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문제 정의
- CLSM의 경우 다짐이 어려운 협소한 공간이나 지중 매설물 상부에 적용이 용이하도록 자체 수평성과 다짐성을 갖는 일정 함수비 이상으로 배합하는 것이 매우 중요하다. 따라서 본 연구에서는 함수비에 따른 CLSM의 유동성을 확인하기 위해 유동성 시험을 실시하였다. Table 3의 혼합물 종류(mixture type)에 따라 배합한 CLSM 시료의 유동성 시험 결과는 Fig.
- 본 연구에서는 최근 발생량이 증가하고 있는 등급 외 플라이애쉬의 재활용 방안으로, 등급 외 플라이애쉬 중 상대적으로 산화칼슘 함량이 높은 플라이애쉬를 사용하여 다양한 배합비로 제작한 CLSM 시료의 특성을 파악하였다. 이를 위해 플라이애쉬를 바인더로 사용하고 바텀애쉬와 규사를 골재로 하여 5개의 배합비에 따라 시료를 조성하였다.
가설 설정
- 3(a) 결과와 같이 함수비는 양생시간에 따라 감소하는 반면 부피 변화는 크지 않은 것으로 나타나(Fig. 3(b)), 경화체내의 간극은 유지되고 간극수가 감소하여 전체 단위중량이 감소한 것으로 판단된다.
제안 방법
- 1N의 일축압축강도 시험기를 이용하여 1mm/min의 속도로 하중을 재하하여 실시하였다. 0.1초마다 변위량과 하중을 기록하여 응력-변형률 곡선을 도시하고 이때의 최대값을 최대일축압축강도로 정하였다. CLSM 시료의 낮은 경도를 고려하여 시료 상･하부에 스테인리스(stainless)와 네오프렌(neoprene)으로 제작된 비접착식 캡을 씌워 일축압축강도 시험기와 시료의 접촉면을 양호하게 하였다(ASTM C1231, 2015).
- 이를 위해 플라이애쉬를 바인더로 사용하고 바텀애쉬와 규사를 골재로 하여 5개의 배합비에 따라 시료를 조성하였다. CLSM의 유동성, 일축압축강도, 단위중량, 미세구조관찰, X선 회절분석을 실시하였고, 실험 결과를 종합해보면 다음과 같다.
- 각 시료는 2θ=5∼65°의 범위에서 0.02°의 분해능으로 X선 회절분석(D/Max-2500V/PC, Rigaku)을 실시하였다.
- 각 시료는 아세톤에 넣어 추가 반응을 억제하였으며(Chindaprasirt et al., 2012), 건조로에서 60°C로 건조하여 미세 구조 관찰에 사용하였다.
- 경화된 플라이애쉬는 화학반응을 통해 초기 플라이애쉬의 광물조성과 다른 특성을 띠게 된다. 경화 후 생성된 CLSM 시료의 광물특성을 파악하고 강도발현 메카니즘을 규명하기 위해 플라이애쉬, 바텀애쉬, FA100, FA50BA50 시료의 X선 회절분석을 실시하였다. 각 시료의 X선 회절분석 결과는 Fig.
- , 2004). 관찰된 겔과 바늘 모양 생성물의 성분을 파악하기 위해 EDS 분석을 실시하였다(Table 4). Fig.
- 시료를 제작하기에 앞서 균질한 상태의 건조시료를 조성하기 위해 플라이애쉬에 바텀애쉬 혹은 인조규사를 중량비로 혼합한 후 교반기를 이용하여 15분간 건비빔을 실시하였다. 균질하게 조성된 건조시료에 유동성 기준을 만족하는 함수비의 증류수를 추가하였다. 최종적으로 조성된 혼합물은 교반기(LX-2003S, Luxel)를 이용하여 동일한 속도(60rpm)로 15분간 혼합하였다.
