천연골재 고갈과 환경파괴문제 해결을 위한 방안과 경량콘크리트의 구조물 적용 실용화를 위해 폐기물 활용 인공경량골재를 이용하여 경량콘크리트를 제조하고, 물-결합재비에 따른 기본 물성을 평가하였다. 연구과 경량골재의 사전 흡수수 관리를 위한 방안을 제시하였으며, 굳지 않은 콘크리트의 특성은 경량골재를 사전 흡수하여 적용할 경우 물-결합재비에 관계없이 일반콘크리트와 유사한 방법으로 제어할 수 있는 것으로 나타났다. 경량콘크리트의 경화 후 단위용적질량은 물-결합재비, 건조 조건, 철근고려에 따라 1,668${\sim}$1,998 $kg/m^3$의 범위로서 일반콘크리트에 비해 14.6${\sim}$21.0% 의 감소를 나타내었다. 경량골재 사전 흡수수는 물-결합재비에 따라 상이한 증발수량을 나타내었으며, 물-결합재비가 낮을수록 노건조 증발수가 커져 내부양생수로서의 역할 가능성이 증가할 것으로 생각된다. 동일 물-시멘트비에서 경량콘크리트는 일반콘크리트에 비하여 골재의 강도차이로 인해 낮은 강도를 나타내며, 기건 양생 시 일반콘크리트의 경우 물-시멘트비 0.3은 물-시멘트비 0.4, 0.5에 비해 강도 증진 효과가 감소하지만, 경량콘크리트의 경우 물-결합재비가 낮을수록 강도 증진 효과가 증가하는 것으로 나타났다.
천연골재 고갈과 환경파괴문제 해결을 위한 방안과 경량콘크리트의 구조물 적용 실용화를 위해 폐기물 활용 인공경량골재를 이용하여 경량콘크리트를 제조하고, 물-결합재비에 따른 기본 물성을 평가하였다. 연구과 경량골재의 사전 흡수수 관리를 위한 방안을 제시하였으며, 굳지 않은 콘크리트의 특성은 경량골재를 사전 흡수하여 적용할 경우 물-결합재비에 관계없이 일반콘크리트와 유사한 방법으로 제어할 수 있는 것으로 나타났다. 경량콘크리트의 경화 후 단위용적질량은 물-결합재비, 건조 조건, 철근고려에 따라 1,668${\sim}$1,998 $kg/m^3$의 범위로서 일반콘크리트에 비해 14.6${\sim}$21.0% 의 감소를 나타내었다. 경량골재 사전 흡수수는 물-결합재비에 따라 상이한 증발수량을 나타내었으며, 물-결합재비가 낮을수록 노건조 증발수가 커져 내부양생수로서의 역할 가능성이 증가할 것으로 생각된다. 동일 물-시멘트비에서 경량콘크리트는 일반콘크리트에 비하여 골재의 강도차이로 인해 낮은 강도를 나타내며, 기건 양생 시 일반콘크리트의 경우 물-시멘트비 0.3은 물-시멘트비 0.4, 0.5에 비해 강도 증진 효과가 감소하지만, 경량콘크리트의 경우 물-결합재비가 낮을수록 강도 증진 효과가 증가하는 것으로 나타났다.
By using the artificial lightweight aggregate for the natural aggregate depletes and destruction of environment and the application of lightweight concrete in structure, the lightweight concrete is manufactured. The fundamental characteristics by the waterbinder ratio was evaluated. It is suggested ...
By using the artificial lightweight aggregate for the natural aggregate depletes and destruction of environment and the application of lightweight concrete in structure, the lightweight concrete is manufactured. The fundamental characteristics by the waterbinder ratio was evaluated. It is suggested the method to control of pre-absorbed water of the lightweight aggregate. Lightweight concrete with pre-absorbed aggregate has similar characteristics compared to normal weight concrete regardless of water-binder ratio. According to the water-binder ratio, the drying condition, and the rebar, the unit mass of the lightweight concrete showed the reduction of 14.6${\sim}$21.0% as the range of 1,668${\sim}$1,998 $kg/m^3$ in comparison to the normal weight concrete. The lightweight aggregate pre-absorbed water showed the deferent evaporation quantity according to the water-binder ratio. As the water-binder ratio is lower, the oven dry vapour water is larger, therefore the internal curing water is increasing. In the same water-binder, comparing the normal concrete the lightweight concrete shows lower compressive strength which is due to the different strength of an aggregate. In the air dry curing, the normal weight concrete has a lower strength improvement effect in w/c 0.3 than the ratio 0.4 and 0.5. However, the strength improvement effect has increasing as the water-binder ratio was low in the light concrete.
