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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 폐콘크리트 미분말을 시멘트 대체 재료로써 사용하기 위하여 폐콘크리트 미분말 자체의 품질을 검토하고 이를 사용한 페이스트 및 모르타르를 제조하여 적용 가능성을 검토하였다.
- 폐콘크리트 미분말을 시멘트 대체 재료로 사용하기 위하여 페이스트의 특성을 검토하였다. 폐콘크리트 미분말의 사용량은 OPC 사용량에 대하여 부피비로 계산하여 0, 15, 30 및 45%로 치환하여 혼합하였고, 물/분체비를 0.
가설 설정
- 그리고 시료와 스핀들의 접촉면 및 용기 사이즈를 고려한 계수를 적용하여 산출된 shear stress와 shear rate(s-1)의 관계를 선형회귀분석을 하였다. 그리고 페이스트를 빙함유체로 가정하여 점도 및 항복응력을 구하였다. Fig.
제안 방법
- 폐콘크리트 미분말을 혼합한 페이스트의 유동성을 검토하기 위하여 Rheology test를 수행하였다. Rheology test는 실린더형 스핀들을 사용한 Brookfield viscometer를 이용하여 shear rate(s-1)의 변화에 따른 shear stress의 변화량을 측정하여 계산하였다. 여기서 shear rate는 Hysteresis loop area에 의한 측정값의 오차를 피하기 위하여 회전속도를 100, 80, 60, 50, 30, 20, 12 및 5rpm의 하강계단식으로 회전속도를 변화시켜 측정하였다.
- 두 종류의 폐콘크리트 미분말을 사용한 모르타르 시험은 물/분체비 0.55로 고정하였고, OPC부피에 대하여 0, 15, 30 및 45%로 치환하여 유동성, 흡수특성 및 재령별 압축강도 실험을 실시하였다. Table 2는 모르타르 배합을 정리한 것이고, Fig.
- 1 및 2는 Hysteresis loop area와 빙함유체 모델을 정리한 그림이다9-10). 또한, 폐콘크리트 미분말을 혼합한 페이스트의 초결 및 종결시간을 검토 하였다.
- Rheology test는 실린더형 스핀들을 사용한 Brookfield viscometer를 이용하여 shear rate(s-1)의 변화에 따른 shear stress의 변화량을 측정하여 계산하였다. 여기서 shear rate는 Hysteresis loop area에 의한 측정값의 오차를 피하기 위하여 회전속도를 100, 80, 60, 50, 30, 20, 12 및 5rpm의 하강계단식으로 회전속도를 변화시켜 측정하였다. 그리고 시료와 스핀들의 접촉면 및 용기 사이즈를 고려한 계수를 적용하여 산출된 shear stress와 shear rate(s-1)의 관계를 선형회귀분석을 하였다.
- 55로 고정하여 진행하였다. 폐콘크리트 미분말을 혼합한 페이스트의 유동성을 검토하기 위하여 Rheology test를 수행하였다. Rheology test는 실린더형 스핀들을 사용한 Brookfield viscometer를 이용하여 shear rate(s-1)의 변화에 따른 shear stress의 변화량을 측정하여 계산하였다.
- 폐콘크리트 미분말을 시멘트 대체 재료로 사용하기 위하여 페이스트의 특성을 검토하였다. 폐콘크리트 미분말의 사용량은 OPC 사용량에 대하여 부피비로 계산하여 0, 15, 30 및 45%로 치환하여 혼합하였고, 물/분체비를 0.55로 고정하여 진행하였다. 폐콘크리트 미분말을 혼합한 페이스트의 유동성을 검토하기 위하여 Rheology test를 수행하였다.
- 폐콘크리트 미분말의 입도분포는 M 사의 Particle Size Analyzer를 이용하여 분석하였고, 입형은 SEM을 이용하여 검토하였다.
대상 데이터
- OPC 및 WCP의 화학성분 및 물리적 성질은 Table 1과 같다. 또한, 모르타르 제조시 사용한 잔골재는 밀도는 2.60g/cm3인 것을 사용하였다.
- 보통포틀랜드 시멘트(OPC) 및 2종류의 폐콘크리트 미분말(WCP)을 사용하였으며, 각각의 밀도는 3.15, 2.48 및 2.49g/cm3인 것을 사용하였다. OPC 및 WCP의 화학성분 및 물리적 성질은 Table 1과 같다.
