배합 및 양생조건이 3성분계 포졸란재를 이용한 RPC의 강도발현 특성에 미치는 영향 Influence of Mixtures and Curing Conditions on Strength and Microstructure of Reactive Powder Concrete Using Ternary Pozzolanic Materials원문보기
반응성 분체 콘크리트(RPC)는 월등히 뛰어난 기계적 성능을 바탕으로 최근의 건설 환경 변화에 적절히 대응할 수 있는 차세대 건설재료로서 기대를 모으고 있지만, 이에 대한 국내에서의 연구는 매우 부족한 실정이다. 특히 유럽에서 개발된 RPC는 단위시멘트량이 매우 높거나 반응성 분체로서 국내에서는 전량 수입에 의존하고 있는 고가의 실리카퓸(silica fume)을 다량 사용하고 있다. 때문에 국내 실정에 맞는 실용적인 RPC의 개발에 관한 다양한 연구가 필요하다. 이 연구에서는 기존 RPC의 성능 범위 내에서 단위시멘트량의 감소와 실리카퓸의 대체재로서 고로슬래그분말이나 플라이애쉬의 사용 등을 검토하기 위하여 다양한 양생방법에 따른 3성분계 포졸란재(고로슬래그, 플라이애쉬, 실리카퓸) 혼입 RPC의 강도발현 및 미세구조 특성을 분석 평가하였다. 시험 결과는 3성분계 포졸란재의 적절한 혼합사용과 최적 양생방법의 적용이 RPC의 강도발현 및 미세구조 개선에 매우 효과적임을 잘 보여주었다.
반응성 분체 콘크리트(RPC)는 월등히 뛰어난 기계적 성능을 바탕으로 최근의 건설 환경 변화에 적절히 대응할 수 있는 차세대 건설재료로서 기대를 모으고 있지만, 이에 대한 국내에서의 연구는 매우 부족한 실정이다. 특히 유럽에서 개발된 RPC는 단위시멘트량이 매우 높거나 반응성 분체로서 국내에서는 전량 수입에 의존하고 있는 고가의 실리카퓸(silica fume)을 다량 사용하고 있다. 때문에 국내 실정에 맞는 실용적인 RPC의 개발에 관한 다양한 연구가 필요하다. 이 연구에서는 기존 RPC의 성능 범위 내에서 단위시멘트량의 감소와 실리카퓸의 대체재로서 고로슬래그분말이나 플라이애쉬의 사용 등을 검토하기 위하여 다양한 양생방법에 따른 3성분계 포졸란재(고로슬래그, 플라이애쉬, 실리카퓸) 혼입 RPC의 강도발현 및 미세구조 특성을 분석 평가하였다. 시험 결과는 3성분계 포졸란재의 적절한 혼합사용과 최적 양생방법의 적용이 RPC의 강도발현 및 미세구조 개선에 매우 효과적임을 잘 보여주었다.
This study discussed the influence of mixtures and curing conditions on the development of strength and microstructure of RPC using ternary pozzolanic materials. Through pilot experiment, various RPC was manufactured by adding single or mixed ternary pozzolanic materials such as silica fume, blast f...
This study discussed the influence of mixtures and curing conditions on the development of strength and microstructure of RPC using ternary pozzolanic materials. Through pilot experiment, various RPC was manufactured by adding single or mixed ternary pozzolanic materials such as silica fume, blast furnace slag and fly ash by mass of cement, up to 0~65%, and cured by using 4 types of method which are water and air-dried curing at $20^{\circ}C$, steam and hot-water curing at $90^{\circ}C$. The results show that the use of ternary pozzolanic materials and a suitable curing method are an effective method for improving development of strength and microstructure of RPC. The unit volume of cement was greatly reduced in RPC with ternary pozzolanic materials and unlike hydration reaction in cement, the pozzolanic reaction noticeably contributes to a reduction in hydration heat and dry shrinkage. A considerable improvement was found in the flexural strength of RPC using ternary pozzolanic materials, and then the utilization of a structural member subjected to bending was expected. The X-ray diffractometer (XRD) analysis and Scanning Electronic Microscope (SEM) revealed that the microstructure of RPC was denser by using the ternary pozzolanic materials than the original RPC containing silica fume only.
