[논문]파쇄횟수가 순환골재의 품질특성에 미치는 영향

원철; 박상준

문제 정의

따라서 본 연구에서는 배합조건을 알고 있는 공시체를 제작하여 6개월간 폭로시킨 후, 1~3차에 걸쳐 파쇄하고, 이를 대상으로 순환 굵은골재의 품질개선효과에 대하여 검토하고자 하였다. 또한 순환 굵은골재를 생산하는 과정에서 발생하는 잔골재 형태의 부산물을 대상으로 모르타르 단계에서의 유동성 및 강도에 대해서도 검토하였다.
따라서, 본 연구에서는 동일한 재료 및 배합특성을 갖는 원 콘크리트를 대상으로 순환골재의 파쇄 횟수를 1~3차로 변화시켜, 이에 따른 입도, 밀도, 마모감량, 흡수율 등 각종 기초특성에 대하여 검토하였다. 여기서 원 콘크리트의 경우는 동일한 배합조건의 Ø10×20㎝ 공시체를 제작하여 28일 압축강도를 측정한 후, 6개월간 폭로시킨 다음, 파쇄하여 비교용 순환골재로 하였다.
따라서 본 연구에서는 배합조건을 알고 있는 공시체를 제작하여 6개월간 폭로시킨 후, 1~3차에 걸쳐 파쇄하고, 이를 대상으로 순환 굵은골재의 품질개선효과에 대하여 검토하고자 하였다. 또한 순환 굵은골재를 생산하는 과정에서 발생하는 잔골재 형태의 부산물을 대상으로 모르타르 단계에서의 유동성 및 강도에 대해서도 검토하였다.
여기서 원 콘크리트의 경우는 동일한 배합조건의 Ø10×20㎝ 공시체를 제작하여 28일 압축강도를 측정한 후, 6개월간 폭로시킨 다음, 파쇄하여 비교용 순환골재로 하였다. 또한, 순환골재의 품질개선 방안으로 파쇄횟수 및 천연골재와의 혼합비율에 따른 재료적 특성에 대하여도 검토하였다.
본 연구에서는 순환 굵은골재를 생산하기 위한 장비로서 Jaw crusher(25mm)를 사용하였는데, 이는 파쇄횟수에 따른 순환 굵은골재의 품질개선효과를 검토하기 위한 것으로서, 모르타르용 잔골재 생산을 위한 별도의 장비(임팩트 크라셔 등)에 대해서는 검토하지 않았다.
본 연구에서는 파쇄횟수에 따른 밀도 및 흡수율의 변화 특성을 평가하고자 하였다.
한편, 순환골재라 하면 대부분이 굵은골재만을 연상시키게 되는데, 이와는 달리 폐 콘크리트의 파쇄과정에서는 순환 굵은골재와 함께, 잔골재 형태의 부산물도 다량 발생되는 특징이 있는데, 본 연구에서는 이의 활용방안을 검토할 목적으로 모르타르 단계에서의 유동성 및 강도특성에 대해서도 검토하였다.

제안 방법

파쇄횟수가 증가할수록 순환골재의 품질은 점차 개선되는 것으로 나타났으나, 입도나 흡수율 등은 일부 미흡한 부분이 있다. 따라서 실제 콘크리트에 사용하기 위한 방법으로 천연골재와 혼합하여 사용하는 방법에 대해 검토하였으며, 이때 혼합방법은 천연골재의 일부분을 순환골재로 치환하는 방법으로 하였다. Fig 6은 순환골재의 치환율 변화에 따른 밀도 및 흡수율 특성을 나타낸 것이다.
또한, 파쇄횟수별 제조된 순환골재의 품질시험 결과는 Table 6에서와 같이 KS F 2573(콘크리트용 순환골재)2)과 함께 일본건설성 순환골재 품질규준4) 등과 비교·평가하는 것으로 하였다.
세부적으로, 순환골재의 질량감소율은 파쇄횟수별로 각각 7㎏의 시료를 5％의 염산용액에 10일간 침지시킨 후, #4체에 잔류하는 골재의 질량을 측정하여 평가하는 것으로 하였다. 또한, 파쇄횟수별 제조된 순환골재의 품질시험 결과는 Table 6에서와 같이 KS F 2573(콘크리트용 순환골재)2)과 함께 일본건설성 순환골재 품질규준4) 등과 비교·평가하는 것으로 하였다.
순환 잔골재를 사용한 모르타르의 유동특성을 평가할 목적으로 플라이애시 0%, 30%와 함께 순환 잔골재 치환율 0, 30, 50, 70, 100％에 대한 플로우 시험을 실시하였는데, 그 결과는 Fig 7과 같다. 전반적으로 순환 잔골재의 치환율이 증가할수록 유동성은 감소하는 것으로 나타났는데, 이는 순환 잔골재의 높은 흡수율에 기인된 것으로 사료된다.
여기서 원 콘크리트의 경우는 동일한 배합조건의 Ø10×20㎝ 공시체를 제작하여 28일 압축강도를 측정한 후, 6개월간 폭로시킨 다음, 파쇄하여 비교용 순환골재로 하였다.