데이터처리
- 여기서 shear rate는 Hysteresis loop area에 의한 측정값의 오차를 피하기 위하여 회전속도를 100, 80, 60, 50, 30, 20, 12 및 5rpm의 하강계단식으로 회전속도를 변화시켜 측정하였다. 그리고 시료와 스핀들의 접촉면 및 용기 사이즈를 고려한 계수를 적용하여 산출된 shear stress와 shear rate(s-1)의 관계를 선형회귀분석을 하였다. 그리고 페이스트를 빙함유체로 가정하여 점도 및 항복응력을 구하였다.
- 폐콘크리트 미분말을 사용한 페이스트의 유변학적 특성(점도 및 항복값)은 shear rate(s-1)와 shear stress의 관계를 선형회귀분석을 이용하여 정리하였다. Fig.
성능/효과
- 1) 폐콘크리트 미분말은 시멘트와 비교하여 SiO2 함량이 높으며, 입자 형상은 각진 형상을 나타내고 있었으나 입자 표면에 수화생성물 등이 부착되어 다공성 구조를 나타내었다. 또한 누적통과 입자량이 50%인 경우의 입자직경은 WCP1 및 WCP2 각각 176 및 90㎛로 나타났다.
- 2) 폐콘크리트 미분말을 혼합한 페이스트의 점도는 시멘트만을 사용한 페이스트의 점도와 비교하여 감소하는 경향을 보였다. 즉, 시멘트만을 사용한 페이스트와 비교하여 WCP1을 혼합한 페이스트는 최대 62% 감소하였고, WCP2를 혼합한 페이스트는 50% 감소하였다.
- 3) 폐콘크리트 미분말을 혼합한 모르타르의 플로우는 시멘트만을 사용한 모르타르와 비교하여 플로우 값이 최대 30% 감소하는 경향을 보였다. 또한 폐콘크리트 미분말을 45% 혼합한 경우의 흡수계수는 시멘트만을 사용한 모르타르와 비교하여 70% 증가 하였다.
- 4) 폐콘크리트 미분말의 혼합률이 증가할수록 모르타르의 압축강도는 비례적으로 감소하였다. 즉, 시멘트만을 사용한 모르타르와 비교하여 WCP1을 혼합한 모르타르는 최대 73% 감소하였고 WCP2를 혼합한 모르타르는 최대 64% 감소하였다.
- 13 및 14는 WCP1 및 WCP2를 혼합한 모르타르의 재령별 압축강도를 정리한 것이다. Fig 13 및 14의 결과 WCP의 혼합률이 15, 30 및 45%로 증가함에 따라서 재령별 압축강도는 감소하는 경향을 보이고 있었다. 재령 28일의 경우는 WCP1 및 WCP2의 혼합률이 15%일때 기준 모르타르와 비교하여 각각 28 및 25% 감소하였다.
- 4는 OPC 및 WCP들의 입도분포 곡선을 나타낸 것이다. Fig. 4의 결과 누적통과 입자량이 50%인 경우의 입자직경은 OPC는 14㎛, WCP1은 176㎛ 및 WCP2는 90㎛로 나타났다. 따라서 WCP1 및 WCP2는 OPC와 비교하여 큰 입자 분포로 구성되어 있었다.
- 7 및 8은 WCP1 및 WCP2를 혼합한 페이스트의 점도와 항복응력을 정리한 것이다. Fig. 7 및 8의 결과 WCP1의 혼합률이 15, 30 및 45%로 증가함에 따라서 OPC 만을 사용한 페이스트와 비교하여 점도는 32, 47 및 62% 감소하였다. 그리고 WCP2의 혼합률이 15, 30 및 45%로 증가함에 따라서는 23, 35 및 50% 감소하였다.
- Fig 10의 결과 WCP의 혼합률이 증가함에 따라서 OPC만을 사용한 모르타르와 비교하여 플로우 값이 감소하는 경향을 보이고 있었다. WCP1 및 WCP2를 15% 혼합한 경우 기준 모르타르와 비교하여 각각 16 및 14% 감소하였고, WCP의 혼합률이 45%의 경우는 각각 30 및 28% 감소하였다.
