본 연구에서는 슬래그를 다량 치환한 콘크리트의 동결융해 저항성능에 미치는 미세공극의 영향을 검토하였다. 콘크리트는 용선예비처리 슬래그가 포함된 고로슬래그 미분말을 0, 40, 70 % 치환하여 제조하였으며 압축강도 특성 및 동결융해 저항성능과 미세공극을 검토하였다. 또한 설계기준강도와 목표공기량을 설정하고, 동결융해 작용에 따른 열화를 확인하기 위하여 재령 14일의 낮은 압축강도로 인한 내력저하를 유도하였다. 실험결과, 설계기준강도를 유사하게 설정하고 목표공기량을 확보하였음에도 불구하고 콘크리트의 미세공극 분포가 상이한 결과를 나타내었다. GGBS70 시험체는 동결융해를 받지 않은 초기 0사이클에서 10~100 nm 크기의 공극량이 가장 적어 공극 내 동결할 수 있는 물의 양이 적을 것으로 판단된다. 이러한 이유로 다른 시험체에 비해 동결팽창압력이 상대적으로 작기 때문에 동결융해 저항성능이 우수한 것으로 판단된다.
본 연구에서는 슬래그를 다량 치환한 콘크리트의 동결융해 저항성능에 미치는 미세공극의 영향을 검토하였다. 콘크리트는 용선예비처리 슬래그가 포함된 고로슬래그 미분말을 0, 40, 70 % 치환하여 제조하였으며 압축강도 특성 및 동결융해 저항성능과 미세공극을 검토하였다. 또한 설계기준강도와 목표공기량을 설정하고, 동결융해 작용에 따른 열화를 확인하기 위하여 재령 14일의 낮은 압축강도로 인한 내력저하를 유도하였다. 실험결과, 설계기준강도를 유사하게 설정하고 목표공기량을 확보하였음에도 불구하고 콘크리트의 미세공극 분포가 상이한 결과를 나타내었다. GGBS70 시험체는 동결융해를 받지 않은 초기 0사이클에서 10~100 nm 크기의 공극량이 가장 적어 공극 내 동결할 수 있는 물의 양이 적을 것으로 판단된다. 이러한 이유로 다른 시험체에 비해 동결팽창압력이 상대적으로 작기 때문에 동결융해 저항성능이 우수한 것으로 판단된다.
In this study, effects of micropores on the freezing-thawing resistance of high volume slag concrete are reviewed. Concrete was made with slag which contains the ground granulated blast furnace slag(GGBS) and the pig iron preliminary treatment slag(PS) by replacing 0, 40, 70 %, then compressive stre...
In this study, effects of micropores on the freezing-thawing resistance of high volume slag concrete are reviewed. Concrete was made with slag which contains the ground granulated blast furnace slag(GGBS) and the pig iron preliminary treatment slag(PS) by replacing 0, 40, 70 %, then compressive strength, freezing-thawing resistance, micropores were reviewed. Also, specified design strength, target air contents were set. Deterioration was induced by using 14-day-age specimen which has low compressive strength for evaluating deterioration by freeze-thawing action. As results of the experiment, despite of specified design strength which has been set similarly and ensured target air contents, the pore size distribution of the concrete showed different results. Micropores in GGBS70 specimen have small amount of water which is likely to freeze because there is small amount of pore volume of 10~100 nm size at 0 cycle which has not been influenced by freezing-thawing. For these reasons, it was confirmed that the freezing-thawing resistance performance of GGBS70 is significantly superior than other specimens because relatively small expansion pressure is generated compared to the other specimens.
In this study, effects of micropores on the freezing-thawing resistance of high volume slag concrete are reviewed. Concrete was made with slag which contains the ground granulated blast furnace slag(GGBS) and the pig iron preliminary treatment slag(PS) by replacing 0, 40, 70 %, then compressive strength, freezing-thawing resistance, micropores were reviewed. Also, specified design strength, target air contents were set. Deterioration was induced by using 14-day-age specimen which has low compressive strength for evaluating deterioration by freeze-thawing action. As results of the experiment, despite of specified design strength which has been set similarly and ensured target air contents, the pore size distribution of the concrete showed different results. Micropores in GGBS70 specimen have small amount of water which is likely to freeze because there is small amount of pore volume of 10~100 nm size at 0 cycle which has not been influenced by freezing-thawing. For these reasons, it was confirmed that the freezing-thawing resistance performance of GGBS70 is significantly superior than other specimens because relatively small expansion pressure is generated compared to the other specimens.
