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문제 정의
- 본 연구에서는 다양한 강도수준별로 고로슬래그 미분말 치환율 특성을 알아보기 위해 물-결합재비를 변화시켜 배합 및 실험을 실시하였다. 물리적 특성을 파악하기 위해 28일 압축강도를 측정하였으며, 단열상태에서의 콘크리트 수화발열특성을 파악하기 위해 단열온도 상승시험을 실시하였다.
- 또한, 콘크리트 시방서에서 제시하고 있는 단열온도 상승 추정식에 사용되는 계수를 산정하였다. 이를 통해 결합재의 고로슬래그 미분말 치환에 따른 발열 특성에 대한 기초자료를 제공하고자 한다.
제안 방법
- 고로슬래그 미분말 치환율에 따른 수화특성을 알아보기 위해 단열온도 상승시험을 실시하였다. 일본 Tokyo Rico 사 ATR-120HA 장비를 사용하였으며 1회 시험시 50L 용량을 배합하여 실험 용기에 넣은 후 1분 간격으로 온도를 측정하였다.
- 고로슬래그 미분말 치환율에 따른 영향을 파악하기 위해 물-결합재비를 각각 28일 강도 기준으로 수준별 30, 40, 50MPa 수준의 배합을 위해 0.35, 0.45 0.55 3종류로 하였으며, 치환율은 국토해양부 고시에 「레미콘, 아스콘 품질관리 지침」에 고로슬래그 미분말 치환율을 50%이하로 제한하고 있으며, 이에 따른 다양한 치환율에 대한 영향 검토를 위해 0, 15, 30, 45%로 하여 배합을 진행하였다. 실험에 사용한 배합표는 Table 3에 정리하였다.
- 물리적 특성을 파악하기 위해 28일 압축강도를 측정하였으며, 단열상태에서의 콘크리트 수화발열특성을 파악하기 위해 단열온도 상승시험을 실시하였다. 또한, 콘크리트 시방서에서 제시하고 있는 단열온도 상승 추정식에 사용되는 계수를 산정하였다. 이를 통해 결합재의 고로슬래그 미분말 치환에 따른 발열 특성에 대한 기초자료를 제공하고자 한다.
- 본 연구에서는 다양한 강도수준별로 고로슬래그 미분말 치환율 특성을 알아보기 위해 물-결합재비를 변화시켜 배합 및 실험을 실시하였다. 물리적 특성을 파악하기 위해 28일 압축강도를 측정하였으며, 단열상태에서의 콘크리트 수화발열특성을 파악하기 위해 단열온도 상승시험을 실시하였다. 또한, 콘크리트 시방서에서 제시하고 있는 단열온도 상승 추정식에 사용되는 계수를 산정하였다.
- 본 연구에서는 실험결과를 토대로 고로슬래그 미분말치환율에 따라 콘크리트 표준시방서에서 제시한 식(2)에서의 회귀곡선의 Q∞ 및 r를 산정하기 위해 치환율별 계수 값을 제시하였다.
- 사용된 골재를 규격을 만족하고 있으며, 품질 특성은 Table 2에 나타내었다. 이와 더불어 슬럼프와 공기량를 확보하기 위해 국내 E사의 고성능 AE 감수제를 첨가하였다.
- 고로슬래그 미분말 치환율에 따른 수화특성을 알아보기 위해 단열온도 상승시험을 실시하였다. 일본 Tokyo Rico 사 ATR-120HA 장비를 사용하였으며 1회 시험시 50L 용량을 배합하여 실험 용기에 넣은 후 1분 간격으로 온도를 측정하였다. 배합 후 단열온도상승값이 일정한 수렴구간이 나타낼 때 지속한 후에 시험을 종료하였다.
- 8%로 측정되었다. 현장 적용 및 실내 실험시 작업성에 문제가 없도록 배합을 실시하였다.
대상 데이터
- 본 연구에서는 KS L 5201(포틀랜드 시멘트)을 만족하는 국내 A사의 1종 시멘트와 국내 H사의 고로슬래그 미분말을 결합재로 사용하였다. 사용된 시멘트와 결합재의 물리적 특성 및 화학조성은 Table 1에 정리하였다.
- 잔골재는 밀도가 2.57 g/㎤인 해사와 2.54 g/㎤인 부순모래를 50:50으로 섞어서 사용하였으며, 굵은골재는 최대골재 크기가 25mm이며, 밀도가 2.71 g/㎤인 골재를 사용하였다.
데이터처리
- 3) 콘크리트 시방서에 제시하고 있는 회귀분석식을 통해 최종단열온도 상승값과 상승반응계수를 산정하기 위한 계수값을 제시하였으며, 그 값을 산정하였다. Q∞과 r은 고로슬래그 미분말 치환이 증가할수록 높아지는 것으로 나타났다.
이론/모형
- 압축강도용 원주형 공시체(Φ100×200mm)는 KS F24038)(콘크리트의 강도 시험용 공시체 제작 방법)에 준하여 제작하였으며, 일정한 배합온도를 유지하기 위해 배합전 충분한 배합재료에 대한 전치를 한 후에 실시하였다. 또한, 28일 동안 수중양생을 한 후에 KS F24059)(콘크리트의 압축강도 시험 방법)에 의거하여 실험을 실시하였다.
- 압축강도용 원주형 공시체(Φ100×200mm)는 KS F24038)(콘크리트의 강도 시험용 공시체 제작 방법)에 준하여 제작하였으며, 일정한 배합온도를 유지하기 위해 배합전 충분한 배합재료에 대한 전치를 한 후에 실시하였다.
