순환골재는 건설폐기물을 재활용함으로써 자원절약 및 대체자원의 개발과 환경보호의 측면에서 국가 사회적으로 많은 이점을 가지고 있다. 하지만 낮은 밀도와 높은 흡수율을 가지는 저품질 순환골재는 구조용 콘크리트 골재로 사용되지 못하고 주로 저부가가치로 사용되고 있다. 따라서, 이를 위하여 폐콘크리트 파 분쇄 후 발생되는 순환골재의 재료적 특성을 규명하기 위하여 물리적인 주요성질인 시멘트함유량, 절대건조밀도, 흡수율, 등을 검토하고, 2차 제품 생산을 위한 배합설계(안)을 도출하여 이를 적용한 배합으로 생산된 시제품의 휨 강도, 흡수율, 동결 융해 후 휨 강도, 압축강도, 기건비중 등에 대한 성능평가를 실시하여 품질기준 GR규격과 비교 검토 하였다. 실헌결과 순환골재 대체율 50~90%로 증가함에 따라 GR F 4007의 성능기준 보다 우수한 품질로 나타났으며, 순환골재를 사용한 콘크리트 2차 제품의 제조 및 활용할 수 있는 소정의 물리적 특성을 확보함에 따라 각종 건설공사에서 다양하게 사용이 가능 할 것으로 판단된다.
순환골재는 건설폐기물을 재활용함으로써 자원절약 및 대체자원의 개발과 환경보호의 측면에서 국가 사회적으로 많은 이점을 가지고 있다. 하지만 낮은 밀도와 높은 흡수율을 가지는 저품질 순환골재는 구조용 콘크리트 골재로 사용되지 못하고 주로 저부가가치로 사용되고 있다. 따라서, 이를 위하여 폐콘크리트 파 분쇄 후 발생되는 순환골재의 재료적 특성을 규명하기 위하여 물리적인 주요성질인 시멘트함유량, 절대건조밀도, 흡수율, 등을 검토하고, 2차 제품 생산을 위한 배합설계(안)을 도출하여 이를 적용한 배합으로 생산된 시제품의 휨 강도, 흡수율, 동결 융해 후 휨 강도, 압축강도, 기건비중 등에 대한 성능평가를 실시하여 품질기준 GR규격과 비교 검토 하였다. 실헌결과 순환골재 대체율 50~90%로 증가함에 따라 GR F 4007의 성능기준 보다 우수한 품질로 나타났으며, 순환골재를 사용한 콘크리트 2차 제품의 제조 및 활용할 수 있는 소정의 물리적 특성을 확보함에 따라 각종 건설공사에서 다양하게 사용이 가능 할 것으로 판단된다.
Recycled aggregates are made from construction wastes, and they have many national and social benefits by saving energy, developing substitute resources, and protecting environment. However, low-quality recycled aggregate with low density and high absorption rate cannot be used for structural concre...
Recycled aggregates are made from construction wastes, and they have many national and social benefits by saving energy, developing substitute resources, and protecting environment. However, low-quality recycled aggregate with low density and high absorption rate cannot be used for structural concrete aggregate but is used mainly for low added value. Therefore, this study aims to identify the characteristics of the materials of recycled aggregates made after crashing and pulverizing waste concrete. For this, their major physical characteristics of cement content, absolute dry density, absorption rate, etc. were reviewed to make a mix design (draft) for the production of the secondary product and performance evaluation was done on the bending strength, absorption rate, bending strength after freezing and thawing, compressive strength, air-dried gravity, etc. of the test products produced by applying the mix design to compare the results with the quality standards of GR mark. The results of the tests showed that the substitution rate of recycled aggregate increased to 50~90 %, which is of superior quality than the performance standards of GR F 4007. Therefore, it is thought that they can be used for various construction works with certain physical characteristics applicable to the production of secondary concrete products using recycled aggregates.
Recycled aggregates are made from construction wastes, and they have many national and social benefits by saving energy, developing substitute resources, and protecting environment. However, low-quality recycled aggregate with low density and high absorption rate cannot be used for structural concrete aggregate but is used mainly for low added value. Therefore, this study aims to identify the characteristics of the materials of recycled aggregates made after crashing and pulverizing waste concrete. For this, their major physical characteristics of cement content, absolute dry density, absorption rate, etc. were reviewed to make a mix design (draft) for the production of the secondary product and performance evaluation was done on the bending strength, absorption rate, bending strength after freezing and thawing, compressive strength, air-dried gravity, etc. of the test products produced by applying the mix design to compare the results with the quality standards of GR mark. The results of the tests showed that the substitution rate of recycled aggregate increased to 50~90 %, which is of superior quality than the performance standards of GR F 4007. Therefore, it is thought that they can be used for various construction works with certain physical characteristics applicable to the production of secondary concrete products using recycled aggregates.