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문제 정의
Table 3은 실험계획 및 콘크리트 배합을 나타낸 것이다. 본 연구에서는 슬래그를 다량 치환한 콘크리트의 동결융해 저항성능에 미치는 미세공극의 영향을 검토하기 위해 보통 포틀랜드시멘트 콘크리트, 고로슬래그 미분말과 용선예비처리슬래그를 포함한 슬래그를 40, 70 % 치환한 콘크리트를 제조하였다. 또한, 동결융해 저항성능은 압축강도와 밀접한 관련이 있기 때문에 설계기준강도를 24 MPa의 일반강도로 동일하게 설정하였다.
본 연구에서는, 슬래그를 다량 치환한 콘크리트의 동결융해 저항성능에 미치는 미세공극의 영향에 대해 검토하였으며, 그 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
이에 본 연구에서는 공기량을 동일하게 설정하여 슬래그를 다량 치환한 콘크리트의 동결융해 저항성능에 미치는 미세공극의 영향을 검토하고자 하였다.
일반적으로 동결융해 저항성능은 공기량과 압축강도에 따른 영향이 크지만 본 연구에서는 유사한 공기량 및 압축강도로 실험을 계획하여 슬래그를 다량 치환한 콘크리트의 미세 공극이 동결융해 저항성능에 미치는 영향을 검토하였다.
제안 방법
또한, 동결융해 저항성능은 압축강도와 밀접한 관련이 있기 때문에 설계기준강도를 24 MPa의 일반강도로 동일하게 설정하였다. 고로슬래그 미분말을 치환할 경우 압축강도가 낮아지므로 고로슬래그 미분말의 수화반응을 촉진시키고자 자극제와 유사한 성분으로 구성된 용선예비처리슬래그를 사용하여 초기강도를 개선하였다. C100, GGBS40, GGBS70의 슬럼프는 각각 190, 200, 210 mm로 목표슬럼프를 만족하였다.
동결융해 저항시험은 ASTM C 666/C 666M에 준하여 실시하였으며 모든 시험체의 공극 내에 물이 포함될 수 있도록 수중양생 한 시험체를 매 30 사이클마다 300사이클까지 상대동탄성계수와 질량감소율을 측정하였고 시험체가 파괴되었을 때는 측정하지 않았다. 상대동탄성계수는 다음과 같은 식(1)로 계산하였다.
상대동탄성계수는 다음과 같은 식(1)로 계산하였다. 또한, 동결융해 작용 매 100 사이클마다 압축강도를 측정하여 동결융해 반복 작용이 압축강도에 미치는 영향을 검토하였다.
본 연구에서는 슬래그를 다량 치환한 콘크리트의 동결융해 저항성능에 미치는 미세공극의 영향을 검토하기 위해 보통 포틀랜드시멘트 콘크리트, 고로슬래그 미분말과 용선예비처리슬래그를 포함한 슬래그를 40, 70 % 치환한 콘크리트를 제조하였다. 또한, 동결융해 저항성능은 압축강도와 밀접한 관련이 있기 때문에 설계기준강도를 24 MPa의 일반강도로 동일하게 설정하였다. 고로슬래그 미분말을 치환할 경우 압축강도가 낮아지므로 고로슬래그 미분말의 수화반응을 촉진시키고자 자극제와 유사한 성분으로 구성된 용선예비처리슬래그를 사용하여 초기강도를 개선하였다.
압축강도 시험은 ∅100×200 mm의 원주형 시험체를 제작하여 수중양생 한 이후 재령 3, 7, 14, 28, 56일에서 KS F 2405에 준하여 측정하였다.
대상 데이터
15 g/cm3, 분말도는 3,500 cm2/g이다. 고로슬래그 미분말은 KS F 2563 ｢콘크리트용 고로슬래그 미분말｣ 3종의 규정을 만족시키는 고로슬래그 미분말(GGBS)을 사용하였으며, 밀도는 2.90 g/cm3, 분말도는 4,196 cm2/g이다. 용선예비 처리슬래그(PS)는 철강공정 중 유해성분인 황(S) 등을 쇳물에서 제거하기 위하여 별도의 예비처리 공정을 통해 발생하는 산업부산물로써 밀도는 2.
Table 1, 2는 사용재료의 물리⋅화학적 성질을 나타낸 것이다. 시멘트는 KS F 5201 ｢포틀랜드 시멘트｣의 규정을 만족시키는 1종 보통포틀랜드시멘트(C)를 사용하였으며, 밀도는 3.15 g/cm3, 분말도는 3,500 cm2/g이다. 고로슬래그 미분말은 KS F 2563 ｢콘크리트용 고로슬래그 미분말｣ 3종의 규정을 만족시키는 고로슬래그 미분말(GGBS)을 사용하였으며, 밀도는 2.
