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문제 정의
- 본 연구의 목표는 OPC의 사용을 최소화하면서 충분한 압축강도를 발휘 할 수 있는 혼화재(supplementary cementitious materials, SCMs) 다량치환 결합재를 기반으로 경량기포혼합토 콘크리트의 배합을 제시하는 것이다. 경량기포 콘크리트의 플로우 및 압축강도 실험을 통해 혼화재 치환 비율을 결정 하였으며, 준설토-결합재비의 변화 및 절건 밀도의 변화에 따라 경량기포혼합토 콘크리트의 압축강도, 밀도, 슬러리 밀도, 플로우와 침하깊이 등을 측정하였다.
제안 방법
- 결합재의 선정을 위해 SCMs의 혼입 비율의 변화에 따라 총 4배합의 경량기포콘크리트 배합실험을 수행하였으며(Table 2), 플로우와 재령별(3, 7 및 28일) 압축강도를 측정하였다. 기포콘크리트 실험의 주요 변수는 SCM의 치환율로 압축강도의 발현을 위해 FA의 혼입율을 15%로 고정하였으며, GGBS의 치환율을 0, 35, 50 및 65%로 변화시켰다.
- 본 연구의 목표는 OPC의 사용을 최소화하면서 충분한 압축강도를 발휘 할 수 있는 혼화재(supplementary cementitious materials, SCMs) 다량치환 결합재를 기반으로 경량기포혼합토 콘크리트의 배합을 제시하는 것이다. 경량기포 콘크리트의 플로우 및 압축강도 실험을 통해 혼화재 치환 비율을 결정 하였으며, 준설토-결합재비의 변화 및 절건 밀도의 변화에 따라 경량기포혼합토 콘크리트의 압축강도, 밀도, 슬러리 밀도, 플로우와 침하깊이 등을 측정하였다.
- 여기에 기포발생기를 통해 생성시킨 기포를 혼입하여 경량기포혼합토 콘크리트를 생성하였다(Lee, 2014). 경량기포혼합토 콘크리트는 정형화된 국내 규격이 없기 때문에 비슷한 경량기포콘크리트 KS F4039의 규격에 준하여 굳지 않은 콘크리트에서 슬러리 밀도, 플로우 및 침하깊이를 측정하였으며, 굳은 콘크리트에서 절건 밀도 및 재령별(3, 7 및 28일) 압축강도를 측정하였다. 배합 시 경량기포혼합토 콘크리트의 절건 밀도를 예측하기 위해 슬러리 밀도와 절건 밀도의 관계를 분석하였으며, 압축강도의 예측하기 위해 절건 밀도와 압축강도의 관계를 분석하였다.
- 5%비율로 물과 희석하여 사용하였다. 경량기포혼합토 콘크리트의 배합실험은 결합재와 물을 섞어 페이스트를 제조 후 함수율 40%의 준설토를 혼입하여 결합재와 준설토의 혼합슬러리를 생성하였다. 여기에 기포발생기를 통해 생성시킨 기포를 혼입하여 경량기포혼합토 콘크리트를 생성하였다(Lee, 2014).
- 0이다. 경량기포혼합토 콘크리트의 절건 밀도의 변화 및 준설토-결합재 비의 변화에 따른 경량기포혼합토 콘크리트의 물리적 특성을 분석하기 위해 총 11배합의 실내배합실험을 수행하였으며, 준설토-결합재비에 따라 3가지 그룹으로 분류하였다. 모든 그룹의 변수는 경량혼합토의 밀도이다.
- 그룹에 따라 준설토-결합재비를 변화시켰으며, 그룹I 및 III은 준설토-결합재 비가 각각 3과 7로 절건 밀도의 변화를 위해 결합재와 준설토량이 900, 1,286 및 1,671kg/m3 로 변화하였다. 그룹 II는 준설토-결합재비가 5이며, 결합재와 준설토량을 900, 1,093, 1,286, 1,479 및 1,671kg/m3 로 변화하였다. 낮은 물-결합재비 및 준설토의 함수량에 따라 배합 시 기포가 소포될 수 있으므로(Kim, 2012), 모든 배합의 W/B는 및 준설토의 함수량은 각각 32.