By using the artificial lightweight aggregate for the natural aggregate depletes and destruction of environment and the application of lightweight concrete in structure, the lightweight concrete is manufactured. The fundamental characteristics by the waterbinder ratio was evaluated. It is suggested the method to control of pre-absorbed water of the lightweight aggregate. Lightweight concrete with pre-absorbed aggregate has similar characteristics compared to normal weight concrete regardless of water-binder ratio. According to the water-binder ratio, the drying condition, and the rebar, the unit mass of the lightweight concrete showed the reduction of 14.6${\sim}$21.0% as the range of 1,668${\sim}$1,998 $kg/m^3$ in comparison to the normal weight concrete. The lightweight aggregate pre-absorbed water showed the deferent evaporation quantity according to the water-binder ratio. As the water-binder ratio is lower, the oven dry vapour water is larger, therefore the internal curing water is increasing. In the same water-binder, comparing the normal concrete the lightweight concrete shows lower compressive strength which is due to the different strength of an aggregate. In the air dry curing, the normal weight concrete has a lower strength improvement effect in w/c 0.3 than the ratio 0.4 and 0.5. However, the strength improvement effect has increasing as the water-binder ratio was low in the light concrete.
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문제 정의
이는 시멘트 질량 100 g에 대해 화학적 결합수 23 g과 겔공극수, 물리적 흡착수, 층간수의 증발 가능수 19 g과의 합인 42 g의 물이 존재 할 경우와 존재하지 않을 경우 내부양생수에 의한 수화진행의 척도로 적용할 수 있다.(NISTIR, 1999) 따라서 본 연구에서는 겔공극 내에 포화조건을 만족하지 못하는 경우와 포화조건의 임계치, 그리고 수화잉여수의 존재로 포화조건을 만족시킬 수있는 물-결합재비로서 0.3, 0.4, 0.5를 선정하고 각각의 물-결합재비에서 경량골재의 사전흡수수가 콘크리트의 물성에 미치는 영향을 파악하고자 한다.
이상에서의 자원순환형 건설재료 개발 및 적용에 관한 국내·외 동향을 정리하면 산업부산물인 석탄회, 철강슬래그와 산업폐기물인 재생골재의 경우 재활용 기술에서부터 구조물 적용에까지의 일련의 과정에 관한 연구와 실용화가 정립 또는 진행 중에 있으나 국내 인공경량골재의 경우 그 필요성과 제조기술 수준에 비하여 용도가 매우 한정되어 있으므로 경량골재의 최대 장점인 자중 경감의 기능성을 부각할 수 있는 구조용 콘크리트 적용 다각화가 매우 시급한 실정이다.(건설 교통부, 2002a : 건설교통부, 2002b : 건설교통부, 2005a :건설교통부, 2005b : 이창수, 2002a, 2002b) 따라서 본 연구에서는 경량콘크리트의 실용화를 위한 첫 번째 단계로서기본 물리 특성에 대한 실험적 연구를 수행하여 경량골재가 다양한 물-시멘트비에서 기본 물성에 미치는 영향을 파악하고자 한다.
즉 경량골재와 일반골재의 밀도 차이로 인해 콘크리트의 자중이 결정 되며, 골재 간 흡수율 차이로 인하여 굳지 않은 콘크리트와 경화 콘크리트의 특성이 변화한다. 따라서 경량골재와 일반골재의 밀도와 흡수율은 경량콘크리트와 일반콘크리트의 기본 물리특성을 결정하는 중요인자이며, 본 연구에서는 이러한 골재 간 밀도와 흡수율 차이에서 나타나는 콘크리트의 기본 물성 변화를 분석해보고자 한다. 이를 위한 기본 물성 범위로는 콘크리트 구조물의 시공성 측면에서 굳지 않은 콘크리트의 슬럼프, 슬럼프손실, 단위용적질량, 공기량으로 설정하며, 설계 측면에서 경화 콘크리트의 단위용적질량, 압축강도를 설정하였다.
