본 연구는 실험계획법을 통하여 과산화수소로 발포된 석고 혼입 경량기포콘크리트로 통계적 분석을 실시하였다. 본 실험에서는 경량기포콘크리트를 구성하는 각 재료의 혼합비율을 실험인자로 설정하고, 실험을 통해 얻어진 반응변수에 대한 통계적 분석으로 역학적 특성을 평가 하였다. 실험인자는 석고혼입율, 물결합재비 및 발포제첨가비 이며, 반응변수는 겉보기밀도, 압축강도, 휨강도이다. 경량기포콘크리트의 배합은 반응표면설계의 Box-Behnken (B-B)계획법에 의해 총 15회의 실험점을 설정하였다. 본 연구결과 다음과 같은 결론을 얻었다. 반응변수에 대한 각 설명인자 (석고혼입율, 물결합재비, 발포제첨가비)의 유의확률값은 유의수준${\alpha}$=0.05에서 유의한 것으로 추정되었다. 경량기포콘크리트의 겉보기밀도에 대한 반응표면 분석 결과, 물결합재비 와 발포제첨가비만 유의 (${\alpha}$=0.05)한 것으로 추정되었으며, 겉보기밀도와 기포량 및 함수율과의 관계는 반비례함을 확인 알 수 있었다. 경량기포콘크리트의 압축강도에 대한 반응표면 분석 결과, 물결합재비, 발포제첨가비 및 발포제첨가비의 제곱항이 유의 (${\alpha}$=0.05)한 것으로 추정되었다. 경량기포콘크리트의 휨강도에 대한 반응표면 분석 결과, 물결합재비 와 발포제첨가비만 유의 (${\alpha}$=0.05)한 것으로 추정되었다. 다중 반응 최적법을 통해 반응변수들의 목표값을 만족하는 최적조건 영역을 확인할 수 있었다.
본 연구는 실험계획법을 통하여 과산화수소로 발포된 석고 혼입 경량기포콘크리트로 통계적 분석을 실시하였다. 본 실험에서는 경량기포콘크리트를 구성하는 각 재료의 혼합비율을 실험인자로 설정하고, 실험을 통해 얻어진 반응변수에 대한 통계적 분석으로 역학적 특성을 평가 하였다. 실험인자는 석고혼입율, 물결합재비 및 발포제첨가비 이며, 반응변수는 겉보기밀도, 압축강도, 휨강도이다. 경량기포콘크리트의 배합은 반응표면설계의 Box-Behnken (B-B)계획법에 의해 총 15회의 실험점을 설정하였다. 본 연구결과 다음과 같은 결론을 얻었다. 반응변수에 대한 각 설명인자 (석고혼입율, 물결합재비, 발포제첨가비)의 유의확률값은 유의수준 ${\alpha}$=0.05에서 유의한 것으로 추정되었다. 경량기포콘크리트의 겉보기밀도에 대한 반응표면 분석 결과, 물결합재비 와 발포제첨가비만 유의 (${\alpha}$=0.05)한 것으로 추정되었으며, 겉보기밀도와 기포량 및 함수율과의 관계는 반비례함을 확인 알 수 있었다. 경량기포콘크리트의 압축강도에 대한 반응표면 분석 결과, 물결합재비, 발포제첨가비 및 발포제첨가비의 제곱항이 유의 (${\alpha}$=0.05)한 것으로 추정되었다. 경량기포콘크리트의 휨강도에 대한 반응표면 분석 결과, 물결합재비 와 발포제첨가비만 유의 (${\alpha}$=0.05)한 것으로 추정되었다. 다중 반응 최적법을 통해 반응변수들의 목표값을 만족하는 최적조건 영역을 확인할 수 있었다.
This research was performed through the experimental design to get the statistical analysis on foamed concrete mixed plaster with hydrogen peroxide. In this experiment, we set the ratio of each material, which part of lightweight concrete, as experimental factors and evaluated on the mechanical prop...
