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문제 정의
- 알카리활성 콘크리트를 이용한 벽돌, 호안용 블록 및 인터록킹 블록 등의 콘크리트 2차 제품을 개발하기 위해 알카리활성 콘크리트의 현장적용성과 성능이 실험되었다. 제품에 적합한 알카리활성화제를 선택하기 위해 7개의 알카리활성화제를 주요변수로 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 이에 본 연구에서는 한국산업규격[11]과 시방서[13]의 요구 성능을 만족하는 고로슬래그에 기반한 알카리활성 콘크리트 2차 제품의 적용성을 평가하였다. 실험된 알카리활성 콘크리트 2차 제품은 콘크리트 벽돌, 호안용 블록 및 인터록팅 블록이며 각 제품에서 요구하는 성능들을 평가하였다.
제안 방법
- 실험된 알카리활성 콘크리트 2차 제품은 콘크리트 벽돌, 호안용 블록 및 인터록팅 블록이며 각 제품에서 요구하는 성능들을 평가하였다. 또한 기존 제품과의 비교를 위해 보통 포틀랜드 시멘트 제품과의 성능비교도 이루어졌다. 특히 물과 접하는 호안용 블록은 pH와 어독성 실험을 통해 알카리활성 콘크리트 2차 제품의 환경적 성능이 평가되었다.
- 사육온도는 약 26±1℃를 유지하였으며, 송사리용 고형사료을 1일 1회 급여하였다.
- 이에 본 연구에서는 한국산업규격[11]과 시방서[13]의 요구 성능을 만족하는 고로슬래그에 기반한 알카리활성 콘크리트 2차 제품의 적용성을 평가하였다. 실험된 알카리활성 콘크리트 2차 제품은 콘크리트 벽돌, 호안용 블록 및 인터록팅 블록이며 각 제품에서 요구하는 성능들을 평가하였다. 또한 기존 제품과의 비교를 위해 보통 포틀랜드 시멘트 제품과의 성능비교도 이루어졌다.
- S/B는 예비실험을 통해 8로 고정하였으며, 잔골재로는 석분이 이용되었다. 알카리활성 호안용 블록은 NSO계열과 MC계열 및 NSO계열의 첨가량을 2배로 높인 2NSO계열의 알카리활성화제가 이용되었으며, S/B를 3.0~4.4까지 변화시켜 제품의 성능을 평가하였다. 호안용 블록은 물과 접하는 곳에 설치되기 때문에 유용미생물(effective micro-organisms, 이하 EM)을 첨가하였다.
- 또한 기존 제품과의 비교를 위해 보통 포틀랜드 시멘트 제품과의 성능비교도 이루어졌다. 특히 물과 접하는 호안용 블록은 pH와 어독성 실험을 통해 알카리활성 콘크리트 2차 제품의 환경적 성능이 평가되었다.
- 4까지 변화시켜 제품의 성능을 평가하였다. 호안용 블록은 물과 접하는 곳에 설치되기 때문에 유용미생물(effective micro-organisms, 이하 EM)을 첨가하였다. 알카리활성 인터록킹 블록은 KS F 4419[11] 기준에 만족하기 위해 NS계열, NC계열, MC계열 및 NM계열의 알카리활성화제가 이용되었다.
대상 데이터
- 알카리활성 콘크리트 2차 제품에 사용된 잔골재로는 석분 및 모래가 있으며, 석분은 8 mm 이하로 다량의 미분을 포함하고 있었다. 모래는 최대직경이 5 mm이며, 비중 2.54, 조립률 2.51 그리고 흡수율 1.6%인 세척사가 이용되었다. 본 연구에 사용된 알카리활성화제는 특허 및 기술이전의 지적재산권에 관련되는 사항임으로 정확한 표현은 자제하였다.
- 사육온도는 약 26±1℃를 유지하였으며, 송사리용 고형사료을 1일 1회 급여하였다. 시험용수는 1 주일 이상 정체시킨 지하수를 이용하였다. 어독성 실험은 Figure 10에 나타낸바와 같이 10ℓ 유리수조에 φ100×50의 원주형 공시체 4개를 넣고 송사리과의 어류 15마리를 15일 동안 사육하였다.
