[논문]에코콘크리트 현장 적용에 따른 강도 상승 효과 및 이산화탄소 절감 효과에 관한 연구

김정진; 황인성; 이상현; 위준우

에코콘크리트 현장 적용에 따른 강도 상승 효과 및 이산화탄소 절감 효과에 관한 연구
A Study on the Effect of strength improvement and $CO_2$ reduction by using Eco-concrete in construction site 원문보기

한국건설순환자원학회논문집 = Journal of Korean Recycled Construction Resources Institute, v.6 no.1, 2011년, pp.80 - 87

김정진 (Lotte Research & Development Institute) , 황인성 (Asiacement Research & Development Institute) , 이상현 (Lotte Research & Development Institute) , 위준우 (Lotte Research & Development Institute)

초록
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본 연구는 콘크리트에 사용되는 시멘트를 대체할 수 있는 혼화재에 관한 것으로 산업부산물인 고로슬래그 미분말 및 석회석 미분말 등을 결합재로 하여 일반 포틀랜드시멘트에 비하여 이산화탄소 배출량이 적은 결합재이다. 또한 기존 고로슬래그 미분말의 보통 포틀랜드 시멘트 치환시 발생되는 초기강도 저하현상 및 한랭기 및 동절기 저온 환경에서 발생하는 강도 저하 현상을 개선한 탄소배출 저감형 결합재이다. 보통포틀랜드 시멘트와 비교하여 양생 재령에 상관없이 동등 이상의 강도 발현이 가능하므로 계절별 기후에 상관없이 현장에 적용할 수 있으며, 경제성 측면에서도 보통포틀랜드시멘트보다 저렴하여 이점이 있다. 또한 이산화탄소 배출량을 비교하였을 때 EM은 보통포틀랜드시멘트에 비하여 약 38%, EM를 사용한 콘크리트의 경우 약 8%의 저감효과가 있는 것으로 확인되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

Blast furnance slag cement is a cement manufactured with using industrial by-product and it can reduce $CO_2$ by replacing cement when same uit volume concrete is produced. But Blast furnance slag has a short point that early strength of concrete is not good in winter season and it can be used. So, in this study, as long as replacement ratio of Blast furnance slag to original portland cement is under 30%, developed cement, ecoment, improve early strength of concrete and it applied to constructoin site. As a result, it improves 37% in terms of 1-day strength, it reduces 6.7% in terms of $CO_2$ emission when $1m^3$ concrete was produced. The importance and applicability of study wll be expected to increase cosidering global effort and green growth-strategy in country for reducing greenhouse gases.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 콘크리트에 사용되는 시멘트를 대체할 수 있는 혼화재에 관한 것으로 산업부산물인 고로슬래그 미분말 및 석회석 미분말 등을 결합재로 하여 일반 포틀랜드시멘트에 비하여 이산화탄소 배출량이 적은 결합재이다. 또한 기존 고로슬래그 미분말의 보통 포틀랜드 시멘트 치환시 발생되는 초기강도 저하현상 및 한랭기 및 동절기 저온 환경에서 발생하는 강도 저하 현상을 개선한 탄소배출 저감형 결합재이다.
이러한 기존 기술의 한계점에 착안하여 본 기술은 고로 슬래그를 시멘트의 결합재 일부로 치환하여 사용한 콘크리트의 경우에도 한랭기 및 동절기 저온 환경에서도 보통포틀랜드시멘트를 사용한 콘크리트와 동등 이상의 초기 강도발현 특성을 확보할 수 있도록 하여, 실제 현장에서 계절에 상관없이 적용가능토록 하는 것이다.
이에 본 연구에서는 에코멘트를 이용한 에코콘크리트의 현장 적용을 통해 강도발현 특성과 이산화탄소 저감효과에 대한 분석을 실시하였다.

가설 설정

에코멘트의 경우 주성분이 고로슬래그이며, 부 결합재인 석회석 미분말과 조강성분을 위해 첨가되는 Na₂SO₄의 경우 아직까지 이산화탄소 발생량에 대한 원단위가 산출되지 않아, 석회석 제조과정에서 발생한 미분말을 포집한 것으로 추가적인 이산화탄소 발생량이 미비한 점, 그 혼합량이 경미한 것을 고려하여 전체적인 EM의 경우 BS에 준한 것으로 가정하여 평가를 실시하였다.