- 플라이애쉬를 CLSM으로 활용하기 위해 배합조건에 따른 유동성(flow consistency) 시험, 각 재령 일(curing time)별 함수비(water content), 부피변화(volume change), 단위 중량(bulk density), 그리고 일축압축강도(UCS, Unconfined Compression Strength)를 측정하였다. 또한 CLSM의 경화 메카니즘을 파악하기 위해 X선 회절분석(XRD, X-Ray Diffraction)을 실시하여 광물특성을 분석하고, 전자주사현미경(FE SEMEDS, Field Emission Scanning Electron Microscope-Energy Dispersive Spectroscopy)을 통해 미세구조를 관찰하였다.
- Table 3과 같은 배합비로 시료를 혼합한 후 3일, 7일, 14일 및 28일 동안 양생하고, 각각 3개의 시료를 준비하였다. 먼저 경화된 각 시료의 부피와 중량을 해당 재령일에서 측정하여 부피변화와 겉보기 단위중량(bulk density, kN/m3)을 계산하였으며, 일축압축시험이 끝난 후 시료를 회수하여 함수비를 측정하였다.
- 유동성 시험은 ASTM D6103(2004)에 따라 실시하였으며, 600×600(가로×세로, mm)의 비흡수성 판 위에 75×150(직경×높이, mm)의 원통을 올리고 내부에 혼합물을 채워 수직으로 올렸을 때 흘러나온 몰타르의 흐름직경이 200mm가 형성되는 때의 함수비를 측정하였다. 변수에 따라 제작된 CLSM 몰타르의 함수비를 증가시켜 실험을 진행하였으며, 흐름직경이 200mm일 때의 함수비를 내삽을 통해 산정하였다.
- 본 연구에서 사용된 재료의 화학적 조성을 파악하기 위해 X선 형광분석(XRF, X-Ray Fluorescence; PW2404, Philips)을 실시하고 그 결과를 Table 2에 나타내었다. 플라이애쉬의 화학적 조성은 이산화규소(SiO2)와 산화알루미늄(Al2O3)이 약 70%로 중합반응의 반응성 화합물인 Si와 Al이 다량 포함되어 있는 것으로 판단된다.
- 본 연구에서는 Table 3과 같이 플라이애쉬를 결합재로 하는 CLSM 시료를 조성하였으며, 골재율(골재중량/총 건조 혼합물 중량 비, % = 0, 20, 50)과 골재 종류(바텀애쉬, 인조 규사)를 변수로 하였다. 시료를 제작하기에 앞서 균질한 상태의 건조시료를 조성하기 위해 플라이애쉬에 바텀애쉬 혹은 인조규사를 중량비로 혼합한 후 교반기를 이용하여 15분간 건비빔을 실시하였다.
- 본 연구에서는 등급 외 플라이애쉬와 바텀애쉬를 사용하여 CLSM을 제조하였다. 플라이애쉬의 자체경화성을 이용하기 위해 상대적으로 산화칼슘 함량이 높은 플라이애쉬와 바텀애쉬를 수집하여 기본적인 물리적, 화학적 특성을 파악하였다.
- 본 연구에서는 제작된 공시체의 미세 구조 관찰을 위해 FE-SEM(Hitachi S-4800) 분석을 실시하였다. 미세 구조 관찰을 위한 시료는 양생 초기의 경화 생성물을 관찰하기 위해 재령 3일의 FA100 시료와 FA50BA50 시료를 준비하였다.
- 본 연구에서는 Table 3과 같이 플라이애쉬를 결합재로 하는 CLSM 시료를 조성하였으며, 골재율(골재중량/총 건조 혼합물 중량 비, % = 0, 20, 50)과 골재 종류(바텀애쉬, 인조 규사)를 변수로 하였다. 시료를 제작하기에 앞서 균질한 상태의 건조시료를 조성하기 위해 플라이애쉬에 바텀애쉬 혹은 인조규사를 중량비로 혼합한 후 교반기를 이용하여 15분간 건비빔을 실시하였다. 균질하게 조성된 건조시료에 유동성 기준을 만족하는 함수비의 증류수를 추가하였다.