이는 100% 습도유지 보관함에서 24시간 침수 골재의 흡수율은 2일 이상 보관할 경우 주변 습도와의 안정성을 유지하며 일정한 흡수율을 나타내는 것으로 해석할수 있다. 따라서 본 연구에서는 경량골재의 표면건조포화 상태를 골재 24시간 침수 후 100% 습도환경에서 2일 이상 보관한 흡수 상태로 정의하고 이후 경량골재의 표면건조상태에서의 밀도와 경량콘크리트의 배합설계 및 타설시 이를 적용하기로 한다. 즉 경량골재의 흡수율은 20.
미국의 경우에는 골재의 최대 크기가 20 mm인 콘크리트에 대해서는 4~8%, 10 mm인 콘크리트에 대해서는 5~9%로 규정하고 있다. 따라서 본 연구에서는 공기량 5%를 목표로 설정하였다. 한편 압축강도는 경량콘크리트의 구조용 콘크리트의 용도 적용을 위해 최소 24 MPa 이상을 목표로 하였으며, 물-시멘트비 0.
경량골재의 흡수율은 굳지 않은 콘크리트에서의 유동성과 경화콘크리트의 물성에 큰 영향을 미치게 되므로 주의를 기울여야 한다. 본 연구에서는 입경별, 침수 시간별, 보관 시간별 흡수율을 측정하여 그 특성을 파악하고 실용적으로 일정한 흡수율을 유지할 수 있는 방안을 강구하였다.
한편 본 연구의 목적은 물-결합재비 변화에 따라서 경량골재가 콘크리트 물성에 미치는 영향을 파악하기 위함이므로 물-결합재비 변화, 경량골재 치환 이외의 배합요소는 모두 동일하게 제한하여야 한다. 이를 위해 그림 4와 같이 시멘트 페이스트와 골재 부피비율은 일정하게 유지하면서 물-결합재 변화시키고 각 W/C에서 경량골재의 영향을 파악하고자 하였다.
따라서 본 연구에서는 공기량 5%를 목표로 설정하였다. 한편 압축강도는 경량콘크리트의 구조용 콘크리트의 용도 적용을 위해 최소 24 MPa 이상을 목표로 하였으며, 물-시멘트비 0.3, 0.4, 0.5에서 경량골재 및 경량골재 사전흡수수가 콘크리트 기본 물성에 미치는 영향을 파악하고자 한다. 이상에서의 연구 내용 및 구성은 그림 1과 같다.
제안 방법
자중 경감의 지표로서 경량콘크리트는 단위용적질량 1,920~2,000 kg/m3이하로서 정의되며, 일반콘크리트에 비해 약 15~20%의 감소를 나타낸다. 따라서 본 연구에서는 가시설, 거푸집 설계에 적용되는 굳지 않은 콘크리트의 단위용적질량과 구조물 단면 설계의 사하중으로 적용되는 경화 콘크리트 단위용적 질량을 1,500~2,000 kg/m3의 범위로 설정하였다. 공기량은 일본의 경우 JIS A 1118에서는 4~7%, 영국의 경우에는 보통콘크리트나 경량콘크리트 모두 같게 규정하고 있으며 골재의 최대크기에 따라 20 mm의 경우 5%, 14 mm의 경우 6%, 10 mm의 경우 7%로 규정하고 있다.
63%의 95%이상을 나타내므로 24시간 침수 골재 내의 흡수수 상태는 안정적으로 간주할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 이후 배합설계 과정과 콘크리트 타설 시 24시간 침수 골재를 적용하기로 한다.
배합설계를 위한 콘크리트의 성능 목표는 국외 사례를 조사하여 적용하였다. 먼저 콘크리트 유동성 확보를 위한 슬럼프 및 슬럼프 손실은 40~50 m 높이의 펌프압송이 가능한 150~180 ,mm와 90분 후 120 mm를 목표로 하였다. 자중 경감의 지표로서 경량콘크리트는 단위용적질량 1,920~2,000 kg/m3이하로서 정의되며, 일반콘크리트에 비해 약 15~20%의 감소를 나타낸다.
슬럼프 및 경과시간에 따른 슬럼프 손실 시험은 KS F 2402에 의하여 실시하였으며, 특히 슬럼프 손실 시험은 배치 플랜트에서 현장에 콘크리트를 운반하는 시간을 고려하여 총 1시간30분(90분) 동안 실시하였고, 각 측정시간 간격은 0분, 30분, 60분, 90분으로 하였다.