This study discussed the influence of mixtures and curing conditions on the development of strength and microstructure of RPC using ternary pozzolanic materials. Through pilot experiment, various RPC was manufactured by adding single or mixed ternary pozzolanic materials such as silica fume, blast furnace slag and fly ash by mass of cement, up to 0~65%, and cured by using 4 types of method which are water and air-dried curing at $20^{\circ}C$, steam and hot-water curing at $90^{\circ}C$. The results show that the use of ternary pozzolanic materials and a suitable curing method are an effective method for improving development of strength and microstructure of RPC. The unit volume of cement was greatly reduced in RPC with ternary pozzolanic materials and unlike hydration reaction in cement, the pozzolanic reaction noticeably contributes to a reduction in hydration heat and dry shrinkage. A considerable improvement was found in the flexural strength of RPC using ternary pozzolanic materials, and then the utilization of a structural member subjected to bending was expected. The X-ray diffractometer (XRD) analysis and Scanning Electronic Microscope (SEM) revealed that the microstructure of RPC was denser by using the ternary pozzolanic materials than the original RPC containing silica fume only.
이에 이 연구에서는 시멘트의 일부를 플라이애쉬와 고로슬래그미분말로 치환하여 기존 RPC의 단위시멘트량을 크게 감소시키는 한편 실리카퓸과의 혼합사용으로 포졸란반응을 더욱 활성화시켜 RPC의 미세구조 및 각종 성능을 개선하고자 하였고, 동시에 양생온도 및 조건이 3성분계 포졸란재 혼입 RPC의 강도발현 및 미세구조에 미치는 영향을 검토하고자 하였다. 특히 한국에서는 생산되지 않고 전량 수입에 의존하고 있으며, 다른 포졸란 재료에 비해 상대적으로 고가인 실리카퓸의 대체재로서 플라이애쉬 및 고로슬래그분말의 사용성도 검토하여 국내 실정에 맞는 경제적이며 실용성 및 활용성이 높은 RPC 개발에 관한 기초 자료를 제공하고자 하였다.
이에 이 연구에서는 시멘트의 일부를 플라이애쉬와 고로슬래그미분말로 치환하여 기존 RPC의 단위시멘트량을 크게 감소시키는 한편 실리카퓸과의 혼합사용으로 포졸란반응을 더욱 활성화시켜 RPC의 미세구조 및 각종 성능을 개선하고자 하였고, 동시에 양생온도 및 조건이 3성분계 포졸란재 혼입 RPC의 강도발현 및 미세구조에 미치는 영향을 검토하고자 하였다. 특히 한국에서는 생산되지 않고 전량 수입에 의존하고 있으며, 다른 포졸란 재료에 비해 상대적으로 고가인 실리카퓸의 대체재로서 플라이애쉬 및 고로슬래그분말의 사용성도 검토하여 국내 실정에 맞는 경제적이며 실용성 및 활용성이 높은 RPC 개발에 관한 기초 자료를 제공하고자 하였다.
제안 방법
이 연구는 기존 RPC의 성능 범위 이상에서 단위시멘트량의 감소와 강도 등 기계적 성능의 개선 그리고 실리카퓸의 대체재로서 고로슬래그분말이나 플라이애쉬의 사용 등을 검토하기 위하여 다양한 양생방법에 따른 3성분계 포졸란재(고로슬래그, 플라이애쉬, 실리카퓸) 혼입 RPC의 강도발현 및 미세구조 특성을 분석 · 평가하였다. ;
대상 데이터
강섬유는 국내 S사의 직경 0.5 mm, 길이 30 mm, 밀도 7.8 g/cm3, 인장강도 1195 MPa 수준인 고탄성용 강섬유를 사용하였다.
골재는 입경 0.3～0.5 mm와 0.15～0.3 mm인 국내산 규사(quartz sand)를 혼합 사용하였다. 규사의 밀도는 2.
시멘트는 KS L 5201에 규정된 H사의 보통포틀랜드시멘트(OPC)를 사용하였으며, 3성분계 포졸란재로는 네덜란드산 실리카퓸(SF)과 광양제철소산 고로슬래그 미분말 3종(BFS), 충남 보령산 플라이애쉬(FA)를 각각 사용하였다. 그 물리적 · 화학적 특성은 Table 2와 같다.
이론/모형
실험변수에 따른 각 공시체들의 미세구조 특성을 살펴보기 위해 수은압입포로시메타(MIP)에 의한 공극구조의 특성과 X선 회절분석기(XRD)에 의한 수화생성물의 분석 및 전자주사현미경(SEM, S-7400) 관찰을 실시하였다. 각 공시체의 공극구조 및 XRD, SEM 분석용 시료는 양생방법 및 재령별 강도 측정용 공시체(40×40×160 mm)로부터 채취하여 파쇄 혹은 미분쇄하고 시료를 아세톤에 침적하여 D-dry처리한 후 측정하였다.
