본 연구는 초고강도콘크리트의 배합에 사용되는 3성분계 혼합시멘트의 최적조합을 도출하기 위한 실험연구이다. 3성분계 혼합시멘트는 포틀랜드시멘트, 고로슬래브 미분말 0%, 30%, 40%, 50% 및 플라이애시 0%, 10%, 20%, 30%로 구성하였다. 물결합재비 0.18의 초고강도콘크리트를 대상으로 각 실험체의 압축강도와 공극구조를 조사한 결과, 플라이애시 10%, 고로슬래그 미분말 30%를 혼합한 3성분계 혼합시멘트를 사용한 콘크리트의 압축강도는, 50nm 이상의 공극량 감소에 의해, Plain 콘크리트에 비해 현저히 증가하였다.
본 연구는 초고강도콘크리트의 배합에 사용되는 3성분계 혼합시멘트의 최적조합을 도출하기 위한 실험연구이다. 3성분계 혼합시멘트는 포틀랜드시멘트, 고로슬래브 미분말 0%, 30%, 40%, 50% 및 플라이애시 0%, 10%, 20%, 30%로 구성하였다. 물결합재비 0.18의 초고강도콘크리트를 대상으로 각 실험체의 압축강도와 공극구조를 조사한 결과, 플라이애시 10%, 고로슬래그 미분말 30%를 혼합한 3성분계 혼합시멘트를 사용한 콘크리트의 압축강도는, 50nm 이상의 공극량 감소에 의해, Plain 콘크리트에 비해 현저히 증가하였다.
The results presented in this paper form part of an investigation into the optimization of a ternary blended cementitious system based on ordinary Portland cement (OPC)/blast furnace slag(BFS)/fly ash(FA) for the development of ultra high strength concrete. Concrete covering a wide range of BFS/FA b...
The results presented in this paper form part of an investigation into the optimization of a ternary blended cementitious system based on ordinary Portland cement (OPC)/blast furnace slag(BFS)/fly ash(FA) for the development of ultra high strength concrete. Concrete covering a wide range of BFS/FA blending proportions were investigated. Compressive strength at the ages of 3, 7 and 28 days for concrete specimens containing 0%, 10%, 20% and 30%FA along with 0%, 30%, 40% and 50%BFS as partial cement replacement at a water-binder ratio of 0.18 were investigated. Tests on porosity and pore size distribution were conducted using mercury intrusion porosimetry. The results show that the combination of FA10 and BFS30 can improve both short- and long-term properties of concrete as results of reducing of pores larger than 50nm.
The results presented in this paper form part of an investigation into the optimization of a ternary blended cementitious system based on ordinary Portland cement (OPC)/blast furnace slag(BFS)/fly ash(FA) for the development of ultra high strength concrete. Concrete covering a wide range of BFS/FA blending proportions were investigated. Compressive strength at the ages of 3, 7 and 28 days for concrete specimens containing 0%, 10%, 20% and 30%FA along with 0%, 30%, 40% and 50%BFS as partial cement replacement at a water-binder ratio of 0.18 were investigated. Tests on porosity and pore size distribution were conducted using mercury intrusion porosimetry. The results show that the combination of FA10 and BFS30 can improve both short- and long-term properties of concrete as results of reducing of pores larger than 50nm.
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문제 정의
따라서 본 연구는 플라이애시와 고로슬래그 미분말의 치환율을 변화시킨 3성분계 혼합시멘트를 사용하여 초고강도콘크리트의 적정 배합수준을 선정하고, 강도발현의 메커니즘을 파악하기 위한 공극구조변화에 대한 분석을 실시하였다.
제안 방법
(3) 재령28일 기준으로 3성분계 혼합시멘트의 배합은 플라이애시의 치환율을 20% 이하로 설정하는 것을 제안한다.
3성분계 혼합시멘트를 혼합한 초고강도 콘크리트의 적정배합을 도출하기 위한 예비실험으로 3성분계 혼합시멘트를 사용한 모르타르 실험을 수행하였다. 모르타르 배합은 Table 3과 같다.
공극량 측정 시편은 각각의 재령에서 채취한 공시체를 Fig. 1 다이아몬드 커터를 사용하여 굵은골재 부분이 포함되지 않도록 최대한 모르타르 부분을 대상으로 5×5×5mm의 입방체 형태로 절단한 후 아세톤에 의해 1일 수화반응을 정지시킨 후 진공장치를 이용하여 D-dry 방법에 의해 2주간 건조시켰다.
플라이애시와 고로슬래그 미분말을 혼합한 3성분계 초고강도콘크리트의 역학적 성질을 파악하기 위한 콘크리트 배합은 Table 4와 같다. 단위시멘트량에 대한 플라이애시 치환율은 10%, 20%, 30%로 플라이애시 치환율 각각에 대해 고로슬래그 미분말을 30%, 40%, 50% 치환 혼합하였다. 콘크리트 배합은 목표공기량 4.