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문제 정의
따라서, 본 연구는 공장생산으로 품질관리가 용이한 콘크리트 2차제품의 생산에 순환골재를 사용하는 기술적 방안의 정립을 목표로 하였으며, 이를 위하여 순환골재의 물리적 특성과 품질기준을 비교, 순환골재 생산공정과 특성에 대한 고찰 등을 실시하고자 한다. 또한, 2차제품 생산을 위한 배합 등의 최적배합을 도출하고, 도출된 배합으로 순환골재가 혼합된 보차도용 콘크리트 인터로킹블록의 제품에 대한 성능평가 등을 실시하여 성능이 우수한 콘크리트 2차제품을 개발하는데 연구의 목적이 있다.
따라서, 본 연구는 공장생산으로 품질관리가 용이한 콘크리트 2차제품의 생산에 순환골재를 사용하는 기술적 방안의 정립을 목표로 하였으며, 이를 위하여 순환골재의 물리적 특성과 품질기준을 비교, 순환골재 생산공정과 특성에 대한 고찰 등을 실시하고자 한다. 또한, 2차제품 생산을 위한 배합 등의 최적배합을 도출하고, 도출된 배합으로 순환골재가 혼합된 보차도용 콘크리트 인터로킹블록의 제품에 대한 성능평가 등을 실시하여 성능이 우수한 콘크리트 2차제품을 개발하는데 연구의 목적이 있다.
본 연구는 건설폐기물중간처리업체로 반입되는 폐콘크리트로부터 생산된 순환골재 5㎜이하, 8㎜이하, 5 ∼13㎜로 혼합하여 시료를 먼저 제조하고, 이에 콘크리트 2차 제품생산의 활용을 위한 물리적 성능은 모르타르함유량, 절대 건조밀도, 흡수율, 입도 등을 분석하여 인터로킹 블록의 제조를 위한 기초적 자료가 될 수 있도록 하였다. 또한, 콘크리트 2차 제품 생산의 활용을 위한 물리적 성능을 분석 후 2차 제품에 대한 물리적 성능은 휨 강도, 동결 융해시험 후 휨 강도, 흡수율, 기건밀도, 압축강도 등을 분석하여 인터로킹 블록의 제조를 위한 배합기준을 도출하고자 한다. 실험인자 및 측정항목은 Table 1과 같다.
본 연구는 건설폐기물중간처리업체로 반입되는 폐콘크리트로부터 생산된 순환골재 5㎜이하, 8㎜이하, 5 ∼13㎜로 혼합하여 시료를 먼저 제조하고, 이에 콘크리트 2차 제품생산의 활용을 위한 물리적 성능은 모르타르함유량, 절대 건조밀도, 흡수율, 입도 등을 분석하여 인터로킹 블록의 제조를 위한 기초적 자료가 될 수 있도록 하였다.
제안 방법
7) 또한, 콘크리트 2차제품의 치수는 Fig.1과 같이 업체별로 생산되고 있는 일반적인 치수로서 190㎜×90㎜×60㎜(가로×세로×두께)로 제작하였으며, 합판의 두께는 12㎜ 코팅 합판을 사용하여 제작하였다.
8) 인터로킹 블록의 성형은 형틀에 믹서로 혼합한 콘크리트를 투입하고 1회 다짐시 다짐봉으로 25회씩 2단 다짐을 실시하였으며, 테이블 진동기로 진동다짐 후 압축강도 시험기를 사용하여 130±1.3㎏/㎠의 압력으로 가압성형 제작하였다.
Table 4는 본 실험의 실험항목과 방법을 나타낸 것으로 순환골재의 물리적 성능은 모르타르함유량, 절대건조밀도, 흡수율, 입도를, 제조된 인터로킹 블록은 휨 강도, 동결 융해 시험 후 휨 강도, 흡수율, 기건밀도, 압축강도를 분석하였다.
또한, 콘크리트 2차제품의 제조에 있어서 물-시멘트비 25%, 양생방법 등에 관한 규정만 간단하게 명시되어 있을 뿐6), 배합기준은 업체의 자율로 위임하고 있는 실정이다. 본 실험에서는 현재 국내 콘크리트 2차제품 제조회사에서 가장 많이 사용하는 배합비를 바탕으로 시멘트와 순환골재 비(C:A)를 1:3, 1:5로 설정하였으며, 순환골재는 천연골재 대체율을 검토하기 위하여 50%, 70%, 90%로 설정하였다. 순환골재 대체율에 따른 인터로킹 블록의 배합은 Table 3과 같다.