This research was performed through the experimental design to get the statistical analysis on foamed concrete mixed plaster with hydrogen peroxide. In this experiment, we set the ratio of each material, which part of lightweight concrete, as experimental factors and evaluated on the mechanical properties by statistical analysis for response variables obtained from experiments. Experimental factors are plaster replacement, water binder ratio, and hydrogen peroxide ratio. Response variables are dry density, compressive strength, and flexural strength. Mixing design of the foamed concrete set up a total of 15 experimental points by Box-Behnken (BB) method of the response surface analysis. Thus, the results of a study were summarized as follows. Values of the probability in experimental factors (plaster replacement, water binder ratio and hydrogen peroxide ratio) on the response variables were estimated to be significant at the 95% of confidence limit. On response surface analysis for dry density of foamed concrete, water binder ratio and hydrogen peroxide ratio were estimated to be significant (${\alpha}$ = 0.05), and the relationship between the amount of void and the water content for dry density is inverse proportional. On response surface analysis for the compressive strength of foamed concrete, water binder ratio, hydrogen peroxide ratio and (hydrogen peroxide ratio)$^2$ was estimated to be significant (${\alpha}$ = 0.05). On response surface analysis for the flexural strength of foamed concrete, water binder ratio, hydrogen peroxide ratio was estimated to be significant (${\alpha}$ = 0.05). Through multi response surface analysis, we found the optimal area that meets performance goals.
This research was performed through the experimental design to get the statistical analysis on foamed concrete mixed plaster with hydrogen peroxide. In this experiment, we set the ratio of each material, which part of lightweight concrete, as experimental factors and evaluated on the mechanical properties by statistical analysis for response variables obtained from experiments. Experimental factors are plaster replacement, water binder ratio, and hydrogen peroxide ratio. Response variables are dry density, compressive strength, and flexural strength. Mixing design of the foamed concrete set up a total of 15 experimental points by Box-Behnken (BB) method of the response surface analysis. Thus, the results of a study were summarized as follows. Values of the probability in experimental factors (plaster replacement, water binder ratio and hydrogen peroxide ratio) on the response variables were estimated to be significant at the 95% of confidence limit. On response surface analysis for dry density of foamed concrete, water binder ratio and hydrogen peroxide ratio were estimated to be significant (${\alpha}$ = 0.05), and the relationship between the amount of void and the water content for dry density is inverse proportional. On response surface analysis for the compressive strength of foamed concrete, water binder ratio, hydrogen peroxide ratio and (hydrogen peroxide ratio)$^2$ was estimated to be significant (${\alpha}$ = 0.05). On response surface analysis for the flexural strength of foamed concrete, water binder ratio, hydrogen peroxide ratio was estimated to be significant (${\alpha}$ = 0.05). Through multi response surface analysis, we found the optimal area that meets performance goals.
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제안 방법
시험체 제작은 시멘트와 도자기 형재용 석고를 함께 넣어 1분간 건비빔하고, 배합수를 투입하고 2분간 비빈 뒤 발포제를 투입하여 1분간 혼합한 후에 몰드에 타설하였다. 몰드 속에서 발포 팽창하는 윗부분의 콘크리트는 타설 24시간 경과 후 깎아서 윗면을 평평하게 하였다. 재령은 콘크리트 2차 제품 생산 시 경제성을 고려하여 3일로 하였다.
본 실험에서는 기포콘크리트를 구성하는 각 재료의 혼합 비율을 실험인자로 설정하여 실험을 통해 얻어진 반응변수를 바탕으로 역학적 특성에 미치는 영향을 평가 하였다. 실험인자는 석고혼입율, 물결합재비, 발포제첨가비이며, 인자 및 수준은 Table 1과 같다.
시험체 제작은 시멘트와 도자기 형재용 석고를 함께 넣어 1분간 건비빔하고, 배합수를 투입하고 2분간 비빈 뒤 발포제를 투입하여 1분간 혼합한 후에 몰드에 타설하였다. 몰드 속에서 발포 팽창하는 윗부분의 콘크리트는 타설 24시간 경과 후 깎아서 윗면을 평평하게 하였다.
실험계획법 중 반응표면분석을 이용하여, 도자기 형재용 석고 혼입 슬러리를 과산화수소로 발포한 후 상압 양생한 기포콘크리트의 그 역학적 특성에 관한 연구 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
콘크리트학회 (2009-12)기 발표논문은 기존의 알루미늄 분말로 발포한 고온고압양생법에 비해 경제성을 고려하여 과산화수소를 이용한 상온 양생법을 개발하기 위한 실험논문이며, 건축학회 (2010-07)기 발표논문은 과산화수소를 발포제로 사용하면서 플라이애시를 시멘트 대체재로 활용 및 경제성 확보를 목표로 한 실험논문입니다. 이번 후속연구는 응결시간을 단축시키고, 몰드 탈형 시 공시체의 단면파손 방지를 위하여 도자기형재용 석고를 사용하였으며, 2차 제품 생산 시의 경제성 확보를 목표로 한 실험논문입니다.
