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문제 정의
- 그러나 현재 파이넥스 슬래그는 관련 연구 및 검토가 이루어지지 않았기 때문에 급격한 증가가 예상되는 파이넥스 슬래그의 안정적인 처리에 대한 재활용 방안이 새롭게 요구되고 있는 실정이다. 따라서 본 논문에서는 파이넥스 슬래그를 보다 고부가가치인 콘크리트용 잔골재로 활용하기 위한 기초연구로써 파이넥스 슬래그의 물리적 특성을 평가하였으며, 콘크리트용 잔골재로써 활용방안을 제안하고자 한다.
- 본 논문에서는 파이넥스 슬래그를 보다 고부가가치인 콘크리트용 잔골재로 활용하기 위한 기초연구로써 파이넥스 슬래그의 기초 물성을 강모래와 비교하여 평가하였으며, 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
제안 방법
- 잔골재는 잔골재의 0.08mm 체 통과량 시험은 KS F 2511 “골재에 포함된 잔입자(0.08mm 체를 통과하는)시험 방법”에 준하였으며, 20회 반복실험을 실시하였다.
- 잔골재의 입형 및 표면조직은 2,400배까지 관찰이 가능한 산업용 화상 비디오 현미경(Model : EGVM 35B)을 사용하여 RS, FS 및 FS-M 잔골재의 입형 및 표면조직을 100배 확대하여 관찰하였다. Fig.
- 잔골재의 절대건조상태의 밀도와 흡수율은 KS F 2504 “잔골재의 밀도 및 흡수율 시험방법”에 준하였으며, 20회 반복실험을 실시하여 신뢰성을 확보하였다.
대상 데이터
- 실험에 사용된 파이넥스 슬래그는 국내 P사에서 발생되는 슬래그로 벌크상태에서 입수한 파이넥스 슬래그의 원석(이하, FS로 약함)과 분쇄 가공처리한 파이넥스 슬래그(이하, FS-M으로 약함)를 사용하였으며, 일반잔골재로써 낙동강산 강모래(이하, RS로 약함)를 사용하여 비교하였다. Table 1은 사용된 잔골재의 물리적 특성을 나타낸 것이다.
이론/모형
- Table 1은 사용된 잔골재의 물리적 특성을 나타낸 것이다. 또한 KS 규격에는 파이넥스 슬래그와 관련된 규격이 없기 때문에 각 실험에 따라 적합한 KS 규격에 준하여 검토를 수행하였다.
- 잔골재의 단위용적질량 및 실적률 시험은 KS F 2505 “골재의 단위용적질량 및 실적률 시험 방법”에 준하였으며, 20회 반복실험을 실시하였다.
- 잔골재의 유기 불순물 시험은 KS F 2510 “콘크리트용 모래에 포함되어 있는 유기 불순물 시험 방법”에 준하여 실험을 실시하였다.
- 잔골재의 입도 및 조립률은 KS F 2502 “골재의 체가름 시험방법”에 준하여 수행하였으며, 잔골재의 표준입도 및 조립률 평가는 KS F 2544 “콘크리트용 고로슬래그 골재”에 준하여 실시하였다.
성능/효과
- 1) FS의 입형은 요철이 많아 각이진 형태이며, 표면조직은 기공을 포함하는 경우가 있어 치밀하지 못하지만 대부분 매끄러운 상태로 되어있음을 알 수 있었으며, 일부 침상형 비결정질 유리를 포함하는 것으로 나타났다. 또한 가공 처리를 실시한 FS-M의 경우 각진 부분 및 요철이 상당부분 제거되었으며, 침상형 비결정질 유리의 경우 대부분 제거된 것으로 나타났다.
- 2) FS의 조립률은 일반 잔골재의 조립률 범위에서 다소 큰 편에서 만족하는 것으로 나타났으며, FS-M의 경우 RS 및 FS보다 조립률이 작아지고 크고 작은 입자가 고르게 분포된 좋은 입도가 된 것으로 나타나 콘크리트의 유동성 및 작업성 개선에 효과가 있을 것으로 판단된다.
- 3) FS의 밀도는 RS보다 밀도가 큰 경향이 있으며 내부 조직이 보다 치밀하고 골재자체의 강도가 크기 때문에 콘크리트의 강도 증진 효과가 있을 것으로 판단되지만 큰 밀도로 인한 재료분리 및 블리딩 증가 등의 영향이 있을 것으로 판단되며, FS-M과 같이 가공처리를 하여 사용한 경우에는 RS 및 FS와 비교하여 소요 단위수량 감소, 유동성 향상 및 펌프압송시 프리웨팅 등의 효과가 다소 있을 것으로 예측된다.