본 실험은 건설폐기물중간처리업체로 반입되는 폐콘크리트로부터 생산된 순환골재(5㎜이하, 8㎜이하, 5∼13㎜)를 혼합하여 시료를 먼저 제조하였으며, 순환골재의 재료적 특성을 검토한 후 KS L 5109 수경성 시멘트 페이스트 및 모르타르의 기계적 혼합 방법에서 규정하는 모르타르 믹서기를 이용하여 인터로킹 블록의 제작을 위한 혼합을 실시하였다.
성능/효과
이후 1시간동안 서서히 감온 하였으며, 전양생을 제외한 증기양생은 10시간(50℃)이 되게 하였다.11) 인터로킹 블록 출하시에 소요강도를 조기에 얻을 수 있도록 시험체를 양생하였으며, 1차 초기 실내 양생이 끝난 후 상온에서 재령 7일, 28일간 보존하였다.
⑴ 인터로킹 블록에 사용한 혼합골재는 순환골재의 모르타르 함유량과 혼입율에 따라 밀도와 흡수율의 차이를 나타내었으며 혼입율 1:3:2, 2:2:2, 3:2:1이 적용 가능하였으며, 콘크리트 인터로킹 블록에 적용하기 위한 순환골재의 품질은 모르타르 함유량 15% 이하, 절대건조밀도 2.13g/㎤ 이상, 흡수율 8% 이하의 골재를 사용해야 할 것으로 판단된다.
⑵ 콘크리트 인터로킹 블록의 기건 밀도을 시험한 결과, 순환골재 대체율이 증가함에 따른 기건 밀도은 증가하였으며, 1:3에서 혼합비율 1:1:4가 대체율 90%일 때 2.33g/mL로 가장 높게 나타났고, 혼합비율 4:1:1의 대체율 50%일 때 2.12g/mL로 가장 낮게 나타났다. 반면, 1:5에서는 1:1:4의 대체율 90%일 때 2.
⑶ 콘크리트 인터로킹 블록의 재령 7일, 28일 압축 강도를 시험한 결과, 순환골재 대체율이 증가함에 따른 재령 7일 압축 강도는 증가하였으며, 혼입율 1:5 보다 1:3의 경우가 1.04∼30.85%, 7.56∼31.80%로 강도 발현율이 우수하였으며 비교적 혼입율이 적은 1:3의 혼입율이 콘크리트 인터로킹 블록 제작에 유리 할 것으로 판단된다.
⑷ 콘크리트 인터로킹 블록의 재령 28일 휨 강도를 시험한 결과, 압축강도와 유사한 강도 성상을 나타내었으며 혼합비율 1:1:4, 3:1:2의 대체율 50%를 제외한 휨 강도 발현율은 3.66∼41.11%로 적용이 가능하였다.
⑸ 순환골재를 이용한 콘크리트 인터로킹 블록의 역학적 성능은 GR F 4007의 기준에 모두 적합한 시멘트와 순환골재 비(C:A)는 1:3으로 나타났으며, 순환골재 대체율 50%, 70%, 90% 모두 사용가능한 것으로 나타났다. 이상의 결과를 종합해 볼 때 순환골재 대체율 50∼90%로 증가함에 따라 GR F 4007의 성능기준 보다 우수한 품질로 나타났으며, 순환골재를 사용한 콘크리트 2차 제품의 제조 및 활용할 수 있는 소정의 물리적 특성을 확보함에 따라 각종 건설공사에서 다양하게 사용이 가능 할 것으로 판단된다.
본 실험의 경우 실험에 사용한 골재 최대 치수가 13㎜이하의 비교적 입자가 작은 순환골재를 사용한 것으로 강도성상만 관찰할 경우 더 나은 강도 발현을 나타내었으며 5㎜이하의 순환잔골재 투입양이 많은 4:1:1의 시험체가 위의 이유와 골재자체의 높은 실적율에 의해 가장 높은 강도를 발현하였다. 따라서 본 실험결과 시멘트의 양이 많은 C:A비 1:3, 5㎜이하의 순환잔골재 양이 많은 투입되는 4:1:1, 대체율이 높은 90%의 시험체가 콘크리트 인터로킹의 블록 제작시 강도면에서 유리 할 것으로 판단된다.
또한 선행된 연구결과들을 살펴보면 “순환골재를 천연골재와 혼입할 경우 혼입양이 많아질수록 혼합골재의 밀도는 저하되고 흡수율은 상승”13)하는 연구결과가 있으며 본 시험결과도 유사한 경향을 나타내었다. 따라서 순환골재를 혼입하여 인터로킹 블록을 제작 시 모르타르 함유량 시험과 유사한 혼합비율이 적용 가능한 것으로 판단된다.