몰드 속에서 발포 팽창하는 윗부분의 콘크리트는 타설 24시간 경과 후 깎아서 윗면을 평평하게 하였다. 재령은 콘크리트 2차 제품 생산 시 경제성을 고려하여 3일로 하였다.
대상 데이터
경량기포콘크리트는 기포의 도입이 가스나 공기에 의해 이루어짐으로 가스콘크리트 (gas concrete, aerated concrete)라고도 하며, 발포제를 사용한다는 점에서 발포콘크리트 (foamed concrete)라고도 한다 (Andrew, 1978). 본 연구에서는 발포제로 과산화수소를 슬러리 중에 첨가해 혼합하는 과정에서 기포를 발생시키는 기포콘크리트를 대상으로 하며, 발포의 원리는 과산화수소와 산화제 (표백분)등과 반응하여 산소기체를 발생 시키는 것으로 그 반응식은 식 (1)과 같다.
이 실험에서 사용된 각 재료의 물리적 특성은 Table 2와 같다. 시멘트는 KS L 5201의 규정을 만족하는 1종 보통포틀랜드 시멘트를 사용하였고, 과산화수소는 KS M 1112를 만족하는 공업용 과산화수소를 사용하였다. 혼화재료는 도자기 형재용 석고를 사용하였다.
본 실험에서는 기포콘크리트를 구성하는 각 재료의 혼합 비율을 실험인자로 설정하여 실험을 통해 얻어진 반응변수를 바탕으로 역학적 특성에 미치는 영향을 평가 하였다. 실험인자는 석고혼입율, 물결합재비, 발포제첨가비이며, 인자 및 수준은 Table 1과 같다.
시멘트는 KS L 5201의 규정을 만족하는 1종 보통포틀랜드 시멘트를 사용하였고, 과산화수소는 KS M 1112를 만족하는 공업용 과산화수소를 사용하였다. 혼화재료는 도자기 형재용 석고를 사용하였다.
성능/효과
(1) 발포한 도자기 형재용 석고 혼입 기포콘크리트의 반응표면 분석 결과, 측정항목에 대한 각 실험인자 (석고혼입율, 물결합재비, 발포제첨가비)의 유의확률은 신뢰한계 95% (유의수준 α=0.05)에서 유의한 것으로 추정되었다.
(2) 겉보기밀도에 대한 반응표면 분석 결과, 물결합재비와 발포제첨가비만 유의한 것으로 추정되었으며, 기포 혼입량 증가에 따라 기포콘크리트 내 공극도 증가하기 때문에 발포제첨가비와 겉보기밀도는 반비례 관계임을 확인 할 수 있었다.
(3) 압축강도에 대한 반응표면 분석 결과, 물결합재비, 발포제첨가비 및 발포제첨가비의 제곱항이 유의한 것으로 추정되었으며, 시멘트 수화물로서 대표적인 강도 이론인 물-시멘트비 및 겔-공극비 이론과 일치함을 알 수 있었다.
(4) 휨강도에 대한 반응표면 분석 결과, 물결합재비와 발포제첨가비만 유의한 것으로 확인 할 수 있었다.
(5) 주효과도를 통해 각 반응변수 (겉보기밀도, 압축강도, 휨강도)에 영향을 미치는 가장 유의한 인자는 발포제첨가비임을 확인할 수 있었다.
(6) 다중 반응 최적법을 통해 반응변수들의 목표값을 만족하는 면 (面)인 최적조건 영역은 석고혼입율 0%, 5%, 10%에서 각각 목표성능을 만족하는 범위가 보이지만, 석고혼입율 10%일 때 목표성능을 만족하는 그 범위가 가장 넓음을 확인할 수 있었다.
다중회귀분석의 해석 결과, 유의확률값 (p-value)은 신뢰한계 95% (유의수준 α=0.05)에서 모두 유의함을 알 수 있었다.
잔차 대 데이터 순서의 그래프는 특별한 패턴을 가지고 있지 않으므로 실험이 랜덤하게 진행되었다고 볼 수 있다. 이상을 종합적으로 판단할 때 본 연구의 실험결과는 적합한 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
경량콘크리트는 일반적으로 콘크리트를 경량화하는 방법에 따라 어떻게 나뉘는가?