- 본 연구에서는 최근 발생량이 증가하고 있는 등급 외 플라이애쉬의 재활용 방안으로, 등급 외 플라이애쉬 중 상대적으로 산화칼슘 함량이 높은 플라이애쉬를 사용하여 다양한 배합비로 제작한 CLSM 시료의 특성을 파악하였다. 이를 위해 플라이애쉬를 바인더로 사용하고 바텀애쉬와 규사를 골재로 하여 5개의 배합비에 따라 시료를 조성하였다. CLSM의 유동성, 일축압축강도, 단위중량, 미세구조관찰, X선 회절분석을 실시하였고, 실험 결과를 종합해보면 다음과 같다.
- 일축압축시험은 최대 하중 5,000N, 최소 눈금 0.1N의 일축압축강도 시험기를 이용하여 1mm/min의 속도로 하중을 재하하여 실시하였다. 0.
- , 2012; Kumar & Kumar, 2013). 제작된 CLSM 시료의 강도발현 메카니즘을 규명하기 위해 골재가 포함되지 않은 FA100 시료와 바텀애쉬를 골재로 사용하여 강도감소가 가장 크게 발생한 FA50BA50 시료에 대해서 전자주사현미경을 통한 미세구조관찰을 실시하였다. 미세구조 관찰 결과는 Fig.
- 균질하게 조성된 건조시료에 유동성 기준을 만족하는 함수비의 증류수를 추가하였다. 최종적으로 조성된 혼합물은 교반기(LX-2003S, Luxel)를 이용하여 동일한 속도(60rpm)로 15분간 혼합하였다. 혼합된 플라이애쉬 몰타르는 50×50×50(가로×세로×높이, mm) 큐브 몰드에 채웠으며, CLSM의 특징에 따라 다짐은 실시하지 않았다.
- , 2012), 건조로에서 60°C로 건조하여 미세 구조 관찰에 사용하였다. 추가적으로 경화 후 생성된 물질의 화학적 성분을 파악하기 위해 EDS 분석을 실시하였다.
- 플라이애쉬의 자체경화성을 이용하기 위해 상대적으로 산화칼슘 함량이 높은 플라이애쉬와 바텀애쉬를 수집하여 기본적인 물리적, 화학적 특성을 파악하였다. 플라이애쉬를 CLSM으로 활용하기 위해 배합조건에 따른 유동성(flow consistency) 시험, 각 재령 일(curing time)별 함수비(water content), 부피변화(volume change), 단위 중량(bulk density), 그리고 일축압축강도(UCS, Unconfined Compression Strength)를 측정하였다. 또한 CLSM의 경화 메카니즘을 파악하기 위해 X선 회절분석(XRD, X-Ray Diffraction)을 실시하여 광물특성을 분석하고, 전자주사현미경(FE SEMEDS, Field Emission Scanning Electron Microscope-Energy Dispersive Spectroscopy)을 통해 미세구조를 관찰하였다.
- 본 연구에서는 등급 외 플라이애쉬와 바텀애쉬를 사용하여 CLSM을 제조하였다. 플라이애쉬의 자체경화성을 이용하기 위해 상대적으로 산화칼슘 함량이 높은 플라이애쉬와 바텀애쉬를 수집하여 기본적인 물리적, 화학적 특성을 파악하였다. 플라이애쉬를 CLSM으로 활용하기 위해 배합조건에 따른 유동성(flow consistency) 시험, 각 재령 일(curing time)별 함수비(water content), 부피변화(volume change), 단위 중량(bulk density), 그리고 일축압축강도(UCS, Unconfined Compression Strength)를 측정하였다.
- 혼합된 플라이애쉬 몰타르는 50×50×50(가로×세로×높이, mm) 큐브 몰드에 채웠으며, CLSM의 특징에 따라 다짐은 실시하지 않았다.
대상 데이터
- 본 연구에서는 제작된 공시체의 미세 구조 관찰을 위해 FE-SEM(Hitachi S-4800) 분석을 실시하였다. 미세 구조 관찰을 위한 시료는 양생 초기의 경화 생성물을 관찰하기 위해 재령 3일의 FA100 시료와 FA50BA50 시료를 준비하였다. 각 시료는 아세톤에 넣어 추가 반응을 억제하였으며(Chindaprasirt et al.
