resistance were measured to analyze the characteristic of the developed TBC on hardened concrete. The test results showed that compressive and flexural strength of TBC increased as the slag contents increased from 0% to 30% at the long term of curing. It considers blast furnace slag used when fly ash content was up to 10%. The permeability resistance of TBC(fly ash 10%, blast 30%) was extremely good at the curing time 90 days. Also, the effects of added blast furnace slag on OPC and TBC were increased on the permeability and chemical attacks resistance.
The purpose of this study was to evaluate the effects of fly-ash and blast-furnace slag on strength development and durability of ternary blended concrete (TBC) and ordinary portland cement concrete as fly ash and slag contents. Main experimental variables were performed fly ash contents (0%, 10%) and slag contents (0%, 10%, 20%, 30%). The compressive and flexural strengths, chloride-ion rapid permeability and chemical attacks resistance were measured to analyze the characteristic of the developed TBC on hardened concrete. The test results showed that compressive and flexural strength of TBC increased as the slag contents increased from 0% to 30% at the long term of curing. It considers blast furnace slag used when fly ash content was up to 10%. The permeability resistance of TBC(fly ash 10%, blast 30%) was extremely good at the curing time 90 days. Also, the effects of added blast furnace slag on OPC and TBC were increased on the permeability and chemical attacks resistance.
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문제 정의
있다. 따라서 본 연구에서는 산업폐기물의 일종인 플라이애쉬와 고로슬래그 미분말을 동시에 사용한 3성분계 콘크리트에 대한 최적의 배합조건을 제시하고 그에 따른 강도 및 내구특성을 평가하여 3성분계 콘크리트의 현장 적용에 필요한 자료를 제공하고자 한다.
본 연구에서는 3성분계 콘크리트에 대한 최적배합 제시 및 기초적인 물성변화와 내구특성을 고찰하고자 보통포틀랜드시멘트에 플라이애쉬 및 고로슬래그 미분말을 혼합하여 3성분계 콘크리트를 제조하였다. 이를 위하여 단위시멘트 WOkg/n?를 기준으로 플라이애쉬 10%, 고로슬래그미분말 0, 10, 20, 및 30%씩 각각 치환하여 혼입하였으며 배합표는 Table 1과 같다.
본 연구에서는 산업폐기물의 일종으로 콘크리트 혼화재로 사용되는 플라이애쉬와 고로슬래그 미분말을 사용한 3성분계 콘크리트의 강도 및 내구특성을 분석하여 다음과 같은 결론을 도출하였다.
제안 방법
적정공기량과 유동성을 확보하기 위하여 AE제와 유동화제를 첨가하였다. 그리고 실험항목으로는 압축 및 휨강도, 염소이온 침투에 의한 투수성 실험, 그리고 황산용액에 침지한 후 침지재령에 따른 중량변화와 압축강도를 측정하여 화학약품 저항성을 평가하였다.
또한, 수용액에 28일, 56일 동안 침지하여 수중 양생 콘크리트에 대한 압축강도비를 정리하여 RILEM과 일본토목학회에서 제안한 식(3)의 열화깊이 산정식을 통하여 열화인자 침투속도계수를 평가하였다.9-10)
압축강도는 KS F 2405 규정에 의하여 재령 7, 14, 28, 56, 90일에 시험을 수행하였다. 휨강도 시험은 10x10x46cm3] 빔 공시체를 제작하여 재령 7, 28, 90 일에 KS F 2408에 의해 시험을 수행하였다.
의해 실시하였다. 이 방법의 시편은 포화된 50mm 두께의 시편을 사용하여 양극(+)에는 0.3mol의 NaOH 수용액을, 음극(-)에는 3%의 NaCl 수용액을 채우고, DC 60V의 전위차로 6시간동안 통전시키면서 측정하였다. 이때 실험조건은 20℃, 습도 60±3%인 항온항습실에서 실시하였다.
이를 위하여 단위시멘트 WOkg/n?를 기준으로 플라이애쉬 10%, 고로슬래그미분말 0, 10, 20, 및 30%씩 각각 치환하여 혼입하였으며 배합표는 Table 1과 같다. 적정공기량과 유동성을 확보하기 위하여 AE제와 유동화제를 첨가하였다. 그리고 실험항목으로는 압축 및 휨강도, 염소이온 침투에 의한 투수성 실험, 그리고 황산용액에 침지한 후 침지재령에 따른 중량변화와 압축강도를 측정하여 화학약품 저항성을 평가하였다.