으로 적용하였다. 이 후 수중에서의 질량을 측정하여 이를 수중 질량 Ww으로 적용하였으며, 다시 표면을 흡수성 천으로 닦아낸 뒤 폴리에틸렌 비닐로 밀봉하여 6일간 20℃에서 양생하고 폴리에틸렌 비닐을 제거한 후 21일간 기건양생을 실시하여 이때의 질량을 재령 28일 콘크리트 공시체의 건조 질량 Wd으로 적용하였다.
한편 골재의 흡수수 관리 측면에서 24시간 침수골재의 표면에는 불규칙적인 표면수가 존재하게 되며 표면건조포화상태로 만들기 위해서는 신속하게 흡수성 천으로 닦아주어야만 한다. 이는 실용적으로 매우 불편하며 흡수수 변동을 일으키기 쉬우므로 이를 해결하기 위해서 그림 8과 같이 24시간 골재 침수 후, 습도유지 보관함에 골재를 방치하고 시간에 따른 흡수율 변화를 관찰하였다. 그 결과 표 6과 같은 흡수율 변화를 나타내었으며, 24시간 보관 했을 경우 흡수성 천으로 닦아내었을 경우보다 큰 흡수율을 나타내므로 골재의 표면수가 다수 존재하는 것으로 판단되고, 2일 보관 이후부터는 흡수성 천으로 닦아낸 흡수율 결과와 거의 동일 한 값을 나타내었다.
따라서 경량골재와 일반골재의 밀도와 흡수율은 경량콘크리트와 일반콘크리트의 기본 물리특성을 결정하는 중요인자이며, 본 연구에서는 이러한 골재 간 밀도와 흡수율 차이에서 나타나는 콘크리트의 기본 물성 변화를 분석해보고자 한다. 이를 위한 기본 물성 범위로는 콘크리트 구조물의 시공성 측면에서 굳지 않은 콘크리트의 슬럼프, 슬럼프손실, 단위용적질량, 공기량으로 설정하며, 설계 측면에서 경화 콘크리트의 단위용적질량, 압축강도를 설정하였다.
한편 본 연구의 목적은 물-결합재비 변화에 따라서 경량골재가 콘크리트 물성에 미치는 영향을 파악하기 위함이므로 물-결합재비 변화, 경량골재 치환 이외의 배합요소는 모두 동일하게 제한하여야 한다. 이를 위해 그림 4와 같이 시멘트 페이스트와 골재 부피비율은 일정하게 유지하면서 물-결합재 변화시키고 각 W/C에서 경량골재의 영향을 파악하고자 하였다. 이와 같은 조건하에 그림 5와 같은 단위결합재량과 압축 강도와의 관계를 고려하여 표 2와 같은 실험배합을 설정하였다.
천연골재 고갈과 환경파괴문제 해결을 위한 방안과 경량콘크리트의 구조물 적용 실용화를 위해 폐기물 활용 인공경량 골재를 이용하여 경량콘크리트를 제조하고, 물-결합재비에 따른 기본 물성을 평가하여 다음과 같은 결론을 도출하였다.
초기 슬럼프는 작업성을 고려한 목표 슬럼프 범위 150~180 mm를 확보하기 위하여 폴리카르본산계 고성능 감수제 유지형을 시멘트 질량 대비 0.4~1.1%를 적용하였다. 측정결과 NWC에서의 고성능 감수제 사용량을 LWC에 그대로 적용하였을 경우에 두 배합 모두 유사한 슬럼프 경시 변화를 나타내었다.
측정 방법은 ϕ150×300 mm의 원주형 공시체를 제작하고 24시간 후 탈형한 공시체의 질량을 측정하고 이때의 질량을 표면건조포화 상태 질량 Ws으로 적용하였다.
콘크리트의 압축강도는 KS F 2405 에 따라 ϕ100×200 mm의 공시체를 각 배합별로 3개씩 제작하여 20±3℃ 조건하에 각각의 물-결합재비에서 경량골재 사전흡수수의 영향을 파악하기 위하여 기중 양생하였다. 측정은 재령 3일, 7일, 14일, 28일, 56일, 90일 별로 수행하였으며 얻어진 재령별 압축강도를 그림 15에 나타내었다. 본 연구에서 설정된 배합은 물-결합재 0.
콘크리트의 압축강도는 KS F 2405 에 따라 ϕ100×200 mm의 공시체를 각 배합별로 3개씩 제작하여 20±3℃ 조건하에 각각의 물-결합재비에서 경량골재 사전흡수수의 영향을 파악하기 위하여 기중 양생하였다.
