실리카 흄 대체재로 활용 가능한 SFFB의 치환율에 따른 고강도 콘크리트의 품질특성에 관한 실험적 연구 An Experimental Study on the Quality Properties of High Strength Concrete by the Replacement Ratio SFFB as Substitutes of Silica-fume원문보기
본 연구에서는 실리카흄 대체재로 활용 가능한 실리카 흄 무혼입 결합재(SFFB)의 치환율에 따른 고강도 콘크리트의 품질특성을 비교 분석하기 위하여, 실리카흄, SFFB의 2수준과 물-결합재비는 25, 35% 치환율은 실리카 흄 10%, SFFB 5, 10, 15(%)의 4수준으로 설정하였다. 실험을 실시한 결과, 목표 유동성을 확보하기 위한 고성능감수제의 첨가율은 물-결합재비가 낮을수록 증가하였으며, SFFB가 실리카 흄 보다 저흡수성을 갖는 재료적 특성으로 인해 고성능감수제의 첨가율이 감소하는 경향을 나타내었다. 압축강도에서는 SFFB 치환율이 10%일 경우 인장강도에서는 치환율이 15%일 경우 가장 우수한 강도를 나타내었으며, 자기수축에서는 W/B와 SFFB의 치환율과 상관없이 Plain(SF)에 비해 수축이 저감하는 것으로 나타났다.
본 연구에서는 실리카흄 대체재로 활용 가능한 실리카 흄 무혼입 결합재(SFFB)의 치환율에 따른 고강도 콘크리트의 품질특성을 비교 분석하기 위하여, 실리카흄, SFFB의 2수준과 물-결합재비는 25, 35% 치환율은 실리카 흄 10%, SFFB 5, 10, 15(%)의 4수준으로 설정하였다. 실험을 실시한 결과, 목표 유동성을 확보하기 위한 고성능감수제의 첨가율은 물-결합재비가 낮을수록 증가하였으며, SFFB가 실리카 흄 보다 저흡수성을 갖는 재료적 특성으로 인해 고성능감수제의 첨가율이 감소하는 경향을 나타내었다. 압축강도에서는 SFFB 치환율이 10%일 경우 인장강도에서는 치환율이 15%일 경우 가장 우수한 강도를 나타내었으며, 자기수축에서는 W/B와 SFFB의 치환율과 상관없이 Plain(SF)에 비해 수축이 저감하는 것으로 나타났다.
This study set up 25, 35% for silica fume, SFFB's 2 level and water-combination material ratio, silica fume 10% for substitution ratio, and 4 level of SFFB 5, 10, 15(%) in order to compare and analyze the quality characteristic of ultra high strength concrete according to the substitution ratio of s...
This study set up 25, 35% for silica fume, SFFB's 2 level and water-combination material ratio, silica fume 10% for substitution ratio, and 4 level of SFFB 5, 10, 15(%) in order to compare and analyze the quality characteristic of ultra high strength concrete according to the substitution ratio of silica fume free binder (SFFB) that can be utilized as a substitute material for silica fume. As a result of an experimentation, the lower water-combination material ratio was, the higher addition ratio of high performance water-reducing agent for securing target liquidity increased, and it indicated the tendency that addition ratio of high performance water-reducing agent decreases because of material characteristic that SFFB has a lower absorptiveness than silica fume. The best strength was shown when SFFB substitution ratio is 10% at compressive strength and when substitution ratio is 15% at tensile strength, and it was indicated that at autogenous shrinkage contraction decreases compared to Plain(SF) regardless of substitution ratio of W/B and SFFB.
This study set up 25, 35% for silica fume, SFFB's 2 level and water-combination material ratio, silica fume 10% for substitution ratio, and 4 level of SFFB 5, 10, 15(%) in order to compare and analyze the quality characteristic of ultra high strength concrete according to the substitution ratio of silica fume free binder (SFFB) that can be utilized as a substitute material for silica fume. As a result of an experimentation, the lower water-combination material ratio was, the higher addition ratio of high performance water-reducing agent for securing target liquidity increased, and it indicated the tendency that addition ratio of high performance water-reducing agent decreases because of material characteristic that SFFB has a lower absorptiveness than silica fume. The best strength was shown when SFFB substitution ratio is 10% at compressive strength and when substitution ratio is 15% at tensile strength, and it was indicated that at autogenous shrinkage contraction decreases compared to Plain(SF) regardless of substitution ratio of W/B and SFFB.
