[국내논문]조강시멘트와 순환골재를 적용한 콘크리트의 증기양생조건별 압축강도 특성 Compressive Strength Properties of Concrete Using High Early Strength Cement and Recycled Aggregate with Steam Curing Conditions원문보기
순환골재는 천연골재가 부족한 국내에서 매우 유용한 골재자원이며, 정부에서도 이러한 중요성을 인식하고 순환골재의 고부가가치 활용을 위한 다양한 정책을 제안하고 있다. 그러나 현재 국내에서 생산되는 순환골재는 대부분 성토, 매립 등 저부가가치의 용도로 활용되고 있으며 구조용 부재와 같은 고부가가치 활용은 아직 이루어지지 않고 있다. 국내 순환골재 생산기술은 세계적인 수준임에도 불구하고 순환골재콘크리트의 구조용 부재적용은 아직 이루어지지 않고 있으며 이는 순환골재의 표면에 부착된 부착모르타르와 순환골재의 생산과정에서 발생되는 균열로 인해 순환골재콘크리트의 품질을 예측하고 조절하기 어렵기 때문인 것으로 판단된다. 본 연구에서는 순환골재콘크리트의 현장적용성 증진을 위한 일환으로 순환골재, 조강시멘트, 증기양생 최고온도 및 최고온도 지속시간이 순환골재콘크리트에 미치는 영향을 분석하고자 하였다.
순환골재는 천연골재가 부족한 국내에서 매우 유용한 골재자원이며, 정부에서도 이러한 중요성을 인식하고 순환골재의 고부가가치 활용을 위한 다양한 정책을 제안하고 있다. 그러나 현재 국내에서 생산되는 순환골재는 대부분 성토, 매립 등 저부가가치의 용도로 활용되고 있으며 구조용 부재와 같은 고부가가치 활용은 아직 이루어지지 않고 있다. 국내 순환골재 생산기술은 세계적인 수준임에도 불구하고 순환골재콘크리트의 구조용 부재적용은 아직 이루어지지 않고 있으며 이는 순환골재의 표면에 부착된 부착모르타르와 순환골재의 생산과정에서 발생되는 균열로 인해 순환골재콘크리트의 품질을 예측하고 조절하기 어렵기 때문인 것으로 판단된다. 본 연구에서는 순환골재콘크리트의 현장적용성 증진을 위한 일환으로 순환골재, 조강시멘트, 증기양생 최고온도 및 최고온도 지속시간이 순환골재콘크리트에 미치는 영향을 분석하고자 하였다.
Recycled aggregate is a valuable resource in Korea in lack of natural aggregate. Government recognizes the importance and suggests various policies enhancing its use for higher value-added application. Most of recycled aggregate produced currently in Korea, however, is applied for low value-added us...
Recycled aggregate is a valuable resource in Korea in lack of natural aggregate. Government recognizes the importance and suggests various policies enhancing its use for higher value-added application. Most of recycled aggregate produced currently in Korea, however, is applied for low value-added uses such as embankment, reclamation, etc. Its higher valued application such as for structural concrete is very limited. Although domestic manufacturing technology of recycled aggregate is at the world level, recycled aggregate is not applied for structural concrete. Primary reasons for the limited use of the recycled aggregate include bonded mortar and cracks occurred during crushing and hence it is very difficult to predict and control the quality of recycled aggregate concrete. This research intended to grasp combined characteristics of recycled aggregate, high early strength cement, maximum temperature and time duration of steam curing and then, analyze the effects of factors. Also, it suggested the method to improve field applicability of recycled aggregate concrete.
Recycled aggregate is a valuable resource in Korea in lack of natural aggregate. Government recognizes the importance and suggests various policies enhancing its use for higher value-added application. Most of recycled aggregate produced currently in Korea, however, is applied for low value-added uses such as embankment, reclamation, etc. Its higher valued application such as for structural concrete is very limited. Although domestic manufacturing technology of recycled aggregate is at the world level, recycled aggregate is not applied for structural concrete. Primary reasons for the limited use of the recycled aggregate include bonded mortar and cracks occurred during crushing and hence it is very difficult to predict and control the quality of recycled aggregate concrete. This research intended to grasp combined characteristics of recycled aggregate, high early strength cement, maximum temperature and time duration of steam curing and then, analyze the effects of factors. Also, it suggested the method to improve field applicability of recycled aggregate concrete.