제안 방법

EM의 친환경성 평가 수단으로 EM 생산에 따른 이산화 탄소 발생량 저감을 일본토목학회²⁾의 콘크리트 배합에 사용되는 원재료의 이산화탄소 원단위를 근거로 하였으며, 이 때의 각재료별 원단위는 시멘트 0.7466, 플라이애쉬 0.6197, 에코멘트 0.46을 기준으로 하여 평가하였다.
EM의 현장 적용을 위하여 EM 사용에 따른 굳지 않은 콘크리트 특성 및 경화 특성을 평가하였다. 적용 대상 현장은 당사 시공 현장인 김포 스카이파크 및 용인 신동백 APT 현장을 대상으로 하였으며, 특히 김포 스카이파크의 경우 깊이 1.
에코멘트 현장 적용은 김포 스카이파크의 매스콘크리트 부재 및 골조 일부구간에 대하여 레미콘 규격 25-27-150으로 타설을 실시하였다. 타설 시 결합재의 비율은 OPC : FA : EM = 60 : 20 : 20 로 하였다.
에코멘트를 이용한 에코콘크리트의 현장 적용을 위해서 고로슬래그의 초기 강도 발현을 위해 첨가하는 1)알칼리 자극제의 선정 실험, 그 후 조성된 에코멘트를 이용하여 2)에코 혼화재의 콘크리트 적용 특성 시험, 3)에코 혼화재 조성물의 콘크리트 적용 특성 실험을 실시하여 에코멘트를 적용한 콘크리트의 물성을 평가하였다.

대상 데이터

본 기술은 콘크리트에 사용되는 시멘트를 대체할 수 있는 혼화재에 관한 것으로 산업부산물인 고로슬래그 미분말 및 석회석 미분말을 결합재로 한 일반 포틀랜드시멘트에 비하여 이산화탄소 배출량이 적은 결합재이다. 또한 기존 고로슬래그 미분말의 보통 포틀랜드 시멘트 치환시 발생되는 초기강도 저하현상 및 한랭기 및 동절기 저온 환경에서 발생하는 강도 저하 현상을 개선한 탄소배출 저감형 결합재이다.
본 실험에 사용된 고로슬래그 미분말은 분말도 4430cm²/g의 3종 미분말을 사용하였으며 물리적․화학적 특성은 Table 1과 2이며 석회석 고미분말의 화학적 특성은 Table 3과 같다.
에코멘트 현장 적용은 용인 신동백 APT 매스콘크리트 일부 구간에 대하여 레미콘 규격 25-27- 150으로 타설을 실시하였다. 타설 시 결합재의 비율은 OPC : FA : EM = 60 : 20 : 20 로 하였다.
EM의 현장 적용을 위하여 EM 사용에 따른 굳지 않은 콘크리트 특성 및 경화 특성을 평가하였다. 적용 대상 현장은 당사 시공 현장인 김포 스카이파크 및 용인 신동백 APT 현장을 대상으로 하였으며, 특히 김포 스카이파크의 경우 깊이 1.5m 정도의 매스콘크리트 부재에 적용함에 따라 수화열 측정 시험을 별도로 실시하였다. Table 4는 Plain과 EM 적용 콘크리트의 요구성능 및 시험인자를 나타낸 것이며, Table 5는 일반레미콘과 EM 적용 레미콘의 배합표를, Table 6은 굳지 않은 콘크리트 및 경화 콘크리트의 특성을 나타낸 것이다.