화학저항성 실험은 ASTM C 267 규정에 준하여 810x20cm의 원형 공시체를 제작하여 28일 동안 기건양생(20℃, 50% RH)을 실시한 후 5% 황산 수용액을 시험 용액으로 28일 동안 수용액에 침적하였고, 7일마다 시험액에서 공시체를 꺼내어 침식되고 약화한 부분을 수돗물로 세정하여 제거한 후 천으로 닦은 후에 아래의 식(2)에 의해 중량 변화율을 구하였다.
56, 90일에 시험을 수행하였다. 휨강도 시험은 10x10x46cm3] 빔 공시체를 제작하여 재령 7, 28, 90 일에 KS F 2408에 의해 시험을 수행하였다.
대상 데이터
굵은 골재는 충북 충주시 가금면 용전리에서 생산되는 최대치수 19 mm인 골재를 사용하였고, 잔골재는 충북 충주시 가금면 용전리에서 생산되는 잔골재를 사용하였다. 보다 자세한 골재의 물리적 성질은 Table 3과 같다.
시멘트는 국내 S사 제품으로서 비중이 3.15인 1종 보통 포틀랜드 시멘트를 사용하였다. 플라이애쉬는 경남 하동군에 있는 화력 발전소에서 생산된 것을 사용하였으며, 고로슬래그 미분말은 국내 B사의 제품을 사용하였으며 약 2.
15인 1종 보통 포틀랜드 시멘트를 사용하였다. 플라이애쉬는 경남 하동군에 있는 화력 발전소에서 생산된 것을 사용하였으며, 고로슬래그 미분말은 국내 B사의 제품을 사용하였으며 약 2.7%의 석고가 첨가된 것으로 보다 자세한 화학적 성질은 다음 Table 2와 같다.
이론/모형
콘크리트 내의 염소이온 침투에 대한 저항성을 평가하기 위한 규준화된 시험방법인 ASTM C 1202(1994) 에 의해 실시하였다. 이 방법의 시편은 포화된 50mm 두께의 시편을 사용하여 양극(+)에는 0.
성능/효과
1. 플라이애쉬 10%에 고로슬래그 미분말을 혼입한 3 성분계 콘크리트의 압축강도는 재령 28일에 38MPa 이상, 휨강도는 lOMPa 이상의 매우 우수한 강도 발현 특성을 나타내었다.
2. OPC에 혼입된 플라이애쉬의 2성분계 콘크리트는 투수 저항성이 1.5배 이상 향상되며 고로슬래그 미분말을 추가로 혼입한 3성분계 콘크리트는 혼입률이 증가할수록 투수저항성이 매우 크게 향상되는 것으로 나타났다. 특히, 플라이애쉬 10%에 고로슬래그 미분말 10~30%를 혼입한 경우 투수등급이 낮은 등급으로 평가되어 우수한 투수저항성을 보였다.
3. 황산에 대한 침식저항성은 플라이애쉬와 고로슬래그 미분말 혼입에 따라 약 10%정도 개선되는 것으로 나타났다.
4. 3성분계 콘크리트의 배합조건에서는 플라이애쉬 10%에 고로슬래그 30%의 혼입이 강도, 투수 및 내화학성에서 일반콘크리트와 비교하여 우수한 결과를 나타내었으며 시멘트 치환율 40%로 생산할 경우 재료비 절감 효과가 클 것으로 평가되었다.
것을 알 수 있다. OPC의 경우 침지재령 56일에 압축강도가 약 37%감소하였으며 3성분계 콘크리트는 약 26.6%감소한 것으로 측정되었으며 OPC보다는 3성 분계 콘크리트에서 강도저하가 다소 개선되는 것으로 나타났다. 황산에 의한 침식결과에서, 중량감소율은 변화가 없으나 강도가 저하된 원인은 시멘트 수화물과 황산이온이 반응하여 석고를 생성하고, 석고의 일부는 C3A와 반응하여 다시 에트린자이트가 생성되어 조직이 팽창하게 된다.