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문제 정의
프리캐스트 콘크리트는 대부분 공장제품이므로 거푸집 제거시기 결정을 위한 탈형강도, 품질기준 만족을 위한 압축강도, 공장회 전율을 높이기 위한 증기양생 시간이 주요 요소이므로 순환골재를 프리캐스트 콘크리트에 적용하기 위해서는 상기와 같은 특성의 검토가 필수적이다. 따라서 본 연구에서는 순환골재를 프리캐스트 콘크리트에 적용함에 있어 탈형강도 및 재령 28일 강도의 확보를 위해 조강시멘트를 적용하고, 공장회전율 증가를 위해 다양한 증기양생 조건을 변수로 설정하였으며 이에 대한 압축강도특성을 분석하여 순환골재 콘크리트의 실용화를 위한 기초자료를 제공하고자 한다.
본 연구에서는 순환골재의 적용률 확대를 위해 프리캐스트 콘크리트의 적용을 목표로 조강시멘트와 증기양생조건에 따른 순환골재콘크리트의 압축강도특성을 분석하고자 하였다. 조강시멘트, 순환골재 적용, 증기양생 최고온도 및 지속시간의 변화에 따른 순환골재 콘크리트의 특성을 분석한 결과는 다음과 같다.
대상 데이터
2013)의 실험결과에 따라 순환굵은골재의 치환율은 60%, 순환잔골재의 치환율은 40%로 설정하였다. 사용시멘트는 일반적으로 사용되는 1종 보통 시멘트와 3종 조강시멘트로 구분하였으며, 배합강도는 비구조용 프리캐스트 콘크리트와 구조용 프리캐스트 콘크리트에 모두 적용이 가능한 30MPa로 설정하였다. 양생조건은 현재 프리캐스트 공장에서 적용하는 증기양생 방식과 동일한 방식(최고온도 60도, 최고온도 지속시간 4시간)을 기준으로 하였으며 증기양생 최고온도 및 최고온도 지속시간은 다음 Table 1과 같이 조절하였다.
시멘트는 S사에서 생산된 1종 보통포틀랜드시멘트와 3종 조강 포틀랜드시멘트를 사용하였다. 일반골재는 충남 공주산 부순자갈과 부순잔골재를 사용하였으며, 순환골재는 국내 I사에서 생산된 고품질 순환굵은골재와 순환잔골재를 사용하였다.
시멘트는 S사에서 생산된 1종 보통포틀랜드시멘트와 3종 조강 포틀랜드시멘트를 사용하였다. 일반골재는 충남 공주산 부순자갈과 부순잔골재를 사용하였으며, 순환골재는 국내 I사에서 생산된 고품질 순환굵은골재와 순환잔골재를 사용하였다. 혼화제는 국내 D사에서 생산되는 폴리카본산계 고성능 AE감수제를 사용하였다.
이론/모형
굳지않은 콘크리트의 물성은 슬럼프 및 공기량을 확인하였으며 슬럼프 시험은 KS F 2402, 공기량 시험은 KS F 2421을 기준으로 측정하였다.
제작된 공시체의 물리적 특성은 재령별 압축강도측정을 통해 분석하였으며, 압축강도 시험은 KS F 2405를 기준으로 측정하였다.
양생조건은 현재 프리캐스트 공장에서 적용하는 증기양생 방식과 동일한 방식(최고온도 60도, 최고온도 지속시간 4시간)을 기준으로 하였으며 증기양생 최고온도 및 최고온도 지속시간은 다음 Table 1과 같이 조절하였다. 증기양생 시 온도 상승률 및 하강률은 관련 기준(ACI 308R-01)에서 제시한 기준(±20℃/hr)을 적용하였다. 프리캐스트 생산방식의 특성상 탈형강도 확보가 중요하므로 공시체의 압축강도는 재령 1일부터 측정하였으며, 이후 재령 7, 14, 28일에 각각 측정하였다.
