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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 대경권 지역에서 생산되는 7개사의 부순모래를 수집하여 기본 물성 측정 및 부순모래 입형의 정량화 방법을 제시하였으며, 이 중 조립률이 상이한 3종류의 부순모래를 사용하여 조립률과 치환률 변화가 콘크리트의 특성에 미치는 영향을 검토함으로써 부순모래를 콘크리트용 잔골재로 활용하기 위한 실무응용의 자료를 제시하고자 한다.
- 본 연구는 대경권 지역에서 생산되는 부순모래를 콘크리트용 잔골재로 활용하기 위하여 물리적 특성과 조립률 및 치환률이 콘크리트의 특성에 미치는 영향을 검토한 것으로 연구의 결론은 다음과 같다.
제안 방법
- Table 3은 실험계획을 나타낸 것으로 콘크리트 배합은 물-시멘트비(W/C) 50%, 잔골재율(S/a) 48%로 하여 부순모래 조립률과 치환률에 따른 굳지 않은 콘크리트의 특성으로 슬럼프, 공기량, 블리딩을 측정하였으며, 경화 콘크리트의 특성으로는 재령 28일압축강도를 측정하였다.
- 3%를 제외하고는 기준값을 모두 만족하고 있다. 그러나 부순모래는 원석을 파쇄하여 생산하고 있어 입형이 모난 것이 많으며(Kim et al. 2005), 이를 정량화하기 위하여 본 연구에서는 각 부순모래의 구형율, 세장율, 방형율, 편평율을 구하였으며, 그 결과를 Table 5에 나타내었다.
- 본 연구는 부순모래의 조립률과 치환률이 콘크리트의 특성에 미치는 영향을 검토한 것으로 Table 2의 부순모래 물성시험값을 바탕으로 조립률이 약 3.2, 3.5 및 3.7인 CS-A, CS-B 및 CS-C 3종류의 부순모래를 천연잔골재(NS)에 0%, 25%, 50%, 75%, 100% 치환하여 부순모래의 조립률과 치환률이 콘크리트의 특성에 미치는 영향을 평가하였다.
- 본 연구는 부순모래의 조립률과 치환률이 콘크리트의 특성에 미치는 영향을 검토한 것으로 부순모래 물성시험 값을 바탕으로 조립률이 약 3.2, 3.5 및 3.7인 CS-A, CS-B 및 CS-C 3종류의 부순모래를 천연잔골재(NS)에 0%, 25%, 50%, 75%, 100% 치환한 콘크리트의 슬럼프, 공기량, 블리딩 및 압축강도 등을 측정함으로써 부순모래의 조립률과 치환률이 콘크리트의 특성에 미치는 영향을 평가하였다.
- 21의 천연 잔골재와 대경권에서 생산되는 부순모래 중 7개 생산업체에서 채취한 부순모래를 사용하였다. 부순모래의 품질평가를 위하여 KS F 2527 ｢콘크리트용 부순 골재｣에 규정되어 있는 조립률, 밀도, 흡수율, 단위용적중량, 0.08mm체 통과량, 실적률, 입자모양판정실적률, 유기불순물, 안정성 등의 물성시험을 실시하였다. Table 2에 부순모래의 각 항목별 시험결과를 KS 기준값과 비교하여 나타내었다.
- 천연잔골재(NS)에 부순모래 CS-A, CS-B 및 CS-C를 25%, 50%, 75%로 각각 치환 후 입도분포 측정결과를 Fig. 2 나타내었다.
- 콘크리트 배합은 60 L 강제식 믹서를 사용하여 시멘트, 잔골재와 함께 60초간 건비빔을 한 다음 1차수를 투입하고 90초간 믹싱을 한 후 2차수와 혼화제 및 굵은 골재를 투입하여 150초간 믹싱하여 배출하였다.
- 콘크리트의 압축강도는 Φ100×200mm 공시체를 제작하여 재령 28일 강도를 측정하였다.
대상 데이터
- 굵은골재는 밀도 2.63g/cm3 , 조립률 6.78인 경북 성주산 부순자갈을 사용하였으며, 잔골재는 대구인근의 낙동강에서 생산되는 조립률 2.21의 천연 잔골재와 대경권에서 생산되는 부순모래 중 7개 생산업체에서 채취한 부순모래를 사용하였다. 부순모래의 품질평가를 위하여 KS F 2527 ｢콘크리트용 부순 골재｣에 규정되어 있는 조립률, 밀도, 흡수율, 단위용적중량, 0.
