선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 연구에서는 반투명 콘크리트의 제조기법 개발을 통해 다양한 형상의 블록 제조방식을 소개하고, 또한 반투명 콘크리트의 물성 평가와 더불어 경제적인 반투명 콘크리트 제조를 위해 무기혼화재인 고로슬래그와 플라이애시의 활용 및 유리알갱이의 적용방안에 대해 검토하고자 하였다.
- 반투명 콘크리트는 앞서 설명한 바와 같이 내부에 광섬유가 포함되어 있기 때문에 일반 모르타르 블록에 비해 강도저하가 발생하게 된다. 따라서 본 연구에서는 시멘트 대체재로써 플라이애시와 고로슬래그 미분말을 적용하였을 때 광섬유 적용에 따른 강도 저하를 비교하고자 블록 체적 대비 광섬유가 10% 함유된 반투명 콘크리트 블록에 대해 물-시멘트비 60% 적용에서의 무기혼화재 대체 효과를 검토하여 보았다.
- 광섬유는 원격감지, 동력전송 및 광통신 분야 등에서 광전송 매체로 활용되는 고가의 소재이기 때문에 단순히 콘크리트 블록 제작에 사용하기에는 비경제적이라 할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 광섬유 대체재로서 도로포장에서 우천시나 야간시 빛의 굴절을 이용하여 도로 구분선으로 활용되고 있는 유리알갱이를 적용하여 보았다. 실험 결과, 유리알갱이를 구속하는 접착제가 시멘트페이스트이기 때문에 유리알갱이로 투과된 빛은 불투명한 시멘트페이스에서 반사하게 되어 빛의 투과는 전혀 나타나지 않았다.
제안 방법
- 블록 제작 과정에서의 무기혼화재의 사용 효과와 경제성 평가를 위해 플라이애시와 고로슬래그 미분말을 적용하였으며, 사용된 무기혼화재의 재료적 특성은 Table 4, 5와 같다.
- 6로 하였다. 무기혼화재 효과 검토를 위해 플라이애시는 시멘트에 대해 중량비로서 5, 10, 20%로 치환하고, 고로슬래그 미분말은 10, 20, 30, 40%로 치환하였다. 사용된 실험변수는 Table 6과 같다.
- 4(b)처럼 거푸집을 바닥에 둔 상태에서 최대한 바깥쪽에서부터 주입하였다. 주입 후 고무망치를 이용하여 거푸집에 진동을 가함으로써 최대한 공극을 줄이고, 광섬유들 사이로 모르타르가 균등하게 들어가도록 하였다. [Fig.
- 광섬유의 전반사 원리를 이용하여 앞서 사각 블록과 달리 빛이 투과할 때 90도 방향으로 회절되는 L형 형태의 블록을 제작하기로 하였다. 블록제작은 전 절의 사각 블록과 같이 거푸집 내에 천공을 하고 단지 굴절되는 부분은 천공된 아크릴로 고정한 후 모르타르를 타설하였다.
- 광섬유의 전반사 원리를 이용하여 앞서 사각 블록과 달리 빛이 투과할 때 90도 방향으로 회절되는 L형 형태의 블록을 제작하기로 하였다. 블록제작은 전 절의 사각 블록과 같이 거푸집 내에 천공을 하고 단지 굴절되는 부분은 천공된 아크릴로 고정한 후 모르타르를 타설하였다. Fig.
- 사각형과 L형 블록이외에도 미적인 목적의 원주형 형상의 블록을 제작하였다. 일정 크기로 광섬유를 절단하고 양단은 일정한 폭의 플라스틱 팁에 접착시킨 후 나선형 형상으로 말고 각 플라이 간에 일정한 간격이 유지되도록 스페이서를 설치한 후에 모르타르가 채워져 있는 원주형 몰드에 삽입하였다.
- 일정 크기로 광섬유를 절단하고 양단은 일정한 폭의 플라스틱 팁에 접착시킨 후 나선형 형상으로 말고 각 플라이 간에 일정한 간격이 유지되도록 스페이서를 설치한 후에 모르타르가 채워져 있는 원주형 몰드에 삽입하였다. 1일 동안 습윤양생된 공시체는 몰드를 제거하고 플라스틱 팁이 설치된 크기만큼 양 단을 절단시킴으로써 원주형의 블록을 제작하였다. Fig.
- 혼화재 치환율에 따른 강도발현 문제보다는 광섬유 적용에 따른 강도저하율이 최소화되는 혼화재의 종류나 치환비율 선정이 중요한 인자인 것으로 판단된다. 따라서 각 혼화재 적용비율에 따른 광섬유 적용 유무에 따른 강도의 비를 통해 강도저하율을 비교하여 보았다. Table 8은 플라이애시와 고로슬래그 미분말의 시멘트 대체비율에 따른 각 재령별 강도비 즉, ffiber/ford(광섬유 적용 블록 강도/광섬유 무적용 블록 강도)를 나타낸 것이고, Fig.
