플라이애시 및 고로슬래그 첨가율에 따른 일반강도영역 콘크리트의 공학적 특성 및 내구성 Properties of Engineering and Durability Concrete with Fly-ash and Blast Furnace Slag in Normal Strength Level원문보기
최근 $CO_2$ 배출의 저감을 위한 활동으로 시멘트의 사용량을 줄이고, 고로슬래그 및 플라이 애시 등과 같은 산업부산물을 적극 활용하여 건설분야에 적용하고자 하는 움직임이 활발하게 진행되고 있으며, 이를 통해 환경부하저감 및 자원재활용을 도모하고 있다. 이에 본 연구에서는 자원재이용 및 환경부하저감을 위한 기초적 연구로서 고로슬래그 및 플라이 애시를 사용하여 부산물의 치환율에 따른 경화성상 및 내구성상을 비교 분석하고 고로슬래그와 플라이애시의 3성분계를 치환한 콘크리트 성상을 검토함으로서 결합재로서의 상성관계를 평가하여 향후, 대량활용을 위한 기초자료를 제시하고자 하였다. 고로슬래그 미분말 및 플라이애시를 대체한 콘크리트의 압축강도는 재령 7일 초기강도에서는 무혼입 콘크리트에 비해 현저히 낮은 수준으로 발현하고 있으나, 28일 이후에는 무혼입 콘크리트에 비해 유사하거나 높은 압축강도를 발현하였다. 또한 고로슬래그 미분말의 대체율이 증가함에 따라 염해 저항성이 향상되는 것으로 나타났으며, 이는 기존 연구결과에 따라 고로슬래그 미분말에 의해 염화물 이온이 콘크리트 표면에 고정화됨으로서 염해 저항성이 향상되는 것으로 판단된다.
최근 $CO_2$ 배출의 저감을 위한 활동으로 시멘트의 사용량을 줄이고, 고로슬래그 및 플라이 애시 등과 같은 산업부산물을 적극 활용하여 건설분야에 적용하고자 하는 움직임이 활발하게 진행되고 있으며, 이를 통해 환경부하저감 및 자원재활용을 도모하고 있다. 이에 본 연구에서는 자원재이용 및 환경부하저감을 위한 기초적 연구로서 고로슬래그 및 플라이 애시를 사용하여 부산물의 치환율에 따른 경화성상 및 내구성상을 비교 분석하고 고로슬래그와 플라이애시의 3성분계를 치환한 콘크리트 성상을 검토함으로서 결합재로서의 상성관계를 평가하여 향후, 대량활용을 위한 기초자료를 제시하고자 하였다. 고로슬래그 미분말 및 플라이애시를 대체한 콘크리트의 압축강도는 재령 7일 초기강도에서는 무혼입 콘크리트에 비해 현저히 낮은 수준으로 발현하고 있으나, 28일 이후에는 무혼입 콘크리트에 비해 유사하거나 높은 압축강도를 발현하였다. 또한 고로슬래그 미분말의 대체율이 증가함에 따라 염해 저항성이 향상되는 것으로 나타났으며, 이는 기존 연구결과에 따라 고로슬래그 미분말에 의해 염화물 이온이 콘크리트 표면에 고정화됨으로서 염해 저항성이 향상되는 것으로 판단된다.
Recently, reducing usage of cement and using by-product of industry such as blast furnace slag and fly-ash have been increased to reduce $CO_2$ gas emission. That apply to construction. As a result, reduction of environmental stress and recycling of resources are expected. In this study, ...