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문제 정의
따라서, 본 연구에서는 60MPa 이상의 초고강도 콘크리트용 결합재중 실리카 흄 사용범위인 5∼15%를 대상으로 Ca-S 복합 화합물(칼슘염과 황화합물로 구성된 복합 결정성 화합물)이 주요조성인 SFFB(Silica Fume Free Binder)을 실리카 흄 대체하여 적용하고, 실리카흄을 적용한 배합과 콘크리트의 유동성, 강도특성 및 자기 수축 등의 품질특성을 비교하고자 하며, 이러한 실험을 통하여 SFFB의 실리카 흄 대체 가능성을 검토하는 동시에 향후 초고강도 콘크리트의 배합설계에 필요한 기초적 자료를 제시하고자 한다.
본 연구는 실리카흄 대체재로 활용 가능한 SFFB의 치환율에 따른 고강도 콘크리트의 품질특성에 관한 실험적 연구의 결과로서 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
제안 방법
즉 실리카흄과 SFFB의 치환율에 따른 영향을 비교·분석하기 위하여 물결합재비는 25% 및 35%로 2수준으로 설정하였으며, 실리카 흄 치환율은 10(%), SFFB의 치환율은 5, 10, 15(%)의 4수준으로 설정하였고, 슬럼프 플로우는 65±5㎝를 목표치로 설정하였다.
성능/효과
1) 슬럼프 플로우에서는 W/B가 낮아질수록 목표치인 65±5㎝를 만족시키기 위한 고성능 감수제 첨가율은 증가하는 것으로 나타내었다.
2) O-lot 및 50cm 도달시간은 W/B 25%의 경우 SFFB 치환율이 증가할수록 O-lot 및 50cm 도달 시간이 감소하는 경향을 나타내었으나, SFFB의 치환율이 15%의 경우 Plain과 비슷한 경향을 나타내었으며, W/B 35%일 경우에는 W/B 25%의 경우와 상반되는 경향을 나타내었다. 응결시험시간은 W/B 25%와 35%가 비슷한 경향을 나타내었고, SFFB의 치환율이 증가할수록 응결속도가 지연되는 것은 SFFB를 구성하는 황화합물이 시멘트이 수화속도를 지연시키는 특성과 관련이 있는 것으로 판단된다.
3) 압축강도는 W/B 25%의 경우 SFFB의 치환율이 5%에서 10%로 증가했을 때 압축강도도 증가하였으나, SFFB의 치환율이 15%의 경우에는 상승이 둔화되는 경향을 보였으며, W/B 35%의 경우에도 W/B 25%의 경우와 비슷한 경향을 나타내었다. 인장강도의 경우에는 SFFB 치환율이 증가할수록 인장강도도 증가하는 경향을 나타내었다.
4) 자기수축에서는 W/B와 SFFB의 치환율과 상관없이 SFFB가 Plain(SF)에 비해 자기수축이 저감하는 것으로 나타났으며, SFFB의 치환율이 10%일 경우 가장 자기수축이 저감하는 것으로 나타났다.
4), 5) 실리카 흄은 고강도·초고강도콘크리트에 단독으로 사용하기 보다는 플라이애시나, 고로슬래그 미분말 등과 함께 3성분계 또는 4성분계 재료를 함께 사용하여 제조하는 것이 일반적인 경향이다.
Fig. 11 및 Fig. 12은 W/B 및 SFFB의 치환율의 변화에 따른 압축강도 시험결과를 나타낸 그림으로서, W/B 25%의 경우 SFFB의 치환율이 5%∼10%에서는 재령에 관계없이 압축강도가 증가되였으나, 15%의 치환율에서는 압축강도 상승이 다소 둔화되는 경향을 보였다.
Fig. 13 및 Fig. 14는 W/B 및 SFFB의 치환율의 변화에 따른 인장강도 시험결과를 나타낸 그림으로서, 실리카 흄을 10% 적용한 Plain에 비해 W/B 25%의 경우 재령 56일을 제외하면 SFFB의 치환율 증가가 안정적인 인장강도의 확보에는 큰 지장을 주지 않는 것으로 타났다. 또한 SFFB의 치환율이 증가됨에 따라 인장강도가 다소 향상되는 경향을 보였다.
