선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 따라서 이 연구에서는 고로슬래그와 플라이애쉬를 50%씩 혼합한 지오폴리머 콘크리트의 압축강도, 탄성계수 및 쪼갬인장강도와 같은 역학적 성능에 대해 평가하였다. 또한 다양한 변수에 대한 비교분석을 하기 위해 분체량, 알칼리 활성화제 첨가율 및 실리카퓸 혼입률에 대해서도 동일한 시험을 수행하였다.
제안 방법
- 이 연구에서 사용한 지오폴리머 콘크리트 배합비는 Table 3와 같다. OPC 콘크리트는 목표강도 30MPa로 배합설계하였고, 지오폴리머 콘크리트의 경우 물-결합재비 및 잔골재율은 예비실험을 통해 각각 44% 및 45%로 고정하여 배합설계 하였다. 변수는 총 결합재 분체량 350 및 400kg/m3 , 알칼리 활성화제(alkali-activator; Act.
- OPC 콘크리트의 압축강도는 3일, 7일, 14일 및 28일 재령에따라 21.3MPa, 25.2MPa, 26.9MPa 및 28.8MPa로 측정되었다.
- 공시체는 100×200mm 몰드에 성형한 후 24시간 후에 탈형하였으며, 제작한 공시체는 실험 전까지 규정 온도의 범위를 만족하는 항온항습실에서 기건양생을 시킨 후 300kN 용량의 만능재료시험기로 시험 재령 3일, 7일, 14일 및 28일에서 동일 공시체 3개씩에 대해 강도시험을 실시하여 평균값을 구하였다.
- 2013b). 따라서 이 연구에서는 물리적 충격을 통해 분쇄한 플라이애쉬가 상온에서 강도발현이 유리할 것으로 기대하여 이 연구에서 사용된 플라이애쉬는 볼밀링장비로 분쇄하였다.
- 콘크리트 탄성계수는 압축강도와 밀접한 관계가 있으며, 이를 이용하여 각 나라별로 탄성계수 산정식을 제시하고 있다. 따라서 이 연구에서는 실험에 의해 산출된 탄성계수를 국내(KCI-12, 식 2), 미국(ACI-318-05, 식 3) 및 영국(EN 1991, 식 4)의 규준에서 제시한 탄성계수 및 압축강도에 대한 상관관계식 값과 비교분석하였다.
- 따라서 이 연구에서는 고로슬래그와 플라이애쉬를 50%씩 혼합한 지오폴리머 콘크리트의 압축강도, 탄성계수 및 쪼갬인장강도와 같은 역학적 성능에 대해 평가하였다. 또한 다양한 변수에 대한 비교분석을 하기 위해 분체량, 알칼리 활성화제 첨가율 및 실리카퓸 혼입률에 대해서도 동일한 시험을 수행하였다.
- 이 연구에서는 지오폴리머 콘크리트의 변수에 따른 탄성계수 변화를 측정하였으며, 압축강도와 탄성계수의 상관관계식에 의한 추정값과 비교분석하였다. 또한 추가적으로 동일강도에서 OPC 및 지오폴리머 콘크리트의 응력-변형률 선도를 비교분석하였다.
- OPC 콘크리트는 목표강도 30MPa로 배합설계하였고, 지오폴리머 콘크리트의 경우 물-결합재비 및 잔골재율은 예비실험을 통해 각각 44% 및 45%로 고정하여 배합설계 하였다. 변수는 총 결합재 분체량 350 및 400kg/m3 , 알칼리 활성화제(alkali-activator; Act.) 첨가율 15, 18 및 21%, 실리카퓸 혼입률 0, 5 및 10%로 하였다. 알칼리 활성화제는 NaOH 및 쇼듐실리케이트 분말형으로 물 중량에 대한 첨가율로 혼합하여 지오폴리머 콘크리트를 배합하였다.