한편 경량콘크리트의 분류는 완전건조 상태에서의 단위용적질량으로 분류되기도 하므로 28일 콘크리트 공시체의 건조 질량 측정공시체를 3일간 105℃에서 노건조하여 단위용적질량을 측정하였다.
대상 데이터
배합설계를 위한 콘크리트의 성능 목표는 국외 사례를 조사하여 적용하였다. 먼저 콘크리트 유동성 확보를 위한 슬럼프 및 슬럼프 손실은 40~50 m 높이의 펌프압송이 가능한 150~180 ,mm와 90분 후 120 mm를 목표로 하였다.
본 연구에서는 잔골재는 일반 모래로 강사를 사용하였으며, 굵은골재는 일반골재로서 강자갈을 그리고 경량골재는 인공 경량골재를 적용하였다. 사용된 골재의 물리적 특성을 파악하여 콘크리트 배합설계의 기본 자료로 활용하기 위해 표 3과 같은 시험을 수행하였으며, 그 결과를 표 4에 나타내었다.
이론/모형
경량콘크리트의 공기량 측정은 골재의 가압흡수가 있기 때문에 KS F 2449에 따라 용적방법에 의하여 측정하여야 하지만, 경량골재를 사전침수하여 사용시 골재의 흡수율이 95% 이상 이루어져 있으므로 KS F 2421에 따라 압력법에 의해 공기량을 측정하였다. 굳지 않은 콘크리트의 단위용적질량은 KS F 2462 구조용 경량콘크리트의 단위질량 시험 방법에 의하여 실시하였으며, 측정용기는 압력법에 의한 공기량 측정 용기를 그대로 사용하였다.
경량콘크리트의 공기량 측정은 골재의 가압흡수가 있기 때문에 KS F 2449에 따라 용적방법에 의하여 측정하여야 하지만, 경량골재를 사전침수하여 사용시 골재의 흡수율이 95% 이상 이루어져 있으므로 KS F 2421에 따라 압력법에 의해 공기량을 측정하였다. 굳지 않은 콘크리트의 단위용적질량은 KS F 2462 구조용 경량콘크리트의 단위질량 시험 방법에 의하여 실시하였으며, 측정용기는 압력법에 의한 공기량 측정 용기를 그대로 사용하였다. 측정결과 공기량의 경우 목표값 5%에 근접하는 값을 나타내어 일반콘크리트와 같이 경량콘크리트의 공기량은 고성능 감수제 혹은 AE감수제로서 조절이 가능한 것으로 판단된다.
본 연구에서는 KS F 2462에 따라 경화콘크리트의 단위용적질량을 식(4)와 같이 측정하였다.(KS F 2462, 2001)
성능/효과
1) 경량골재의 흡수율은 24시간 침수시 7일 침수의 95%이상을 나타내며 약 20%내외의 값을 나타내었다. 실용적으로 경량골재 사전흡수수 관리를 위해서는 24시간 침수 후 100% 습도 유지 환경을 조성할 경우 2일 이후 20% 내외의 안정정인 흡수수를 나타내었다.
2) 경량골재를 사전흡수하여 적용할 경우 콘크리트의 슬럼프 및 슬럼프 손실, 공기량은 물-결합재비에 관계없이 일반콘크리트와 유사한 정도의 고성능 감수제를 사용하여 제어할 수 있는 것으로 나타났다. 굳지 않은 콘크리트의 단위용적질량은 물-결합재비 0.
3) 경량콘크리트의 경화 후 단위용적질량은 물-결합재비, 건조 조건, 철근고려에 따라 1,668~1,998 kg/m3의 범위로서 일반콘크리트에 비해 14.6~21.0%의 감소를 나타내었다. 경량골재 사전흡수수는 물-결합재비에 따라 상이한 증발수량을 나타내었으며, 물-결합재비가 낮을수록 노건조 증발수가 커져 내부양생수로서의 역할 가능성이 증가할 것으로 생각된다.
4) 동일 물-시멘트비에서 경량콘크리트는 일반콘크리트에 비하여 골재의 강도차이로 인해 낮은 강도를 나타내며, 기건 양생 시 일반콘크리트의 경우 물-시멘트비 0.3은 물시멘트비 0.4, 0.5에 비해 강도 증진 효과가 감소하지만, 경량콘크리트의 경우 물-결합재비가 낮을수록 강도 증진 효과가 증가하는 것으로 나타났다.