- 실험에 사용한 시멘트는 분말도 3,304cm2/g, 밀도 3.15g/cm3인 H사의 보통포틀랜드 시멘트로 물리 ․ 화학적 특성은 Table 1과 같다.
이론/모형
- 강도 측정은 첨단건설재료실험센터의 KREONET망으로 연결된 Shimadzu사의 5MN 압축시험기를 사용하였으며, 콘크리트 압축강도 측정은 KS F 2405 ｢콘크리트의압축강도 시험｣에 준하여 0.6±0.4MPa(=N/mm2)의 재하속도로 측정하였다.
- 굳지 않은 콘크리트의 블리딩 시험은 KS F 2414 ｢콘크리트의 블리딩 시험 방법｣에 준하여 블리딩이 정지할 때까지 매 30분 간격으로 측정하였으며, 빨아낸 물은 메스실린더로 옮긴 후 고인물의 누계를 1 mL까지 기록하여 다음 식을 이용하여 블리딩률을 계산하였다.
- 굳지 않은 콘크리트의 슬럼프 시험은 워커빌리티(Workability)에 영향을 미치는 반죽질기를 측정하는 것으로 KS F 2402 ｢콘크리트의 슬럼프 시험 방법｣에 준하여 실시하였다.
- 본 연구에서 공기량은 천연 잔골재 사용을 기준으로 4.5±1.5% 로 하였으며, 굳지 않은 콘크리트의 공기량 측정은 KS F 2421 ｢압력법에 의한 굳지 않은 콘크리트의 공기량 시험방법｣에 준하여 실시하였다.
- 실험에 사용된 천연모래와 부순모래 7종에 대한 입도, 밀도, 흡수율, 실적률, 안정성 등의 물리적 특성은 한국산업규격(KS)에 규정된 각 시험방법에 준하여 실시하였다.
성능/효과
- 1. 천연잔골재의 조립률이 2.0 정도이고, 부순모래 조립률이 3.2 이상인 경우 합성입도는 부순모래 치환률 50%까지는 KS 규정입도 범위를 만족하였으나, 치환률 75%이상에서는 규정 입도 분포를 벗어나, 잔골재로 부순모래를 혼합 사용시에는 천연잔 골재의 조립률을 고려한 부순모래 및 치환률 선정이 필요하다.
- 2. 부순모래의 형상 정량화를 위한 입형계수는 입자모양판정실적률과의 상관성이 있으며, 부순모래 사용시 콘크리트의 유동성 등을 위해서는 입자모양판정실적률이 기준 값보다 높은 것을 사용하는 것이 좋을 것으로 판단된다.
- 3. 부순모래를 사용한 콘크리트의 슬럼프는 부순모래의 조립률에 관계없이 부순모래 치환률이 증가할수록 슬럼프도 증가하는 경향을 나타내었다. 그러나 슬럼프 형상은 부순모래 치환률 50%까지는 양호하게 나타났으나, 부순모래 치환률 75%이상에서는 슬럼프 형상 붕괴 등이 나타나, 부순모래 사용량을 증가시키기 위해서는 조립률을 감소시켜야 할 것으로 판단된다.
- 4. 부순모래를 사용한 콘크리트의 공기량은 부순모래에 포함된 미립분의 영향으로 부순모래 치환률이 증가할수록 감소하는 것으로 나타났다.
- 5. 부순모래를 사용한 콘크리트의 블리딩은 부순모래의 조립률이 크고, 치환률이 증가할수록 부순모래의 수분흡착속도의 증가와 부순모래 하부 수막 형성으로 콘크리트 표면에 떠오르는 블리딩률은 감소하는 것으로 나타났다.
- 6. 부순모래를 사용한 콘크리트의 압축강도는 부순모래 조립률에 관계없이 시멘트페이스트와 골재간의 부착력 증진에 기인하여 치환률이 증가할수록 증가하는 경향을 나타내었다.
- Fig. 1은 조립률 2.21인 천연잔골재(NS)와 평균조립률 3.50인 부순모래 7종의 입도분포를 나타낸 것으로 천연잔골재는 2.21로서 KS 규정치 보다 작아 입도 범위를 벗어나고 있고, 부순모래는 조립 률의 평균이 3.50으로서 KS 규정치 보다 크게 되어 입도 범위를 벗어나고 있는 것으로 나타났다.
