[논문]광물질혼화재를 적용한 콘크리트의 스케일링 저항성 평가

이승태; 박세호

doi:10.7855/ijhe.2015.17.2.047

광물질혼화재를 적용한 콘크리트의 스케일링 저항성 평가
Scaling Resistance of Cement Concrete Incorporating Mineral Admixtures 원문보기

한국도로학회논문집 = International journal of highway engineering, v.17 no.2 = no.70, 2015년, pp.47 - 53

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PURPOSES: The scaling of a concrete surface caused by the combined effects of frost and de-icing salts is one of the main reasons for the need to repair transportation infrastructures in cold-climate regions. This study describes the results of attempts to determine the scaling resistance of concrete incorporating mineral admixtures such as fly ash, GGBFS, and silica fume, and subjected to the actions of frost and salt. METHODS : Conventionally, to evaluate the fundamental properties of concrete, flexural and compressive strength measurements are regularly performed. Based on the ASTM C 672 standard, concrete is subjected to 2%, 4%, and 8% $CaCl_2$ salt solutions along with repeated sets of 50 freeze/thaw cycles, and the scaling resistance was evaluated based on the mass of the scale and a visual examination. RESULTS : It was observed that silica fume is very effective in enhancing the scaling resistance of concrete. Meanwhile, concrete incorporating GGBFS exhibited poor resistance to scaling, especially in the first ten freeze/thaw cycles. However, fly ash concrete generally exhibited the maximum amount of damage as a result of the frost-salt attack, regardless of the concentrations of the solutions. CONCLUSIONS: It can be concluded that the scaling resistance of concrete is highly dependent on the type of the mineral admixture used in the concrete. Therefore, to provide a durable concrete pavement for use in cold-climate regions, the selection of a suitable binder is essential.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 콘크리트 포장의 내구성능 중 스케일링 저항성에 대한 광물질혼화재의 영향을 실험적으로 평가한 것으로써 다음과 같은 결론을 얻을 수 있다.
본 연구에서는 광물질혼화재를 적용한 콘크리트 포장의 내구성을 평가하기 위한 일환으로써, ASTM C 672에 준한 스케일링 실험을 수행하였다. 아울러, CaCl₂ 용액의 농도를 3단계(2%, 4% 및 8%)로 조절함으로써 염용액(slat solution) 농도에 따른 콘크리트의 스케일링 저항성을 실험적으로 고찰하였다.
아울러, CaCl₂ 용액의 농도를 3단계(2%, 4% 및 8%)로 조절함으로써 염용액(slat solution) 농도에 따른 콘크리트의 스케일링 저항성을 실험적으로 고찰하였다. 실험 및 분석을 통하여 도출된 결과를 이용함으로써 겨울철 제설제 살포 환경에서 고내구적인 콘크리트 포장용 재료를 선정하기 위한 기초자료를 제시하는데 본 연구의 목적이 있다.