Recently, reducing usage of cement and using by-product of industry such as blast furnace slag and fly-ash have been increased to reduce $CO_2$ gas emission. That apply to construction. As a result, reduction of environmental stress and recycling of resources are expected. In this study, as basic study to the reuse of resources and reduce Environmental Load, comparing and analyzing hardening characteristics and durability as using the blast furnace slag and fly-ash, examining concrete characteristics substituted the three elements for the blast furnace slag and fly-ash and evaluating the relationship as binder. Through this, it want to provide the basic data for mass utilization. Blast furnace slag powder and replaced at fly-ash compressive strength of concrete in the strength of the initial seven days material age lower level of expression significantly compared to the concrete, but, 28 days after the similar or higher compressive strength than the concrete expression of the was. In addition, the reserves replacement of blast furnace slag powder salt injury increasing resistance are seen improvements, according to the conventional blast furnace slag powder study by the chloride ions on the surface of the concrete are improved being fixation salt injury resistance is considered.
Recently, reducing usage of cement and using by-product of industry such as blast furnace slag and fly-ash have been increased to reduce $CO_2$ gas emission. That apply to construction. As a result, reduction of environmental stress and recycling of resources are expected. In this study, as basic study to the reuse of resources and reduce Environmental Load, comparing and analyzing hardening characteristics and durability as using the blast furnace slag and fly-ash, examining concrete characteristics substituted the three elements for the blast furnace slag and fly-ash and evaluating the relationship as binder. Through this, it want to provide the basic data for mass utilization. Blast furnace slag powder and replaced at fly-ash compressive strength of concrete in the strength of the initial seven days material age lower level of expression significantly compared to the concrete, but, 28 days after the similar or higher compressive strength than the concrete expression of the was. In addition, the reserves replacement of blast furnace slag powder salt injury increasing resistance are seen improvements, according to the conventional blast furnace slag powder study by the chloride ions on the surface of the concrete are improved being fixation salt injury resistance is considered.
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문제 정의
이에 본 연구에서는 자원재이용 및 환경부하저감을 위한 기초적 연구로서 고로슬래그 및 플라이애시를 사용하여 부산물의 치환율에 따른 경화성상 및 내구성상을 비교·분석하고 고로슬래그와 플라이애시의 3성분계를 치환한 콘크리트 성상을 검토함으로서 결합재로서의 상성관계를 평가하여 향후, 대량활용을 위한 기초자료를 제시하고자 한다.
제안 방법
또한, 고로슬래그 미분말을 대량 활용한 콘크리트의 목표 슬럼프는 각각 210±25mm로 설정하였으며, 목표 슬럼프를 만족시키기 위해 소정의 고성능 감수제 및 AE제를 첨가하였다.
본 연구에서의 콘크리트 비빔은 고로슬래그 미분말, 시멘트, 잔골재 및 굵은 골재를 투입하여 30초간 건비빔을 실시한 후, 물, 고성능 감수제 및 AE제를 투입하여 60초간 비빔을 실시하여 총 비빔시간은 90초가 소요되었다. 또한, 비빔완료 후 슬럼프를 측정하여 목표 슬럼프를 만족한 경우 토출하였다.
또한, 슬래그 콘크리트의 경화성상 및 내구성상을 검토하기 위하여 일반강도영역의 콘크리트를 고려하여 물결합재비는 50%로 고정하였고, 2성분계 콘크리트로서 결합재 질량에 대한 고로슬래그 미분말의 대체율을 0, 30, 50 및 70%의 4수준, 플라이애시의 체율을 0, 5, 10, 15%의 4수준을 설정하였으며, 3성분계 콘크리트로서 고로슬래그 미분말 대체율을 0, 25% 고정하였고 플라이애시의 대체율을 0, 5, 15%의 3수준으로 설정하였다.
본 연구에서는 슬래그 콘크리트의 굳지않은 성상을 평가하기 위해 Table 1에 나타난 바와 같이 물결합재비는 50%로 설정한 후, 2성분계 콘크리트로서 결합재 질량에 대한 고로슬래그 미분말의 대체율을 0, 30, 50 및 70%의 4수준, 플라이애시의 대체율을 0, 5, 10, 15% 의 4수준을 설정하여 일반강도 콘크리트의 굳지 않은 성상으로서 공기량 및 슬럼프와 실험·실증적으로 검토·분석하였다.