성능/효과

Fig. 9는 EM 적용에 따른 재령별 압축강도를 나타낸 것으로 경화 콘크리트의 압축강도는 EM적용시 21MPa의 배합에서는 재령 7일 25.2MPa, 재령 28일 33.8MPa로 일반콘크리트보다 상대적으로 강도가 높게 나타났으며, 24MPa의 배합에서도 재령 7일 29MPa, 재령 7일 37.3MPa로 일반코크리트보다 우수한 강도를 나타내어 현장적용의 가능성을 확인할 수 있었다.
Table 11은 용인 신동백 APT 현장에 사용된 레미콘 강도별 물량이며, Table 12는 이에 따른 일반레미콘 및 EM 적용 레미콘의 강도별 사용물량을 고려한 총 이산화타탄소 배출량 및 저감효과를 산정한 것이다. 그 결과 EM 적용 시 약 11,800톤 정도의 이산화탄소가 저감될 것으로 추정된다.
Table 9는 김포 스카이파크 현장에 사용될 레미콘 강도별 물량이며, 이에 따른 일반레미콘 및 EM 적용 레미콘의 강도별 사용물량을 고려한 총 이산화타탄소 배출량 및 저감효과를 산정한 것이다. 그 결과 EM 적용 시 약 3,800톤 정도의 이산화탄소가 저감될 것으로 추정된다.
5는 Plain과 EM의 부재 중심부 온도 시험결과로 EM 적용 부재가 중심부 최고 온도의 경우 1℃정도 낮은 결과를 얻었다. 또한 EM 적용한 경우 수화열 해석을 통한 온도균열지수를 산출한 결과 최소 1.5이상 확보가 가능하여 매스콘크리트 적용에 문제가 없는 것으로 검토되었다.
또한 굳지 않은 콘크리트 및 경화 콘크리트의 물성을 검토한 결과 슬럼프, 공기량의 경우 초기 콘크리트 요구성능으로 설정한 슬럼프 180±25mm, 공기량 4.5±1.5를 만족하였고, 압축강도의 경우 저온 조건하 및 표준 조건에서는 Plain 대비 동등 이상을 확보하였다.
해당 제품은 보통포틀랜드 시멘트와 비교하여 양생 재령에 상관없이 동등 이상의 강도 발현을 통하여 계절별 기후에 상관없이 현장 적용할 수 있으며, 경제성 측면에서도 보통포틀랜드시멘트보다 저렴하여 이점이 있다. 또한 이산화탄소 배출량을 비교하였을 때 EM은 보통포틀랜드 시멘트에 비하여 약 38%, EM를 사용한 콘크리트의 경우 약 8%의 저감효과가 있는 것으로 추정되었다.
보통포틀랜드 시멘트와 비교하여 양생 재령에 상관없이 동등 이상의 강도 발현이 가능하므로 계절별 기후에 상관없이 현장에 적용할 수 있으며, 경제성 측면에서도 보통포틀랜드시멘트보다 저렴하여 이점이 있다. 또한 이산화탄소 배출량을 비교하였을 때 EM은 보통포틀랜드시멘트에 비하여 약 38%, EM를 사용한 콘크리트의 경우 약 8%의 저감효과가 있는 것으로 확인되었다.
현장 적용 결과 실내 실험결과와 마찬가지로 EM 치환시 경시변화에 따른 슬럼프 로스 및 공기량 변동이 크게 발생하지 않았으며 그 결과 현장 레미콘 타설이 약 60m의 배관을 통과하여 타설하는 구간임에도 불구하고 무리없이 타설할 수 있었다. 또한 재령 초기 압축강도는 Fig. 7와 같이 일반 콘크리트의 경우 재령 1일 3.09MPa, 28일 29.7MPa로 EM 적용 시 약 38%, 10%의 강도 증진효과가 확인되었으며, 특히 재령 초기인 1일 강도 증진효과가 탁월하여 현장의 초기 거푸집 탈형 시기를 앞당겨 공사 기간 단축이 가능할 것으로 사료된다.
8은 에코멘트를 적용한 레미콘은 용인 신동백 APT 현장에 적용한 모습이다. 설계강도 21MPa, 24MPa 배합의 현장 반입 레미콘의 품질 평가를 실시한 결과 소요 슬럼프 150mm을 만족하였으며, 공기량 4.1%을 충족하였다.
실내예비실험을 통해 현장 타설콘크리트의 배합비를 결정하였으며 슬럼프 및 공기량의 굳지 않은 콘크리트의 품질변동이 없는 것은 물론 저온환경에서 굳은 콘크리트의 강도를 향상시킬 수 있음을 확인하였다.
6은 에코멘트를 적용한 레미콘은 김포 스카이파크에 적용한 모습이다. 현장 반입 레미콘의 품질 평가를 실시한 결과 소요 슬럼프 150mm을 만족하였으며, 공기량 4.1%을 충족하였다. 경화 콘크리트의 28일 압축강도는 측정결과 재령 1일 4.
현장 적용 결과 실내 실험결과와 마찬가지로 EM 치환시 경시변화에 따른 슬럼프 로스 및 공기량 변동이 크게 발생하지 않았으며 그 결과 현장 레미콘 타설이 약 60m의 배관을 통과하여 타설하는 구간임에도 불구하고 무리없이 타설할 수 있었다. 또한 재령 초기 압축강도는 Fig.
현장 적용 결과 실내 실험결과와 마찬가지로 EM 치환시 경시변화에 따른 슬럼프 로스 및 공기량 변동이 크게 발생하지 않았으며 그 결과 현장 레미콘 타설이 약 60m의 배관을 통과하여 타설하는 구간임에도 불구하고 무리없이 타설할 수 있었다. 또한 재령 초기 압축강도는 Fig.

후속연구

이에 따라, 경제성과 친환경성을 바탕으로 최근 문제가 되고 있는 온실가스 저감을 위한 전 지구적인 노력과 국내 녹색성장 전략을 감안하였을 때, 본 기술은 향후 그 활용성 및 중요성이 점차 증가할 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	혼화재 사용에 따른 초기강도 발현 저하 현상을 개선하기 위해 어떤 기술이 개발되었는가?	기존의 고로슬래그 및 플라이애쉬 등을 시멘트 사용량에 대체하여 사용한 실적은 많으나 혼화재 사용에 따른 초기강도 발현 저하 현상로 인해 혼화재의 사용이 표준기로 국한하여 사용하고 있는 실정이다. 최근 이러한 문제를 개선하기 위하여 알칼리 자극제를 첨가하여 고로슬래그를 사용한 콘크리트의 초기강도 발현 성능이 일반 시멘트와 동등 이상 발휘할 수 있는 기술이 개발되었다. 그러나 이러한 기술도 동절기와 같은 저온환경에서는 고로슬래그를 사용한 콘크리트의 초기 강도 발현 성능이 떨어져 동절기 및 한랭기에는 고로슬래그 사용이 크게 저감되고 있는 실정이다.
	에코멘트는 어떤 목적으로 사용되는가?	에코멘트(ECOMENT,EM)란 에코+시멘트의 합성어로, 저온시 시멘트를 대체 사용하여 탄소 배출량 저감과 함께 초기강도 향상 및 공기단축의 목적으로 사용되는 것이다.
	에코콘크리트의 개념은 무엇인가?	에코콘크리트의 개념은 Fig. 1과 같이 종래의 콘크리트와 구분하여 인간, 동물, 식물과의 공존을 고려한 콘크리트이다.

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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