제안 방법

(2) 압축강도 : 수중에서 표준양생한 ø100×200mm 원주형 공시체를 대상으로 KS F 2405에 의하여 재령 7, 28 및 78일에서 압축강도를 측정하였다.
(3) 스케일링 저항성 : 콘크리트의 스케일링 저항성을 평가하기 위하여 Fig. 1과 같이 ø100×70mm 콘크리트 공시체를 제작하여, 수중 및 기건양생을 각각 14일씩 실시하였으며, ASTM C 672에 준하여 Table 4와 같은 조건으로 매일 1사이클씩 총 50싸이클의 동결-융해 반복작용을 실시하였다.
1과 같이 ø100×70mm 콘크리트 공시체를 제작하여, 수중 및 기건양생을 각각 14일씩 실시하였으며, ASTM C 672에 준하여 Table 4와 같은 조건으로 매일 1사이클씩 총 50싸이클의 동결-융해 반복작용을 실시하였다. 또 매 10싸이클마다 콘크리트 표면에서 박리된 스케일링량을 측정하였으며, 최종 50싸이클 후 콘크리트의 박리, 탈락 및 골재노출 정도에 대한 육안검사를 실시하였다. 실험에서 사용된 CaCl₂용액은 매 10싸이클마다 증류수에 regent급 시약을 용해하여 새로운 용액으로 교체하였다.
본 연구에서 사용한 시멘트는 KS L 5201에 준하는 보통포틀랜드시멘트(이하 OPC)이며 시멘트의 화학성분 및 물리적 성질은 다음 Table 1과 같다. 또 혼합시멘트 콘크리트 제조를 위하여 플라이애시(이하 FA), 고로슬래그미분말(이하 SG) 및 실리카흄(이하 SF)을 시멘트에 대하여 적절한 비율(FA 20%, SG 50%, SF 8%)로 각각 대체하여 사용하였으며, 광물질혼화재의 화학성분 및 물리적 성질을 Table 1에 나타내었다. 잔골재는 부순모래를 사용하였으며, 굵은골재는 부순돌을 사용하였다.
본 연구에서는 광물질혼화재를 적용한 콘크리트 포장의 내구성을 평가하기 위한 일환으로써, ASTM C 672에 준한 스케일링 실험을 수행하였다. 아울러, CaCl₂ 용액의 농도를 3단계(2%, 4% 및 8%)로 조절함으로써 염용액(slat solution) 농도에 따른 콘크리트의 스케일링 저항성을 실험적으로 고찰하였다. 실험 및 분석을 통하여 도출된 결과를 이용함으로써 겨울철 제설제 살포 환경에서 고내구적인 콘크리트 포장용 재료를 선정하기 위한 기초자료를 제시하는데 본 연구의 목적이 있다.

대상 데이터

(1) 휨강도 : 수중에서 표준양생한 100×100×400mm 각주형 공시체를 대상으로 KS F 2408에 준하여 콘크리트의 휨강도를 측정하였다.
또한, 콘크리트의 적절한 유동성(슬럼프 120±15mm) 및 공기량(5±1.0%) 확보를 위하여 PC계열 고성능감수제(SP) 및 AE제(AEA)를 각각 사용하였다.
본 실험은 광물질혼화재를 사용하지 않은 기준배합(OPC 콘크리트)과 OPC에 FA, SG 및 SF를 각각 20%, 40% 및 8%를 대체한 혼합시멘트계 콘크리트(FAC, SGC 및 SFC 콘크리트) 등 4배합의 콘크리트를 제조하여 실험을 수행하였으며 각 콘크리트의 배합특성을 나타낸 것이 Table 3이다. 믹싱된 4종류 콘크리트는 제조 1일 후 탈형하여 20±3℃ 조건에서 각각 수중양생하였다.
본 연구에서 사용한 시멘트는 KS L 5201에 준하는 보통포틀랜드시멘트(이하 OPC)이며 시멘트의 화학성분 및 물리적 성질은 다음 Table 1과 같다. 또 혼합시멘트 콘크리트 제조를 위하여 플라이애시(이하 FA), 고로슬래그미분말(이하 SG) 및 실리카흄(이하 SF)을 시멘트에 대하여 적절한 비율(FA 20%, SG 50%, SF 8%)로 각각 대체하여 사용하였으며, 광물질혼화재의 화학성분 및 물리적 성질을 Table 1에 나타내었다.
또 혼합시멘트 콘크리트 제조를 위하여 플라이애시(이하 FA), 고로슬래그미분말(이하 SG) 및 실리카흄(이하 SF)을 시멘트에 대하여 적절한 비율(FA 20%, SG 50%, SF 8%)로 각각 대체하여 사용하였으며, 광물질혼화재의 화학성분 및 물리적 성질을 Table 1에 나타내었다. 잔골재는 부순모래를 사용하였으며, 굵은골재는 부순돌을 사용하였다. 본 실험에 사용된 골재의 물리적 성질은 Table 2와 같다.