Fig. 15 및 Fig. 16는 W/B 및 SFFB의 치환율의 변화에 따른 자기수축을 나타낸 그림으로서, W/B와 SFFB의 치환율과 상관없이 SFFB가 Plain(SF)에 비해 자기수축이 저감하는 것으로 나타났으며, SFFB의 치환율이 10(%)일 경우 가장 자기수축이 저감하는 것으로 나타났다.
1) 슬럼프 플로우에서는 W/B가 낮아질수록 목표치인 65±5㎝를 만족시키기 위한 고성능 감수제 첨가율은 증가하는 것으로 나타내었다. 공기량에서는 배합 직후 W/B 25%일 경우 SFFB 치환율과 관계없이 일정한 범위를 나타내었으나, 60분 경화 후에는 공기량이 SFFB 치환율이 증가할수록 손실하는 경향을 나타내었다. 또한 W/B 35%의 경우의 60분 경과 후에는 공기량 손실이 회복되는 것으로 나타났다.
12은 W/B 및 SFFB의 치환율의 변화에 따른 압축강도 시험결과를 나타낸 그림으로서, W/B 25%의 경우 SFFB의 치환율이 5%∼10%에서는 재령에 관계없이 압축강도가 증가되였으나, 15%의 치환율에서는 압축강도 상승이 다소 둔화되는 경향을 보였다. 따라서 실리카 흄 대신 SFFB를 적용할 경우 안정적인 콘크리트 강도 확보를 위해서는 치환율 10% 범위내에서 적용하는 것이 바람직할 것으로 사료된다.
또한 W/B 35%의 경우 W/B 25%의 경우와 같이 SFFB의 치환율 증가로 인장강도가 향상되는 경향을 나타냈다. 따라서 압축강도와는 다르게 W/B 변화에 관계없이 SFFB의 치환율이 15%일 경우 인장강도 발현이 가장 우수한 것으로 나타났다. 이는 SFFB의 재료적 특성에 의해 강도발현이 늦기 때문에 실리카 흄과 동등이상의 인장강도를 확보하기 위해서는 SFFB의 치환율이 15%가 필요하다고 판단된다.
14는 W/B 및 SFFB의 치환율의 변화에 따른 인장강도 시험결과를 나타낸 그림으로서, 실리카 흄을 10% 적용한 Plain에 비해 W/B 25%의 경우 재령 56일을 제외하면 SFFB의 치환율 증가가 안정적인 인장강도의 확보에는 큰 지장을 주지 않는 것으로 타났다. 또한 SFFB의 치환율이 증가됨에 따라 인장강도가 다소 향상되는 경향을 보였다.
또한 W/B 35%의 경우 W/B 25%의 경우와 같이 SFFB의 치환율 증가로 인장강도가 향상되는 경향을 나타냈다. 따라서 압축강도와는 다르게 W/B 변화에 관계없이 SFFB의 치환율이 15%일 경우 인장강도 발현이 가장 우수한 것으로 나타났다.
또한 W/B 35%의 경우에도 SFFB 치환에 의한 안정적인 강도확보에는 큰 문제가 없었으나, W/B 25%의 경우와 달리 SFFB 치환율 증감이 강도변화에 상대적으로 큰 영향을 미치지 않는 것으로 확인되었다.
3은 목표 유동성 65±5㎝에 따른 슬럼프 플로우를 나타낸 그림으로서, W/B 25%일 경우 60분이 경과 후의 슬럼프 플로우는 SFFB의 치환율이 증가할수록 슬럼프 플로우도 증가하는 경향을 나타내었다. 또한 W/B 35%의 경우에서도 W/B 25%와 비슷한 경향을 보였고, SFFB 치환율이 10%일 경우 배합직후와 60분 경과 후의 슬럼프 플로우 변화가 가장 적은 것으로 나타났다. 이러한 경향은 실리카 흄보다 낮은 저흡수성을 갖는 SFFB의 재료적 특성에 기인되는 것으로 판단된다.
반면 W/B 35%일 때 공기량은 배합 직후 1.5∼2.5%의 범위를 나타내었으며, 60분 경과 후에는 Plain에 비하여 SFFB의 치환율이 5%일때를 제외하고는 치환율 증가에 따라 공기량 손실이 회복되는 것으로 나타났다.