성능/효과
(1) 미세공극인 10~100 nm크기의 모세관공극이 적게 나타난 GGBS70 시험체는 동결수 담수, 해수조건에서 우수한 동결융해 저항성능을 나타냈다. 모세관공극의 양이 적어 동결할 수 있는 물의 양이 적고 동결융해 저항성능에 영향을 미치는 에트린자이트가 보이지 않았기 때문에 우수한 동결융해 저항성능을 나타낸 것으로 판단된다.
(2) 동결수 담수, 해수조건에서 GGBS70 시험체는 동결융해 작용에 따른 압축강도의 변화가 다른 시험체에 비해 작았다. 이는 GGBS70 시험체가 다른 시험체에 비해 300사이클까지 표면박리가 적어 압축강도의 변화가 작은 것으로 판단된다.
(3) 동결융해 저항성능은 연행공기의 형성 외에도 미세공극구조 개선을 통해 확보하는 것을 확인하였다. 고로 슬래그 미분말을 치환할 경우 경화체 내부의 조직이 치밀하게 되어 모세관공극의 용적이 감소함에 따라 동결융해 저항성능이 향상되는 것으로 판단된다.
C100 시험체는 150사이클에서 상대동탄성계수가 60 %미만으로 나타났으며 180사이클 이후에는 시험체가 파괴되어 상대동탄성계수를 측정할 수 없었다. GGBS40 시험체는 C100 시험체보다 다소 높은 상대동탄성계수가 측정되었으며 180사이클에서 60 %미만으로 상대동탄성계수가 저하되었으며 180사이클 이후에는 시험체의 파괴로 인하여 더 이상 측정 할 수 없었다.
동결수 해수조건에서는 모든 시험체가 담수조건에 비해 질량감소율이 크게 나타났지만 GGBS70 시험체의 경우 다른 시험체에 비해 질량감소율이 가장 적게 나타났다. GGBS70시험체는 동결수 담수조건에서 뿐만 아니라 해수조건에서도 동결융해 작용에 따른 저항성능이 우수한 것으로 나타났다. 한편, 동결수 해수조건에서 C100, GGBS40 시험체의 표면 열화가 담수조건에 비해 심하게 나타나 질량감소율이 급격하게 커지는 것을 확인하였다.
동결수 해수조건에서는 담수조건에 비해 동결융해 작용에 따른 표면박리가 증가하여 압축강도가 더욱 감소하였다. 그러나 동결융해 저항성능이 우수한 GGBS70 시험체는 동결수 담수, 해수조건에서 동결융해 작용이 진행되어도 300사이클까지 표면박리가 적어 압축강도 변화가 다른 시험체에 비해 크지 않은 것을 확인하였다.
Figure 6은 동결융해를 받지 않은 콘크리트의 공극률 측정 결과를 나타낸 것으로 동결융해 작용을 받지 않고 수중양생한 시험체의 공극분포는 상이한 결과를 나타냈다. 누적공극량은 고로슬래그 미분말의 치환율이 증가함에 따라 감소하였으며 동결융해 저항성능이 가장 우수한 GGBS70 시험체는 다른 시험체에 비해 공극량이 적게 나타났다. 이는 고로슬래그 미분말이 경화체 내부의 공극을 채워주는 효과로 인하여 공극량이 줄어든 것으로 판단된다,
동결융해 작용으로 인한 표면박리와 내부 매트릭스의 변화가 나타나 동결융해 작용에 따른 압축강도의 감소를 확인할 수 있다. 동결수 담수, 해수조건에서 C100, GGBS40 시험체는 GGBS70시험체에 비해 압축강도가 크게 감소하고 있으며 전체적으로 GGBS70 시험체가 가장 작은 압축강도 감소를 나타냈다. 동결수 해수조건에서는 담수조건에 비해 동결융해 작용에 따른 표면박리가 증가하여 압축강도가 더욱 감소하였다.
Figure 4는 동결융해 작용을 받은 고로슬래그 미분말을 치환한 콘크리트의 질량감소율 측정결과를 나타낸 것이다. 동결수 담수조건에서 C100, GGBS40, GGBS70 시험체는 150사이클까지 질량감소율이 각각 4.4, 3.4, 2.5 %로 비슷한 수준을 나타냈으나 180사이클에서 질량감소율이 각각 12.8, 9.0, 2.5 %로 나타나 GGBS70 시험체를 제외한 나머지 시험체는 질량감소율이 급격하게 감소하였다. C100, GGBS40 시험체는 180사이클 이후 시험체가 파괴되어 질량을 측정할 수 없었다.
슬래그 콘크리트의 동결융해 저항성능 검토결과 Table 4에 동결융해 작용을 받은 시험체를 나타냈으며, Figure 3에 동결융해 작용을 받은 슬래그 콘크리트의 상대동탄성계수 측정결과를 나타냈다. 동결수 담수조건에서 GGBS70 시험체가 가장 높은 상대동탄성계수를 나타냈으며 다른 시험체들에 비해 동결융해 저항성능이 우수한 것으로 나타났다. C100 시험체는 150사이클에서 상대동탄성계수가 60 %미만으로 나타났으며 180사이클 이후에는 시험체가 파괴되어 상대동탄성계수를 측정할 수 없었다.