- 따라서 비교 목적으로 광섬유를 혼입하지 않은 φ100×200mm의 원주형과 100×100× 100mm의 정육면체 형상의 공시체를 제작하여 압축강도를 측정함으로써 보정계수를 산정하였고, 동일 배합의 광섬유를 혼입한 정육면체 공시체에 보정계수를 계상함으로써 제작한 반투명 콘크리트 블록의 압축강도를 추정하였다.
대상 데이터
- 이에 본 연구에서는 21세기 건설 산업의 다변화에 발맞춰 다기능 콘크리트 중에서도 반투명 콘크리트 개발을 대상으로 하였다. 최근 각종 특수 콘크리트를 이용한 다양한 제품들이 생산·판매되고 있으며, 콘크리트제품에 대하여 고급화, 고품질화 및 고강도화 등의 변화가 일어나고 있는 점에 비추어2) 반투명 콘크리트는 미적효과와 전시용 목적의 제품 고급화의 시대적 요구에 부합되리라 판단된다.
- 본 연구에서는 국내 N사에서 제작된 지름 1.5mm SI형 플라스틱 광섬유를 사용하였다.
- 본 실험에 사용된 시멘트는 국내 S사에서 생산되고 있는 1종 포틀랜드 시멘트를 사용하였다. Table 2는 실험에서 사용된 시멘트의 물성치를 나타낸 것으로 KS L 5201규정을 만족하고 있다.
- 본 실험에서 사각 블록용 거푸집은 가로 540mm, 세로 220mm, 높이 115mm의 아크릴로 제작되었으며, 양 끝단에는 총 1152개의 Φ=1.6mm의 구멍이 뚫려 있다.
- 사용된 잔골재는 낙동강 하류에서 채취한 강모래를 사용하였으며 KS F 2502규정을 만족하였다. 사용된 잔골재의 물리적 성질은 Table 3과 같다.
- 본 실험은 블록 내부에 광섬유가 매설되어 있는 구조적 제약으로 인해 굵은 골재 사용을 배제한 시멘트와 잔골재만을 사용하는 모르타르 사용에 준하였다. 또한, 배합수의 사용량이 시멘트 중량 대비 최소 60%이어야 준비한 광섬유를 함유한 몰드 내부로 충전이 가능하기 때문에 시멘트 : 잔골재 : 물의 비율은 1 : 2 : 0.
성능/효과
- 본 연구에서 개발된 기술은 Aron Losonczi에 의해 개발한 리트라콘과 비교하였을 때 외관적으로나 기본 개념은 동일 성격을 갖고 있으나, 제조방식이 다르며 섬유의 배열 방식이 리트라콘에서 생산하는 블록은 한 종류에 국한되는 반면 본 기술에서는 다양한 배열방식이 가능하고 옛 선조가 사용하던 베틀방식을 적용함으로써 다양한 형상의 블록제조가 가능하다는 점에서 차이가 있다.
- 13은 광섬유가 포함되지 않은 경우와 광섬유가 체적의 10% 포함된 정육면체 공시체의 압축강도 시험결과를 나타낸 것으로, 반투명 콘크리트 블록의 경우 블록 내부에 광섬유가 혼입되어 있어 하중이 적용됨에 따라 광섬유와 시멘트페이스트간의 부착파괴로 인해 일반 콘크리트 블록에 비해 강도저하가 발생되고 있음을 알 수 있다. 본 실험에서 반투명 콘크리트는 동일 형상에 비해 20% 정도의 강도저하가 발생되는 것으로 나타났다.
- 본 실험에서 광섬유를 10% 적용한 반투명 콘크리트 블록의 28일 압축강도(f28)는 압축강도 보정계수를 적용하였을 때 32.2MPa로써 압축을 받는 부재일 경우 일반 콘크리트 구조물과 같이 구조적 용도로도 사용이 가능하다는 것을 알 수 있다.
- 17은 시멘트 대체재로써 플라이애시 5 ~ 20% 적용에 따른 압축강도의 재령별 변화를 도시한 것이다. 플라이애시를 적용하였을 때 동일 양의 광섬유를 포함한 1종 포틀랜드 시멘트로 제작한 반투명 콘크리트 블록 28일 강도의 85 ~ 96%값을 보이고 있으며, 일반 콘크리트에서와 같이 플라이애시의 혼입률이 높을수록 낮은 강도를 나타내었다.