- 본 연구에서는 플라이애쉬와 동일한 발전소에서 배출되는 바텀애쉬와 시중에 판매되는 인조규사를 골재로 사용하였다. 사용된 재료의 입도분포를 파악하기 위해 바텀애쉬와 규사는 체분석(ASTM D422, 2007)을 실시하였다.
- 본 연구에서는 플라이애쉬의 경화 전과 후의 광물조성을 비교하기 위하여 화력발전소에서 생성된 상태의 플라이애쉬, 바텀애쉬와 본 연구에서 배합한 FA100, FA50BA50 시료를 준비하였다. X선 회절분석에 사용된 시료는 미세구조 관찰에서 실시한 방법과 동일한 방법으로 처리하여 사용하였다.
- 플라이애쉬의 산화칼슘 함량은 자체 경화성에 영향을 주는 것으로 알려져 있어 본 연구에서는 유동층형 연소기를 사용하는 화력발전소에서 상대적으로 산화칼슘 함량이 높은 등급 외 플라이애쉬 및 바텀애쉬 시료를 채집하였다. 사용된 플라이애쉬의 기본적 특성은 Table 1과 같다.
이론/모형
- 65로 일반적인 흙과 비슷한 값을 가진다. Laser diffraction(Sedigraph 5100, Micromeritics)을 이용하여 입도분석을 실시하였으며, 입도분석 결과를 바탕으로 통일분류법(ASTM D2488, 2009)에 따라 ML로 분류되었다. ASTM C400(2013)에 따라 측정한 pH는 12.
- 본 연구에서는 플라이애쉬와 동일한 발전소에서 배출되는 바텀애쉬와 시중에 판매되는 인조규사를 골재로 사용하였다. 사용된 재료의 입도분포를 파악하기 위해 바텀애쉬와 규사는 체분석(ASTM D422, 2007)을 실시하였다. 입도분석 결과는 Fig.
- 유동성 시험은 ASTM D6103(2004)에 따라 실시하였으며, 600×600(가로×세로, mm)의 비흡수성 판 위에 75×150(직경×높이, mm)의 원통을 올리고 내부에 혼합물을 채워 수직으로 올렸을 때 흘러나온 몰타르의 흐름직경이 200mm가 형성되는 때의 함수비를 측정하였다.
성능/효과
- (1) 배합된 CLSM 시료의 유동성은 FA100 시료의 경우 함수비 약 85%에서 유동성 기준인 200mm 흐름반경을 만족하였으며, 골재 종류와 관계없이 동일한 골재의 양이 증가함에 따라 선형적으로 유동성을 만족하는 함수비는 감소하였다.
- (2) 일축압축강도 시험 결과 골재를 사용하지 않은 FA100 시료의 28일 강도는 약 1.2MPa로 측정되었으며, 규사를 골재로 사용하는 경우 골재량 20%, 50%에서 FA100 시료보다 각각 약 147%, 156% 강도가 증가하였다. 바텀애쉬를 골재로 사용하는 경우 골재량 20%, 50%에서 FA100 시료보다 각각 약 81%, 27% 작은 강도를 보였다.
- (3) 각 시료의 단위중량을 측정한 결과 양생 14일까지 단위 중량이 감소하는 경향을 보였으며, 이후 수렴하는 경향을 보였다. 바텀애쉬를 골재로 사용하는 경우 규사를 골재로 사용하는 경우보다 낮은 단위중량이 측정되었으며, 이 결과로부터 바텀애쉬를 골재로 사용하여 CLSM에 적용하는 경우 경량 CLSM으로 활용할 수 있을 것으로 판단된다.
- (4) CLSM 시료의 미세구조관찰 결과 중합반응에 의한 겔과 수화반응에 의한 바늘모양의 형상이 관찰되었으며, 본 연구에서 사용된 등급 외 고칼슘 함유 플라이애쉬를 바인더로 사용하는 경우 주요 경화반응은 자체 pH에 의한 중합반응과 산화칼슘 성분에 의한 수화반응으로 판단된다.