- KS F 2527 ｢콘크리트용 부순 골재｣에 준하여 대경권에서 생산되는 7개 생산업체의 부순모래의 품질평가 결과, 밀도, 흡수율, 0.08mm체 통과량, 입형판정실적률, 유기불순물 및 안정성은 모두 KS 규정값을 만족하는 것으로 나타났다. 그러나 조립률은 3.
- 따라서 부순모래의 입형계수가 높고 구형에 가까울수록 입자모양판정실적률이 높아 상관성이 있는 것을 알 수 있다. 그러나 CS-B의 경우 입자모양판정실적률은 KS 기준값 53%이상을 만족하고 있지만, 정량화한 골재의 형상에서는 원반상으로 분류되고 있어 부순모래 사용시 입자모양판정실적률이 기준값보다 높은 것을 사용하는 것이 콘크리트의 유동성 개선 등에 유리할 것으로 판단된다.
- 부순모래를 사용한 콘크리트의 슬럼프는 부순모래의 조립률에 관계없이 부순모래 치환률이 증가할수록 슬럼프도 증가하는 경향을 나타내었다. 그러나 슬럼프 형상은 부순모래 치환률 50%까지는 양호하게 나타났으나, 부순모래 치환률 75%이상에서는 슬럼프 형상 붕괴 등이 나타나, 부순모래 사용량을 증가시키기 위해서는 조립률을 감소시켜야 할 것으로 판단된다.
- 3%로 비교적 입자모양판정실적률이 낮은 것을 알 수 있다. 따라서 부순모래의 입형계수가 높고 구형에 가까울수록 입자모양판정실적률이 높아 상관성이 있는 것을 알 수 있다. 그러나 CS-B의 경우 입자모양판정실적률은 KS 기준값 53%이상을 만족하고 있지만, 정량화한 골재의 형상에서는 원반상으로 분류되고 있어 부순모래 사용시 입자모양판정실적률이 기준값보다 높은 것을 사용하는 것이 콘크리트의 유동성 개선 등에 유리할 것으로 판단된다.
- KS F 2527 ｢콘크리트용 부순 골재｣에는 부순골재의 형상으로 입자모양판정실적률의 기준값으로 부순 굵은골재 55% 이상, 부순 잔골재 53% 이상으로 규정하고 있다. 본 연구에 사용된 부순모래 7종 중 입자모양판정실적률은 CS-D 52.3%를 제외하고는 기준값을 모두 만족하고 있다. 그러나 부순모래는 원석을 파쇄하여 생산하고 있어 입형이 모난 것이 많으며(Kim et al.
- 72이상으로 구상으로 분류되었다. 원반상으로 분류된 부순모래의 입자모양판정실적률은 CS-B 54.5%, CS-D 52.3%로 비교적 입자모양판정실적률이 낮은 것을 알 수 있다. 따라서 부순모래의 입형계수가 높고 구형에 가까울수록 입자모양판정실적률이 높아 상관성이 있는 것을 알 수 있다.
- 21로 작은 천연 잔골재와 다량 혼합할 경우 평균 조립률이 증가되어 워커빌리티가 불량함에 기인된 것으로 판단된다. 특히 CS-D의 경우는 부순모래 치환률 50%에서도 부순모래의 입형 불량에 기인된 슬럼프 형상이 붕괴되는 재료분리현상이 나타났다. 따라서 부순모래를 혼합하여 잔골재로 이용시에도 적정한 입도 분포와 입형이 확보되어야 잔골재 전체의 입도 및 입형이 개선되어 목표로 하는 콘크리트의 유동성을 확보할 수 있을 것으로 판단된다.
후속연구
- 특히 CS-D의 경우는 부순모래 치환률 50%에서도 부순모래의 입형 불량에 기인된 슬럼프 형상이 붕괴되는 재료분리현상이 나타났다. 따라서 부순모래를 혼합하여 잔골재로 이용시에도 적정한 입도 분포와 입형이 확보되어야 잔골재 전체의 입도 및 입형이 개선되어 목표로 하는 콘크리트의 유동성을 확보할 수 있을 것으로 판단된다.
- 따라서 잔골재로 부순모래 혼합 사용시에는 천연잔골재의 조립률을 고려한 부순모래 및 치환률을 선정할 필요가 있다. 또한 향후 천연잔골재를 대체하여 전량 부순모래를 사용할 경우에는 입도분포를 고려한 부순모래 생산이 필요하다.
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