초고강도의 콘크리트배합을 고려하여 물결합재비는 18%로 고정하고 플라이애시 치환율 10%를 대상으로 고로슬래그 미분말을 각각 30%, 40%, 50% 치환 혼합하였다. 또한 플라이애시 20%, 고로슬래그 미분말 40% 치환하여 플라이애시 치환율 증가에 따른 압축강도발현 특성을 파악하였다. 모르타르 시험체는 40×40×160mm의 철제형 몰드를 사용하여 제작하였으며, 양생은 20±1℃의 수중양생을 실시하였다.
모르타르 시험체는 40×40×160mm의 철제형 몰드를 사용하여 제작하였으며, 양생은 20±1℃의 수중양생을 실시하였다.
압축강도 및 공극구조의 변화를 측정하기 위한 콘크리트 시험체은 φ100×200mm의 원통형 실린더 몰드를 사용하여 제작하였고, 시험체의 양생은 20±1℃ 수중양생을 실시하였다.
모르타르 배합은 Table 3과 같다. 초고강도의 콘크리트배합을 고려하여 물결합재비는 18%로 고정하고 플라이애시 치환율 10%를 대상으로 고로슬래그 미분말을 각각 30%, 40%, 50% 치환 혼합하였다. 또한 플라이애시 20%, 고로슬래그 미분말 40% 치환하여 플라이애시 치환율 증가에 따른 압축강도발현 특성을 파악하였다.
콘크리트 배합은 목표공기량 4.5± 0.5%와 목표 슬럼프 플로우 700±100mm를 확보하기 위해 예비실험을 통해 AE제와 고성능감수제 사용량을 결정하였다.
현저히 낮은 물결합재비 콘크리트의 동일한 작업성 확보를 위하여 공기량변화 및 슬럼프 플로우 변화를 측정하였다. 측정결과, Table 6과 같이 plain을 제외한 모든 배합은 목표 공기량 4.
대상 데이터
실험에 사용된 골재의 물리적 성질은 Table 2와 같다. 또한 화학혼화제로는 폴리카르본산계 고성능감수제와 빈졸계 AE제를 사용하였다.
본 실험에 사용된 보통포틀랜드시멘트, 플라이애시, 고로슬래그 미분말의 화학적⋅물리적 성질은 Table 1과 같다.
본 실험에 사용된 보통포틀랜드시멘트, 플라이애시, 고로슬래그 미분말의 화학적⋅물리적 성질은 Table 1과 같다. 시멘트는 국내의 S사의 보통 포틀랜드 시멘트를 사용 하였고, 플라이애시와 고로슬래그 미분말은 각각 경남 하동군의 화력 발전소에서 생산된 제품과 국내의 G사의 제품을 사용하였다. 실험에 사용된 골재의 물리적 성질은 Table 2와 같다.
이론/모형
압축강도 측정은 KS L 5105 규정에 따라 재령 3일, 7일, 28일에 실시하였다. 플라이애시와 고로슬래그 미분말을 혼합한 3성분계 초고강도콘크리트의 역학적 성질을 파악하기 위한 콘크리트 배합은 Table 4와 같다.
압축강도 및 공극구조의 변화를 측정하기 위한 콘크리트 시험체은 φ100×200mm의 원통형 실린더 몰드를 사용하여 제작하였고, 시험체의 양생은 20±1℃ 수중양생을 실시하였다. 콘크리트의 압축강도는 재령3일, 7일, 28일에 측정하였으며 각 재령에서의 공극구조변화는 수은압입법에 의해 측정하였다. 공극량 측정 시편은 각각의 재령에서 채취한 공시체를 Fig.
성능/효과
(1) 플라이애시 10%, 고로슬래그 미분말 30%를 혼합한 3성분계 혼합시멘트를 사용한 콘크리트의 압축 강도는 Plain 콘크리트의 압축강도 보다 현저히 증가하였다.
(2) 낮은 물결합재비의 3성분계 콘크리트배합에서 플라이애시의 첨가량은 상대적으로 고로슬래그 미분말 첨가량에 비해 압축강도 발현에 커다란 영향을 미친다.
(4) 플라이애시 10%, 고로슬래그 미분말 30%를 혼합한 3성분계 혼합시멘트를 사용한 콘크리트의 압축 강도는, 50nm 이상의 공극량 감소에 의해, Plain 콘크리트에 비해 현저히 증가하였다.