- 모든 그룹의 변수는 경량혼합토의 밀도이다. 그룹에 따라 준설토-결합재비를 변화시켰으며, 그룹I 및 III은 준설토-결합재 비가 각각 3과 7로 절건 밀도의 변화를 위해 결합재와 준설토량이 900, 1,286 및 1,671kg/m3 로 변화하였다. 그룹 II는 준설토-결합재비가 5이며, 결합재와 준설토량을 900, 1,093, 1,286, 1,479 및 1,671kg/m3 로 변화하였다.
- 결합재의 선정을 위해 SCMs의 혼입 비율의 변화에 따라 총 4배합의 경량기포콘크리트 배합실험을 수행하였으며(Table 2), 플로우와 재령별(3, 7 및 28일) 압축강도를 측정하였다. 기포콘크리트 실험의 주요 변수는 SCM의 치환율로 압축강도의 발현을 위해 FA의 혼입율을 15%로 고정하였으며, GGBS의 치환율을 0, 35, 50 및 65%로 변화시켰다. GGBS의 치환율에 따라 OPC의 비율은 85, 50, 35 및 20%로 감소하였다.
- 5% 및 40%로 고정하였다. 또한 유동성 확보를 위해 모든 배합에서 혼화제는 결합재 대비 1.75 % 첨가하였다.
- 경량기포혼합토 콘크리트는 정형화된 국내 규격이 없기 때문에 비슷한 경량기포콘크리트 KS F4039의 규격에 준하여 굳지 않은 콘크리트에서 슬러리 밀도, 플로우 및 침하깊이를 측정하였으며, 굳은 콘크리트에서 절건 밀도 및 재령별(3, 7 및 28일) 압축강도를 측정하였다. 배합 시 경량기포혼합토 콘크리트의 절건 밀도를 예측하기 위해 슬러리 밀도와 절건 밀도의 관계를 분석하였으며, 압축강도의 예측하기 위해 절건 밀도와 압축강도의 관계를 분석하였다. 절건 밀도 측정을 위한 경량기포혼합토 콘크리트는 재령 3일 후 몰드를 탈형하여 재령 28일까지 수중 양생하였고, 압축강도를 측정하기 위한 경량기포혼합토 콘크리트는 재령 28일까지 20℃, 습도 60%의 항온·항습환경에서 양생을 실시하였다.
- 경량기포혼합토 콘크리트에서 준설토량과 단위결합재량은 목표 압축강도와 밀도를 달성하기 위해 고려되어야 할 중요한 변수이다. 이에 따라 준설토와 결합재량의 변화 및 준설토-결합재비의 변화를 주요 변수로 설정하였다. 경량기포혼합토 콘크리트의 목표 압축강도는 1 MPa이며, 목표 밀도는 1,000kg/m3이다.
- 절건 밀도 측정을 위한 경량기포혼합토 콘크리트는 재령 3일 후 몰드를 탈형하여 재령 28일까지 수중 양생하였고, 압축강도를 측정하기 위한 경량기포혼합토 콘크리트는 재령 28일까지 20℃, 습도 60%의 항온·항습환경에서 양생을 실시하였다.
대상 데이터
- 15mm에서 23%의 분포를 보였다. 기포 생성을 위해 사용된 기포제의 밀도는 1.060kg/m3이며, 화학반응도 일으키지 않는 가수분해형 단백질 종류의 동물성 기포제를 사용하였다. 유동성 확보를 위해 사용된 혼화제는 밀도가 1.
