[논문]플라이애시를 대량 활용한 콘크리트 활용 기술

최연왕; 박만석

doi:10.14190/mrcr.2013.8.2.013

플라이애시를 대량 활용한 콘크리트 활용 기술
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문제 정의

그러나, 국내 플라이애시의 경우 제조공장 및 시기 등에 따라 화학성분 및 입도분포 등의 품질변동이 매우 크며, 플라이애시를 대량 사용한 콘크리트의 경우 미연소탄소에 의한 AE제 사용량 증가 및 조기강도 저하 등의 문제점을 가지고 있다. 따라서 본고에서는 온실가스를 저감시키고 플라이애시 재활용률을 증대시키기 위하여 콘크리트 제조시 플라이애시를 시멘트 중량대비 50% 이상 대량 활용한 High Volume Fly Ash(이하, HVFA) 콘크리트 기술을 소개하고자 한다.

제안 방법

국내 HVFA 콘크리트 현장적용 사례는 2008년 국내 S 건설사의 경우 여의도 PARC 1. 신축공사 현장 기초부위에 HVFA 콘크리트를 현장적용하였다. 표 2 및 표 3은 현장 개요 및 HVFA 콘크리트 배합표를 나타낸 것이다.
표 2 및 표 3은 현장 개요 및 HVFA 콘크리트 배합표를 나타낸 것이다. 플라이애시 혼합률은 일반적인 플라이애시 혼합률의 2배인 50%로 하였으며, 플라이애시 혼합률이 높아지면 조기강도 감소 및 탄산화가 촉진되는 등의 문제가 발생되기 때문에 이를 보완하기 위하여 단위수량을 140 kg/m3로 하여 콘크리트 배합을 실시하였다. 현장적용 결과, 단위수량 감소에도 소요의 유동성을 확보한 것으로 나타났으며, 압축강도의 경우 재령 28일에서 설계기준 강도에 상회하는 것으로 나타났다.

성능/효과

이에 따라 시멘트 입자들은 더욱 효과적으로 분산되어 소요 작업성을 얻기 위한 단위수량을 감소시키는 효과가 있다. 둘째, 플라이애시의 구형 모양과 매끄러운 표면은 콘크리트 혼합물에서 상호 입자 마찰을 줄이는데 영향을 미치고 이로 인하여 유동성이 향상되는 효과를 가진다. 셋째, 플라이애시의 입자는 포틀랜드 시멘트와 유사한 1 ~ 45㎛ 크기의 입자를 가지고 있기 때문에 골재 혼합물에 있는 공극을 채우는 우수한 충전재 역할을 한다.
둘째, 플라이애시의 구형 모양과 매끄러운 표면은 콘크리트 혼합물에서 상호 입자 마찰을 줄이는데 영향을 미치고 이로 인하여 유동성이 향상되는 효과를 가진다. 셋째, 플라이애시의 입자는 포틀랜드 시멘트와 유사한 1 ~ 45㎛ 크기의 입자를 가지고 있기 때문에 골재 혼합물에 있는 공극을 채우는 우수한 충전재 역할을 한다.
또한, 2002년 시카고 BAPS(Bochasanwasi Akshar Purushottam Swaminarayan)사원 문화 복합공간과 석조 사원 현장에서는 단위수량을 100 kg/m³까지 감소시킨 배합을 타설하였으며, 현장적용 결과, 낮은 미연소탄분을 가진 고품질의 플라이애시와 고품질의 굵은 골재 및 고효율 고성능감수제의 사용으로 단위수량을 100 kg/m³까지 낮출 수 있다고 보고하였다. 이를 통하여 경제적 측면의 경우 콘크리트 단위 m³당 포틀랜드 시멘트 270 kg을 절약하여 포틀랜드 시멘트 콘크리트 배합과 비교하였을 때, 단위 m³당 10$의 비용을 절감한 것으로 나타났다.
현장적용 결과, 단위수량 감소에도 소요의 유동성을 확보한 것으로 나타났으며, 압축강도의 경우 재령 28일에서 설계기준 강도에 상회하는 것으로 나타났다. 재령 91일 강도는 재령 28일 강도와 비교하여 33% 증가하여 장기강도 증진에도 효과가 있는 것으로 나타났다.
첫째, 플라이애시 입자들은 반대로 대전한 시멘트 입자에 흡착하여 시멘트 입자들 사이에 응집이 일어나지 않도록 한다. 이에 따라 시멘트 입자들은 더욱 효과적으로 분산되어 소요 작업성을 얻기 위한 단위수량을 감소시키는 효과가 있다.
플라이애시 혼합률은 일반적인 플라이애시 혼합률의 2배인 50%로 하였으며, 플라이애시 혼합률이 높아지면 조기강도 감소 및 탄산화가 촉진되는 등의 문제가 발생되기 때문에 이를 보완하기 위하여 단위수량을 140 kg/m3로 하여 콘크리트 배합을 실시하였다. 현장적용 결과, 단위수량 감소에도 소요의 유동성을 확보한 것으로 나타났으며, 압축강도의 경우 재령 28일에서 설계기준 강도에 상회하는 것으로 나타났다. 재령 91일 강도는 재령 28일 강도와 비교하여 33% 증가하여 장기강도 증진에도 효과가 있는 것으로 나타났다.

후속연구

플라이애시를 50%이상 대량 활용하는 HVFA 콘크리트는 온실가스를 저감시키고 플라이애시의 재활용률을 증대시킬 뿐만 아니라 프리캐스트 제품과 같은 2차제품 등의 활용처 확대를 통하여 플라이애시를 대량 활용 할 수 있는 수요시장 개발을 위한 적극적인 노력이 필요할 것으로 판단되며, HVFA 콘크리트는 먼 미래가 아닌 가까운 미래의 콘크리트 분야에서 다양하게 적용될 것으로 판단된다.

핵심어

질문

논문에서 추출한 답변

콘크리트의 건조수축은 무엇에 영향을 받는가?

시멘트의 사용과 관련된 가장 큰 문제점은 건조수축으로 인한 균열이다. 콘크리트의 건조수축은 시멘트 페이스트의 양과 품질에 직접적인 영향을 받는다. 예를 들어 콘크리트 배합의 시멘트 페이스트의 양과 물/시멘트비가 증가할수록 증가하는 것으로 알려져 있다.

콘크리트 제조시 플라이애시의 사용은 어떤 긍정적인 효과가 있는가?

콘크리트 제조시 플라이애시의 사용은 포졸란 반응에 의한 미세 조직의 충전으로 인한 영향으로 콘크리트의 역학적 내구적 특성에 대하여 긍정적인 영향을 미친다. 그러나 이러한 긍정적인 효과가 있음에도 불구하고 현장에서는 플라이애시의 품질변동, 부적절한 배합 비율 및 양생부족 등의 이유로 플라이애시를 혼합한 콘크리트의 경우 품질 관리에 대하여 어려움이 있다.

콘크리트의 건조수축은 시멘트 페이스트의 양에 따라 어떻게 변하는가?

콘크리트의 건조수축은 시멘트 페이스트의 양과 품질에 직접적인 영향을 받는다. 예를 들어 콘크리트 배합의 시멘트 페이스트의 양과 물/시멘트비가 증가할수록 증가하는 것으로 알려져 있다. 앞서 언급한 바와 같이 플라이애시의 감수제로서의 특성은 콘크리트 배합의 건조수축을 줄이는데 유용하게 사용할 수 있다.

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