- 4) FS의 0.08mm 통과량은 KS 규격은 만족하지만 큰 조립률과 거의 단일 입자로 구성된 입도 분포를 가지고 있기 때문에 RS와 비교하여 밀실하게 채워지지 못할 가능성이 있으며, 이에 따른 내부 공극 또는 갇힌 공기가 증가될 것으로 예측된다.
- 3절의 밀도가 증가되는 원인에 기인하여 분쇄 가공처리 과정에서 조립률이 작아짐과 동시에 표면 요철의 감소 및 침상형 비결정 유리가 같이 파쇄되었기 때문인 것으로 판단된다. FS-M의 흡수율은 FS 와 동일한 수준으로 나타났으며 RS와 비교하여 약 20%작아지는 경향이 나타났다. 이러한 결과는 FS 및 FS-M 자체가 용융슬래그를 급냉시켜 제조된 것이기 때문에 표면 조직이 유리질로 매끄럽고 보수성이 떨어져 흡수율이 낮아 진 것으로 판단된다.
- 56%로 나타났다. FS의 0.08mm 체 통과량은 RS와 비교하여 약 65% 적은 경향이 나타났으며, 이러한 결과는 3.2절의 결과와 같이 FS는 입도가 좋지 않고 조립률이 크며 0.15mm 이하의 미립분은 거의 없는 것으로 나타났기 때문인 것으로 판단된다. FS-M의 경우 FS와 비교하여 0.
- 61kg/L 로 나타났다. FS의 단위용적질량은 RS와비교하여 약 15% 작은 경향인 것으로 나타났으며, KS F 2544에서 규정한 단위용적질량 하한치 1.45kg/L 이하인 것으로 나타났다. 이러한 결과는 FS의 경우 3.
- 04% 로 나타났다. FS의 실적률은 RS와 비교하여 약 18.9% 작은 것으로 나타났으며, KS F 2544에서 규정한 실적률 하한치 53% 이하인 것으로 나타났다. 이러한 결과는 선행분석한 단위용적질량의 결과와 동일한 원인에 기인한 것으로 판단되며, 이와 같은 결과에 의하여 공극률의 경우 동일한 결과가 나타날 것으로 예측된다.
- 45로 나타났다. FS의 조립률은 RS와 비교하여 0.6mm 이상의 큰 입자가 많아 약 20% 큰 경향이 나타났으며, 일반적인 잔골재의 조립률 범위에서 다소 큰 편에 만족하는 것으로 나타났다. 일반적으로 조립률이 큰 경우는 미립분 또는 잔입자보다 굵은 입자를 대체적으로 많이 포함한 경우이므로 조립률의 영향을 고려할 때 FS를 콘크리트용 잔골재로 사용할 경우 RS를 사용한 경우와 비교하여 유동성 및 작업성 등이 증가할 것으로 예측되며, 소요 유동성을 확보하는데 있어서 단위수량 감소 및 혼화제 사용량이 감소 할 것으로 예측된다.
- 29%로 나타났다. FS의 흡수율은 평균 흡수율 값을 나타낸 것이지만 편차가 RS 및 FS-M과 비교하여 큰 경향이 있는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 FS의 경우 3.
- 또한 FS 및 FS-M의 0.08mm 통과량은 모두 KS F 2544 “콘크리트용 고로 슬래그 골재”에서 규정되어 있지 않지만 KS F 2527 “콘크 리트용 부순 골재”에서 규정한 7% 이하를 만족하는 것으로 나타났다.
- 이러한 결과는 FS 및 FS-M 자체가 용융슬래그를 급냉시켜 제조된 것이기 때문에 표면 조직이 유리질로 매끄럽고 보수성이 떨어져 흡수율이 낮아 진 것으로 판단된다. 또한 FS 및 FS-M의 흡수율은 KS F 2544에서 규정한 흡수율 상한값 3.5% 이하를 모두 만족하는 것으로 나타났다.