특히 50nm 이상의 공극량은 Plain 콘크리트에 비해 현저히 감소하는 것을 알 수 있다. 공극량을 페이스트 분으로 환산하면 모르타르 및 콘크리트에 관계없이 50nm 이상의 공극량에 의해 압축강도를 추정하는 것이 가능하므로 본 연구결과 FA10 BFS 30 배합의 콘크리트 강도는 50nm 이상의 공극량 감소에 의해 Plain 콘크리트에 비해 현저히 증가하는 것으로 판단된다.
일반적으로 플라이애시, 고로슬래그 미분말과 같은 포졸란의 경우 초기반응은 감소하나 장기재령에서는 포졸란 반응에 의해 강도증진이 나타난다. 그러나 본 실험결과에 나타난 바와 같이 플라이애시 10%, 고로슬래그 미 분말 30%를 혼합한 3성분계 콘크리트에서는 초기재령에도 불구하고 현저한 강도발현이 나타났다. 이는 경화체매트릭스 내의 Packing Density의 증가 및 비표면적 증가에 따른 초기반응 증가에 기인한 것으로 사료된다.
실험결과, 플라이애시 10%와 고로슬래그 미분말 30%를 혼합한 3성분계 콘크리트의 경우, 재령 3일, 7일, 28일에서의 압축강도는 각각 79MPa, 85MPa, 113MPa이며 Plain 압축강도 대비 상대강도비율은 각각 125%, 124%, 138%로 나타났다. 또한 플라이애시 10% 기준 고로슬래그 미분말을 30%에서 40%로 증가하였을 경우 압축강도는 현저히 저하함을 알 수 있다. 그러나 고로슬래그 미분말 40% 및 50% 치환한 콘크리트의 압축강도 발현량의 차는 미비한 것으로 나타난다.
5%를 만족시키는 결과를 도출하였고, FA20 BFS30, FA30 BFS50을 제외한 모든 배합은 플라이애시와 고로슬래그 미분말의 치환량이 증가할수록 공기량이 감소하는 경향을 나타내었다. 또한 플래이애시 치환율이 증가할수록 목표공기량을 만족시키기 위한 AE제의 첨가가 증가하는 것을 볼 수 있다. 이는 플라이애시에 포함된 미연소 탄소의 AE제 흡착작용으로 공기포가 소멸하는 현상에 기인한 것으로 판단된다.
실험결과, 3성분계 시멘트 내에 플라이애시의 혼입량이 증가할수록 압축강도는 감소하며 동일 수준의 플라이애시 치환에 있어 고로슬래그 미분말의 첨가량이 증가할수록 압축강도는 감소하는 것을 볼 수 있다. 이러한 경향은 초기재령에서 현저히 발생한다.
실험결과, 플라이애시 10%와 고로슬래그 미분말 30%를 혼합한 3성분계 콘크리트의 경우, 재령 3일, 7일, 28일에서의 압축강도는 각각 79MPa, 85MPa, 113MPa이며 Plain 압축강도 대비 상대강도비율은 각각 125%, 124%, 138%로 나타났다. 또한 플라이애시 10% 기준 고로슬래그 미분말을 30%에서 40%로 증가하였을 경우 압축강도는 현저히 저하함을 알 수 있다.
측정결과, Table 6과 같이 plain을 제외한 모든 배합은 목표 공기량 4.5 ± 0.5%를 만족시키는 결과를 도출하였고, FA20 BFS30, FA30 BFS50을 제외한 모든 배합은 플라이애시와 고로슬래그 미분말의 치환량이 증가할수록 공기량이 감소하는 경향을 나타내었다.
2는 Plain 배합의 강도비율 대비 3성분계 혼합시멘트 사용의 모르타르 강도발현의 비율(상대강도비율)을 나타낸다. 플라이애시 10% 치환 및 고로슬래그 미분말 30% 치환의 3성분계 모르타르의 경우 Plain 압축강도 대비 상대강도비율은 재령 3일에서 137%, 재령 28일에서 166%로 나타났다.
따라서 슬럼프 플로우는 감소하는 결과를 나타낸다. 하지만 본 실험에서는 현저히 낮은 물결합재비 콘크리트의 유동성을 확보하기 위해 다량의 SP제의 사용 및 플라이애시와 고로슬래그 미분말의 고른 분산효과의 증가에 기인하여 슬럼프 플로우는 증가한 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
콘크리트 혼합에 광물성 혼화재의 대량사용은 언제 어디서 시작 되었는가?
콘크리트 혼합에 이러한 광물성 혼화재의 대량사용은 1990년대 유럽 및 일본에서 시작되었다. 일반적으로 플라이애시를 시멘트 대체재로 사용할 경우, 보통 포틀랜드 시멘트에 비해 수화반응속도는 상대적으로 저감하며(Uchikawa, 1987), 유동성 증가(Ghosh and Sarkar, 1993, Dhir et al.