결론적으로 동일 물-시멘트비에서 경량콘크리트는 일반콘크리트에 비하여 골재의 강도차이로 인해 낮은 강도를 나타내며, 기건 양생 시 일반콘크리트의 경우 물-시멘트비 0.3은 물-시멘트비 0.4, 0.5에 비해 강도 증진 효과가 감소하지만, 경량콘크리트의 경우 물-결합재비가 낮을수록 강도 증진 효과가 증가하는 것으로 나타났다.
0%의 감소를 나타내었다. 경량골재 사전흡수수는 물-결합재비에 따라 상이한 증발수량을 나타내었으며, 물-결합재비가 낮을수록 노건조 증발수가 커져 내부양생수로서의 역할 가능성이 증가할 것으로 생각된다.
먼저, 경량골재 입경별, 침수시간 별 흡수율을 측정하여 표 5에 나타내었다. 골재 입경이 작아질수록 흡수율을 작아지는 경향을 나타내었으며 이는 골재 입경이 작을수록 골재 내 공극이 작음을 의미한다. 침수시간에 따라서는 침수시간이 증가할수록 흡수율이 커지지만 24시간 침수 흡수율 19.
이는 실용적으로 매우 불편하며 흡수수 변동을 일으키기 쉬우므로 이를 해결하기 위해서 그림 8과 같이 24시간 골재 침수 후, 습도유지 보관함에 골재를 방치하고 시간에 따른 흡수율 변화를 관찰하였다. 그 결과 표 6과 같은 흡수율 변화를 나타내었으며, 24시간 보관 했을 경우 흡수성 천으로 닦아내었을 경우보다 큰 흡수율을 나타내므로 골재의 표면수가 다수 존재하는 것으로 판단되고, 2일 보관 이후부터는 흡수성 천으로 닦아낸 흡수율 결과와 거의 동일 한 값을 나타내었다. 이는 100% 습도유지 보관함에서 24시간 침수 골재의 흡수율은 2일 이상 보관할 경우 주변 습도와의 안정성을 유지하며 일정한 흡수율을 나타내는 것으로 해석할수 있다.
이는 적용된 흡수율 20%의 경량골재를 표면건조포화상태로 사전흡수하여 사용할 경우 표면건조포화밀도가 상대적으로 크기 때문으로 생각된다. 따라서 굳지 않은 콘크리트의 단위용적질량을 감소하기 위해서는 경량골재를 완전 흡수하지 않거나, 잔골재율을 감소하는 방안을 생각할 수 있지만, 골재 관리의 용이성과 재료 저항성 측면을 고려할 때 향후, 흡수율 약 10~15% 정도의 범위를 지니는 경량골재를 생산, 적용하는 것이 타당하다고 생각된다.
따라서 대기 중 평형 상태의 기건 단위용적질량을 기준으로 할 경우 경량콘크리트의 자중 감소효과는 물-결합재비 0.3은 14.6%, 0.4는 16.6%, 0.5는 17.6%를 나타내며, 철근을 고려한 노건조 단위용적질량을 기준으로 할 경우 각각 18.4%, 19.2%, 19.6%의 자중 감소효과를 나타내었다. 즉, 물-결합재비가 높을수록 자중 감소효과가 다소 증가하였으나 그 차이는 매우 미약하며, 따라서 콘크리트의 강도, 내구성 등을 만족하는 다양한 물-결합재비에 따른 경량콘크리트의 제조가 가능할 것으로 생각된다.
먼저 일반콘크리트 배합에 대해 살펴보면 물-결합재비가 커질수록 질량감소량 ∆W3는 커지는 결과를 나타내었다. 이는 물-결합재비가 커질수록 모세관수, 겔공극수의 수화잉여수가 커짐을 의미한다.
특히 ∆W2는 쉽게 증발하지 않는 수화잉여수로서 콘크리트 내부에 남아 수화 증진 효과가 쉽게 증발하는 ∆W1의 수화잉여수보다 클 것으로 유추할 수 있다. 이를 실험결과에 적용할 경우 물-결합재비 0.3, 0.4, 0.5에 대해 경량콘크리트는 일반콘크리트에 비해 ∆W2가 각각 327.9%, 182.6%, 162.9% 증가하여 수화 증진을 유도할 수 있는 수화잉여수의 존재 환경이 크게 개선된 것으로 생각할 수 있다. 특히 전체 수화잉여수 ∆W3 중 ∆W2의 비 ∆W2/∆W3는 LWC30, LWC40, LWC50에 따라 각각 73.