본 연구에서의 콘크리트 비빔은 고로슬래그 미분말, 시멘트, 잔골재 및 굵은 골재를 투입하여 30초간 건비빔을 실시한 후, 물, 고성능 감수제 및 AE제를 투입하여 60초간 비빔을 실시하여 총 비빔시간은 90초가 소요되었다. 또한, 비빔완료 후 슬럼프를 측정하여 목표 슬럼프를 만족한 경우 토출하였다.
본 연구의 콘크리트 각종 성능평가는 KS규준에 따라 실시하였으며, 특히 탄산화저항성의 평가는 온도 20℃, RH 50%, CO2 농도 5%로 중성화를 촉진, 압축강도 시험기를 이용하여 시험체를 쪼갬하고 1%의 페놀프탈레인 용액을 분무하여 시험체 표면으로부터 발색되지 않은 5개소를 측정하여 이의 평균값으로 하였다.
측정된 탄산화 깊이를 바탕으로 본 연구에서는 기존에 일반적으로 사용되고 있는 다음의 식에 의해 혼화재에 따른 탄산화 속도계수를 산출하였다.
플라이애시 및 고로슬래그 첨가율에 따른 일반강도영역 콘크리트의 성능 평가를 실험·실증적으로 비교·분석한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
성능/효과
1) 고로슬래그 미분말을 시멘트 대체재로 활용할 경우 경과시간에 따른 유동성 유지성능은 무혼입 콘크리트에 비해 높은 수준으로 나타나 기존 연구결과와 유사한 경향을 나타냈다.
2) 고로슬래그 미분말 및 플라이애시를 대체한 콘크리트의 압축강도는 재령 7일 초기강도에서는 무혼입 콘크리트에 비해 현저히 낮은 수준으로 발현하고 있으나, 28일 이후에는 무혼입 콘크리트에 비해 유사하거나 높은 압축강도를 나타냈다.
3) 고로슬래그 미분말 및 플라이애시의 대체율이 증가함에 따라 탄산화 저항성이 저하되는 것으로 나타나 고로슬래그 미분말 및 플라이애시를 시멘트 대체재로 활용할 경우 잠재수경성 및 포졸란 반응에 의해 콘크리트 자체의 pH를 저하시키는 자기중성화현상이 발생하여 기존 연구결과와 부합되는 경향을 나타냈다.
4) 고로슬래그 미분말의 대체율이 증가함에 따라 염해 저항성이 향상되는 것으로 나타났으며, 이는 기존 연구결과에 따라 고로슬래그 미분말에 의해 염화물 이온이 콘크리트 표면에 고정화됨으로서 염해 저항성이 향상되는 것으로 판단된다.
Fig. 16은 고로슬래그 미분말 대체율에 따른 염화물 이온 침투 깊이를 예측한 것으로, 대체율 0, 30, 50, 70% 에서 각각 25.85, 19.52, 4.85 및 4.07mm로 나타나 염화물 이온이 콘크리트 표면에서 고정화됨으로서 대체적으로 고로슬래그 미분말의 대체율이 증가함에 따라 염해 저항성이 향상되는 것으로 나타났다.
Fig. 1은 고로슬래그 미분말 대체율과 경시변화에 따른 슬럼프의 변화를 나타낸 것으로 비빔직후에서는 고로슬래그 미분말 대체율 0, 30, 50, 70%에서 각각 205, 200, 210 및 200mm의 수준으로 목표 슬럼프를 모두 만족하였고, 경과시간 60분에 있어서 고로슬래그 미분말 대체율 0, 30, 50, 70%에서 85, 95, 105 및 75mm의 수준으로 고로슬래그 미분말의 대체율이 증가할수록 고로슬래그 미분말을 대량 활용한 콘크리트의 유동성 유지성능이 향상될 것으로 판단된다.
