물시멘트비 및 단위수량에 따른 순환콘크리트의 강도 특성과 내구성능에 관한 실험적 연구 An Experimental Study on the Strength Properties and Durability Performance of Recycled Concrete with Water to Cement Ratio and Unit Water Content원문보기
천연골재의 고갈 및 환경규제에 의한 건설용 잔골재의 수급불균형 문제를 해결하기 위해 폐기콘크리트로부터 생산된 순환잔골재의 적용성을 위한 연구들이 수행되어 왔다. 본 연구의 목적은 W/C 및 단위수량의 변화에 따른 순환잔골재를 사용한 콘크리트의 역학적 특성 및 내구성능에 관한 이해를 높이는 것이다. 또한, 순환콘크리트의 구조적 적용을 위한 기초자료를 제시하는데 의미가 있다. 특히, 순환잔골재를 100% 대체한 순환콘크리트에 대하여 W/C 및 단위수량의 변화에 따른 영향은 공기량, 슬럼프, 응결시간, 압축강도, 인장강도, 탄산화 및 염화물 침투와 같은 항목에 대한 시험결과에 의해 분석 제시되었다.
천연골재의 고갈 및 환경규제에 의한 건설용 잔골재의 수급불균형 문제를 해결하기 위해 폐기콘크리트로부터 생산된 순환잔골재의 적용성을 위한 연구들이 수행되어 왔다. 본 연구의 목적은 W/C 및 단위수량의 변화에 따른 순환잔골재를 사용한 콘크리트의 역학적 특성 및 내구성능에 관한 이해를 높이는 것이다. 또한, 순환콘크리트의 구조적 적용을 위한 기초자료를 제시하는데 의미가 있다. 특히, 순환잔골재를 100% 대체한 순환콘크리트에 대하여 W/C 및 단위수량의 변화에 따른 영향은 공기량, 슬럼프, 응결시간, 압축강도, 인장강도, 탄산화 및 염화물 침투와 같은 항목에 대한 시험결과에 의해 분석 제시되었다.
To resolve the problem which is demand and supply imbalance of fine aggregate by the shortage of natural fine aggregate and the environment regulations, the studies for the application of recycled fine aggregate made from waste concrete have been recently carried out. The objective of this study is ...
To resolve the problem which is demand and supply imbalance of fine aggregate by the shortage of natural fine aggregate and the environment regulations, the studies for the application of recycled fine aggregate made from waste concrete have been recently carried out. The objective of this study is to shed light on the mechanical properties and durability performance of concrete using recycle fine aggregate with various water to cement ratios and unit water contents. And it is intend to propose the fundamental data for structural application of recycled concrete. In particular, the effects according to the variations of water to cement ratios and unit water contents in recycled concrete with recycled fine aggregate replacement of 100 percent are discussed by the test results, such as air content, slump, time of set, compressive strength, tensile strength, carbonation, chloride penetration.
To resolve the problem which is demand and supply imbalance of fine aggregate by the shortage of natural fine aggregate and the environment regulations, the studies for the application of recycled fine aggregate made from waste concrete have been recently carried out. The objective of this study is to shed light on the mechanical properties and durability performance of concrete using recycle fine aggregate with various water to cement ratios and unit water contents. And it is intend to propose the fundamental data for structural application of recycled concrete. In particular, the effects according to the variations of water to cement ratios and unit water contents in recycled concrete with recycled fine aggregate replacement of 100 percent are discussed by the test results, such as air content, slump, time of set, compressive strength, tensile strength, carbonation, chloride penetration.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 순환잔골재를 구조체 콘크리트용 잔골재로 활용하기 위하여 W/C 및 단위수량 등의 다양한 배합요인에 따른 굳지않은 성상, 경화성상, 내구성상에 관하여 검토․분석하여 순환잔골재를 사용한 순환콘크리트의 배합설계 및 역학적 성능향상을 위한 기초자료를 제시하고자 하였다.
제안 방법
또한 시리즈Ⅱ에서는 W/C 45%, 순환잔골재 대체율 100%에서 단위수량을 (165, 175, 185) kg/m3의 3수준으로 설정하여 단위수량에 따른 순환잔골재를 사용한 순환콘크리트의 굳지않은 성상, 경화성상 및 내구성상을 검토·분석하고자 하였다.
또한 탄산화 깊이 및 염화물이온 침투깊이 측정용 시험체는 각각 75×100×400 mm와 100×100×400 mm의 시험체로 제작하고 28일 수중양생을 실시한 후 14일간 기건양생을 실시하였다.
