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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 플라이애시 콘크리트의 경제성 확보 및 장기 강도의 안정성을 위하여 플라이애시를 시멘트 질량의 30 %까지 대체하고 이때 칼슘설포알루미네이트(Calcium Sulfoaluminate 이하, CSA)를 사용하였을 경우 초기강도 개선에 관한 효과를 검증하고, 적정량의 배합비율을 제시하고자 한다.
제안 방법
- 플라이애시를 시멘트 질량의 30 %까지 대체하고 초기 강도 개선을 위하여 CSA를 사용한 콘크리트를 대상으로 경화 전후의 콘크리트를 대상으로 특성실험을 수행하였다.
- 굳지않은 콘크리트는 콘크리트의 공기량, 슬럼프, 응결시간을 측정하여 배합비율에 따른 특성을 비교하였다. 굳은 콘크리트는 재령 3일, 7일, 28일, 91일의 압축강도를 측정하여 강도 변화를 분석하였다. 압축강도 측정값과 공극, 그리고 수화초기 발생하여 강도개선에 효과적으로 작용하는 에트링가이트 발생량과의 상관성을 분석하였다.
- 굳은 콘크리트는 재령 3일, 7일, 28일, 91일의 압축강도를 측정하여 강도 변화를 분석하였다. 압축강도 측정값과 공극, 그리고 수화초기 발생하여 강도개선에 효과적으로 작용하는 에트링가이트 발생량과의 상관성을 분석하였다.
- 콘크리트 배합 기준은 단위시멘트량 300 kg/m3 , 400 kg/ m3을 기준으로 하였으며, 페이스트 및 모르타르와 동일하게 플라이애시와 CSA를 혼입하였으며, 기준배합의 슬럼프는 150 mm, 공기량은 4,5 ± 5 %로 설계하여 시험체를 제작하였다. 잔골재, 굵은 골재, 물의 모든 배합이 동일하다(Table 1).
- 콘크리트 비빔직후의 시간 경과에 따른 블리딩양 변화를 관찰하기 위하여 내경 200 mm, 높이 600 mm의 PVC 원형통에 콘크리트 침하깊이를 지속적으로 관찰할 수 있는 정밀도 0.01 mm, 측정 깊이 50 mm의 다이얼 게이지를 부착하여 비빔 직후부터 비빔 후 20시간까지의 침하깊이를 측정하여 블리딩양을 계산하였다(Fig. 1).
- 본 실험에서는 시멘트만을 사용한 배합의 공기량을 4.5 ±2.0 %으로 설정하고 플라이애시 및 CSA의 대체에 따른 공기량 차이를 관찰하기 위하여 동일한 양의 AE제를 첨가하고 이때의 공기량 변동을 관찰하였다.
- 본 실험에서는 경화체의 공극 특성을 분석함에 있어 골재에 의한 계면의 크랙이나 공극의 분포 때문에 발생할 수 있는 측정의 불균일을 최소화하기 위하여 분체에 의한 시료를 제작하였고 동일배합의 모르타르 및 콘크리트공시체와 강도를 비교하였다.
- 굳지않은 콘크리트는 콘크리트의 공기량, 슬럼프, 응결시간을 측정하여 배합비율에 따른 특성을 비교하였다. 굳은 콘크리트는 재령 3일, 7일, 28일, 91일의 압축강도를 측정하여 강도 변화를 분석하였다.
대상 데이터
- 실험에 사용한 굵은 골재는 최대치수 25 mm의 쇄석 골재로서, 표면의 미분을 세척하고 표면건조 내부포화상태로 조정하여 사용하였다. 잔골재는 밀도가 2.
- 실험에 사용한 굵은 골재는 최대치수 25 mm의 쇄석 골재로서, 표면의 미분을 세척하고 표면건조 내부포화상태로 조정하여 사용하였다. 잔골재는 밀도가 2.46 g/m3인 인천산 세척해사를 사용하였다.
- 플라이애시를 사용한 콘크리트의 내구성과 품질을 향상시키기 위하여 본 실험에서는 계면활성제를 주재료로 한 AE제를 사용하였다.