Fig. 2는 플라이애시 대체율과 경시변화에 따른 슬럼프의 변화를 나타낸 것으로 비빔직후에서는 플라이애시 대체율 0, 5, 10 및 15%에서 각각 205, 215, 205 및 215mm 의 수준으로 목표 슬럼프를 모두 만족하였으며, 경과시간 60분에 있어서 플라이애시 대체율 0, 5, 10 및 15%에서 각각 85, 80, 115 및 80mm의 수준으로 플라이애시 대체율의 증가에 있어서는 유의할 만한 경향이 나타나지 않았다.
Fig. 3은 3성분계 콘크리트의 플라이애시 대체율과 경시 변화에 따른 슬럼프의 변화를 나타낸 것으로 비빔직후의 측정값은 플라이애시 대체율 0, 5, 15%에서 각각 205, 230 및 220mm의 수준으로 목표 슬럼프를 모두 만족하였으며, 경과시간 60분의 경우 플라이애시 대체율 0, 5, 15%에서 각각 80, 130, 110mm의 수준으로 나타났다.
Fig. 4는 고로슬래그 미분말 대체율과 경시변화에 따른 공기량의 변화를 나타낸 것으로 비빔직후에서는 고로슬래그 미분말 대체율 0, 30, 50, 70%에서 각각 6.6, 5.0, 4.8 및 5.0%의 수준으로 고로슬래그 미분말을 시멘트 대체재로 활용할 경우 무혼입 콘크리트와 유사하거나 다소 낮은 수준으로 나타났으며 고로슬래그 미분말 대체율의 증가에 따른 공기량의 변화는 거의 없는 것으로 나타났다.
Fig. 5는 플라이애시 대체율과 경시변화에 따른 공기량의 변화를 나타낸 것으로 비빔직후 플라이애시 대체율 0, 5, 10 및 15%에 있어 각각 6.6, 2.7, 2.8 및 3.0%의 수준으로 플라이애시를 치환한 경우 모든 배합에서의 공기량이 무혼입 콘크리트보다 약 3% 정도 낮은 수준을 보이고 있어 플라이애시 대체율의 증가에 따른 공기량의 변화는 거의 없는 것으로 확인 되었다.
Fig. 6은 3성분계 콘크리트의 플라이애시 대체율과 경시변화에 따른 공기량의 변화를 나타낸 것으로 비빔직후에 있어서 플라이애시 대체율 0, 5, 15%에 있어서 각각 6.6, 3.4 및 3.3%의 수준으로 무혼입 콘크리트에 비해 모두 3%정도 낮게 나타났으며 경과시간에 따른 공기량의 변화에 있어서 플라이애시 대체율에 관계없이 모두 비빔직후와 유사하였고 비빔 후 60분 경과시 비빔직후와 비교하여 약 1~1.5% 정도 감소하는 경향을 보였다
49mm로 나타나 탄산화 저항성이 저하되는 것으로 확인하였다. 이와 같은 결과를 바탕으로 슬래그 콘크리트의 문제점으로 지적되었던 초기 탄산화 저항성 저하에 관한문제에 대하여 Fig. 14~16과 같이 기존 연구수행결과의 고찰을 통해 탄산화속도를 예측한 결과 피복두께 3cm에 도달하는 시간은 20년 이후로 확인되었으며 이로 인해 슬래그 콘크리트 실구조체의 탄산화에 대한 장기내구성능 확보가 가능함을 확인하였다.
7은 2성분계 콘크리트로서 고로슬래그 미분말의 대체율에 따른 초결 및 종결시간을 나타낸 것으로, 초결시간의 경우 대체율 0, 30, 50, 및 70%에서 각각 7시간 7분, 7 시간 53분, 8시간 11분 및 8시간 45분을 나타내고 있으며, 종결시간의 경우 각각 9시간 22분, 10시간 41분, 11시간 16분 및 12시간 10분을 보이고 있다. 즉 고로슬래그 미분말의 대체율이 증가할수록 초결 및 종결시간은 지연되는 것으로 나타났으며, 초결-종결의 경과시간도 대체율이 증가할수록 연장되는 것으로 나타났다.