또한 동결 융해 시험후 휨 강도를 시험한 결과, 순환골재 대체율이 증가함에 따른 동결 융해 시험후 휨 강도는 증가하였으며, 대체율 1:5 보다 1:3의 경우 강도 발현율 16.96∼53.02%로 GR F 4007의 기준값 보다 우수하게 나타나 콘크리트 2차 제품에 적용이 가능할 것으로 판단된다.
33%로 모르타르 함유량이 가장 높은 것으로 나타났다. 또한, 혼합비율 2:1:3일 때 12.49%로 모르타르 함유량이 가장 낮은 것으로 나타났으며, 순환골재의 혼합비율 선정은 1:1:4 일 때 15.04%, 2:1:3일 때 12.49%, 3:1:2일 때 15.10%, 4:1:1일 때 13.16%로 모르타르 함유량이 낮게 나타난 혼합비율이 콘크리트 2차 제품에 적용이 가능할 것으로 판단된다.
또한, 혼합비율 3:1:2는 1:3 일 때 35.64∼38.35N/㎟, 1:5일 때 25.90∼37.95N/㎟로 나타났으며, 혼합비율 4:1:1은 1:3 일 때 39.06∼47.88N/㎟, 1:5일 때 27.01∼33.60N/㎟로 나타났다.
또한, 혼합비율 3:1:2는 1:3 일 때 38.15∼46.16N/㎟, 1:5일 때 26.02∼41.17N/㎟로 나타났으며, 혼합비율 4:1:1은 1:3 일 때 38.82∼50.33N/㎟, 1:5일 때 29.53∼36.16N/㎟로 나타났다.
또한, 혼합비율 3:1:2는 1:3 일 때 7.86∼9.46N/㎟, 1:5일 때 4.65∼8.49N/㎟로 나타났으며, 혼합비율 4:1:1은 1:3 일 때 7.39∼9.42N/㎟, 1:5일 때 5.22∼7.85N/㎟로 나타났다.
이는 일반적으로 “순환골재를 천연골재에 대체하여 콘크리트 제작 시 대체율이 증가함에 따라 강도와 탄성계수가 저하되고, 건조수축 증대, 탄산화와 동결융해와 같은 내구성 저하”14)를 나타내는 것으로 알려져 있다, 이는 20㎜, 25㎜ 순환굵은골재를 사용한 경우 나타나는 일반적인 특징이며 “8㎜이하 순환골재를 사용한 시험의 경우에는 천연골재를 사용한 것보다 강도 발현이 우수한 것”15)으로 보고되어져 있다. 본 실험의 경우 실험에 사용한 골재 최대 치수가 13㎜이하의 비교적 입자가 작은 순환골재를 사용한 것으로 강도성상만 관찰할 경우 더 나은 강도 발현을 나타내었으며 5㎜이하의 순환잔골재 투입양이 많은 4:1:1의 시험체가 위의 이유와 골재자체의 높은 실적율에 의해 가장 높은 강도를 발현하였다. 따라서 본 실험결과 시멘트의 양이 많은 C:A비 1:3, 5㎜이하의 순환잔골재 양이 많은 투입되는 4:1:1, 대체율이 높은 90%의 시험체가 콘크리트 인터로킹의 블록 제작시 강도면에서 유리 할 것으로 판단된다.
40N/㎟로 나타났다. 순환 골재 대체율이 증가함에 따른 동결 융해 시험후 휨 강도는 증가하였으며, 1:3에서 혼합비율 3:1:2의 대체율 90%일 때 8.49N/㎟로 가장 높게 나타났고, 대체율 50%일 때 7.13N/㎟로 가장 낮게 나타났다. 반면, 1:5에서는 3:1:2의 대체율 90%일 때 7.
16N/㎟로 나타났다. 순환골재 대체율이 증가함에 따른 재령 28일 압축 강도는 증가하였으며, 1:3에서 혼합비율 4:1:1의 대체율 90%일 때 50.33N/㎟로 가장 높게 나타났고, 혼합비율 2:1:3의 대체율 50%일 때 31.33N/㎟로 가장 낮게 나타났다. 반면, 1:5에서는 3:1:2의 대체율 90%일 때 41.