- 따라서 이 연구에서는 KS F 2423 ‘콘크리트의 쪼갬 인장 강도 시험 방법’에 의거하여 최대하중을 측정한 후 식 5로 쪼갬인장강도를 산출하였다. 산출된 쪼갬인장강도는 국내(KCI, 식 6), 미국 (ACI 363R-08, 식 7), 유럽(EC2-02, 식 8) 및 일본(JSCE, 식 9)에서 제시한 쪼갬인장강도 및 압축강도에 대한 상관관계식으로 산출된 값과 비교분석하였다.
- 시험시 압축강도 시험기의 가력 속도는 응력도의 증가율이 매초 0.6±0.4MPa이 되도록 하였다.
- 양생은 20±2℃의 상온에서 기건양생(R.H 65±10%)을 실시하였다.
- 이 연구에서는 결합재로 고로슬래그와 플라이애쉬를 50%씩 사용하고, 분체량, 알칼리 활성화제 및 실리카퓸 첨가율을 변수로 하여 지오폴리머 콘크리트에 대한 압축강도, 탄성계수 및 쪼갬인장강도를 분석함으로써 역학성능을 평가하였다. 그 결과로부터 이 연구의 범위내에서 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 이 연구에서는 분체량, 알칼리 활성화제 및 실리카퓸 첨가율에 따른 쪼갬인장강도 특성을 비교분석하였다. OPC 콘크리트의 쪼갬 인장강도는 14일 및 28일 재령에서 2.
- 콘크리트의 탄성계수는 강성 및 처짐특성을 규명하는 주요요소이다. 이 연구에서는 지오폴리머 콘크리트의 변수에 따른 탄성계수 변화를 측정하였으며, 압축강도와 탄성계수의 상관관계식에 의한 추정값과 비교분석하였다. 또한 추가적으로 동일강도에서 OPC 및 지오폴리머 콘크리트의 응력-변형률 선도를 비교분석하였다.
대상 데이터
- 콘크리트용 혼화재로 사용하는 실리카퓸(Silica fume)은 C사에서 판매되는 체코산을 사용하였으며, 화학 및 물리적 성질은 Table 2와 같다. 배합에 사용한 폴리카르본산계 감수제는 고형분 18%, 밀도 1.05g/m3 인 암갈색 혼화제를 사용하였고, 공기연행제는 고형분이 2%인 S사 혼화제를 사용하였다.
- ) 첨가율 15, 18 및 21%, 실리카퓸 혼입률 0, 5 및 10%로 하였다. 알칼리 활성화제는 NaOH 및 쇼듐실리케이트 분말형으로 물 중량에 대한 첨가율로 혼합하여 지오폴리머 콘크리트를 배합하였다. 양생은 20±2℃의 상온에서 기건양생(R.
- 이 연구에서 사용된 지오폴리머 콘크리트의 결합재는 하동 화력발전소에서 생산되는 플라이애쉬(FA)와 포항제철소에서 발생되는 고로슬래그(BS)를 사용하였다. 이들 결합재의 화학성분 및 물리적 성질은 Table 1과 같다.
- 비가 1인 쇼듐실리케이트(sodium silicate)를 혼합사용 하였다. 지오폴리머 콘크리트 배합에 사용된 잔골재는 표건밀도 및 흡수율은 각각 2.59g/cm3 및 2.5%이고, 굵은 골재는 각각 2.61g/cm3 및 1.4%이며 최대치수 20mm 이하인 것을 사용하였다.
- 콘크리트용 혼화재로 사용하는 실리카퓸(Silica fume)은 C사에서 판매되는 체코산을 사용하였으며, 화학 및 물리적 성질은 Table 2와 같다. 배합에 사용한 폴리카르본산계 감수제는 고형분 18%, 밀도 1.
- 플라이애쉬와 고로슬래그의 자극제로 사용된 알칼리 활성화제는 시약용으로 순도 98% 이상의 수산화나트륨(NaOH)과 Na2O/SiO2 비가 1인 쇼듐실리케이트(sodium silicate)를 혼합사용 하였다. 지오폴리머 콘크리트 배합에 사용된 잔골재는 표건밀도 및 흡수율은 각각 2.