대상 데이터

원 콘크리트 제조에 사용된 시멘트는 국내 T사의 보통 포틀랜드 시멘트와 함께 혼화재료로 보령산 플라이애시를 30% 사용하였다. 잔골재는 바닷모래를, 굵은골재는 25㎜ 쇄석을 사용하였다.
원 콘크리트 제조에 사용된 시멘트는 국내 T사의 보통 포틀랜드 시멘트와 함께 혼화재료로 보령산 플라이애시를 30% 사용하였다. 잔골재는 바닷모래를, 굵은골재는 25㎜ 쇄석을 사용하였다.

성능/효과

(1) 1회 파쇄한 순환 굵은골재의 입도는 규준을 만족하지만, 파쇄횟수가 증가할수록 천연골재와 혼합사용이 권장된다.
(2) 파쇄횟수가 증가할수록 밀도․흡수율·마모감량 및 질량 감소율이 개선되어, 순환골재 품질규준을 만족하였다.
(3) 모르타르 실험결과, 양질의 천연골재와 함께 적정비율 혼합하고, 여기에 물-결합재비가 다소 큰 일반강도 범위의 콘크리트에 대상으로 활용하는 것이 유효하다는 결론을 얻었다.
검토결과, 순환 잔 · 굵은골재의 치환율 30％까지는 KS F 2573(콘크리트용 순환골재)의 밀도(2.5g/㎤ 이상) 및 흡수율(3.0% 이하)을 만족하는 것으로 나타난 반면, 일본건설성의 규준을 적용하였을 경우 순환골재의 치환율이 100%인 범위까지도 밀도 및 흡수율을 만족하는 것으로 나타났다.
Table 7에 의하면, 파쇄횟수가 증가될수록 잔골재량이 증가되는 것으로 나타났는데, 이는 굵은골재에 부착되어 있던 모르타르 부분이 제거되어 나타난 결과라 할 수 있다. 또한, 굵은골재나 모르타르를 포함한 잔골재 이외에도 투입된 콘크리트의 질량대비 약 2％ 정도의 미립분도 발생하는 것으로 나타났다, 이러한 결과는 미립분의 성분분석과 함께 이를 활용할 수 있는 방안에 대한 검토가 필요하다는 것을 의미하는 것이다.
Fig 4는 원 콘크리트의 파쇄횟수에 따른 순환 굵은골재와 잔골재의 절건밀도(ADg), 표건밀도(SDg), 그리고 흡수율(Ab) 특성을 나타낸 것이다. 먼저, 순환 굵은골재의 경우 파쇄횟수가 증가할수록 흡수율이 감소하는 것으로 나타난 반면, 밀도는다소 증가되는 것으로 나타났다. 즉, 밀도의 경우 원 콘크리트에 사용된 굵은골재(CA)와 거의 유사한 값을 나타낸 반면, 흡수율의 경우는 일반골재(CA)에 비해 매우 높은 값을 나타내어, KS F 2573의 흡수율 규정을 만족하지 못하는 것으로 나타났다.
먼저, 순환 굵은골재의 입형판정 실적율은 KS F 2573의 규준 (55%이상)을 만족하는 것으로 나타났으며, 파쇄횟수가 증가할수록 다소 증가하는 경향으로 나타났다. 그러나 0.
Fig 2는 Fig 1과 동일한 요령으로 순환 잔골재의 입도특성을 나타낸 것이다. 순환 잔골재의 경우는 순환 굵은골재에 비해 파쇄횟수에 따른 영향이 적은 것으로 나타난 반면, KS 및 일본건설성에서 제시하고 있는 입도범위를 만족하지 못하는 것으로 나타났다. 한편, 순환 잔골재의 경우 원 콘크리트에 사용한 잔골재(NS)에 비해 체통과율이 다소 낮은 것으로 나타났다.