- (5) CLSM 시료의 경화 후 광물특성을 파악하기 위한 X선 회절분석에서는 미세구조관찰 결과와 마찬가지로 중합 반응에 의한 비석과 수화반응에 의한 수화 황산염이 측정되어 건조수축 저감에 도움을 주나 강도 역시 저감시키므로 바텀애쉬를 골재로 사용하는 경우 주의가 필요하다.
- 이는 Fig. 3(a) 결과와 같이 함수비는 양생시간에 따라 감소하는 반면 부피 변화는 크지 않은 것으로 나타나(Fig. 3(b)), 경화체내의 간극은 유지되고 간극수가 감소하여 전체 단위중량이 감소한 것으로 판단된다.
- 본 연구에서 제시한 재료와 배합비에 따라 CLSM을 제조하고 시공 현장에 적용하고자 하는 경우 다음과 같은 사항을 고려해야 한다: 1) 등급 외 고칼슘 플라이애쉬를 활용한 CLSM을 현장에 적용 시 최소 Table 3에 제시된 함수비 이상을 사용하여야 충분한 유동 흐름성을 확보할 수 있으며, 이보다 다량의 혼합수를 사용하고자 하는 경우(유동 흐름성을 증가시키고자 하는 경우)에는 강도에 대한 영향을 고려하여야 한다; 2) 본 연구에서 제시한 배합비에 따른 일축압축강도는 양생 28일 동안 최대 414% 증가를 보였다. 이는 고분자 중합반응이나 시멘트 수화반응 경화 특성에 따라 28일 이후 강도는 증가할 것으로 보이며(Hsu et al.
- 4(a)와 같다. 28일 양생기간 동안 모든 CLSM 시료에서 강도가 증가하는 경향을 보였으며, 특히 양생 3일부터 7일 구간에서 가장 큰 강도의 증가가 관찰되었다. 일축압축강도 시험 결과, 골재를 포함하지 않은 FA100 시료는 양생 3일, 28일에서 각각 약 0.
- , 2013; Lee et al., 2013), 일반적으로 CLSM을 적용하는 시공 현장의 중요도를 고려했을 때 등급 외 고칼슘 플라이애쉬를 활용한 CLSM을 적용하기에 무리가 없을 것으로 판단된다; 3) 일축압축강도 결과로부터 상대적으로 큰 강도가 필요한 경우에 규사와 같은 일반적인 골재를 사용하는 것이 타당하나, 일반적인 경우에는 플라이애쉬만을 사용한 CLSM이나 바텀애쉬를 골재로 사용한 CLSM을 적용하여도 무방할 것으로 판단된다. 특히 바텀애쉬를 골재로 사용하는 경우 플라이애쉬만을 사용한 경우보다 작은 강도 범위를 보였지만, 골재율 50% 이내에서 인력으로 굴착 가능한 최소 강도 기준을 만족하며 부피변화 측정 결과(Fig.
- 황산염 광물인 타우머사이트는 시멘트 경화체 내에서 황산염 침식을 일으켜 강도를 저하시키는 원인이 된다(Irassar, 2005). FA50BA50 시료의 X선 회절 패턴에서도 FA100 시료와 동일하게 비석과 수화 황산염이 관찰되어 1차 지오폴리머 반응과 시멘트 수화반응이 진행되었음을 알 수 있고, 황산염 침식으로 인한 강도저하가 발생한 것으로 판단된다(Fig. 4).
- 0%로 가장 크게 측정되었다. 골재량에 따른 부피변화율을 보면 골재율 20%의 경우 FA80BA20, FA80SD20 시료가 각각 5.9, 6.0%의 부피변화 율을 보였으며, 골재율 50%의 경우 FA50BA50, FA50SD50 시료 각각 2.8, 5.0%의 부피변화율을 보여 골재량이 증가함에 따라 건조수축 저감 효과가 있는 것으로 나타났다. 특히 FA50BA50은 부피변화가 가장 작게 발생하였는데, 이는 수화 황산염 생성이 부피변화를 감소시키는 역할을 한 것으로 판단된다(Yoon & Rho, 2004).