- 알카리활성 벽돌은 NS계열 분말형과 액상형의 활성화제가 사용되었다. 일반적으로 콘크리트 벽돌의 제조시 W/B는 35% 이하로 규정하고 있지만 본 실험에서는 제품의 성형을 고려하여 W/B를 25~45%까지 변화하였다.
- 알카리활성 콘크리트 2차 제품개발을 위한 주요변수를 Table 4에 나타내었다. 알카리활성 콘크리트 2차 제품개발을 위한 원재료는 고로슬래그 3종 미분말이 사용되었다.
- 시간에 따른 어류 생존개체 수를 Figure 9에 나타내었다. 어독성 실험용 어류는 송사리과를 이용하였으며, 약 14일간 순화하여 실험하였다. 사육온도는 약 26±1℃를 유지하였으며, 송사리용 고형사료을 1일 1회 급여하였다.
- 고로슬래그의 화학적 조성을 Table 5에 나타내었다. 원재료로 이용된 고로슬래그는 SiO2, Al2O3, CaO 및 MgO를 93.7% 함유하고 있다. 또한 고로슬래그의 SiO2/CaO의 비는 0.
- 제작된 알카리활성 인터록킹 블록은 보도용의 “S”형이며 두께는 60 mm로서 KS F 4419[11]기준을 만족하였다.
이론/모형
- 특히 알카리활성 호안용 블록은 수중생태계에 사용되기 때문에 급성 어류의 독성과 pH가 함께 측정되었다. 급성 어독성 실험은 KS M 0111[11]의 기준에 의거해 실시하였으며, 침지법[15]에 의해 pH를 측정하였다.
- 호안용 블록은 물과 접하는 곳에 설치되기 때문에 유용미생물(effective micro-organisms, 이하 EM)을 첨가하였다. 알카리활성 인터록킹 블록은 KS F 4419[11] 기준에 만족하기 위해 NS계열, NC계열, MC계열 및 NM계열의 알카리활성화제가 이용되었다. 알카리활성 인터록킹 블록의 W/B와 S/B는 각각 25%와 4.
성능/효과
- 1) NS계열의 알카리활성화제를 이용한 알카리활성 벽돌은 KS기준을 만족하였으며, 액상형보다는 분말형의 알카리활성화제를 사용한 알카리활성 벽돌의 압축강도가 더 높았다.
- 2) NSO계열의 알카리활성화제를 이용한 알카리활성 호안 용 블록은 S/B가 3이하에서 시방서의 기준을 만족하였다.
- 3) NSO계열 알카리활성 호안용 블록의 pH는 시멘트 호안 용 블록의 80%수준에 있었으며, 침지 14일 후에는 8.01로써 중성에 가까웠다. 또한 NSO계열 알카리활성 호안 용 블록의 어독성실험결과 15일 경과 후 어류생존율은 약 93%였다.
- 4) NS계열의 알카리활성 인터록킹 블록의 휨강도는 5.47 MPa로써 KS 기준에 만족하였다. 특히 NS계열의 알카리활성 인터록킹 블록의 휨강도를 압축강도의 제곱근으로 나눈 값은 1.
- 5) 알카리활성 콘크리트 2차 제품은 KS 기준 및 시방서 기준을 만족하며 특히 환경적 성능에서는 시멘트 제품보다 우수한 성능을 보였다. 향후 다양한 콘크리트 2차 제품에 알카리활성 콘크리트가 사용될 것으로 판단된다.
- NSO계열의 알카리활성화제의 첨가량이 증가하면 호안용 블록의 압축강도도 증가하였다. MC계열의 알카리활성 호안용 블록의 압축강도는 동일한 첨가량의 NSO계열보다 약 90% 높았다. 또한 2NSO계열과 MC계열의 알카리활성 호안용 블록의 압축강도는 비슷한 S/B에서 시멘트 호안용 블록보다 각각 21과 14% 높았다.
- 호안용 블록의 시간경과에 따른 pH의 변화를 Figure 8에 나타내었다. NSO계열의 알카리활성 호안용 블록의 pH는 실험시작 후 1일 까지 증가하다가 1일 이후에 감소하여 14일 후 약 8정도에서 수렴하였다. 시멘트 호안용 블록의 pH도 실험 시작 후 1일까지 증가하였으며, 14일 후 약 10정도에서 수렴하였다.