성능/효과
1. 조강시멘트의 적용에 따라 슬럼프는 약간 증가되는 경향을 나타내었으나 그 증가량은 약 15mm 내외로 작은 것으로 확인되었으며, 공기량의 변화도 거의 없는 것으로 확인되었다.
2. 순환골재의 적용에 따른 슬럼프 및 공기량의 변화를 측정한 결과 슬럼프는 일반골재 사용시와 큰 차이가 없는 것으로 확인되었으며, 공기량은 약 0.7% 증가되어 현장적용 시 순환골재의 적용이 작업성에 큰 영향을 미치지 않을 것으로 판단된다.
3. 모든 배합에서 탈형강도는 약 12MPa을 초과하였으며, 최고온도 지속시간이 2시간인 경우에는 순환골재의 혼입 및 최고온도와 관계없이 약 15MPa이상 상회하는 것으로 확인되었다.
4. 재령 28일 압축강도를 측정한 결과, 최고온도 지속시간의 증가에 따라 최대 약 3MPa의 강도가 감소되었으며, 순환골재 사용시에는 최대 3MPa이 더 감소하는 것으로 측정되었다.
5. 증기양생 최고온도 및 지속시간이 증가될수록 HR계열 시험체의 압축강도는 감소하였으나 ON-60-4 시험체보다 모두 높은 것으로 확인되어 조강시멘트 적용 및 증기양생이력 조절이 순환골재콘크리트의 품질 및 생산성을 향상 시킬 수 있을 것으로 판단된다.
5에서와 같이 동일한 지속시간 기준시, 증기양생 최대온도가 높을수록 압축강도는 크게 감소하는 것으로 확인되었다. 50-0계열 공시체와 60-0계열 공시체의 압축강도는 큰 차이를 보인 반면 60-0계열 공시체와 70-0계열 공시체의 압축강도차는 비교적 작은 것으로 확인되었다. 이는 콘크리트의 성숙도 이론(Samuel et al.
6. 순환골재 혼입, 저온도 증기양생 및 짧은 지속시간에도 불구하고 적정 압축강도가 발현된 이유는 최근 개선된 조강시멘트는 C3S함량을 낮추고 C2S의 함유량과 분말도를 높였기 때문인 것으로 추정된다.
순환골재의 기본물성실험 결과, 순환굵은골재는 콘크리트용 순환골재(KS F 2573) 기준에 적합한 입도, 밀도, 흡수율을 나타내는 것으로 확인되었으며 순환잔골재는 흡수율이 5.0%를 초과하는 것으로 측정되어 콘크리트용 순환잔골재의 흡수율 기준에는 만족하지 않는 것으로 확인되었다. 그러나 본 연구는 순환골재의 프리캐스트 콘크리트 적용을 확대하기 연구이므로 별도의 처리없이 그대로 사용하였다.
순환골재의 적용에 따른 강도변화를 비교한 결과, 순환골재를 혼입한 시험체는 지속시간 증가에 따라 일반콘크리트에 비해 약 2~4MPa의 압축강도가 더 감소되는 것으로 확인되었으며, 증기양생 최고온도가 증가될수록 이러한 강도저하량은 더욱 증가되는 것으로 확인되었다. 이는 순환골재 부착모르타르와 신모르타르의 부착과 증기양생에 의한 열팽창계수차에 의한 것으로 추정되나 정량적 분석을 위해서는 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.
3과 같이 조강시멘트의 적용에 따라 슬럼프는 약간 증가되는 경향을 나타내었으나 그 증가량은 약 15mm 내외로 작은 것으로 확인되었으며, 조강시멘트의 적용에 따른 공기량의 변화도 거의 없는 것으로 측정되었다. 순환굵은골재 60%, 순환잔골재 40%의 적용에 따른 슬럼프 및 공기량의 변화를 측정한 결과 슬럼프는 일반골재 사용시와 큰 차이가 없는 것으로 확인되었으며, 공기량은 약 0.7% 증가되는 경향을 나타내었다. 조강시멘트의 적용에 따른 슬럼프 증가는 조강시멘트와 일반시멘트의 분말도차에 의해 발생된 것으로 추정되나 그 차이가 작으므로 추후 현장적용시 작업성 변화에는 영향을 미치지 않을 것으로 예상된다.