동결수 해수조건에서는 C100, GGBS40 시험체가 담수조건에 비해 상대동탄성계수가 더 낮게 측정되었으며 두 시험체 모두 180사이클 이후에서 시험체의 파괴로 인하여 더 이상 상대동탄성계수를 측정할 수 없었다. 동결수 조건에 관계없이 GGBS70 시험체는 상대동탄성계수가 C100 시험체보다 높게 측정되어 동결융해 저항성능을 확보할 수 있을 것으로 판단된다.
동결수 해수조건에서는 담수조건과 유사한 공극크기별 공극분포를 나타냈으며, 동결수 조건이 슬래그 경화체 내부의 공극구조의 변화에 미치는 영향이 크지 않음을 확인하였으며, 해수에 의한 동결융해 작용은 표면박리에 더 크게 영향을 미치는 것을 확인하였다.
동결수 해수조건에서는 모든 시험체가 담수조건에 비해 질량감소율이 크게 나타났지만 GGBS70 시험체의 경우 다른 시험체에 비해 질량감소율이 가장 적게 나타났다. GGBS70시험체는 동결수 담수조건에서 뿐만 아니라 해수조건에서도 동결융해 작용에 따른 저항성능이 우수한 것으로 나타났다.
C100, GGBS40, GGBS70의 슬럼프는 각각 190, 200, 210 mm로 목표슬럼프를 만족하였다. 또한 C100, GGBS40의 공기량은 4.0, 4.3 %, 그리고 GGBS70의 경우 공기량이 낮게 측정되어 AE제를 사용하여 3.7 %로 목표공기량을 만족하였다.
GGBS70시험체는 동결수 담수조건에서 뿐만 아니라 해수조건에서도 동결융해 작용에 따른 저항성능이 우수한 것으로 나타났다. 한편, 동결수 해수조건에서 C100, GGBS40 시험체의 표면 열화가 담수조건에 비해 심하게 나타나 질량감소율이 급격하게 커지는 것을 확인하였다.
후속연구
, 2011). 따라서 연행공기를 통한 동결융해 저항성능의 향상 외에도 콘크리트 제조 시 고로슬래그 미분말을 활용할 경우 공극구조 개선을 통한 동결융해 저항성능의 향상을 도모할 수 있을 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
해양환경에 노출된 콘크리트 구조물은 무엇에 취약한가?
해양환경에 노출된 콘크리트 구조물은 기후변화로 인한 동결융해 작용에 의해 내부균열, 표면박리, 철근노출 등의 열화에 취약하다. 특히 우리나라의 경우 겨울철에 낮은 기온으로 인해 콘크리트 내 물이 동결하여 콘크리트 구조물의 열화가 쉽게 발생할 수 있다.
겨울철에 낮은 기온으로 인해 콘크리트 구조물에 쉽게 발생하는것은?
해양환경에 노출된 콘크리트 구조물은 기후변화로 인한 동결융해 작용에 의해 내부균열, 표면박리, 철근노출 등의 열화에 취약하다. 특히 우리나라의 경우 겨울철에 낮은 기온으로 인해 콘크리트 내 물이 동결하여 콘크리트 구조물의 열화가 쉽게 발생할 수 있다. 동결융해 저항성능은 일반적으로 공기량과 압축강도에 큰 영향을 받으며 이와 관련하여 많은 연구자들은 동결융해 저항성능과 공기량 또는 압축강도가 서로 밀접한 연관이 있다고 보고하고 있다(Oh et al.
슬래그를 다량 치환한 콘크리트의 동결융해 저항성능에 미치는 미세공극의 영향을 검토한 결과는 어떻게 되는가?
또한 설계기준강도와 목표공기량을 설정하고, 동결융해 작용에 따른 열화를 확인하기 위하여 재령 14일의 낮은 압축강도로 인한 내력저하를 유도하였다. 실험결과, 설계기준강도를 유사하게 설정하고 목표공기량을 확보하였음에도 불구하고 콘크리트의 미세공극 분포가 상이한 결과를 나타내었다. GGBS70 시험체는 동결융해를 받지 않은 초기 0사이클에서 10~100 nm 크기의 공극량이 가장 적어 공극 내 동결할 수 있는 물의 양이 적을 것으로 판단된다. 이러한 이유로 다른 시험체에 비해 동결팽창압력이 상대적으로 작기 때문에 동결융해 저항성능이 우수한 것으로 판단된다.
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