- 8kN/m3로 약 38% 감소하여 양생 시간에 따른 단위중량 감소 경향이 가장 크게 나타났다. 골재를 포함한 경우 FA80BA20 시료는 동일한 양생기간 동안 약 33%, FA50BA50 시료는 약 29% 정도 단위중량이 감소하였다. 규사를 골재로 사용한 경우 FA80SD20여 약 19%로 가장 작은 단위중량 감소율을 나타냈다.
- FA100의 경우 함수비 약 85%에서 유동성 기준(흐름직경=200mm)을 만족하였으며, 골재의 종류와 상관없이 골재량이 증가함에 따라 유동성 기준을 만족하는 함수비는 감소하였다. 골재율을 20%에서 50%로 증가시킴에 따라 바텀애쉬의 경우 각각 함수비 74%와 56%에서, 규사의 경우 각각 65%와 42%에서 유동성 기준을 만족하였다. 유동성 기준을 만족하는 함수비를 골재 종류와 골 재량에 따라 도시한 결과는 Fig.
- 4(b)와 같다. 규사를 골재로 사용하는 경우 경화체 내부에서 골재입자가 마찰 보강재역할을 하여 모든 재령일에서 FA100 시료보다 큰 강도를 보였으며, 강도 양상은 골재량(20%, 50%)에 따라 큰 차이를 보이지 않았다. 이는 골재량 증가에 의해 입자 간 마찰력(frictional force)이 증가하였으나, 바인더 역할을 하는 플라이애쉬량이 감소함에 따라 부착력(cohesional force)이 감소하여 상대적인 효과가 서로 상쇄되었기 때문으로 판단된다.
- 골재를 포함한 경우 FA80BA20 시료는 동일한 양생기간 동안 약 33%, FA50BA50 시료는 약 29% 정도 단위중량이 감소하였다. 규사를 골재로 사용한 경우 FA80SD20여 약 19%로 가장 작은 단위중량 감소율을 나타냈다. 이는 Fig.
- 플라이애쉬의 화학적 조성은 이산화규소(SiO2)와 산화알루미늄(Al2O3)이 약 70%로 중합반응의 반응성 화합물인 Si와 Al이 다량 포함되어 있는 것으로 판단된다. 또한 산화칼슘 함량이 8.71%로 일반적인 플라이애쉬에 비해 높게 측정되었다. 바텀애쉬의 XRF 결과는 플라이애쉬의 결과와 매우 유사하며, 이산화규소와 산화알루미늄을 주성분으로 하고 산화칼슘 함량이 높게 측정되었으며, 삼산화황(SO3)을 포함하는 것이 특징으로 나타났다.
- 2MPa로 측정되었으며, 규사를 골재로 사용하는 경우 골재량 20%, 50%에서 FA100 시료보다 각각 약 147%, 156% 강도가 증가하였다. 바텀애쉬를 골재로 사용하는 경우 골재량 20%, 50%에서 FA100 시료보다 각각 약 81%, 27% 작은 강도를 보였다.
- (3) 각 시료의 단위중량을 측정한 결과 양생 14일까지 단위 중량이 감소하는 경향을 보였으며, 이후 수렴하는 경향을 보였다. 바텀애쉬를 골재로 사용하는 경우 규사를 골재로 사용하는 경우보다 낮은 단위중량이 측정되었으며, 이 결과로부터 바텀애쉬를 골재로 사용하여 CLSM에 적용하는 경우 경량 CLSM으로 활용할 수 있을 것으로 판단된다.
- 2MPa의 강도가 측정되어 강도가 양생시간 동안 414% 증가하였다. 바텀애쉬를 골재로 사용한 경우에 FA80BA20, FA50BA50 시료에서 양생 3일에서 양생 28일까지 양생시간이 증가함에 따라 강도가 각각 384%, 184% 증가하였으며, 규사를 골재로 사용한 경우 FA80SD20, FA50SD50의 강도가 각각 291%, 368% 증가하였다.