- MC계열의 알카리활성 호안용 블록의 압축강도는 동일한 첨가량의 NSO계열보다 약 90% 높았다. 또한 2NSO계열과 MC계열의 알카리활성 호안용 블록의 압축강도는 비슷한 S/B에서 시멘트 호안용 블록보다 각각 21과 14% 높았다.
- 01로써 중성에 가까웠다. 또한 NSO계열 알카리활성 호안 용 블록의 어독성실험결과 15일 경과 후 어류생존율은 약 93%였다.
- 특히 알카리활성화제로 분말형의 NS계열을 사용한 벽돌의 압축강도가 동일한 W/B에서 액상형의 NS계열을 사용한 벽돌의 압축강도보다 높았다. 또한 동일한 W/B에서 분말형의 NS계열의 압축강도는 21.5 MPa로 시멘트 벽돌보다 약 26% 높았다.
- NSO계열의 알카리활성 호안용 블록의 pH는 실험시작 후 1일 까지 증가하다가 1일 이후에 감소하여 14일 후 약 8정도에서 수렴하였다. 시멘트 호안용 블록의 pH도 실험 시작 후 1일까지 증가하였으며, 14일 후 약 10정도에서 수렴하였다. 알카리활성 호안용 블록의 pH는 시간경과에 관계없이 시멘트 호안용 블록의 80% 수준을 보였다.
- 실험 종료 시 NSO계열 알카리활성 호안용 블록의 어류생존율은 약 93%였다. 특히 실험기간동안 알카리활성 호안용 블록의 어류는 공시체 주변을 맴돌며 생활하였다.
- 63을 규정하고 있다. 실험결과 모든 알카리활성화제의 휨강도 계수는 콘크리트구조설계 기준의 안전측에 있었다. 특히 NS계열 알카리활성제의 휨강도 계수값은 시멘트 기준보다 약 60% 높았다.
- 시멘트 호안용 블록의 pH도 실험 시작 후 1일까지 증가하였으며, 14일 후 약 10정도에서 수렴하였다. 알카리활성 호안용 블록의 pH는 시간경과에 관계없이 시멘트 호안용 블록의 80% 수준을 보였다.
- W/B가 25%이하에는서 C종 1급의 압축강도 기준보다 높았으며, 모든 배합에서 C종 2급 이상의 압축강도를 보였다. 특히 알카리활성화제로 분말형의 NS계열을 사용한 벽돌의 압축강도가 동일한 W/B에서 액상형의 NS계열을 사용한 벽돌의 압축강도보다 높았다. 또한 동일한 W/B에서 분말형의 NS계열의 압축강도는 21.
- 그러나 NC계열과 MC계열의 알카리활성 인터록킹 블록의 압축강도는 8 MPa 수준으로 매우 낮은 강도를 보였다. 특히 호안용 블록에서 23.6 MPa의 압축강도를 보이던 MC계열의 알카리활성화제는 W/B가 25%로 증가하면서 호안용 블록 압축강도의 33% 수준을 보였다. 이는 알카리활성 콘크리트가 OPC 콘크리트보다 W/B에 민감하기 때문으로 판단되며, 특히 건식공법에서는 형상과 성형성이 고려된 적정 W/B를 유지할 필요가 있다.
후속연구
- 일반적으로 콘크리트 2차 제품은 건식화되어 있어 유동성에 영향을 받지 않으며 제품의 요구성능이 구조용 콘크리트에 비해 까다롭지 않은 편이다. 특히 콘크리트 2차 제품에 알카리활성 콘크리트를 이용한다면 원재료의 경제성, CO2 발생 저감에 따른 친환경성 및 산업부산물 이용에 따른 자원 보존 등의 다양한 장점[10]이 있으며, 영세한 콘크리트 2차 제품 업계의 새로운 부가가치 제품이 될 수 있을 것이다.
- 5) 알카리활성 콘크리트 2차 제품은 KS 기준 및 시방서 기준을 만족하며 특히 환경적 성능에서는 시멘트 제품보다 우수한 성능을 보였다. 향후 다양한 콘크리트 2차 제품에 알카리활성 콘크리트가 사용될 것으로 판단된다.
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