- 이상의 결과로부터 반투명 콘크리트 블록 제작시 혼화재의 종류나 시멘트 대체 비율이 반투명 블록 강도비 증진에 미치는 영향은 거의 없으므로 이와 관계없이 사용하여도 무방하며, 다만 블록의 장기강도 확보를 요할 경우 무기혼화재의 사용량을 증가하면 유리할 것으로 판단된다.
- 따라서 본 연구에서는 광섬유 대체재로서 도로포장에서 우천시나 야간시 빛의 굴절을 이용하여 도로 구분선으로 활용되고 있는 유리알갱이를 적용하여 보았다. 실험 결과, 유리알갱이를 구속하는 접착제가 시멘트페이스트이기 때문에 유리알갱이로 투과된 빛은 불투명한 시멘트페이스에서 반사하게 되어 빛의 투과는 전혀 나타나지 않았다. 또한, 광섬유와 유리알갱이를 혼합한 블록의 경우에서도 그 효과는 전혀 없는 것으로 나타났다.
- 실험 결과, 유리알갱이를 구속하는 접착제가 시멘트페이스트이기 때문에 유리알갱이로 투과된 빛은 불투명한 시멘트페이스에서 반사하게 되어 빛의 투과는 전혀 나타나지 않았다. 또한, 광섬유와 유리알갱이를 혼합한 블록의 경우에서도 그 효과는 전혀 없는 것으로 나타났다.
- 1) 광섬유를 함유한 블록의 강도는 32.2MPa로써 일반 콘크리트 블록에 비해 약간 낮은 결과를 보였지만, 압축을 받는 부재일 경우 일반 콘크리트 구조물과 같이 구조적용도로도 사용이 가능하다는 것을 알 수 있다. 또한, 반투명 콘크리트 블록의 탄성계수와 푸아송비는 일반 콘크리트 블록에 비해 다소 증가하였다.
- 2MPa로써 일반 콘크리트 블록에 비해 약간 낮은 결과를 보였지만, 압축을 받는 부재일 경우 일반 콘크리트 구조물과 같이 구조적용도로도 사용이 가능하다는 것을 알 수 있다. 또한, 반투명 콘크리트 블록의 탄성계수와 푸아송비는 일반 콘크리트 블록에 비해 다소 증가하였다.
- 2) 시멘트 대체재로써 플라이애시를 5 ~ 20% 대체적용에 따른 압축강도를 측정한 결과, 1종 포틀랜드 시멘트를 사용한 반투명 콘크리트 블록 28일 강도의 85 ~ 96%의 값을 보였으며, 일반 콘크리트에서와 같이 플라이애시의 혼입률이 높을수록 낮은 강도를 나타내었다.
- 3) 고로슬래그 미분말의 시멘트 대체 비율 10 ~ 40% 적용에 따른 재령별 압축강도의 변화에서는 플라이애시와 마찬가지로 초기강도는 대체율이 높을수록 낮은 경향을 나타내었고, 재령일이 늘어남에 따라 강도의 향상폭도 늘어나는 것을 볼 수 있었다. 치환에 따른 강도 저하는 1종 포틀랜드 시멘트를 사용한 블록의 28일 강도에 대해 82 ~ 96%의 값을 보였다.
- 4) 반투명 콘크리트 블록 제작시 혼화재의 종류나 시멘트 대체 비율이 반투명 콘크리트의 강도비 향상에 미치는 영향은 거의 없으므로 이와 관계없이 사용하여도 무방하다. 다만, 본 실험결과에는 나타나 있지는 않지만 무기혼화재를 사용한 일반 콘크리트와 유사한 양상을 보이는 데에 비추어 무기혼화재의 사용량을 증가하면 장기재령에서의 강도확보 측면에서 유리할 것으로 판단된다.
- 4) 반투명 콘크리트 블록 제작시 혼화재의 종류나 시멘트 대체 비율이 반투명 콘크리트의 강도비 향상에 미치는 영향은 거의 없으므로 이와 관계없이 사용하여도 무방하다. 다만, 본 실험결과에는 나타나 있지는 않지만 무기혼화재를 사용한 일반 콘크리트와 유사한 양상을 보이는 데에 비추어 무기혼화재의 사용량을 증가하면 장기재령에서의 강도확보 측면에서 유리할 것으로 판단된다.
- 5) 도로포장에서 우천시나 야간시 빛의 굴절을 이용하여 도로 구분선으로 활용되고 있는 유리알갱이를 광섬유 대체재로 적용한 결과, 빛의 투과가 전혀 나타나지 않아 사용효과가 없는 것이 확인되었다.
후속연구
- 6) 제조 기법의 다양화로 여러 형상과 섬유배열의 블록 제조가 가능하며, 건물외벽, 실내·외 인테리어, 지하구조물의 비상통로 안내용도 등 구조 목적이외에 미적 및 다용도로 활용이 가능할 것으로 판단된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.