이론/모형
- 따라서 이 연구에서는 KS F 2423 ‘콘크리트의 쪼갬 인장 강도 시험 방법’에 의거하여 최대하중을 측정한 후 식 5로 쪼갬인장강도를 산출하였다.
- 콘크리트 압축강도는 KS F 2405에 의하여 측정하였다. 공시체는 100×200mm 몰드에 성형한 후 24시간 후에 탈형하였으며, 제작한 공시체는 실험 전까지 규정 온도의 범위를 만족하는 항온항습실에서 기건양생을 시킨 후 300kN 용량의 만능재료시험기로 시험 재령 3일, 7일, 14일 및 28일에서 동일 공시체 3개씩에 대해 강도시험을 실시하여 평균값을 구하였다.
- 콘크리트의 탄성계수는 구조재료로 사용되는 콘크리트의 강도특성과 더불어 변형성능을 확인 할 수 있는 중요한 요소이다. 탄성계수 측정은 KS F 2438에 준하여 실시하였으며, 300kN 용량의 만능 재료 시험기로 0.125mm/min의 변위 제어로 측정하였다. 변위는 3개의 LVDT를 설치하여 측정하였으며, 식 1에 의해 탄성계수를 계산하였다.
성능/효과
- 1. 지오폴리머 콘크리트의 유동성 및 공기량은 분체량 및 실리카퓸의 첨가율이 증가할수록 향상되었으며, 알칼리 활성화제의 경우는 사용량이 많아질수록 반응성 및 점성이 증가하여 유동성 및 공기량이 저하되었다.
- 2. 지오폴리머 콘크리트의 압축강도 특성은 분체량을 증가하여도 강도증진 효과가 5% 수준으로 미비하였으며, 알칼리 활성화제의 첨가율 18%와 실리카퓸 첨가율 5%가 강도증진 효과가 좋은 것으로 나타났다.
- 3. 탄성계수의 경우는 변수별 및 재령별로 강도가 증진되면서 탄성계수가 소폭 상승되는 것으로 나타났으며, 전체적으로 일반 OPC 콘크리트에 비해 낮은 값으로 분석되었다.
- 4. 국·내외 압축강도와 탄성계수 상관관계식을 이용한 비교분석을 통하여 지오폴리어 콘크리트의 탄성계수는 예측값보다 낮은 것으로 확인하였으며, 응력-변형율 선도를 통하여 지오폴리머 콘크리트가 일반 OPC 콘크리트 보다 연성적인 거동을 하는 것으로 분석되었다.
- 5. 쪼갬인장강도는 분체량, 알칼리 활성화제 및 실리카퓸의 첨가량이 증가할수록 쪼갬인장강도가 증가하는 경향을 보이나, 첨가율 대비 쪼갬인장강도 증진효과로 볼 때 분체량 400kg/m3 , 알칼리 활성화제 첨가율 18% 및 실리카퓸 5%에서 높은 수준을 나타냈다.
- 6. 실험결과로부터 지오폴리머 콘크리트는 압축강도에 대한 쪼갬 인장강도의 비가 8.7~9.5% 수준인 것으로 분석되었으며, 국·내외 압축강도와 쪼갬인장강도 상관관계식을 이용한 비교분석을 통하여 기존의 상관관계식으로 지오폴리머 콘크리트의 쪼갬 인장강도를 예측할 수 있을 것으로 판단된다.
- 5 %로 나타났다. B350A15SF0, B350A15SF5 및 B350A15SF10 배합은 실리카퓸 첨가율을 증가시킨 것이며, 슬럼프는 120mm, 180mm 및 200mm, 공기량은 2.0 %, 2.7 % 및 5.6 %로 나타났다. OPC 콘크리트의 슬럼프 및 공기량은 200mm 및 3.
