[논문]저품질 골재가 동일 작업성 조건에서 콘크리트 공학적 특성에 미치는 영향

민경철; 한천구

doi:10.14190/jrcr.2016.4.3.299

초록
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본 연구에서는 동일 작업성 조건에서 저품질 잔 굵은 골재가 콘크리트의 공학적 특성에 미치는 영향을 실험적으로 분석 하고자 하였는데, 그 결과를 요약하면 다음과 같다. 먼저, 슬럼프 및 공기량을 단위수량과 AE제 혼입량 변화로 동일하게 배합설계 하였다. 따라서, 양호한 품질의 골재를 사용한 배합에 비해 저품질의 골재 사용시 불량의 입도 및 미립자량 등의 영향으로 단위수량 및 AE제 혼입량이 각각 약 18%, 98% 증가하는 경향이 나타났다. 압축강도의 경우는 양호한 품질의 부순 굵은 골재를 사용한 배합에 비해 저품질의 발파석 굵은 골재를 사용한 배합에서 특히, 발파석 마사토 및 해사와 같은 저품질 잔골재와 복합될 때 20~35% 까지 저하하는 결과를 나타내었다. 또한, 저품질 잔 굵은 골재를 사용한 콘크리트인 경우는 압축강도뿐만 아니라 탄성계수와 내구성으로 동결융해, 건조수축, 탄산화 및 염해저항성 측면에서도 크게 저하하여 그 심각이 문제시 되었다. 따라서 저품질 골재를 순환자원으로 활용하고자 할 때에는 물씻기, 혼합골재에 의한 입도 조정 등 별도의 처리를 거쳐 사용하거나 혹은 사용을 철저히 규제하는 특별한 대책이 수립 되어야 할 것으로 사료된다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this research, influence of low quality aggregate on engineering properties of concrete was evaluated experimentally. From the experiment, the fresh properties of slump and air content were controlled with unit water and AE dosage and all mixture were designed to have similar fresh properties of ...

In this research, influence of low quality aggregate on engineering properties of concrete was evaluated experimentally. From the experiment, the fresh properties of slump and air content were controlled with unit water and AE dosage and all mixture were designed to have similar fresh properties of slump and air content with various quality of aggregate. Under this conditions, comparing with the mixture with high quality aggregate, the mixture with low quality aggregate showed the unit water and AE dosage were increased about 18 and 98%, respectively, because of poor grading and quantity of fines. For compressive strength, the low quality aggregate, specifically, exploded debris, clay sand, and sea sand contributed on decreasing compressive strength about 20~35%. Additionally, the concrete mixture including low quality fine and coarse aggregate showed adverse quality in not only compressive strength but also durability of freeze-thawing resistance, drying shrinkage, carbonation, and chloride ingression. Therefore, it is considered that for low quality aggregate, extra treatment processes such as washing or controlling gradation, and regulation to limit the use of low quality aggregate are needed.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

그러므로 본 연구에서는 동일 배합 조건에서 저품질 골재가 콘크리트의 공학적 특성에 미치는 영향을 분석한 전 연구에 이어, 동일 작업성 조건에서 저품질 골재가 콘크리트의 공학적 특성에 어느정도 영향을 미치는지에 대하여 분석하므로서, 실무의 저품질 골재 활용 여부의 판단에 참고자료로 제공하고자 한다.
본 연구에서는 동일작업성 조건에서 저품질 잔·굵은 골재가 콘크리트의 공학적 특성에 미치는 영향을 실험적으로 분석 하고자 하였는데, 그 결과를 요약하면 다음과 같다.

제안 방법

골재 변수로는 실제 경기·수도권역에 유통되고 있는 것을 대상으로, 굵은 골재는 양질의 부순 골재와 저품질의 발파석 굵은골재 2 수준, 잔골재로는 양질의 강모래와 저품질의 발파석, 마사토, 해사의 4 수준으로 하여 총 8 배치를 실험계획 하였다. 실험 사항 으로 굳지 않은 콘크리트에서는 슬럼프, 공기량을 측정하는 것으로 계획 하였고, 경화 콘크리트에서는 압축강도, 탄성계수, 동결융해 저항성, 건조수축 길이변화율, 촉진 탄산화 및 염화물 침투깊이를 측정하는 것으로 실험계획 하였다.
골재 변수로는 실제 경기·수도권역에 유통되고 있는 것을 대상으로, 굵은 골재는 양질의 부순 골재와 저품질의 발파석 굵은골재 2 수준, 잔골재로는 양질의 강모래와 저품질의 발파석, 마사토, 해사의 4 수준으로 하여 총 8 배치를 실험계획 하였다. 실험 사항 으로 굳지 않은 콘크리트에서는 슬럼프, 공기량을 측정하는 것으로 계획 하였고, 경화 콘크리트에서는 압축강도, 탄성계수, 동결융해 저항성, 건조수축 길이변화율, 촉진 탄산화 및 염화물 침투깊이를 측정하는 것으로 실험계획 하였다.