- 2(b)와 같다. 바텀애쉬와 규사를 사용하는 경우 모두 골재량이 증가함에 따라 ASTM의 유동성 기준을 만족하는 함수비가 선형적으로 감소하는 경향을 나타냈다. 규사를 골재로 사용하는 경우 동일한 질량의 바텀애쉬를 사용한 경우보다 급격한 함수비 감소 경향을 보여 유동성이 더 개선되었음을 알 수 있다.
- 71%로 일반적인 플라이애쉬에 비해 높게 측정되었다. 바텀애쉬의 XRF 결과는 플라이애쉬의 결과와 매우 유사하며, 이산화규소와 산화알루미늄을 주성분으로 하고 산화칼슘 함량이 높게 측정되었으며, 삼산화황(SO3)을 포함하는 것이 특징으로 나타났다.
- 5(b), (d)와 같이 시멘트 수화반응(C-S-H 결합) 후 생성되는 작은 바늘 모양의 물질도 관찰되었다. 본 연구에서 사용된 플라이애쉬는 약 8.71%의 산화칼슘을 포함하고 있으며, 산화칼슘의 수화반응 결과물로 작은 바늘모양의 생성물이 형성된 것으로 판단된다. 시멘트 수화반응 결합물은 중합반응의 겔과 같은 역할을 하여 골재를 서로 연결하며 강도를 발현한다(Li et al.
- 본 연구에서 실시한 배합 중 FA100 시료의 X선 회절 패턴에서는 비결정질 알루미노규산염을 의미하는 2θ=26∼28°의 구간에서 강도 값(intensity peak)의 폭이 좁아지고 측정된 각도의 위치가 좌측으로 이동하였으며, 이를 통해 비결정질 물질이 결정질로 변화하였음을 알 수 있다(Rattanasak & Chindaprasirt, 2009).
- 양생 시간에 따른 단위중량 감소 경향은 동일한 골재를 사용한 경우에 골재율이 커질수록 작았으며, 골재 종류가 다른 경우 바텀애쉬가 규사보다 양생 기간에 따른 단위중량 감소에 효과적인 것으로 나타났다. 바텀애쉬의 비중과 규사의 비중은 차이가 없으나(Table 1), 바텀애쉬는 미연소탄소를 다량 포함하고 있어 미연소탄소의 내부에 존재하는 기공이 CLSM의 경량화에 도움이 된 것으로 판단된다.
- 3(a)과 같다. 양생 후 3일에 측정한 함수비는 FA100(40%)과 바텀애쉬를 골재로 사용한 FA80BA20(35%), FA50BA50(37%) 시료에서 규사를 골재로 사용한 FA80SD20(24%), FA50SD50(21%) 시료보다 높게 측정되었다. 이러한 결과는 플라이애쉬와 바텀애쉬에 포함되어 있는 산화칼슘의 흡수성과 두 재료의 비표면적이 상대적으로 규사의 비표면적보다 커 물이 흡착되어 있는 면적이 크기 때문으로 판단된다.
- 특히 양생 3일에서 7일 구간에서 가장 큰 단위중량 감소를 나타냈으며 FA50SD50 시료는 7일 이후, 나머지 시료는 14일 이후 수렴하는 경향을 보였다. 양생기간 동안 단위중량 변화율은 골재를 포함하지 않은 FA100 시료의 경우 양생 3일 14.0kN/m3에서 양생 28일 8.8kN/m3로 약 38% 감소하여 양생 시간에 따른 단위중량 감소 경향이 가장 크게 나타났다. 골재를 포함한 경우 FA80BA20 시료는 동일한 양생기간 동안 약 33%, FA50BA50 시료는 약 29% 정도 단위중량이 감소하였다.