- 5 %로 증가하였다. B350A15SF0, B350A18SF0 및 B350A21SF0 배합은 알칼리 활성화제의 사용량을 증가시킨 것이며, 슬럼프는 180mm, 120mm 및 100mm, 공기량은 5.7 %, 2.0 % 및 0.5 %로 나타났다. B350A15SF0, B350A15SF5 및 B350A15SF10 배합은 실리카퓸 첨가율을 증가시킨 것이며, 슬럼프는 120mm, 180mm 및 200mm, 공기량은 2.
- 2는 알칼리 활성화제 첨가율에 따른 재령별 압축강도 결과이다. B350A15SF0, B350A18SF0 및 B350A21SF0의 3일 재령 압축강도가 각각 13.3MPa, 18.4MPa, 19.2MPa이고, 재령 28일은 각각 20.4MPa, 29.7MPa, 31.2MPa로 나타나 알칼리 활성화제의 첨가율이 높을수록 압축강도는 증가하는 것으로 나타났다. 기존 연구에 의하면, 알칼리 활성화제에 의해 pH가 높아지면 실리카-알루미나 유리질 결합이 빨리 분해되어 많은 양의 반응 조직들을 생성하게 된다(Shi 1996).
- 굳지 않은 콘크리트 특성은 슬럼프와 공기량을 측정하여 평가하였으며, 그 결과는 Table 3에 나타냈다. B350A18SF0을 기준으로 분체량을 증가시킨 B400A18SF0 배합이 슬럼프 200mm로 유동성이 향상된 것으로 나타났으며, 공기량도 2.0 %에서 4.5 %로 증가하였다. B350A15SF0, B350A18SF0 및 B350A21SF0 배합은 알칼리 활성화제의 사용량을 증가시킨 것이며, 슬럼프는 180mm, 120mm 및 100mm, 공기량은 5.
- 6은 실리카퓸 첨가율에 따른 탄성계수 측정값을 나타낸 결과이다. B350A18SF5의 탄성계수는 약 3% 정도 향상 되는 것으로 분석되었으며, B350A18SF10의 탄성계수는 약 4% 향상되는 것으로 나타났다.
- 7MPa이 발현되었다. B400 A18SF0의 경우는 3일 및 28일 재령에서 각각 18.5MPa 및 31.3MPa 의 강도발현이 이루어졌으며, B350A18SF0에 비해 5% 정도 강도증진을 보여 분체량에 대한 강도증진 효과는 일반 OPC를 사용한 경우 보다 다소 미비한 것으로 나타났다. 다만 유동성면에서 B350A18SF0은 슬럼프 120mm를 나타냈고, B400A18SF0은 200mm를 측정되어 분체량이 높을수록 작업성이 좋은 것으로 나타났다.
- 재령이 증가함에 따라 쪼갬인장강도는 7~11% 정도 증가하는 것으로 나타났다. B400A18SF0 배합은 B350A18SF0 대비 쪼갬인장강도가 3.1MPa로 약 19% 증가하였고 압축강도 증가율 보다 높은 수치를 나타냈다.
- 12는 실험에 의해 측정된 값과 압축강도와의 상관관계식으로부터 계산된 예측값을 비교한 결과이다. OPC 및 지오폴리머 콘크리트의 재령 14일 및 28일 측정값은 일본(JSCE)의 상관관계식에 의한 예측값에 비해 과대평가되는 것으로 나타났으며, 그 외국가의 상관관계식(KCI, ACI 363R-08, EC2-02)은 저평가되는 경향을 보이고 있다. 상기 결과로부터 국내외에서 제시된 압축강도와 쪼갬인장강도 상관관계식으로 지오폴리머 콘크리트의 쪼갬인장강도를 예측할 수 있을 것으로 판단된다.
- 8은 압축강도 및 탄성계수 상관관계식에 의한 추정값과 실험에 의한 측정값을 비교한 결과이다. OPC 콘크리트 탄성계수 측정값은 ACI 상관관계식의 예측값에 근접한 것으로 나타났다. 지오폴리머 콘크리트는 대체적으로 모든 변수에 대한 탄성계수 측정값이 상관관계식에 의한 예측값 보다 작은 것으로 나타났다.