본 연구의 실험계획은 표 1에서 보는 바와 같이 시리즈Ⅰ에서는 W/C를 35, 45, 55%의 3수준, 순환잔골재 대체율을 100%로 설정하여 W/C에 따른 순환잔골재를 사용한 순환콘크리트의 굳지않은 성상, 경화성상 및 내구성상을 검토․분석하고자 하였다. 또한 시리즈Ⅱ에서는 W/C 45%, 순환잔골재 대체율 100%에서 단위수량을 (165, 175, 185) kg/m3의 3수준으로 설정하여 단위수량에 따른 순환잔골재를 사용한 순환콘크리트의 굳지않은 성상, 경화성상 및 내구성상을 검토·분석하고자 하였다.
순환잔골재를 구조체 콘크리트용 잔골재로 활용하기 위하여 W/C 및 단위수량 등의 다양한 배합요인에 따른 굳지않은 성상, 경화성상, 내구성상에 관하여 검토·분석한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
시험체 제작은 압축강도 및 인장강도를 측정하기 위하여 Ø100×200 mm의 원주형 시험체를 제작하고 약 24시간 후 몰드를 탈형하여 측정재령까지 수중양생을 실시하였다.
콘크리트 배합은 표 3에서 보는 바와 같이 시리즈 Ⅰ에서는 W/C에 따른 순환콘크리트의 굳지 않은성상, 경화성상및 내구성상을 검토․분석하기 위하여 W/C를 35, 45, 55%의 3수준, 순환잔골재 대체율을 100%, 단위수량을 175 kg/m3로 설정하였으며, 시리즈 Ⅱ에서는 단위수량에 따른 순환콘크리트의 굳지 않은 성상, 경화성상 및 내구성상을 검토․분석하기 위하여 W/C 45%, 순환잔골재 대체율 100%에서 단위 수량을 (165, 175, 185) kg/m3의 3수준으로 설정하였다.
콘크리트의 비빔은 100ℓ의 강제식 팬타입믹서를 이용하여 시멘트, 순환잔골재를 투입하고 30초간 건비빔한 후 물과 고성능AE감수제를 투입하여 60초간 비빔을 실시하였다. 이후 굵은골재를 투입하여 60초간 비빔을 실시하였으며 총 비빔시간은 2분 30초가 소요되었다.
탄산화 시험(KS F 2584)은 온도 20℃, 상대습도 50%, CO2농도 5%의 조건에서 탄산화 촉진을 실시하였으며, 탄산화 깊이의 측정은 페놀프탈레인 1% 알코올용액을 분무하여 표면으로부터 적자색으로 변화하지 않는 부분을 탄산화깊이로 하여 측정하였다.
시험체 제작은 압축강도 및 인장강도를 측정하기 위하여 Ø100×200 mm의 원주형 시험체를 제작하고 약 24시간 후 몰드를 탈형하여 측정재령까지 수중양생을 실시하였다. 평가시에는 콘크리트용 연마기를 사용하여 시험체 양면을 평활하게 만들었다. 또한 탄산화 깊이 및 염화물이온 침투깊이 측정용 시험체는 각각 75×100×400 mm와 100×100×400 mm의 시험체로 제작하고 28일 수중양생을 실시한 후 14일간 기건양생을 실시하였다.
대상 데이터
15g/cm3의 1종 보통포틀랜드시멘트를 사용하였으며, 혼화제는 폴리카르본산계 고성능AE감수제를 사용하였다. 또한 굵은골재는 밀도 2.63 g/cm3의 부순자갈을 사용하였고, 순환골재는 밀도 2.44 g/cm3, 조립율 3.06, 흡수율 3.43%로서 전반적인 품질이 국토해양부「순환골재 품질기준」의 콘크리트용 순환골재의 품질기준에 만족하는 순환잔골재를 사용하였다4,5,6).
본 연구에서 사용한 재료의 물리적 성질은 표 2에서 보는 바와 같이 시멘트는 밀도 3.15g/cm3의 1종 보통포틀랜드시멘트를 사용하였으며, 혼화제는 폴리카르본산계 고성능AE감수제를 사용하였다. 또한 굵은골재는 밀도 2.
이론/모형
굳지않은 콘크리트의 공기량(KS F 2421), 슬럼프(KS F 2402) 및 응결시험(KS F 2436)과 경화콘크리트의 압축강도(KS F 2405) 및 쪼갬 인장강도시험(KS F 2423)은 각각의 KS 표준에 준하여 실시하였다.
성능/효과
1) 공기량은 W/C가 높을수록, 단위수량이 클수록 감소 하는 경향으로 나타났으며, 목표슬럼프를 만족시키기 위한 고성능 AE감수제 첨가율은 W/C가 높을수록, 단위수량이 클수록 감소하는 것으로 나타났다.