경량콘크리트는 일반적으로 콘크리트를 경량화 하는 방법에 따라 다공질의 경량 골재를 사용하는 경량골재콘크리트와 시멘트페이스트나 모르터에 기포를 연행시켜 단위용적잘량을 감소시키는 경량기포콘크리트, 그리고 잔골재를 사용하지 않은 굵은 골재만을 사용해 콘크리트 내부에 공극을 형성시키는 무잔골재 콘크리트로 나뉜다 (Oh, 2002; Korea Concrete Institute, 1995). 그 중 경량기포콘크리트란 시멘트 또는 석 회에 모래나 혼화재료 등을 넣어 물과 혼합한 슬러리에 다량의 기포를 도입함으로서 콘크리트 내부에 작고 미세한 기포를 형성시켜 경화시킨 다공질의 재료로 동일한 용적의 일반 콘크리트보다 가볍게 만든 콘크리트를 말한다 (Go, 2002).
실험계획법을 통하여 과산화수소로 발포된 석고 혼입 경량기포콘크리트로 통계적 분석을 실시한 본 연구의 사용재료는?
이 실험에서 사용된 각 재료의 물리적 특성은 Table 2와 같다. 시멘트는 KS L 5201의 규정을 만족하는 1종 보통포틀랜드 시멘트를 사용하였고, 과산화수소는 KS M 1112를 만족하는 공업용 과산화수소를 사용하였다. 혼화재료는 도자기 형재용 석고를 사용하였다.
경량기포콘크리트란 무엇인가?
경량콘크리트는 일반적으로 콘크리트를 경량화 하는 방법에 따라 다공질의 경량 골재를 사용하는 경량골재콘크리트와 시멘트페이스트나 모르터에 기포를 연행시켜 단위용적잘량을 감소시키는 경량기포콘크리트, 그리고 잔골재를 사용하지 않은 굵은 골재만을 사용해 콘크리트 내부에 공극을 형성시키는 무잔골재 콘크리트로 나뉜다 (Oh, 2002; Korea Concrete Institute, 1995). 그 중 경량기포콘크리트란 시멘트 또는 석 회에 모래나 혼화재료 등을 넣어 물과 혼합한 슬러리에 다량의 기포를 도입함으로서 콘크리트 내부에 작고 미세한 기포를 형성시켜 경화시킨 다공질의 재료로 동일한 용적의 일반 콘크리트보다 가볍게 만든 콘크리트를 말한다 (Go, 2002). 경량기포콘크리트는 기포의 도입이 가스나 공기에 의해 이루어짐으로 가스콘크리트 (gas concrete, aerated concrete)라고도 하며, 발포제를 사용한다는 점에서 발포콘크리트 (foamed concrete)라고도 한다 (Andrew, 1978).
참고문헌 (9)
Andrew Short, William Kinniburgh, Lightweight Concrete, 1978.
Go, Y. S., "An Experimental Study on the Properties of Foamed Concrete within Fly-Ash", Master's Thesis, Graduate School of Konkuk University, 2002 (in Korean).
Goldbaum, J. E., Hook, W. and Clem, D. A., Modification of Bridges with CLSM, Concrete Intternational, 1988.
Korea Concrete Institute, New Concrete Engineering, 1995 (in Korean).
Lee, S. A., Jung, C. W., Kim, J. K., Ahn, J. H., "Optimized Mixing Design of Lightweight Aerated Concrete by Response Surface Analysis", Journal of the Korea Concrete Institute, Vol. 21, No. 6, 2009, pp.745-752 (in Korean).
Lee, S. A., Kim, H. J., Kim, J. K., "A Study on Specific Strength Properties of Aerated Concrete with Fly Ash Using Response Surface Analysis", Journal of Architectural institute of Korea, Vol. 26, No. 7, 2010, pp.101-109.
Malhotra, V. M. et al., Mechanical Properties of Concrete Incorporating Hign Volumes of Fly Ash from Sources in the U.S., ACI Materials Journal, Vol. 90, No. 6, 1993.
Oh, S, C., "A Study on the Properties of Foamed Concrete with Admixtures", Doctoral Thesis, Graduate School of Konkuk University, 2002 (in Korean).
Park, S. H., Modern Design of Experiments, Minyoungsa, Seoul, 2006 (in Korean).
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