- Fig 9는 WCP의 혼합률에 따른 페이스트의 응결시간을 정리한 것이다. WCP를 혼합한 페이스트의 응결시간은 OPC 만을 사용한 페이스트와 비교하여 초결 시간은 비슷하였으나, 종결시간은 WCP1 및 WCP2를 혼합한 페이스트 모두 2시간 이상 지연되었다. 이러한 원인은 OPC만을 사용한 페이스트와 비교하여 WCP의 혼합률이 증가함에 따라서 수화반응을 촉진시키는 C3A 및 C3S 성분이 감소하여 종결시간이 지연된 것으로 판단된다.
- Fig 11 및 12의 결과 WCP1 및 WCP2의 혼합률이 증가함에 따라서 기준모르타르와 비교하여 흡수계수(sorptivity coefficients)가 증가하는 경향을 보이고 있다13). 기준 모르타의 경우 흡수계수는 8.604로 계산되었고, WCP1의 홉합률이 15, 30 및 45%로 증가함에 따라서 흡수계수는 9.849, 12.502 및 14.769으로 증가하는 경향을 보이고 있었다. WCP2의 혼합률이 15, 30 및 45%로 증가함에 따라서도 흡수계수는 9.
- 즉, WCP에는 수화생성물들이 포함되어 있고, 이러한 수화생성물들로 인하여 WCP는 다공질의 재료의 성격을 보이고 있기 때문인 것으로 판단된다. 따라서 WCP 내부에 존재하고 있던 물이 재령이 경과함에 따라서 외부로 증발되고, WCP를 혼합한 모르타르의 내부에는 모세관 공극이 형성되어 WCP의 혼합률이 증가할수록 흡수계수가 비례적으로 증가한 것으로 판단된다.
- 또한 WCP1 및 WCP2의 혼합률이 45%일 경우에는 73 및 64%의 압축강도가 감소하였다. 따라서 WCP는 무반응성 분체로 판단되며, sorptivity와 압축강도는 반비례관계가 있다는 기존의 연구결과와 유사한 경향을 보였다.
- 함량이 높으며, 입자 형상은 각진 형상을 나타내고 있었으나 입자 표면에 수화생성물 등이 부착되어 다공성 구조를 나타내었다. 또한 누적통과 입자량이 50%인 경우의 입자직경은 WCP1 및 WCP2 각각 176 및 90㎛로 나타났다.
- 3) 폐콘크리트 미분말을 혼합한 모르타르의 플로우는 시멘트만을 사용한 모르타르와 비교하여 플로우 값이 최대 30% 감소하는 경향을 보였다. 또한 폐콘크리트 미분말을 45% 혼합한 경우의 흡수계수는 시멘트만을 사용한 모르타르와 비교하여 70% 증가 하였다.
- 이러한 원인은 WCP2의 경우 WCP1 보다는 작은 입자들로 분포되어 있기 때문으로 판단된다. 또한, WCP1 및 WCP2의 혼합률이 15%의 경우는 OPC만을 사용한 페이스트와 비교하여 항복응력이 각각 0.2 및 5.8% 감소하였다. 그러나 WCP1 및 WCP2의 혼합률이 30 및 45%로 증가함에 따라서 약 24 및 39% 감소하였다.
- 4) 폐콘크리트 미분말의 혼합률이 증가할수록 모르타르의 압축강도는 비례적으로 감소하였다. 즉, 시멘트만을 사용한 모르타르와 비교하여 WCP1을 혼합한 모르타르는 최대 73% 감소하였고 WCP2를 혼합한 모르타르는 최대 64% 감소하였다.
- 2) 폐콘크리트 미분말을 혼합한 페이스트의 점도는 시멘트만을 사용한 페이스트의 점도와 비교하여 감소하는 경향을 보였다. 즉, 시멘트만을 사용한 페이스트와 비교하여 WCP1을 혼합한 페이스트는 최대 62% 감소하였고, WCP2를 혼합한 페이스트는 50% 감소하였다.
후속연구
- 이상의 연구 결과를 통하여 폐콘크리트 미분말의 활용 가능성에 대하여 검토하였고, 현재 일반강도용 콘크리트에 적용하기 위한 연구를 수행중에 있으며, 향후 구조용 콘크리트 제조시 활용할 수 있을 것으로 판단된다.
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