2) 압축강도 및 인장강도는 W/C가 낮을수록 높게 나타났으며, 단위수량에 관계없이 유사한 수준을 보이고 있다.
3) 탄산화 깊이 및 염화물이온 침투깊이는 W/C가 높을수록 크게 나타났으며, 단위수량에 관계없이 유사한 수준으로 나타났다. 또한 천연골재 대비 압축강도 성상과는 달리 동일한 내구성상을 위해서는 W/C를 낮추어야 할 것으로 판단된다.
그림 1은 W/C 및 단위수량에 따른 공기량의 변화를 나타낸 것으로 W/C에 따른 공기량은 W/C 35, 45 및 55%에 있어서 각각 7.0,5.5 및 5.3%로 W/C가 높을수록 감소하는 것으로 나타났으며, 단위수량에 따른 공기량은 단위수량 (165, 175, 185) kg/m3에 있어서 각각 6.5, 5.5, 5.0%로 단위수량이 클수록 감소하는 경향을 보이고 있는데 이는 목표 슬럼프를 만족시키기 위한 고성능 AE감수제 첨가율에 기인하는 것으로 사료된다.
그림 2는 목표 슬럼프 210±20 m를 만족시키기 위한 고성능AE감수제 첨가율의 변화를 나타낸 것으로 W/C가 높을수록 고성능AE감수제 첨가율은 감소하는 경향으로 나타났으며, 단위수량이 클수록 첨가율은 감소하는 것으로 나타났다.
또한 그림 5는 단위수량별 재령에 따른 압축강도 및 인장강도의 변화를 나타낸 것으로 재령이 증가할수록 압축 및 인장강도는 증가하는 것으로 나타났으며, 단위수량이 작을수록 압축 및 인장강도는 다소 높게 발현되었으나 큰 차이는 보이고 있지 않아 단위수량이 강도에 미치는 영향은 적은 것으로 나타났다.
또한 천연골재를 사용한 W/C 45%의 경우 순환골재를 사용한 전수준의 콘크리트에 비하여 탄산화 및 염해저항성이 뛰어난 것으로 나타났다.
그림 7은 단위수량에 따른 탄산화 깊이 및 염화물이온 침투 깊이의 변화를 나타낸 것으로 탄산화 깊이 및 염화물이온 침투깊이는 단위수량에 관계없이 유사한 수준을 보이고 있다. 순환골재를 사용한 콘크리트의 경우에 있어서 단위수량에 의한 차이보다는 W/C에 따른 저항성이 차이가 있고, 내구성상을 비교해 보았을때 압축강도 성상은 동등하였지만 내구성상에 있어서는 W/C를 낮추어야만 천연골재와 동등한 내구성상을 발현하는 것을 확인할 수 있었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
순환잔골재를 구조체 콘크리트용 잔골재로 활용하기 위하여 W/C 및 단위수량 등의 다양한 배합요인에 따른 굳지않은 성상, 경화성상, 내구성상에 관하여 검토·분석한 결과는?
1) 공기량은 W/C가 높을수록, 단위수량이 클수록 감소 하는 경향으로 나타났으며, 목표슬럼프를 만족시키기 위한 고성능 AE감수제 첨가율은 W/C가 높을수록, 단위수량이 클수록 감소하는 것으로 나타났다.
2) 압축강도 및 인장강도는 W/C가 낮을수록 높게 나타났으며, 단위수량에 관계없이 유사한 수준을 보이고 있다.
3) 탄산화 깊이 및 염화물이온 침투깊이는 W/C가 높을수록 크게 나타났으며, 단위수량에 관계없이 유사한 수준으로 나타났다. 또한 천연골재 대비 압축강도 성상과는 달리 동일한 내구성상을 위해서는 W/C를 낮추어야 할 것으로 판단된다.
국내 건설현장의 잔골재 수급상황은?
국내 건설현장의 잔골재 수급상황은 천연골재자원의 고갈 및 환경규제 강화에 따른 골재채취 제한에 의해 콘크리트용 잔골재의 품귀현상이 일어날 정도로 심각한 문제로 대두되어 왔으며 새로운 잔골재 자원으로 순환잔골재의 활용이 주목되고 있는 상황이다.
순환골재를 실제 구조물에 적용하기 위해서는 어떻게 해야 하는가?
한편 순환골재를 실제구조물에 적용하기위해서는 국가 정책을 바탕으로 한 사회적인 인식변화, 다양한 실험데이터를 바탕으로 활용성 및 역학적 성상에 있어서 안전성을 확보하여 다양한 구조물에 적용할 수 있도록 해야한다.
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