- 또한 FS-M의 실적률의 경우에는 KS F 2544에서 규정한 최소 실적률 이상으로 나타났으며, 이러한 결과는 선행분석한 결과와 동일한 원인에 기인한 것으로 판단된다. 이같은 결과를 통하여 FS를 콘크리트용 잔골재로 사용하기 위해서는 단위용적질량의 결과와 마찬가지로 FS-M과 같이 가공처리를 실시하거나 입도보정이 가능한 다른 잔골재와 혼합하여 실적률을 증가시킨 다음 사용하여야 할 것으로 판단된다.
- 1) FS의 입형은 요철이 많아 각이진 형태이며, 표면조직은 기공을 포함하는 경우가 있어 치밀하지 못하지만 대부분 매끄러운 상태로 되어있음을 알 수 있었으며, 일부 침상형 비결정질 유리를 포함하는 것으로 나타났다. 또한 가공 처리를 실시한 FS-M의 경우 각진 부분 및 요철이 상당부분 제거되었으며, 침상형 비결정질 유리의 경우 대부분 제거된 것으로 나타났다.
- 이러한 결과를 통하여 FS를 콘크리트용 잔골재로 사용 하는 경우 흡수율에 따른 소요 단위수량 산정시 품질변동이 예상되므로 충분한 시험을 통하는 등의 주의가 필요할 것으로 판단되며, FS-M과 같이 가공처리를 하여 사용하는 경우에는 RS보다 소요 단위수량 감소, 유동성 향상 등의 효과가 다소 있을 것으로 예측된다.
- 이상의 결과를 통하여 파이넥스 슬래그 잔골재를 콘크리트용 잔골재로 활용하고자 할 경우 파이넥스 슬래그를 단독사용 한 경우라도 일반 잔골재와 유사한 콘크리트 품질을 얻을 수 있을 것으로 예측되지만 입도분포, 단위용적 질량 및 실적률을 고려할 때 보정이 가능한 다른 잔골재와 혼합하여 사용하는 것이 콘크리트 품질향상에 보다 효과적일 것으로 판단된다.
후속연구
- 5) FS의 단위용적질량 및 실적률은 KS 규격을 만족하지 못하므로 FS-M과 같이 가공처리를 실시하여 사용하거나 입도보정이 가능한 다른 잔골재와 혼합하여 단위용적질량 및 실적률을 증가시킨 다음 사용하여야 할 것으로 판단된다.
- 또한 FS-M의 경우 미립분량이 상당히 증가하였으므로 고로슬래그 미분말과 같은 잠재수경성에 의한 강도 증진 효과를 기대해 볼 수 있을 것으로 예측된다.4)
- 또한 FS-M의 실적률의 경우에는 KS F 2544에서 규정한 최소 실적률 이상으로 나타났으며, 이러한 결과는 선행분석한 결과와 동일한 원인에 기인한 것으로 판단된다. 이같은 결과를 통하여 FS를 콘크리트용 잔골재로 사용하기 위해서는 단위용적질량의 결과와 마찬가지로 FS-M과 같이 가공처리를 실시하거나 입도보정이 가능한 다른 잔골재와 혼합하여 실적률을 증가시킨 다음 사용하여야 할 것으로 판단된다.
- 06mm 이상의 큰 입자가 줄고 조립률이 약 21% 감소되는 등 좋은 입도가 되어 보다 밀실하게 채워질 수 있기 때문에 단위용적질량이 증가한 것으로 판단된다. 이러한 결과를 통하여 FS는 KS F 2544에서 규정한 단위용적질량의 최소 하한치를 만족하지 못하므로 이를 콘크리트용 잔골재로 사용하기 위해서는 FS-M과 같이 가공처리를 실시하거나 입도보정이 가능한 다른 잔골재와 혼합하여 단위용적질량을 증가시킨 다음 사용하여야 할 것으로 판단된다.
- 2mm 범위에 만족하는 것으로 나타났다. 이러한 결과를 통하여 FS를 콘크리트용 잔골재로 사용할 경우 조립률이 크고 미립분 및 작은 입자량이 적은 경향이 있기 때문에 치밀한 콘크리트를 제조하고 안정적인 품질을 확보하는데 있어 다소 불리한 조건이 될 수 있으므로 KS 기준범위에 만족하지만 표준범위 내에서 FS-M과 같이 크고 작은 입자의 고른 분포로 가공처리 및 입도조정을 실시하거나 Table 3과 같이 입도 조절이 가능한 다른 잔골재를 혼합하여 사용하는 것이 바람직 할 것으로 판단된다.
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