후속연구
7. 조강시멘트의 적용, 증기양생이력의 조절을 통해 순환골재 사용에 따른 순환골재콘크리트의 강도저하현상을 보완할 수 있을 것으로 판단되며, 이를 통해 향후 구조용 순환골재콘크리트의 프리캐스트화도 가능할 것으로 예상된다.
8. 그러나 어도, 어소블럭 등 친수성 프리캐스트 제품 및 지중 프리캐스트 제품에 대한 순환골재 적용을 위해서는 내구성, 환경유해성 등에 대한 별도의 연구가 필요할 것으로 판단된다.
그러나 현재 순환골재의 현장적용률은 천연골재 수요량의 약 13%이며, 대부분 도로성토, 매립 등 저부가가치의 용도로만 활용되고 있으며 최근 순환골재를 사용한 매립지의 고농도 알칼리성 pH 유출수 등이 환경적 문제로 부각되어 도로배수층에는 pH 9.8 이상의 순환골재 적용이 금지되는 등 추후 도로용 재료로의 활용 증가율은 높지 않을 것으로 예상된다. 순환골재의 고부가가치 활용률을 높이고 적용범위를 확대하기 위해서는 순환골재를 콘크리트에 혼입하여 사용하여야 하나 순환골재콘크리트는 순환골재의 부착모르타르, 골재 균열 등에 의해 작업성, 강도, 내구성이 일반 콘크리트보다 저하되는 것으로 알려져 있어 현장에서는 순환골재 콘크리트의 품질관리가 어렵고 관련자료가 미흡하다는 이유로 적용률을 높이지 못하고 있다(Nelson et al.
순환골재의 적용에 따른 강도변화를 비교한 결과, 순환골재를 혼입한 시험체는 지속시간 증가에 따라 일반콘크리트에 비해 약 2~4MPa의 압축강도가 더 감소되는 것으로 확인되었으며, 증기양생 최고온도가 증가될수록 이러한 강도저하량은 더욱 증가되는 것으로 확인되었다. 이는 순환골재 부착모르타르와 신모르타르의 부착과 증기양생에 의한 열팽창계수차에 의한 것으로 추정되나 정량적 분석을 위해서는 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.
7% 증가되는 경향을 나타내었다. 조강시멘트의 적용에 따른 슬럼프 증가는 조강시멘트와 일반시멘트의 분말도차에 의해 발생된 것으로 추정되나 그 차이가 작으므로 추후 현장적용시 작업성 변화에는 영향을 미치지 않을 것으로 예상된다. 최근 생산되는 순환골재는 강자갈보다 쇄석의 함유량이 많으므로 입형이 일반쇄석과 유사하여 슬럼프의 변화가 거의 없었던 것으로 추정된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
본 연구 결과 순환골재 혼입, 저온도 증기양생 및 짧은 지속시간에도 불구하고 적정 압축강도가 발현된 이유는?
6. 순환골재 혼입, 저온도 증기양생 및 짧은 지속시간에도 불구하고 적정 압축강도가 발현된 이유는 최근 개선된 조강시멘트는 C3S함량을 낮추고 C2S의 함유량과 분말도를 높였기 때문인 것으로 추정된다.
프리캐스트 콘크리트의 특징은?