데이터처리

(2) 압축강도 : 수중에서 표준양생한 ø100×200mm 원주형 공시체를 대상으로 KS F 2405에 의하여 재령 7, 28 및 78일에서 압축강도를 측정하였다. 각 재령별로 3개 콘크리트 공시체의 압축강도를 측정하였으며 그 평균값을 채택하였다.

성능/효과

1. 콘크리트의 강도특성을 고찰한 결과, 초기재령에서 FAC 및 SGC 콘크리트의 휨강도는 상대적으로 작게 나타나는 경향을 나타내었으나 장기재령에서는 OPC 콘크리트와 유사한 휨강도 특성을 나타내었다. 이러한 경향은 콘크리트의 압축강도 발현특성에서도 유사하게 나타났다.
2. 광물질혼화재를 적용한 콘크리트의 스케일링 저항성은 염용액 농도에 관계없이 FAC 콘크리트가 가장 낮은 것으로 나타났으며 대체적으로 SFC의 스케일링 저항성이 우수하였다. 이러한 결과는 50싸이클 후 콘크리트 표면에 대한 외관조사 결과와도 거의 일치하였다.
3. 결론적으로 ASTM C 672에 준하여 수행된 콘크리트의 스케일링 저항성은 콘크리트의 강도특성과는 그다지 밀접한 상관관계가 없었으며 연행공기량이 유사한 조건에서 동해 및 염해의 복합작용에 의한 콘크리트의 내구성은 적용되는 광물질혼화재의 종류에 따라 다르게 나타났다. 한편, 콘크리트의 스케일링 저항성 향상을 위한 광물질혼화재의 최적 배합에 대한 추가적인 연구도 필요할 것으로 판단된다.
이러한 결과는 50싸이클 후 콘크리트 표면에 대한 외관조사 결과와도 거의 일치하였다. 또한, FAC 콘크리트에 비하여 SGC 콘크리트의 스케일링 저항성은 염용액 농도에 관계없이 우수하게 나타났으나 SGC 콘크리트의 스케일링은 거의 초기 노출재령에서 발생한 것으로 조사되었다. 한편, 염용액 농도별 콘크리트의 스케일링량을 측정한 결과 SFC를 제외하면 모든 콘크리트에서 4% CaCl₂ 용액에서 스케일링량이 가장 크게 나타남으로써 본 연구범위에서 최대 표면열화가 발생하는 농도는 약 4% 전후인 것으로 판단된다.
2에 나타난 콘크리트의 휨강도 발현 경향과 매우 유사하게 나타남을 알 수 있다. 본 연구의 범위에서 콘크리트의 강도특성을 실험적으로 고찰한 결과 광물질 혼화재를 적용한 콘크리트의 강도특성은 적용한 광물질 혼화재의 종류에 따라 다르게 나타났으며, 대체적으로 SF를 사용한 콘크리트의 강도가 크게 나타나는 경향임을 확인할 수 있다.
2이다. 이 그림으로부터 OPC 및 SFC 콘크리트는 초기재령(재령 7일)에서 휨강도 발현이 다소 크게 나타났으나 FAC 및 SGC 콘크리트는 휨강도가 상대적으로 작게 나타남을 확인할 수 있다. 반면, 재령 28일에서 SFC 콘크리트의 휨강도는 약 8.
용액에 노출된 콘크리트의 동결융해 50싸이클 후 콘크리트의 표면을 나타낸 것이다. 이 표에 제시된 바와 같이 OPC 콘크리트는 2% 및 8% 염용액에 노출된 콘크리트에 비하여 4% 염용액에서 표면 스케일링 및 골재탈락으로 인한 열화가 더 심하게 나타났으며 이러한 경향은 FAC 콘크리트에서 더욱 두드러진 경향으로 나타났다. 특히, 4% CaCl₂ 용액에 노출된 FAC 콘크리트는 콘크리트 표면층의 전면적인 박리뿐만 아니라 다수의 굵은골재 탈락도 관찰됨으로써 가장 심한 내구성 저하가 발생함을 알 수 있다.
4~6에 나타난 바와 같이 4종류 콘크리트의 스케일링량은 노출 싸이클에 대하여 선형적으로 증가하지 않는 것으로 조사되었다. 특히, FAC 콘크리트는 2% 및 8% CaCl₂ 용액에 노출될 경우 20사이클 이후에 스케일링량이 급격하게 증가하였으며 SGC 콘크리트는 Fig. 8에 나타난 바와 같이 초기 10싸이클내에서 스케일링량이 대체적으로 많이 나타나는 것으로 관찰되었다. 이는 Stark & Ludwig의 연구결과(1994)에도 나타났듯이 SG의 비정질상(amorphous phase)의 수화특성으로 인하여 콘크리트 표면경화가 늦어져 초기 스케일링이 지배적인 것으로 판단된다.
또한, FAC 콘크리트에 비하여 SGC 콘크리트의 스케일링 저항성은 염용액 농도에 관계없이 우수하게 나타났으나 SGC 콘크리트의 스케일링은 거의 초기 노출재령에서 발생한 것으로 조사되었다. 한편, 염용액 농도별 콘크리트의 스케일링량을 측정한 결과 SFC를 제외하면 모든 콘크리트에서 4% CaCl₂ 용액에서 스케일링량이 가장 크게 나타남으로써 본 연구범위에서 최대 표면열화가 발생하는 농도는 약 4% 전후인 것으로 판단된다.
한편, 콘크리트의 압축강도 발현 특성을 나타낸 것이 Fig. 3으로써 재령에 관계없이 SF 콘크리트의 압축강도 발현이 가장 우수하게 나타남을 알 수 있으며 OPC, FAC 및 SGC콘크리트의 압축강도 발현 경향은 Fig. 2에 나타난 콘크리트의 휨강도 발현 경향과 매우 유사하게 나타남을 알 수 있다. 본 연구의 범위에서 콘크리트의 강도특성을 실험적으로 고찰한 결과 광물질 혼화재를 적용한 콘크리트의 강도특성은 적용한 광물질 혼화재의 종류에 따라 다르게 나타났으며, 대체적으로 SF를 사용한 콘크리트의 강도가 크게 나타나는 경향임을 확인할 수 있다.