1%를 적용하였다. 측정결과 NWC에서의 고성능 감수제 사용량을 LWC에 그대로 적용하였을 경우에 두 배합 모두 유사한 슬럼프 경시 변화를 나타내었다. 따라서 경량골재를 표면건조포화상태로 흡수시킨 경우 사전흡수수에 의한 슬럼프 변화는 거의 없는 것으로 판단된다.
굳지 않은 콘크리트의 단위용적질량은 KS F 2462 구조용 경량콘크리트의 단위질량 시험 방법에 의하여 실시하였으며, 측정용기는 압력법에 의한 공기량 측정 용기를 그대로 사용하였다. 측정결과 공기량의 경우 목표값 5%에 근접하는 값을 나타내어 일반콘크리트와 같이 경량콘크리트의 공기량은 고성능 감수제 혹은 AE감수제로서 조절이 가능한 것으로 판단된다. 한편, 굳지 않은 콘크리트의 단위용적질량은 LWC30의 경우 목표치인 2,000 kg/m3보다 다소 큰 2,039 kg/m3의 값을 나타내었다.
9% 증가하여 수화 증진을 유도할 수 있는 수화잉여수의 존재 환경이 크게 개선된 것으로 생각할 수 있다. 특히 전체 수화잉여수 ∆W3 중 ∆W2의 비 ∆W2/∆W3는 LWC30, LWC40, LWC50에 따라 각각 73.0%, 64.9%, 52.0%를 나타내어 물-결합재비가 낮을수록 경량골재 사전흡수수에 의한 수화잉여수 존재 조건이 향상되는 것으로 생각할 수 있다. 그러나 수화조직과 공극 형성 측면에서 살펴보면 수화잉여수는 모세관 공극을 형성하게 하는 원인이므로 콘크리트의 강도, 내구성에 단점으로 작용할 수 있다.
한편, 경량콘크리트 배합은 경량골재 사전흡수수의 영향으로 물-결합재비에 상관없이 일반콘크리트에 비해 모두 질량 감소량이 증가하였다. 경량골재의 사전흡수수의 변화를 생각해보면 일부는 ∆W1으로서 모세관 공극 혹은 골재 자체 공극에 존재하여 쉽게 증발하며, 일부는 ∆W2로서 쉽게 이동하지 않고 겔공극, 모세관 공극 혹은 골재 공극 내에 남아있는 것으로 판단할 수 있다.
후속연구
5) 향후 경량골재 사전흡수수가 수화증진, 수축, 내구성 등에 미치는 영향을 파악하기 위해 결합수량에 의한 수화도 평가, 수분이동에 의한 수축 진행 변화, 골재 및 페이스트의 공극 구조 평가 등의 연구가 후행되어야 할 것으로 생각된다.
이는 재령초기부터 급격한 수화와 자기건조로 인해 내부습도가 감소하고 사전흡수수가 공급되어 부족한 수화수로 보충되어 강도증진에 기여하는 것으로 판단된다. 따라서 본 연구에서 이루어진 경량골재의 사전흡수수에 의한 콘크리트 강도 발현 효과를 보다 정확하게 파악하기 위해서는 향후 각각의 물-결합재비에서 모세공극, 겔공극의 분포 형태, 골재 계면의 천이대 변화 등에 대한 연구가 이루어져야할 것으로 생각된다. 콘크리트의 압축강도에 미치는 골재의 영향을 판단하기 위해 그림 15의 (C), (D), (E)를 살펴보면, 동일 물-결합재비에 대해 NWC배합이 LWC배합에 비하여 높은 강도를 나타내었다.
그러나 수화조직과 공극 형성 측면에서 살펴보면 수화잉여수는 모세관 공극을 형성하게 하는 원인이므로 콘크리트의 강도, 내구성에 단점으로 작용할 수 있다. 따라서 향후 경량골재 적용에 따른 콘크리트의 수화조직 변화, 수분 이동, 수축에 미치는 영향에 대한 연구가 필요할 것으로 판단된다.
6%의 자중 감소효과를 나타내었다. 즉, 물-결합재비가 높을수록 자중 감소효과가 다소 증가하였으나 그 차이는 매우 미약하며, 따라서 콘크리트의 강도, 내구성 등을 만족하는 다양한 물-결합재비에 따른 경량콘크리트의 제조가 가능할 것으로 생각된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
천연골재 고갈과 환경파괴문제 해결을 위한 방안과 경량콘크리트의 구조물 적용 실용화를 위해 내놓은 결론은 무엇인가?