프리캐스트 콘크리트는 대부분 공장제품이므로 거푸집 제거시기 결정을 위한 탈형강도, 품질기준 만족을 위한 압축강도, 공장회 전율을 높이기 위한 증기양생시간이 주요 요소이므로 순환골재를 프리캐스트 콘크리트에 적용하기 위해서는 상기와 같은 특성의 검토가 필수적이다. 따라서 본 연구에서는 순환골재를 프리캐스트 콘크리트에 적용함에 있어 탈형강도 및 재령 28일 강도의 확보를 위해 조강시멘트를 적용하고, 공장회전율 증가를 위해 다양한 증기양생조건을 변수로 설정하였으며 이에 대한 압축강도특성을 분석하여 순환골재 콘크리트의 실용화를 위한 기초자료를 제공하고자 한다.
연구에서는 순환골재를 프리캐스트 콘크리트에 적용함에 있어 탈형강도 및 재령 28일 강도의 확보를 위해 조강시멘트를 적용하고, 공장회전율 증가를 위해 다양한 증기양생조건을 변수로 설정한 이유는?
프리캐스트 콘크리트는 대부분 공장제품이므로 거푸집 제거시기 결정을 위한 탈형강도, 품질기준 만족을 위한 압축강도, 공장회 전율을 높이기 위한 증기양생시간이 주요 요소이므로 순환골재를 프리캐스트 콘크리트에 적용하기 위해서는 상기와 같은 특성의 검토가 필수적이다. 따라서 본 연구에서는 순환골재를 프리캐스트 콘크리트에 적용함에 있어 탈형강도 및 재령 28일 강도의 확보를 위해 조강시멘트를 적용하고, 공장회전율 증가를 위해 다양한 증기양생조건을 변수로 설정하였으며 이에 대한 압축강도특성을 분석하여 순환골재 콘크리트의 실용화를 위한 기초자료를 제공하고자 한다.
참고문헌 (13)
ACI Committee 308. (2001). Guide to Curing Concrete (ACI 308R-01), American Concrete Institute.
Ismail, S., Ramli, M. (2013). Engineering properties of treated recycled concrete aggregate(RCA) for structural applications, Construction and Building Materials, 44(1), 464-476.
Kim, E., Sung, B., Lee, H., Kim, Y., Park, C., Sim, J. (2014). Compressive strength characteristics of high early strength concrete mixed with recycled aggregate, Korean Recycled Construction Resource Institute, 14(1), 217-218 [in Korean].
Kim, S. (2014). Durability Characteristics of High Early Strength Concrete Using GGBS, Master's Thesis, Hanyang University, Korea.
Kim, Y., Lee, H., Park, C., Sim, J. (2013). Performance evaluation of recycled aggregate concrete block reinforced with GFRP, Journal of the Korea Academia-Industrial Cooperation Society, 14(12), 6565-6574 [in Korean].
Korean Ministry of Environment. (2011). Basic Plan for Recycling Construction Waste(2nd) [in Korean].
Korean Ministry of Land, Infrastructure and Transport. (2014). Basic Plan for Supply and Demand of Aggregate [in Korean].
Martin-Morales, M., Zamorano, M., Ruiz-Moyano, A., Valverde-Espinosa, I. (2011). Characterization of recycled aggregates construction and demolition waste for concrete production following the spanish structural concrete code EHE-08, Construction and Building Materials, 25(12), 742-748.
Mas, B., Cladera, A., Olmo, T. D., Pitarch, F. (2012). Influence of the amount of mixed recycled aggregates on the properties of concrete for non-structural use, Construction and Building Materials, 27(1), 612-622.
Nelson, S. C. (2004). High-Strength Structural Concrete with Recycled Aggregate, Ph. D Thesis, University of Southern Queensland, Australia.
Samuel, A. W., Anton, K. S., Robert, W. B., Jeffery, M. N. (2006). Evaluation of the maturity method to estimate concrete strength, Alabama Department of Transportation.
Sim, J., Park, C., Park, S., Kim, Y. (2006). Characterization of compressive strength and elastic modulus of recycled aggregate concrete with respect to replacement ratios, Journal of the Korean Society of Civil Engineers, 26(1), 213-218 [in Korean].
Soutsos, M. N., Tang, K., Millard, S. G. (2011). Use of recycled demolition aggregate in precast products, phase ii : concrete paving blocks, Construction and Building Materials, 25(7), 3131-3143.
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