성능/효과
- 2) 단열온도 상승시험 결과, 시리즈 35에서는 고로슬래그 미분말 치환율에 따라 3~14%, 시리즈 45에서는 2~13%, 시리즈55에서는 2~8%로 최종온도상승량이 감소되었다. 이는 고로슬래그 미분말 치환율이 높아질수록 최종단열온도 상승값은 저하되며, 상승곡선에도 영향을 미치는 것을 확인할 수 있었다.
- 4) 실험결과를 토대로 고로슬래그 미분말 치환은 강도 저감 없이 단열온도저감에 효과가 있으며, 반응계수를 낮출 수 있는 결합재임을 확인하였다.
- 초기수화특성에서는 고로슬래그 미분말이 수화지연효과로 나타나 상승곡선 기울기가 떨어지는 것으로 나타났다. 따라서, 이를 종합해보면 물-결합재비 및 고로슬래그 미분말 치환율이 높아질수록 단열온도 상승 곡선의 기울기 낮아지며, 최종온도상승량도 감소하였다.
- 의 값은 낮아지는 것으로 나타났다. 시리즈 35에서는 치환율에 따라 7~10%, 시리즈 45에서는 5~14%, 시리즈 55에서는 5~12% 낮아지는 것을 확인할 수 있었다. 이는 결합재에 고로슬래그 미분말을 치환하는 경우 단열온도 상승폭이 작아지는 것을 정량적으로 보여주는 결과이다.
- 모든 배합에서 목표강도 수준의 강도결과를 보이고 있다. 시리즈 35와 45의 경우, 치환율이 0~45%로 높아질수록 강도는 5~11%로 감소하는 경향을 나타났으며, 시리즈 55인 경우, 치환율이 높아져도 거의 차이가 없는 것으로 나타났다. 이는 물-결합재비가 낮을수록 절대적인 시멘트 양이 강도발현특성에 영향을 주는 것으로 판단되며, 물-결합재비가 높아지면 충분한 수분공급이 이루어져 치환율이 높아져도 강도영향이 없는 것으로 나타났다.
- 2) 단열온도 상승시험 결과, 시리즈 35에서는 고로슬래그 미분말 치환율에 따라 3~14%, 시리즈 45에서는 2~13%, 시리즈55에서는 2~8%로 최종온도상승량이 감소되었다. 이는 고로슬래그 미분말 치환율이 높아질수록 최종단열온도 상승값은 저하되며, 상승곡선에도 영향을 미치는 것을 확인할 수 있었다.
- 시리즈 35와 45의 경우, 치환율이 0~45%로 높아질수록 강도는 5~11%로 감소하는 경향을 나타났으며, 시리즈 55인 경우, 치환율이 높아져도 거의 차이가 없는 것으로 나타났다. 이는 물-결합재비가 낮을수록 절대적인 시멘트 양이 강도발현특성에 영향을 주는 것으로 판단되며, 물-결합재비가 높아지면 충분한 수분공급이 이루어져 치환율이 높아져도 강도영향이 없는 것으로 나타났다.
- 시리즈 35에서는 고로슬래그 미분말 치환율에 따라 3~14%, 시리즈 45에서는 2~13%, 시리즈55에서는 2~8%로 최종온도상승량이 감소되었다. 초기수화특성에서는 고로슬래그 미분말이 수화지연효과로 나타나 상승곡선 기울기가 떨어지는 것으로 나타났다. 따라서, 이를 종합해보면 물-결합재비 및 고로슬래그 미분말 치환율이 높아질수록 단열온도 상승 곡선의 기울기 낮아지며, 최종온도상승량도 감소하였다.
후속연구
- 5) 추후 다양한 고로슬래그 미분말 치환율 및 결합재에 따른 실험을 통해 적용할 수 있는 단열온도상승식을 제시해야 할 것으로 판단된다. 또한 고로슬래그 미분말의 분말도가 높아질수록 콘크리트 수화반응에 있어 시멘트보다 영향을 줄 수 있으므로 이에 대한 연구가 필요할 것으로 판단된다.
- 5) 추후 다양한 고로슬래그 미분말 치환율 및 결합재에 따른 실험을 통해 적용할 수 있는 단열온도상승식을 제시해야 할 것으로 판단된다. 또한 고로슬래그 미분말의 분말도가 높아질수록 콘크리트 수화반응에 있어 시멘트보다 영향을 줄 수 있으므로 이에 대한 연구가 필요할 것으로 판단된다.
- 시리즈 35와 45의 경우, 치환율이 0~45%로 높아질수록 강도는 5~11%로 감소하는 경향을 나타났으며, 시리즈 55인 경우, 치환율이 높아져도 거의 차이가 없는 것으로 나타났다. 이는 물-결합재비의 영향에 따른 결과로 판단되며 추후 물결합재별에 따라 치환율 선정에 있어 충분한 사전 검토가 필요할 것으로 판단된다.
- 콘크리트 단열온도 상승 반응계수는 수화반응속도와 관련이 있는데, 이는 시멘트와 고로슬래그미분말의 수화반응속도에 기인한다고 판단된다. 추후 초기강도와 구조물의 거푸집 탈형 시기 등에 영향을 미칠 수 있으므로 콘크리트 결합재 선정에 있어 사전에 충분한 검토를 실시해야 할 것으로 판단된다.
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