후속연구

결론적으로 ASTM C 672에 준하여 수행된 콘크리트의 스케일링 저항성은 콘크리트의 강도특성과는 그다지 밀접한 상관관계가 없었으며 연행공기량이 유사한 조건에서 동해 및 염해의 복합작용에 의한 콘크리트의 내구성은 적용되는 광물질혼화재의 종류에 따라 다르게 나타났다. 한편, 콘크리트의 스케일링 저항성 향상을 위한 광물질혼화재의 최적 배합에 대한 추가적인 연구도 필요할 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	스케일링은 어떤 현상을 말하는가?	특히, 우리나라는 겨울철 제설을 위한 제설제 살포 및 동결융해작용으로 인한 콘크리트 포장의 내구성능저하, 특히 스케일링(scaling) 현상이 많이 보고되고 있으며 이는 교통시설 이용자의 편의성 감소 및 유지관리비용 증가를 초래하게 된다. 주지하다시피, 스케일링은 동해 및 염해의 복합작용으로 발생하는 표면박리, 잔골재의 탈락 등으로 나타나는 콘크리트의 대표적인 성능저하 현상이다. 이러한 콘크리트의 스케일링 현상은 콘크리트의 강도, 염용액의 종류 및 농도, 연행공기량, 블리딩량 등의 영향을 받는 것으로 알려져 있다(Valenza & Scherer, 2007).
	광물질혼화재란 무엇인가?	광물질혼화재(예: 고로슬래그미분말, 실리카흄, 플라이애쉬, 메타카올린 등)는 콘크리트의 작업성, 장기강도, 수화발열 특성, 내구성 등을 향상시킬 뿐만 아니라 일부재료는 경제적으로 효율성이 높아서 콘크리트용 시멘트 대체재료로써 그 사용량이 점차 증대하고 있다. 그러나 시멘트콘크리트 포장재료로써 광물질혼화재의 적용성을 검토한 연구결과는 많지 않으며 그 연구내용도 극히 제한적인 것으로 알려져 있다.
	시멘트콘크리트 포장재료로써 광물질혼화재의 예로는 어떤 것들이 있는가?	광물질혼화재(예: 고로슬래그미분말, 실리카흄, 플라이애쉬, 메타카올린 등)는 콘크리트의 작업성, 장기강도, 수화발열 특성, 내구성 등을 향상시킬 뿐만 아니라 일부재료는 경제적으로 효율성이 높아서 콘크리트용 시멘트 대체재료로써 그 사용량이 점차 증대하고 있다. 그러나 시멘트콘크리트 포장재료로써 광물질혼화재의 적용성을 검토한 연구결과는 많지 않으며 그 연구내용도 극히 제한적인 것으로 알려져 있다.