- 충진성 확보를 위해 플로우가 가장 높은 S80 결합재를 경량기포혼합토 콘크리트의 결합재로 선정하였다. 따라서 경량기포혼합토 콘크리트를 위한 결합재는 OPC 20%, FA 15%, GGBS 65%로 구성되었다.
- 본 연구의 결합재로 사용된 OPC, 고로슬래그(ground granulated blast-furnace slag, GGBS) 및 플라이 애쉬(fly ash, FA)의 화학적 조성비를 Table 1에 나타내었다. 원재료(Source material)로 사용된 OPC의 밀도는 3,150kg/m3이며, 비표면적은 3,000cm2/g이다.
- GGBS 및 FA의 밀도는 각각 2,900 및 2,210kg/m3이며, 비표면적은 각각 4,400cm2/g 및 3,900cm2/g 이다. 사용된 준설토는 밀도가 2.650kg/m3이며, 군산지역의 사질토계열의 준설토를 사용하였다. Fig.
- 본 연구의 결합재로 사용된 OPC, 고로슬래그(ground granulated blast-furnace slag, GGBS) 및 플라이 애쉬(fly ash, FA)의 화학적 조성비를 Table 1에 나타내었다. 원재료(Source material)로 사용된 OPC의 밀도는 3,150kg/m3이며, 비표면적은 3,000cm2/g이다. GGBS 및 FA의 밀도는 각각 2,900 및 2,210kg/m3이며, 비표면적은 각각 4,400cm2/g 및 3,900cm2/g 이다.
- 060kg/m3이며, 화학반응도 일으키지 않는 가수분해형 단백질 종류의 동물성 기포제를 사용하였다. 유동성 확보를 위해 사용된 혼화제는 밀도가 1.090kg/m3이며, 고형분 25%인 폴리카르본산계열이다.
- 2006). 충진성 확보를 위해 플로우가 가장 높은 S80 결합재를 경량기포혼합토 콘크리트의 결합재로 선정하였다. 따라서 경량기포혼합토 콘크리트를 위한 결합재는 OPC 20%, FA 15%, GGBS 65%로 구성되었다.
이론/모형
- 경량기포콘크리트의 배합방법 중 선기포방식을 사용하였고, 기포제는 2.5%비율로 물과 희석하여 사용하였다. 경량기포혼합토 콘크리트의 배합실험은 결합재와 물을 섞어 페이스트를 제조 후 함수율 40%의 준설토를 혼입하여 결합재와 준설토의 혼합슬러리를 생성하였다.
성능/효과
- 1. 경량기포혼합토 콘크리트의 유동성 및 압축강도를 고려하면 혼화재 다량치환 결합재는 OPC 20%, FA 15%, GGBS 65%가 적합한 것으로 나타났다.
- 2. 경량기포혼합토 콘크리트의 슬러리 밀도는 단위 결합재량, 단위준설토량, 단위수량 및 단위 기포량의 합을 통해 예측할 수 있었다.
- 3. 경량기포혼합토 콘크리트의 압축강도는 슬러리 밀도 및 절건 밀도가 증가할수록 증가하였으며, 준설토-결합재 비가 낮을수록 압축강도의 증가율은 크게 나타났다.
- 4. 본 연구의 혼화재 다량 치환한 결합재를 사용하여 압축강도 1 MPa, 절건 밀도 1,000kg/m3 수준의 목표 성능을 만족시키기 위해서는 W/B= 32.5% 및 준설토 함수율 40%일 때 S/B는 3.0이며, 준설토-결합재량은 약 1,280kg/m3이다.
- 기포콘크리트 실험의 주요 변수는 SCM의 치환율로 압축강도의 발현을 위해 FA의 혼입율을 15%로 고정하였으며, GGBS의 치환율을 0, 35, 50 및 65%로 변화시켰다. GGBS의 치환율에 따라 OPC의 비율은 85, 50, 35 및 20%로 감소하였다. 실험결과 GGBS의 혼입량이 증가할수록 기포콘크리트의 압축강도는 감소하였으며, 플로우는 증가하였다.