한편, 경과시간에 따른 공기량의 변화에 있어서 고로슬래그 미분말의 대체율에 관계없이 모두 비빔직후와 동일하게 나타났으며, 비빔 후 60분 경과시간과 비빔직후와 비교하여도 약 1% 내외로 감소하는 것으로 확인되었다.
후속연구
그러나, 기존 연구에 의하면 고로슬래그 미분말을 대량 활용한 일반강도 영역 콘크리트의 체계적인 품질관리기법 및 시공지침 등이 미미한 수준이며2), 건설생산현장에서 실용화 및 상용화를 위해서는 다양한 배합요인 및 수준에 따른 체계적이고 종합적인 연구수행이 필요하다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
건설분야에서의 CO₂ 배출의 저감을 위한 활동으로 무엇들이 있는가?
한편, CO₂ 배출의 저감을 위한 활동으로 시멘트의 사용량을 줄이고, 고로슬래그 및 플라이 애시 등과 같은 산업부산물을 적극 활용하여 건설분야에 적용하고자 하는 움직임이 활발하게 진행되고 있으며, 이를 통해 환경부하 저감 및 자원재활용을 도모하고 있다.
녹색성장을 이루기 위한 최우선과제는 무엇인가?
최근 녹색성장이 키워드로 부각됨에 따라 국제적으로 환경부하저감을 위한 노력이 활발하게 이루어 지고 있다. 이와 같은 녹색성장을 이루기 위해서는 에너지와 자원의 사용시에 배출되는 CO₂ 배출저감 등 환경부하 최소화가 가장 우선과제로 되고 있다. 이러한 배경에서 건설부문의 경우 건축물의 대부분을 차지하고 있는 철근콘크리트구조 물을 제조하는데 사용되는 시멘트는 1톤을 생산하는 데 약 1톤의 CO₂가 배출되며, 건설구조물에 사용되는 시멘트로 인한 CO₂ 배출량은 전 세계에서 사람이 배출하는 CO₂의 5~10%를 배출하게 된다.
본 연구에서 플라이애시 및 고로슬래그 첨가율에 따른 일반강도영역 콘크리트의 성능 평가를 실험·실증적으로 비교·분석한 결과 어떠한 결론을 얻었는가?
1) 고로슬래그 미분말을 시멘트 대체재로 활용할 경우 경과시간에 따른 유동성 유지성능은 무혼입 콘크리트에 비해 높은 수준으로 나타나 기존 연구결과와 유사한 경향을 나타냈다.
2) 고로슬래그 미분말 및 플라이애시를 대체한 콘크리트의 압축강도는 재령 7일 초기강도에서는 무혼입 콘크리트에 비해 현저히 낮은 수준으로 발현하고 있으나, 28일 이후에는 무혼입 콘크리트에 비해 유사하거나 높은 압축강도를 나타냈다.
3) 고로슬래그 미분말 및 플라이애시의 대체율이 증가함에 따라 탄산화 저항성이 저하되는 것으로 나타나 고로슬래그 미분말 및 플라이애시를 시멘트 대체재로 활용할 경우 잠재수경성 및 포졸란 반응에 의해 콘크리트 자체의 pH를 저하시키는 자기중성화현상이 발생하여 기존 연구결과와 부합되는 경향을 나타냈다.
4) 고로슬래그 미분말의 대체율이 증가함에 따라 염해 저항성이 향상되는 것으로 나타났으며, 이는 기존 연구결과에 따라 고로슬래그 미분말에 의해 염화물 이온이 콘크리트 표면에 고정화됨으로서 염해 저항성이 향상되는 것으로 판단된다.
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