참고문헌 (15)

ACI Committee.(2011), "ACI Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary", American Concrete Institute, Farmington Hills, USA.
Bilodeau, A. and Malhotra, V.M.(1992), "Concrete incorporating high volumes of ASTM Class F fly ashes: mechanical properties and resistance to deicing salt scaling and to chlorideion penetration", ACI Special Publication SP-132, American Concrete Institute, Detroit, pp. 319-349.
Cwirzen, A. and Penttala, V.(2005), "Aggregate-cement paste transition zone properties affecting the salt-frost damage of high-performance concretes", Cement and Concrete Research, Vol. 25, No. 4, pp. 671-679.
Deja, J.(2003), "Freezing and de-icing salt resistance of blast furnace slag concretes", Cement and Concrete Composites, Vol. 25, No. 3, pp. 357-361.

상세보기
Heede, P.V. Furniere, J. and Belie, N.D.(2013), "Influence of air entraining agents on deicing salt scaling resistance and transport properties of high-volume fly ash concrete", Cement and Concrete Composites, Vol. 37, pp. 293-303.

상세보기
Johnston, C.D.(1994), "Deice salt scaling resistance and chloride permeability", Concrete International, Vol. 16, No. 8, pp. 48-55.
Kosior-Kazberuk, M.(2013), "Surface scaling resistance of concrete with fly ash from Co-combustion of coal and biomass", Procedia Engineering, Vol. 57, 2013, pp. 605-613.

상세보기
Lee, S.T. Lee, D.H. and Lee, J.J.(2010), "Performance of cement concrete pavement incorporating mineral admixtures", International Journal of Highway Engineering, Vol. 12, No. 3, pp. 113-119.
Nowak-Michta, A.(2013), "Water-binder ratio influence on de-icing salt scaling of fly ash concretes", Procedia Engineering, Vol. 57, pp. 823-829.

상세보기
Pigeon, M. and Pleau, R.(1995), "Durability of concrete in cold climates", E&FN Spon, London.
Scherer, G.W. and Valenza, J.J.(2005), "Mechanism of frost damage", Materials Science of Concrete, Vol. 7, pp. 209-246.
Siddique, R.(2011), "Utilization of silica fume in concrete: Review of hardened properties", Resources, Conservation and Recycling, Vol. 55, No. 11, pp. 923-932.

상세보기
Sorensen, E.G.(1983), "Freezing and thawing resistance of condensed silica fume concrete exposed to deicing chemicals", ACI Special Publication, SP-79, pp. 709-718.
Stark, J. and Ludwig, H.M.(1994), "Freeze-thaw and freeze-deicing salt resistance of concretes containing cement rich in granulated blast-furnace slag", ACI Materials Journal, Vol. 94, No. 1, pp. 47-55.
Valenza, J.J. and Scherer, G.W.(2007)," A review of salt scaling: II. Mechanism", Cement and Concrete Research, Vol. 37, No. 4, pp. 1022-1034.

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표제어: PCR

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