60N/㎟로 나타났다. 순환골재 대체율이 증가함에 따른 재령 7일 압축 강도는 증가하였으며, 1:3에서 혼합비율 4:1:1의 대체율 90%일 때 47.88N/㎟로 가장 높게 나타났고, 혼합비율 2:1:3의 대체율 50%일 때 29.87N/㎟로 가장 낮게 나타났다. 반면, 1:5에서는 3:1:2의 대체율 90%일 때 37.
85N/㎟로 나타났다. 순환골재 대체율이 증가함에 따른 휨 강도는 증가하였으며, 1:3에서 혼합비율 3:1:2의 대체율 90%일 때 9.46N/㎟로 가장 높게 나타났고, 혼합비율 4:1:1의 대체율 50%일 때 7.39N/㎟로 가장 낮게 나타났다. 반면, 1:5에서는 3:1:2의 대체율 90%일 때 8.
순환골재의 건조밀도와 흡수율의 시험결과는 Fig. 3과 Fig. 4와 같이 순환골재의 혼합비율에 따라 밀도는 2.01∼2.25g/㎤로 흡수율은 6.92∼9.61%나타났다.
순환골재의 혼합비율에 따라 12.49∼19.33 %로 나타났으며, 혼합비율 1:3:2일 때 19.33%로 모르타르 함유량이 가장 높은 것으로 나타났다.
이상의 결과를 종합해 볼 때 순환골재 대체율 50∼90%로 증가함에 따라 GR F 4007의 성능기준 보다 우수한 품질로 나타났으며, 순환골재를 사용한 콘크리트 2차 제품의 제조 및 활용할 수 있는 소정의 물리적 특성을 확보함에 따라 각종 건설공사에서 다양하게 사용이 가능 할 것으로 판단된다.
콘크리트 인터로킹 블록의 동결 융해 시험후 휨 강도는 1:5 보다 1:3의 경우가 16.96∼53.02%로 우수하게 나타났으며, GR F 4007의 기준값 보다 1:3일 때 29.87∼41.11%, 1:5일 때 혼합비율 1:1:4, 2:1:3, 3:1:2, 4:1:1의 대체율 50%를 제외한 동결 융해 시험후 휨 강도는 2.34∼29.08%로 우수하였다.
콘크리트 인터로킹 블록의 휨 강도는 1:5 보다 1:3의 경우가 4.76∼40.84%로 우수하게 나타났으며, GR F 4007의 기준값 보다 1:3일 때 32.34∼47.15%, 1:5일 때 혼합비율 1:1:4, 3:1:2의 대체율 50%를 제외한 휨 강도는 3.66∼41.11%로 우수하게 나타나 콘크리트 2차제품에 적용이 가능할 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
건설폐기물이란?
건설폐기물은 건축, 토목공사의 시행 및 각종 건설구조물의 해체공사에서 배출되는 불요물의 총칭으로 볼 수 있으며, 구체적으로는 폐콘크리트, 잔토, 건설오니, 목편, 폐종이류, 폐금속류, 폐플라스틱류, 폐유리 및 폐도자기 등에 이르기까지 다양한 구성으로 이루어져 있다. 국내 건설폐기물 발생량은 지속적으로 증가하고 있으며, 2010년 기준일일 발생량은 178,120 톤/일로 전체 폐기물 발생량의 49%를 차지하고 있다.
순환골재의 활용이 어떻게 폐 콘크리트의 재활용에 대한 기술방안으로 활용되나?
건축물 해체 후 발생되는 폐 콘크리트의 재활용에 대한기술개발 방안의 하나로서 순환골재의 활용에 초점을 두고 있다.3) 순환골재는 건설폐기물을 분쇄하여 입도별 선별과정을 거쳐 생산되는 것으로서 매립재나 도로용 보조기층재, 새로운 콘크리트의 제조 등에 활용할 수 있다. 또한, 재활용 용도의 2차제품은 원료취득→생산→유통→사용→폐기 등 제품의 전과정 각 단계에 걸쳐 자원․에너지를 절감하고 오염물질에 대한 배출을 저감시키는 제품을 선별해 국가가 친환경상품임을 공인하고 있는 제도적 마련을 추구하고 있다.
건설폐기물에는 무엇이 있나?
건설폐기물은 건축, 토목공사의 시행 및 각종 건설구조물의 해체공사에서 배출되는 불요물의 총칭으로 볼 수 있으며, 구체적으로는 폐콘크리트, 잔토, 건설오니, 목편, 폐종이류, 폐금속류, 폐플라스틱류, 폐유리 및 폐도자기 등에 이르기까지 다양한 구성으로 이루어져 있다. 국내 건설폐기물 발생량은 지속적으로 증가하고 있으며, 2010년 기준일일 발생량은 178,120 톤/일로 전체 폐기물 발생량의 49%를 차지하고 있다.
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