- 모든 배합에서 낮은 준설토-결합재량일 때 재령의 증가에 따른 압축강도의 증진효과는 미미하였지만, 준설토-결합재량이 증가함에 따라 재령의 증가에 따른 압축강도는 큰 폭으로 증가하였다. 동일한 준설토-결합재 량에서 준설토-결합재의 비가 3, 5 및 7로 증가할수록 압축강도는 약 30% 감소하는 것으로 나타났다. 또한 경량기포혼합토 콘크리트의 압축강도는 모든 배합에서 재령 7일 까지 증가하였으며, 이후 더 이상 증가하지 않거나 소폭 감소하는 경향을 나타내었다(Table 4).
- 동일한 준설토-결합재 량에서 준설토-결합재의 비가 3, 5 및 7로 증가할수록 압축강도는 약 30% 감소하는 것으로 나타났다. 또한 경량기포혼합토 콘크리트의 압축강도는 모든 배합에서 재령 7일 까지 증가하였으며, 이후 더 이상 증가하지 않거나 소폭 감소하는 경향을 나타내었다(Table 4).
- 3에서는 경량기포혼합토 콘크리트의 플로우의 실험결과 및 측정 사진을 각각 나타내었다(Table 4). 모든 그룹의 플로우는 결합재량과 준설토 총량이 증가함에 따라 감소하였으며, 준설토-결합재비가 3.0이고 준설토-결합재 총량이 900, 1,285 및 1,671kg/m3일 때 각각 165, 122 및 88mm로 준설토-결합재 총량이 380kg/m3씩 증가 할 때 플로우는 약 40mm씩 감소하였다. 준설토-결합재비가 5.
- 준설토-결합재량의 증가로 침하깊이가 증가하는 구간도 있었지만, 준설토-결합재량이 일정량 이상이 되면 침하깊이는 증가하지 않았다. 모든 배합에서 경량기포혼합토 콘크리트는 KS F 4039의 규격의 0.6품에 해당하며, 0.6품의 기준인 6mm이하를 만족한다.
- 7에는 경량기포혼합토 콘크리트의 압축강도와 절건 밀도의 관계를 나타내었다. 모든 배합에서 경량기포혼합토 콘크리트의 압축강도는 절건 밀도가 증가할수록 비선형으로 증가하였으며, 준설토-결합재의 비가 낮아질수록 압축강도의 증가율은 크게 나타났다. 경량기포혼합토 콘크리트의 압축강도와 절건 밀도의 관계를 회귀분석결과 경량기포혼합토 콘크리트의 압축강도는 절건 밀도와 준설토-결합재비의 영향을 크게 받았으며, 식(3) 및 (4)와 같이 절건 밀도 및 준설토-결합재 비의 함수로 예측할 수 있었다.
- 4에는 준설토-결합재비의 변화에 따른 경량기포혼합토 콘크리트의 재령별 압축강도의 결과를 각각 나타내었다. 모든 배합에서 낮은 준설토-결합재량일 때 재령의 증가에 따른 압축강도의 증진효과는 미미하였지만, 준설토-결합재량이 증가함에 따라 재령의 증가에 따른 압축강도는 큰 폭으로 증가하였다. 동일한 준설토-결합재 량에서 준설토-결합재의 비가 3, 5 및 7로 증가할수록 압축강도는 약 30% 감소하는 것으로 나타났다.
- GGBS의 치환율에 따라 OPC의 비율은 85, 50, 35 및 20%로 감소하였다. 실험결과 GGBS의 혼입량이 증가할수록 기포콘크리트의 압축강도는 감소하였으며, 플로우는 증가하였다. 일반적으로 경량기포혼합토 콘크리트는 최소 0.