광물성 포졸란 재료를 단독으로 혼합 사용하는 경우 콘크리트의 성능을 향상시키는데 어떠한 한계가 있는가?
그러나 이러한 광물성 포졸란 재료를 단독으로 혼합 사용하는 경우 콘크리트의 성능을 향상시키는데 한계가 있다. 즉 플라이애시를 사용하는 경우 주어진 물결합재비에서 유동성은 증가하나 초기재령 강도발현이 저하되며 한편 고로슬래그 미분말을 사용하는 경우 잠재수경성 특성상 초기 혼화재 반응율 향상에 따른 초기강도발현은 상승 하나 대량 사용 시 고로슬래그 미분말의 비표면적이 크므로 유동성이 감소하는 경향을 나타낸다.
광물성혼화재는 어떠한 효과를 가져오는가?
고성능콘크리트는 화학혼화제의 사용이 필수적이며, 시멘트의 일부를 실리카퓸(SF), 플라이애시(FA), 고로슬래그 미분말(BFS)과 같은 광물성 혼화재로 대체함으로서 콘크리트의 유동성 및 강도 개선의 효과를 얻을수 있으며 또한 이러한 광물성 혼합재의 사용을 통해 콘크리트 내부구조의 밀실화를 꽤함으로서 콘크리트의 내구 성능이 향상된다(Hassan et al, 2001). 산업부산물의 일종인 광물성혼화재는 콘크리트의 성능향상뿐 만아니라 이를 콘크리트 생산에 재활용함으로써 산업폐기물의 매립억제 효과 및 시멘트 대체 재료로 사용되어 시멘트 생산 시 발생되는 이산화탄소(CO2)의 발생을 저감시키는 효과를 가져 온다. 시멘트의 제조는 지구 온난화의 주요 원인으로 지적되고 있는 이산화탄소(CO2)를 대량으로 발생시켜, 시멘트 1kg을 제조하는데 약 950g의 이산화탄소 (CO2)를 배출하는 것으로 알려져 있으며 이는 전 세계 온실가스 배출량의 7%를 차지하는 것으로 보고되고 있다 (Mehta.
참고문헌 (15)
Bouzoubaa, N., Bilodeau, A., Sivasundaram, V., Fournier, B., Golden, D., "Development of ternary blends for highperformance concrete", ACI Materials Journal, 101, 2004, pp.19-29.
Chidiac, S. E., Panesar, D. K., "Evolution of mechanical properties of concrete containing ground granulated blast furnace slag and effects on the scaling resistance test at 28 days", Cement Concrete Composite, 30, 2008, pp.63-71.
Dhir, R. K., Jones, M. R., "Development of chlorideresisting concrete using fly ash", Fuel, 78, 1999, pp.134-142.
Ghosh, S. N., Sarkar, L. S., "Miveral admixtures in cement and concrete, in: S. N. Ghosh (Ed.) Progress in cement and Concrete", ABI Books, NeDelhi, 1993.
Hassan, K. E., Cabrera J. G., Maliehe, R. S., "The effect of mineral admixture on the rheology of cement paste and concrete", Cement Concrete Research, 31, 2001, pp.245-255.
Khan, M. I., Lynsdale, C. J., Waldron, P., "Porosity and strength of PFA/SF/OPC ternary blended paste", Cement Concrete Research, 30, 2000, pp.1225-1229.
Mehta, P. K., Gjorv, O. E., "Properties of portland cement concrete containing fly ash and condensed silica fume", Cement Concrete Research, 12, 1982, pp.587-595.
Mehta. P. K., "In cement, fly ash emerges as a cure limit greenhouse gases", ENR, 1998, p.13.
Nagataki, S., Ujike, I., "Air permeability of concretes mixed with fly ash and condensed silica fume, fly ash, silica fume, slag and natural pozzolans in concrete", ACI SP51-52, 1986, pp.1049-1068.
Nehdi M., Pardhan, M., Koshowski S., "Durability of self-consolidating concrete incorporating high-volume replacement composite cement", Cement Concrete Research, 34, 2004, pp.2103-2112.
Ozyildirim, C., Halstead, W. J., "Improved concrete quality with combinations of fly ash and silica fume", ACI Materials Journal 91, 1994, pp.587-594.
Papadakis, V. G., "Effect of supplementary cementing materials on concrete resistance against carbonation and chloride ingress", Cement Concrete Research, 30, 2000, pp.291-299.
Roy, D. M., Parker, K. M., "Microstructures and properties of granulated slag-portland cement blends at normal and elevated temperatures", ACI SP-79, 1983, pp.397-414.
Uchikawa, H., "Hydration of blended cement and pore structure for binder", Cement Concrete, 488, 1987, pp.33-48.
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