- 28일 양생기간 동안 모든 CLSM 시료에서 강도가 증가하는 경향을 보였으며, 특히 양생 3일부터 7일 구간에서 가장 큰 강도의 증가가 관찰되었다. 일축압축강도 시험 결과, 골재를 포함하지 않은 FA100 시료는 양생 3일, 28일에서 각각 약 0.3MPa과 1.2MPa의 강도가 측정되어 강도가 양생시간 동안 414% 증가하였다. 바텀애쉬를 골재로 사용한 경우에 FA80BA20, FA50BA50 시료에서 양생 3일에서 양생 28일까지 양생시간이 증가함에 따라 강도가 각각 384%, 184% 증가하였으며, 규사를 골재로 사용한 경우 FA80SD20, FA50SD50의 강도가 각각 291%, 368% 증가하였다.
- , 2000). 입도분석 결과 바텀애쉬와 규사의 유효입경(D50)은 각각 0.81mm, 0.79mm로 유사하게 나타났으며, 플라이애쉬의 유효입경 0.016mm 보다 약 60배 크게 측정되었다. 측정된 결과로부터 계산된 균등계수(Cu)와 곡률계수(Cc)는 바텀애쉬의 경우 Cu=9.
- 016mm 보다 약 60배 크게 측정되었다. 측정된 결과로부터 계산된 균등계수(Cu)와 곡률계수(Cc)는 바텀애쉬의 경우 Cu=9.25, Cc=0.96으로 양입도 분포를 보였고, 인조규사는 Cu=1.56, Cc=1.11으로 빈입도 분포를 보였다.
- , 2013), 일반적으로 CLSM을 적용하는 시공 현장의 중요도를 고려했을 때 등급 외 고칼슘 플라이애쉬를 활용한 CLSM을 적용하기에 무리가 없을 것으로 판단된다; 3) 일축압축강도 결과로부터 상대적으로 큰 강도가 필요한 경우에 규사와 같은 일반적인 골재를 사용하는 것이 타당하나, 일반적인 경우에는 플라이애쉬만을 사용한 CLSM이나 바텀애쉬를 골재로 사용한 CLSM을 적용하여도 무방할 것으로 판단된다. 특히 바텀애쉬를 골재로 사용하는 경우 플라이애쉬만을 사용한 경우보다 작은 강도 범위를 보였지만, 골재율 50% 이내에서 인력으로 굴착 가능한 최소 강도 기준을 만족하며 부피변화 측정 결과(Fig. 3(b))와 같이 건조수축 저감 효과를 기대할 수 있다.
- 이러한 경향은 양생 시간에 따라 유지 되었으며, 각 시료의 단위중량은 감소하는 경향을 보였다. 특히 양생 3일에서 7일 구간에서 가장 큰 단위중량 감소를 나타냈으며 FA50SD50 시료는 7일 이후, 나머지 시료는 14일 이후 수렴하는 경향을 보였다. 양생기간 동안 단위중량 변화율은 골재를 포함하지 않은 FA100 시료의 경우 양생 3일 14.
- 이는 골재량 증가에 의해 입자 간 마찰력(frictional force)이 증가하였으나, 바인더 역할을 하는 플라이애쉬량이 감소함에 따라 부착력(cohesional force)이 감소하여 상대적인 효과가 서로 상쇄되었기 때문으로 판단된다. 하지만 바텀애쉬를 골재로 사용하는 경우 각각의 재령일에서 FA100 시료보다 낮은 강도를 보였으며, 강도 양상은 골재량이 20%에서 50%로 증가함에 따라 FA100 시료와 강도차이가 커지는 것으로 나타났다. 이는 바텀애쉬에 포함된 삼산화황(SO3)이 황산염(surfate)을 생성시키며, 황산염이 시멘트 수화반응을 방해하여 강도저하를 일으켰기 때문이다(Irassar, 2005).
- 함수비는 양생 후 3일부터 양생 후 14일까지 감소하다가 각 시료에 따라 약 2%∼4%로 수렴하는 결과를 보였다.
후속연구
- 3(b))와 같이 건조수축 저감 효과를 기대할 수 있다. 하지만 본 연구의 결과와 같이 바텀애쉬를 골재로 사용하는 경우 삼산화황의 함량에 따라 CLSM의 강도가 영향을 받기 때문에 추후 다양한 바텀애쉬를 골재로 사용한 CLSM의 특성 평가가 필요할 것으로 판단된다.
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