이론/모형
- 공기량 측정은 KS F 2421(굳지않은 콘크리트의 압력법에 의한 공기함유량 시험방법)에 따라 워싱턴형 공기량 측정기를 사용하여 측정하였다.
- KS F 2402의 방법에 따라 슬럼프 콘(밑면내경 200 mm, 윗면내경 100 mm, 높이 300 mm)에 KS F 2401(아직 굳지않은 콘크리트의 시료채취 방법)에 따라 채취한 시료의 콘크리트 슬럼프를 측정하였으며, 모르타르의 유동성은 KS L 5111(시멘트 시험용 플로 테이블)을 사용하여 15초간 25회의 낙하시 흐름치를 측정하였다.
- 플라이애시를 사용한 콘크리트의 응결·경화성능을 판단하기 위하여 KS F 2436(관입저항침에 의한 콘크리트 응결시간 시험방법)에 의하여 콘크리트 응결·경화 실험을 실시하였다.
- 실험체의 수는 배합요인별로 각기 5개씩 제작하고 평균값을 기록하였다. 압축강도 측정은 KS F 2405 (콘크리트의 압축강도 시험방법)에 따라 만능재료시험기를 사용, 매초 0.15~0.35 MPa의 재하속도로 3일, 7일, 28일, 91일 재령에서 실시하였다.
- 모르타르의 압축강도는 KS L 5105(수경성 시멘트 모르타르의 압축강도 시험방법)에 따라 시험체를 제작하고 23 ± 1 ℃에서 수중양생한 후, 재령 3일, 7일, 28일에서 압축강도 시험을 실시하였다.
성능/효과
- 1) 플라이애시 및 CSA 대체에 따른 공기량의 변동은 없으며 슬럼프는 구형의입자로 인하여 약간 높아지는 것으로 나타났다. 또한 플라이애시만을 사용할 경우 초결 및 종결 시간이 시멘트만을 사용한 배합보다 지연되지만 CSA를 첨가할수록 응결시간은 단축되는 현상이 나타났다.
- 1) 플라이애시 및 CSA 대체에 따른 공기량의 변동은 없으며 슬럼프는 구형의입자로 인하여 약간 높아지는 것으로 나타났다. 또한 플라이애시만을 사용할 경우 초결 및 종결 시간이 시멘트만을 사용한 배합보다 지연되지만 CSA를 첨가할수록 응결시간은 단축되는 현상이 나타났다.
- 2) 콘크리트 압축강도 측정결과 단위시멘트량 300 kg/m3에서 플라이애시를 30 % 대체하고 CSA를 8 % 대체할 경우 재령 3일 압축강도는 12.3 MPa로 플라이애시만을 사용한 배합에 비하여 약 30 %의 강도 증진 효과가 있는 것으로 나타났으며, 플라이애시 10 %만을 사용한 배합의 92 %까지 강도가 접근하는 것으로 나타났다. 단위 시멘트량 400 kg/m3배합은 16 %의 동일 대체량에서 약 16 %의 강도 증진 효과가 있었으며, 플라이애시 10 % 배합과 비교하였을 경우 95 % 수준까지 압축강도가 접근하는 것으로 나타났다.
- 3 MPa로 플라이애시만을 사용한 배합에 비하여 약 30 %의 강도 증진 효과가 있는 것으로 나타났으며, 플라이애시 10 %만을 사용한 배합의 92 %까지 강도가 접근하는 것으로 나타났다. 단위 시멘트량 400 kg/m3배합은 16 %의 동일 대체량에서 약 16 %의 강도 증진 효과가 있었으며, 플라이애시 10 % 배합과 비교하였을 경우 95 % 수준까지 압축강도가 접근하는 것으로 나타났다.
- 3) 압축강도에 영향을 주는 유효공극량과 압축강도의 상관성을 분석한 결과 공극량이 증가할수록 압축강도는 낮아지는 것으로 나타났다. 이는 CSA를 첨가함으로써 초기에 에트링가이트의 생성량이 증가하고 강도에 영향을 주는 모세관공극을 채움으로 인하여 강도가 개선된 것으로 판단된다.
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