압축 및 휨강도는 KS F2405와 KS F2566(KS F2408)에 준하여 40×40×160 mm 공시체의 재령에 따른 강도발현 특성을 측정하였으며, 이때 휨강도는 중앙점재하방법으로 측정하였다. ;
쪼갬 인장강도(splitting tensile strength)는 KS F2423에 준하여 ∮100, h=200 mm의 원주공시체를 제작하고 재령에 따른 인장강도발현 특성을 측정하였다. ;
성능/효과
1) 3성분계 포졸란재 혼입 RPC들의 단위시멘트량은 기존 RPC의 기본배합(단위시멘트량 868 kg/m3)에서 3성분계 포졸란재를 65%(사용시멘트 질량비)까지 혼합 사용함으로써 약 750 kg/m3수준까지 크게 감소하였지만, 압축 및 휨강도 발현 특성은 크게 향상되었다.
2) 즉 72시간동안 90℃ 증기양생된 B40(실리카퓸 25%+ 고로슬래그분말 40%)의 재령 7일 압축강도는 212 MPa,휨강도는 52 MPa로서 실리카퓸만 단독으로 사용된 기존 RPC의 기본배합(SF25)과 비교하여 약 1.37배, 1.32배 향상되었다. 이는 시멘트보다 분말도가 큰 고로슬래그분말과 플라이애쉬, 실리카퓸의 혼합사용에 따른 매트릭스(matrix) 충전효과(치밀성 향상)와 포졸란반응의 활성화에 기인된 결과로 판단되며 각 공시체의 공극구조 및 수화생성물 분석 결과로부터 확인할 수 있었다.
)은매우 높고 물/결합재비(w/b)는 극히 낮기 때문에 급격한 수화반응, 높은 수화열과 건조수축 등의 문제가 우려된다. 그러나 3성분계 포졸란재를 다량 혼합사용한RPC는 기존 RPC의 단위시멘트량을 크게 감소(결합재중 포졸란재의 양은 상대적으로 증가됨)시키고 시멘트의 수화반응과는 다른 포졸란반응을 통해 수화열 및 건조수축 감소에 크게 기여할 뿐 아니라 다량 생성된포졸란반응물질(C-S-H나 C-A-S-H겔)로부터 강도 및미세구조의 개선(치밀성 향상)으로 내구성 측면에서도 큰 효과가 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
반응성 분체 콘크리트의 특징은 무엇인가?
반응성 분체 콘크리트(RPC)는 월등히 뛰어난 기계적 성능을 바탕으로 최근의 건설 환경 변화에 적절히 대응할 수 있는 차세대 건설재료로서 기대를 모으고 있지만, 이에 대한 국내에서의 연구는 매우 부족한 실정이다. 특히 유럽에서 개발된 RPC는 단위시멘트량이 매우 높거나 반응성 분체로서 국내에서는 전량 수입에 의존하고 있는 고가의 실리카퓸(silica fume)을 다량 사용하고 있다.
국내의 반응성 분체 콘크리트는 무엇을 사용하는가?
반응성 분체 콘크리트(RPC)는 월등히 뛰어난 기계적 성능을 바탕으로 최근의 건설 환경 변화에 적절히 대응할 수 있는 차세대 건설재료로서 기대를 모으고 있지만, 이에 대한 국내에서의 연구는 매우 부족한 실정이다. 특히 유럽에서 개발된 RPC는 단위시멘트량이 매우 높거나 반응성 분체로서 국내에서는 전량 수입에 의존하고 있는 고가의 실리카퓸(silica fume)을 다량 사용하고 있다. 때문에 국내 실정에 맞는 실용적인 RPC의 개발에 관한 다양한 연구가 필요하다.
Reactive Powder Concrete라고 불리는 이유는 무엇인가?
1990년대 초 Richard 등은 초고강도 콘크리트에 금속섬유를 혼입하여 고인성(high ductility)을 부여한 압축강도 800 MPa급의 초고강도 · 고인성 재료에 대해 보고하였으며, 이것은 포졸란 반응성 분체를 이용한 점으로부터 Reactive Powder Concrete(반응성 분체 콘크리트, 이하 RPC라 함)라 명명되었다.1) RPC는 종래의 보통콘크리트와는 달리 굵은 골재 대신 미세석영(0.
참고문헌 (10)
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Jo, B. W., Yoon, K. W., Park, J. H., and Kim, H., "An Experimental Study on Mechanical Properties of Ultra-High Strength Powder Concrete," Journal of the Korea Concrete Institute, Vol. 22, No. 3, 2010, pp. 287-295. (doi: http://dx.doi.org/10.4334/JKCI.2010.22.3.287)
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