- 이 연구에서는 분체량, 알칼리 활성화제 및 실리카퓸 첨가율에 따른 쪼갬인장강도 특성을 비교분석하였다. OPC 콘크리트의 쪼갬 인장강도는 14일 및 28일 재령에서 2.4MPa 및 2.5MPa로 나타났으며, 압축강도에 대한 쪼갬인장강도의 비는 9.1% 및 8.7%로 분석되었다. 지오폴리머 콘크리트는 전체적으로 압축강도에 대한 쪼갬 인장강도의 비가 8.
- Sofi(2007) 등은 35℃ 증기 양생조건하에 고로슬래그와 플라이애쉬의 혼합비율에 따른 모르타르 압축강도, 탄성계수 및 쪼갬인장강도를 측정하였다. 그 결과 압축강도 47~57MPa, 탄성계수 22~39 GPa, 쪼갬인장강도 5~6MPa 정도로 변수에 따른 역학성능을 보이고 있다. Kwon(2013) 등은 고로슬래그와 플라이애쉬 혼합비를 7:3으로 고정하고 플라이애쉬를 일부 기타 혼화재로 치환하여 유동성 및 강도발현을 분석하였다.
- 3MPa 의 강도발현이 이루어졌으며, B350A18SF0에 비해 5% 정도 강도증진을 보여 분체량에 대한 강도증진 효과는 일반 OPC를 사용한 경우 보다 다소 미비한 것으로 나타났다. 다만 유동성면에서 B350A18SF0은 슬럼프 120mm를 나타냈고, B400A18SF0은 200mm를 측정되어 분체량이 높을수록 작업성이 좋은 것으로 나타났다.
- 이에 알칼리 활성화제의 첨가율이 증가할 수록 압축강도는 증가하고, 첨가율 대비 강도증진율을 고려하여 적정 첨가율을 결정해야 한다. 따라서 강도증진율와 유동성을 고려해서 볼 때, 알칼리 활성화제의 첨가율을 18% 정도 수준에서 사용하는 것이 효과적일 것으로 보인다.
- 실리카퓸의 첨가율에 따른 실험결과, B350A18SF5의 경우는 B350A18SF0에 비해 쪼갬인장강도가 20%정도 증가하는 것으로 나타났다. 또한 압축강도결과와 마찬가지로 실리카퓸 첨가율이 10%로 증가하여도 쪼갬인장강도가 향상되지 않는 것으로 분석되었다.
- OPC 및 지오폴리머 콘크리트의 재령 14일 및 28일 측정값은 일본(JSCE)의 상관관계식에 의한 예측값에 비해 과대평가되는 것으로 나타났으며, 그 외국가의 상관관계식(KCI, ACI 363R-08, EC2-02)은 저평가되는 경향을 보이고 있다. 상기 결과로부터 국내외에서 제시된 압축강도와 쪼갬인장강도 상관관계식으로 지오폴리머 콘크리트의 쪼갬인장강도를 예측할 수 있을 것으로 판단된다.
- 9 %로 나타났다. 상기 결과로부터 분체량 및 실리카퓸의 사용량이 증가할수록 유동성과 공기량이 증가하는 것으로 분석되었다. 알칼리 활성화제의 사용량이 증가하면 콘크리트 점성 증가 및 반응성 증가로 유동성이 저하되고, 이에 따라 공기량 발포가 원활하게 이루어지지 못하는 것으로 나타났다.
- 5MPa로 모든 재령에 걸쳐 가장 큰 압축강도를 나타내고 있다. 실리카퓸을 사용하지 않은 배합과 비교해 볼 때, 치환율 5%의 경우는 3~28일 재령 모두에서 13% 정도의 강도증진 효과가 있는 것으로 분석되었다. 그러나 B350A18SF10은 더 이상의 강도증진효과가 없는 것으로 나타났다.