1) 경량골재의 흡수율은 24시간 침수시 7일 침수의 95%이상을 나타내며 약 20%내외의 값을 나타내었다. 실용적으로 경량골재 사전흡수수 관리를 위해서는 24시간 침수 후 100% 습도 유지 환경을 조성할 경우 2일 이후 20% 내외의 안정정인 흡수수를 나타내었다.
2) 경량골재를 사전흡수하여 적용할 경우 콘크리트의 슬럼프 및 슬럼프 손실, 공기량은 물-결합재비에 관계없이 일반콘크리트와 유사한 정도의 고성능 감수제를 사용하여 제어할 수 있는 것으로 나타났다. 굳지 않은 콘크리트의 단위용적질량은 물-결합재비 0.3의 경우 목표치인 2,000 kg/m3보다 다소 큰 2,039 kg/m3의 값을 나타내었다. 따라서 굳지 않은 콘크리트의 자중 경감과 골재 관리의 용이성, 재료저항성 측면을 고려할 때 향후, 흡수율 약 10~15% 정도의 범위를 지니는 경량골재를 생산, 적용하는 것이 타당하다고 생각된다.
3) 경량콘크리트의 경화 후 단위용적질량은 물-결합재비, 건조 조건, 철근고려에 따라 1,668~1,998 kg/m3의 범위로서 일반콘크리트에 비해 14.6~21.0%의 감소를 나타내었다. 경량골재 사전흡수수는 물-결합재비에 따라 상이한 증발수량을 나타내었으며, 물-결합재비가 낮을수록 노건조 증발수가 커져 내부양생수로서의 역할 가능성이 증가할 것으로 생각된다.
4) 동일 물-시멘트비에서 경량콘크리트는 일반콘크리트에 비하여 골재의 강도차이로 인해 낮은 강도를 나타내며, 기건 양생 시 일반콘크리트의 경우 물-시멘트비 0.3은 물시멘트비 0.4, 0.5에 비해 강도 증진 효과가 감소하지만, 경량콘크리트의 경우 물-결합재비가 낮을수록 강도 증진 효과가 증가하는 것으로 나타났다.
5) 향후 경량골재 사전흡수수가 수화증진, 수축, 내구성 등에 미치는 영향을 파악하기 위해 결합수량에 의한 수화도 평가, 수분이동에 의한 수축 진행 변화, 골재 및 페이스트의 공극 구조 평가 등의 연구가 후행되어야 할 것으로 생각된다.
경량콘크리트와 일반콘크리트의 가장 큰 차이점은 무엇에서 나타나는가?
경량콘크리트와 일반콘크리트의 가장 큰 차이점은 경량골재와 일반골재의 물리적 특성 차이에서 나타난다. 즉 경량골재와 일반골재의 밀도 차이로 인해 콘크리트의 자중이 결정 되며, 골재 간 흡수율 차이로 인하여 굳지 않은 콘크리트와 경화 콘크리트의 특성이 변화한다.
구조설계 기술 발달로 인해 무슨 경향이 나타나고 있는가?
한편 국외의 경우 구조설계 기술 발달에 따른 건축물의 초고층화, 토목구조물의 장대화, 세장화 경향을 나타내고 있으며 그 밖에 전시장, 운동시설, 공항 등 대형 구조물 건설 재료에 부합하는 고강도, 경량화 콘크리트를 적용하기 위해 경량골재의 제조 및 적용이 활발히 이루어지고 있다. 북미, 유럽의 경우 1936년 San Francisco의 Oakland Bay Bridge(현수교)에 경량골재를 적용하여 3백만 달러의 철근 물량 절감 사례를 필두로 하여, 이후 팽창혈암 인공경량골재를 이용하여 자중감소, 고강도를 실현한 경량콘크리트를 Virgin River Bridge(강아치교), Bergsfysundet Bridge(강트러스), Virginia Dare Bridge(PSC beam), Boknasundet Bridge(FCM), NordHordland Bridge(사장교) 등 다양한 형식의 교량에 적용함으로서 철근, 케이블 수량감소와 함께 장대화, 세장화 구조물 시공을 이룩할 수 있었다.
참고문헌 (12)
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