- 5에는 준설토-결합재비의 변화에 따른 경량기포혼합토 콘크리트 절건 밀도를 각각 나타내었다. 준설토-결합재 비가 3.0인 밀도는 준설토-결합재량이 900, 1,286 및 1,671kg/m3 일 때 각각 710, 1,110 및 1,360kg/m3으로 나타났으며, 준설토-결합재량이 380kg/m3 증가함에 따라 절건 밀도의 증가율은 약 135%로 크게 상승하였다(Table 4). 준설토-결합재비가 5.
- 14 MPa로 나타났으며, 준설토-결합재량이 380kg/m3 증가함에 따라 압축강도의 증가율은 각각 약 400% 및 285%로 크게 상승하였다. 준설토-결합재 비가 5.0인 재령 28일 기준 압축강도는 준설토-결합재량이 900, 1,286 및 1,671kg/m3일 때 각각 0.27, 0.52 및 2.09 MPa로 나타났으며, 준설토-결합재량이 380kg/m3 증가함에 따라 압축강도의 증가율은 각각 약 192% 및 400%로 크게 상승하였다. 준설토-결합재비가 7.
- 0인 슬러리 밀도는 준설토-결합재량이 900, 1,286 및 1,671kg/m3일 때 각각 970, 1,340 및 1,720kg/m3로 나타났다(Table 4). 준설토-결합재량이 380kg/m3 증가함에 따라 슬러리 밀도의 증가율은 약 120%로 크게 상승하였다. 슬러리 밀도는 준설토-결합재량 및 이들 비율에 따라 중요하게 영향을 받았다.
- 준설토-결합재비가 3.0인 슬러리 밀도는 준설토-결합재량이 900, 1,286 및 1,671kg/m3일 때 각각 990, 1,380 및 1,770kg/m3로 나타났으며, 준설토-결합재량이 380kg/m3 증가함에 따라 슬러리 밀도의 증가율은 약 140%로 크게 상승하였다(Table 4). 준설토-결합재비가 5.
- 준설토-결합재비가 3.0인 재령 28일 기준 압축강도는 준설토결합재량이 900, 1,286 및 1,671kg/m3일 때 각각 0.36, 1.45 및 4.14 MPa로 나타났으며, 준설토-결합재량이 380kg/m3 증가함에 따라 압축강도의 증가율은 각각 약 400% 및 285%로 크게 상승하였다. 준설토-결합재 비가 5.
- 준설토-결합재비가 3.0인 침하깊이는 준설토-결합재량이 900, 1,286 및 1,671kg/m3일 때 2~4mm로 나타났으며, 준설토-결합재비가 5.0인 침하깊이는 준설토-결합재량이 900, 1,092, 1,286, 1,478 및 1,671kg/m3일 때 2~4mm로 나타났다(Table 4). 준설토결합재비가 7.
- 0이고 준설토-결합재 총량이 900, 1,285 및 1,671kg/m3일 때 각각 165, 122 및 88mm로 준설토-결합재 총량이 380kg/m3씩 증가 할 때 플로우는 약 40mm씩 감소하였다. 준설토-결합재비가 5.0이고 준설토-결합재 총량이 900, 1,092, 1,285, 1,478 및 1,671kg/m3일 때 각각 150, 125, 110, 105 및 100mm로 준설토-결합재 총량이 190kg/m3씩 증가 할 때 플로우는25, 15 및 5mm씩 감소하였다. 준설토-결합재비가 7.
- 0인 슬러리 밀도는 준설토-결합재량이 900, 1,286 및 1,671kg/m3일 때 각각 990, 1,380 및 1,770kg/m3로 나타났으며, 준설토-결합재량이 380kg/m3 증가함에 따라 슬러리 밀도의 증가율은 약 140%로 크게 상승하였다(Table 4). 준설토-결합재비가 5.0인 슬러리 밀도는 준설토-결합재량이 900, 1,092, 1,286, 1,478 및 1,671kg/m3일 때 각각 960, 1,220, 1,370, 1,600 및 1,700kg/m3로 나타났으며, 준설토-결합재비가 7.0인 슬러리 밀도는 준설토-결합재량이 900, 1,286 및 1,671kg/m3일 때 각각 970, 1,340 및 1,720kg/m3로 나타났다(Table 4). 준설토-결합재량이 380kg/m3 증가함에 따라 슬러리 밀도의 증가율은 약 120%로 크게 상승하였다.