따라서 콘크리트 제조에 있어 플라이애쉬 및 고로슬래그 미분말의 사용은 콘크리트 성능개선 효과와 더불어 경제성 확보까지 이룰 수 있을 것으로 평가되었다.
혼화재를 혼입하지 않은 CF0B0의 염소이온투과량이 재령 28 일 8, 000쿨롱이상에서 재령 90일에 약 5, 000 쿨롱으로 낮아지고는 있으나 ASTM C 1202에서 제시한 투수 등급으로 평가하면 매우 높은 등급값에 해당한다. 또한 재령이 증가함에 따라 염소이온투과량이 약 40% 감소되는것으로 나타났으나 플라이애쉬 10%와 고로슬래그 미분말 30%를 첨가한 3성분계 콘크리트의 경우(CF10B30), 재령 28일에 3, 000쿨롱 재령 90일에 약 1,000쿨롱을 나타내어 투수저항성이 매우 크게 향상되는 것으로 나타났다. 이를 자세히 살펴보면, 재령 28일에 있어 투수등급은 CF10B304- 제외하고는 모두 매우 높은 투수등급을 나타내고 있으나 재령 90일에 있어 OPC(CF0B0)와 플라이애쉬 10%만을 첨가(CF10B0)한 경우를 제외하고 모든 3성 분계 콘크리트에서 1,000~2,000쿨롱의 낮은 투수 등급을 갖는 것으로 평가되었다.
5는 28일, 56일 동안 황산용액에 침지하여 수중 양생 콘크리트에 대한 압축강도비를 이용하여 열화 인자 침투속도계수를 평가한 결과이다. 이를 살펴보면, 재령에 상관없이 3성분계 콘크리트의 침투속도계수가 OPC 와 비교하여 크게 향상됨을 알 수 있으며 플라이애쉬만을 사용한 2성분계와 3성분계의 차이는 크지 않은 것으로 나타났다.
또한 재령이 증가함에 따라 염소이온투과량이 약 40% 감소되는것으로 나타났으나 플라이애쉬 10%와 고로슬래그 미분말 30%를 첨가한 3성분계 콘크리트의 경우(CF10B30), 재령 28일에 3, 000쿨롱 재령 90일에 약 1,000쿨롱을 나타내어 투수저항성이 매우 크게 향상되는 것으로 나타났다. 이를 자세히 살펴보면, 재령 28일에 있어 투수등급은 CF10B304- 제외하고는 모두 매우 높은 투수등급을 나타내고 있으나 재령 90일에 있어 OPC(CF0B0)와 플라이애쉬 10%만을 첨가(CF10B0)한 경우를 제외하고 모든 3성 분계 콘크리트에서 1,000~2,000쿨롱의 낮은 투수 등급을 갖는 것으로 평가되었다.
고로슬래그 30%의 3성분계 콘크리트는 초기 휨강도가 다소 작게 측정되었으나 장기강도에서는 유사한 휨강도를 나타내었다. 이를 종합하여 분석할 경우 강도발현 측면에서 3성분계 콘크리트는 플라이애쉬 10%, 고로슬래그 30%의 혼입사용은 장기강도 측면에서는 기존 콘크리트의 강도발현과 차이가 없으며 초기 재령 7일에서 14일까지 양생에 주의할 경우, 고강도 콘크리트로 현장적용성에 문제가 없을 것으로 나타났다.
플라이애쉬만을 첨가한 2성분계 및 고로슬래그 미분말을 동시에 혼입한 3성분계 모두 황산에 대한 저항성이 개선되는 것을 알 수 있다. 즉, OPC에서는 침식 56일에 있어서 중량감소율은 약 9%로 나타났으나 3성분계 콘크리트에서는 황산에 의한 중량변화는 거의 없는 것으로 나타났다.
5배 이상 향상되며 고로슬래그 미분말을 추가로 혼입한 3성분계 콘크리트는 혼입률이 증가할수록 투수저항성이 매우 크게 향상되는 것으로 나타났다. 특히, 플라이애쉬 10%에 고로슬래그 미분말 10~30%를 혼입한 경우 투수등급이 낮은 등급으로 평가되어 우수한 투수저항성을 보였다. 이와 같은 결과는 플라이애쉬의 포졸란 반응과 고로슬래그 미분말의 잠재 수경성 반응으로 콘크리트 내부구조가 치밀해진 것으로 판단된다.
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