파쇄횟수에 따른 순환 굵은골재의 입도특성은 Fig 1과 같다. 원 콘크리트의 굵은골재 (CA)에 비해 순환 굵은골재의 입도는 파쇄횟수가 증가할수록 13㎜와 19㎜ 골재의 체통과율이 증가하는 것으로 나타났다. 이는 파쇄횟수가 증가함에 따라 굵은골재에 부착된 모르타르가 제거되는 효과도 있겠으나, 추가적으로 굵은골재가 파쇄되는 비율도 증가하여 나타난 결과로 판단된다.
Fig 8은 순환 잔골재를 혼입한 모르타르의 재령 28일 압축강도특성을 나타낸 것이다. 전반적으로 순환 잔골재의 혼입율이 증가할수록 강도는 낮아지는 것으로 나타났다. 특히 혼입율 50%를 기점으로 급격히 감소하는 것으로 평가되었다.
먼저, 순환 굵은골재의 경우 파쇄횟수가 증가할수록 흡수율이 감소하는 것으로 나타난 반면, 밀도는다소 증가되는 것으로 나타났다. 즉, 밀도의 경우 원 콘크리트에 사용된 굵은골재(CA)와 거의 유사한 값을 나타낸 반면, 흡수율의 경우는 일반골재(CA)에 비해 매우 높은 값을 나타내어, KS F 2573의 흡수율 규정을 만족하지 못하는 것으로 나타났다. 그러나 일본건설성에서 제시하M고 있는 규준(7%이하)은 만족하고 있기 때문에, 순환골재의 사용성에 대한 추가검토가 필요하다는 결론을 얻었다.
7MPa를 나타내는 원 콘크리트를 대상으로 순환 굵은골재의 파쇄횟수별 질량감소율 및 마모감량을 나타낸 것이다. 파쇄횟수가 증가할수록 질량감소율은 각각 13.7, 13.1, 12.2％로 감소하는 것으로 나타났으며, 마모감량도 파쇄횟수에 따라 각각 36, 34, 31％로서 유사한 경향인 것으로 나타났다. 아울러 이를 바탕으로 질량 감소율과 마모감량 간에 상호관계를 분석한 결과는 식 (1)과 같다.
한편, 순환 잔골재의 경우도 순환 굵은골재와 유사한 경향으로서 국내 규준은 만족하지 못하나, 일본건설성의 흡수율 규준(13%이하)은 만족하는 것으로 나타났다.

후속연구

전반적으로 순환 잔골재의 치환율이 증가할수록 유동성은 감소하는 것으로 나타났는데, 이는 순환 잔골재의 높은 흡수율에 기인된 것으로 사료된다. 그러나 이러한 특성은 물-결합재비가 높은 범위에서 둔화되는 것으로 나타나고 있어, 일반강도 범위의 콘크리트에 대상으로 활용하는 방안도 유효할 것으로 판단된다.
즉, 밀도의 경우 원 콘크리트에 사용된 굵은골재(CA)와 거의 유사한 값을 나타낸 반면, 흡수율의 경우는 일반골재(CA)에 비해 매우 높은 값을 나타내어, KS F 2573의 흡수율 규정을 만족하지 못하는 것으로 나타났다. 그러나 일본건설성에서 제시하M고 있는 규준(7%이하)은 만족하고 있기 때문에, 순환골재의 사용성에 대한 추가검토가 필요하다는 결론을 얻었다.
0% 이하)을 만족하는 것으로 나타난 반면, 일본건설성의 규준을 적용하였을 경우 순환골재의 치환율이 100%인 범위까지도 밀도 및 흡수율을 만족하는 것으로 나타났다. 따라서 향후 순환골재의 활용성을 극대화하기 위해서는 국내규준에 대한 검토가 필요할 것으로 판단된다.

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