- 0인 밀도는 준설토-결합재량이 900, 1,286 및 1,671kg/m3 일 때 각각 710, 1,110 및 1,360kg/m3으로 나타났으며, 준설토-결합재량이 380kg/m3 증가함에 따라 절건 밀도의 증가율은 약 135%로 크게 상승하였다(Table 4). 준설토-결합재비가 5.0인 절건 밀도는 준설토-결합재량이 900, 1,092, 1,286, 1,478 및 1,671kg/m3일 때 각각 680, 890, 1,000, 1,190 및 1,300kg/m3로 나타났으며, 준설토-결합재량이 190kg/m3 증가함에 따라 절건 밀도의 증가율은 120%로 크게 상승하였다(Table 4). 준설토-결합재비가 7.
- 0이고 준설토-결합재 총량이 900, 1,092, 1,285, 1,478 및 1,671kg/m3일 때 각각 150, 125, 110, 105 및 100mm로 준설토-결합재 총량이 190kg/m3씩 증가 할 때 플로우는25, 15 및 5mm씩 감소하였다. 준설토-결합재비가 7.0이고 준설토-결합재 총량이 900, 1,285 및 1,671kg/m3일 때 각각 148, 108 및 80mm로 준설토-결합재 총량이 380kg/m3씩 증가 할 때 플로우는 각각 40 및 28mm씩 감소하였다. 이는 경량기포 혼합토의 슬러리 밀도가 증가함에 슬러리의 점도가 높아져서 플로우가 감소하였기 때문이며(Lee, 2010), 준설토-결합재의 비에 따른 영향은 미미한 것으로 나타났다.
- 09 MPa로 나타났으며, 준설토-결합재량이 380kg/m3 증가함에 따라 압축강도의 증가율은 각각 약 192% 및 400%로 크게 상승하였다. 준설토-결합재비가 7.0인 재령 28일 기준 압축강도는 준설토-결합재량이 900, 1,286 및 1,671kg/m3일 때 각각 0.17, 0.83 및 1.22 MPa로 나타났으며, 준설토-결합재량이 380kg/m3 증가함에 따라 압축강도의 증가율은 각각 약 480% 및 145%로 크게 상승하였다.
- 0인 절건 밀도는 준설토-결합재량이 900, 1,092, 1,286, 1,478 및 1,671kg/m3일 때 각각 680, 890, 1,000, 1,190 및 1,300kg/m3로 나타났으며, 준설토-결합재량이 190kg/m3 증가함에 따라 절건 밀도의 증가율은 120%로 크게 상승하였다(Table 4). 준설토-결합재비가 7.0인 절건 밀도는 준설토-결합재량이 900, 1,286 및 1,671kg/m3 일 때 각각 750, 1,030 및 1,310kg/m3로 나타났으며, 준설토-결합재량이 380kg/m3증가함에 따라 절건 밀도의 증가율은 약 130%로 크게 상승하였다(Table 4).
- 0인 침하깊이는 준설토-결합재량이 900, 1,092, 1,286, 1,478 및 1,671kg/m3일 때 2~4mm로 나타났다(Table 4). 준설토결합재비가 7.0인 침하깊이는 준설토-결합재량이 900, 1,286 및 1,671kg/m3일 때 2~4mm로 나타났다(Table 4). 준설토-결합재량의 증가로 침하깊이가 증가하는 구간도 있었지만, 준설토-결합재량이 일정량 이상이 되면 침하깊이는 증가하지 않았다.
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