2) O-lot 및 50cm 도달시간은 W/B 25%의 경우 SFFB 치환율이 증가할수록 O-lot 및 50cm 도달 시간이 감소하는 경향을 나타내었으나, SFFB의 치환율이 15%의 경우 Plain과 비슷한 경향을 나타내었으며, W/B 35%일 경우에는 W/B 25%의 경우와 상반되는 경향을 나타내었다. 응결시험시간은 W/B 25%와 35%가 비슷한 경향을 나타내었고, SFFB의 치환율이 증가할수록 응결속도가 지연되는 것은 SFFB를 구성하는 황화합물이 시멘트이 수화속도를 지연시키는 특성과 관련이 있는 것으로 판단된다.
이상의 결과를 종합하여 볼 때, SFFB의 치환율이 W/B 와 상관없이 SFFB 치환율이 10%일 경우 유동성 및 압축강도, 자기수축 등에서 Plain(SF)에 비하여 우수한 것으로 나타났으며, Plain(SF) 대체재로 SFFB를 사용할 경우 보다 양질의 고강도·초고강도 콘크리트를 만들 수 있을 것으로 사료된다.
한편 Fig. 4는 슬럼프 플로우 목표치인 65±5㎝를 만족하기 위한 고성능감수제 첨가율의 변화를 나타낸 그림으로서, W/B가 낮아질수록 목표치인 65±5㎝를 만족시키기 위한 고성능 감수제 첨가율은 증가하는 것으로 나타났으며, SFFB는 치환율과 상관없이 Plain(SF)에 비하여 목표유동성에 필요한 고성능 감수제 첨가율이 적은 것으로 나타나 실리카 흄 대신 SFFB를 사용할 경우 유동성 개선에 유리할 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
국내에서 활발히 연구된 광물질 혼화재은 무엇이며 특징은 무엇인가?
4), 5) 실리카 흄은 고강도·초고강도콘크리트에 단독으로 사용하기 보다는 플라이애시나, 고로슬래그 미분말 등과 함께 3성분계 또는 4성분계 재료를 함께 사용하여 제조하는 것이 일반적인 경향이다.1) 이에 따라 국내에서는 실리카 흄보다 가격이 저렴한 메타카올린에 관한 연구가 활발히 진행되어져 왔으나2), 메타카올린의 유동성 저하, 높은 물결합재비에 의한 강도저하, 수축률 증대 등 많은 문제점이 지적되어 이에 대한 개선이나 새로운 혼화재료의 개발에 대한 관심이 집중되고 있는 실정이다.
고강도콘크리트는 성능 과 경제성 개선을 목적으로 무엇을 사용하고 있는가?
최근 사용량이 증가하고 있는 고강도콘크리트는 성능 개선과 경제성 향상을 목적으로 플라이애시, 고로슬래그 미분말 같은 광물질 혼화재를 다량으로 사용하고 있다. 이러한 광물질 혼화재는 콘크리트 내에서 시멘트와 반응하여 다량의 수화물을 생성함으로써 고강도 발현에는 매우 유리한 재료로 평가받고 있다.
광물질 혼화재는 콘크리트 재료로 어떤 평가를 받고 있는가?
최근 사용량이 증가하고 있는 고강도콘크리트는 성능 개선과 경제성 향상을 목적으로 플라이애시, 고로슬래그 미분말 같은 광물질 혼화재를 다량으로 사용하고 있다. 이러한 광물질 혼화재는 콘크리트 내에서 시멘트와 반응하여 다량의 수화물을 생성함으로써 고강도 발현에는 매우 유리한 재료로 평가받고 있다. 광물질 혼화재중 실리카 흄은 강도나 내구성 측면에서 우수하여3), 초고강도콘크리트나 내화학성이 요구되는 곳에 적극 활용되고 있으나, 현재 국내에서는 전량 수입에 의존하고 있는 실정이며, 다른 혼화재에 비해 단가가 높아 건설비용이 상승하게 됨에 따라 실리카 흄과 동일한 정도의 우수한 효과를 가지면서도 보다 경제적인 혼화재에 대한 요구가 증대되고 있다.
참고문헌 (5)
박조범, 김호수, 전준영, 김은겸, 류득현, 실리카퓸과 메타카올린을 사용한 다성분계 고강도콘크리트의 특성, 한국콘크리트학회 논문집 제20권 제3호, 2008, pp. 307-315
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