- 2%로 분석되었다. 실리카퓸의 첨가율에 따른 실험결과, B350A18SF5의 경우는 B350A18SF0에 비해 쪼갬인장강도가 20%정도 증가하는 것으로 나타났다. 또한 압축강도결과와 마찬가지로 실리카퓸 첨가율이 10%로 증가하여도 쪼갬인장강도가 향상되지 않는 것으로 분석되었다.
- 10 및 11에 나타냈다. 알칼리 활성화제 첨가율이 15%에서 21%로 증가 하면 쪼갬인장강도가 48% 정도 향상되는 것으로 나타났으며, 압축강도에 대한 쪼갬인장강도의 비가 9.2%로 분석되었다. 실리카퓸의 첨가율에 따른 실험결과, B350A18SF5의 경우는 B350A18SF0에 비해 쪼갬인장강도가 20%정도 증가하는 것으로 나타났다.
- 상기 결과로부터 분체량 및 실리카퓸의 사용량이 증가할수록 유동성과 공기량이 증가하는 것으로 분석되었다. 알칼리 활성화제의 사용량이 증가하면 콘크리트 점성 증가 및 반응성 증가로 유동성이 저하되고, 이에 따라 공기량 발포가 원활하게 이루어지지 못하는 것으로 나타났다.
- 5는 알칼리 활성화제 첨가율에 따른 탄성계수 측정결과를 나타낸 것이다. 알칼리 활성화제의 첨가율이 증가할수록 탄성계수는 각각 16.6GPa, 17.3GPa 및 17.7GPa로 증가하였다. 압축강도 결과에서는 첨가율이 15%에서 18%로 증가했을 때 압축 강도가 46%가 증가하였으나, 탄성계수는 약 4%정도 증가한 것으로 나타나 알칼리 활성화제에 따른 탄성계수 변화는 미비한 것으로 분석되었다.
- 7GPa로 증가하였다. 압축강도 결과에서는 첨가율이 15%에서 18%로 증가했을 때 압축 강도가 46%가 증가하였으나, 탄성계수는 약 4%정도 증가한 것으로 나타나 알칼리 활성화제에 따른 탄성계수 변화는 미비한 것으로 분석되었다. Fig.
- 0036으로 나타났다. 이것은 지오폴리머 콘크리트가 OPC 콘크리트에 비해 탄성계수는 낮은 반면 파괴시의 변형률은 큰 것으로 분석되었고 이러한 결과로부터 지오 폴리머 콘크리트는 OPC 콘크리트 비해 좀 더 연성적인 거동을 하는 것으로 판단된다.
- 4는 분체량에 따른 재령별 탄성계수 측정값 결과를 나타낸 것이다. 재령에 따른 탄성계수 변화는 거의 없는 것으로 나타났으며, 분체량이 증가함에 따라 탄성계수가 5%정도 증가하는 것으로 분석되었다. 이러한 결과는 분체량이 증가할수록 압축강도가 증가된 상기 결과로부터 탄성계수 결과를 설명할 수 있다.
- OPC 콘크리트 탄성계수 측정값은 ACI 상관관계식의 예측값에 근접한 것으로 나타났다. 지오폴리머 콘크리트는 대체적으로 모든 변수에 대한 탄성계수 측정값이 상관관계식에 의한 예측값 보다 작은 것으로 나타났다. 상기 결과로 부터 지오폴리머 콘크리트의 탄성계수는 기존의 상관관계식으로 예측이 어려울 것으로 판단되며 이를 위한 추가연구가 필요하다.
후속연구
- 지오폴리머 콘크리트는 대체적으로 모든 변수에 대한 탄성계수 측정값이 상관관계식에 의한 예측값 보다 작은 것으로 나타났다. 상기 결과로 부터 지오폴리머 콘크리트의 탄성계수는 기존의 상관관계식으로 예측이 어려울 것으로 판단되며 이를 위한 추가연구가 필요하다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.