대상 데이터

본 실험에 사용한 재료로서 시멘트는 국내산 H사의 1종 포틀랜드 시멘트, BS 및 FA는 국내산 S사의 시중품을 사용하였는데, 그 물리‧화학적 성질은 Table 3~5와 같다. 또한, 화학 혼화제는 모두 국내산 S사의 제품으로, 폴리칼본산계의 일반 감수제를 사용하였으며, AE제는 음이온계를 사용하였는데, 그 물리·화학적 특성은 Table 6과 같다.

이론/모형

굳지 않은 콘크리트의 실험으로 슬럼프는 KS F 2402, 공기량은 KS F 2421에 의거 실시하였고, 경화 콘크리트 실험으로 압축강도는 KS F 2403의 규정에 의거 Φ100x200mm 원주형공시체로 제작소정의 기간동안 수중양생 한 후, 3 MN UTM을 이용하여 KS F 2405 규정에 의거 압축강도를 구하였다. 탄성계수는 KS F 2438, 내동해성은 KS F 2456, 건조수축은 KS F 2424, 탄산화는 KS F 2584, 염화물침투깊이는 KS F 2737 규정에 의거하여 실시하였다.
굳지 않은 콘크리트의 실험으로 슬럼프는 KS F 2402, 공기량은 KS F 2421에 의거 실시하였고, 경화 콘크리트 실험으로 압축강도는 KS F 2403의 규정에 의거 Φ100x200mm 원주형공시체로 제작소정의 기간동안 수중양생 한 후, 3 MN UTM을 이용하여 KS F 2405 규정에 의거 압축강도를 구하였다. 탄성계수는 KS F 2438, 내동해성은 KS F 2456, 건조수축은 KS F 2424, 탄산화는 KS F 2584, 염화물침투깊이는 KS F 2737 규정에 의거하여 실시하였다.

성능/효과

1. 굳지 않은 콘크리트의 기초적 특성으로 슬럼프 및 공기량을 단위수량과 AE제 혼입량 조정으로 동일하게 배합설계 하였는데, 양호한 품질의 골재를 사용한 배합에 비해 저품질 골재 사용시 불량 입도 및 미립자량 등의 영향으로 단위수량 및 AE제 혼입량이 각각 약 18%, 98% 증가하는 경향을 나타내었다.
3. 동결융해저항성은 저품질 골재인 발파석 굵은 골재와 저품질 잔골재인 발파석, 마사토 및 해사를 사용한 경우 300 Cycle 후 상대동탄성계수가 80% 이하로 나타나 동결융해 저항성을 제대로 확보하지 못하는 것이 확인되었다.
4. 건조수축 길이변화율, 염화물 침투 깊이 및 중성화의 경우는 전반적으로 양호한 부순 굵은 골재를 사용한 배합에 비해 저품질의 발파석 굵은 골재를 사용한 배합에서 특히, 저품질 잔골재인 발파석, 마사토 및 해사에서 대폭 증가하는 경향을 나타내었다.
2. 경화 콘크리트의 특성으로 압축강도 및 탄성계수는 양호한 품질의 부순 굵은 골재를 사용한 배합에 비해 저품질의 발파석 굵은 골재를 사용한 배합에서 전체적으로 낮은 결과를 나타내었다. 특히, 발파석, 마사토 및 해사와 같은 저품질 잔골재를 사용한 경우는 최대 35%의 압축강도 저하를 나타내어 심각성을 알 수 있었는데, 이는 단위수량의 증가로 물 결합재비가 커짐에 따라 압축강도 및 탄성계수가 낮아진 것으로 판단된다.

후속연구

이상을 종합하면 양호한 골재에 비해 저품질 골재는 유동성, 강도 및 내구성 등의 관점에서 콘크리트에 심각하게 악영향을 미치고 있음에, 이를 순환자원으로 활용할 경우에는 물씻기, 혼합골재에 의한 입도 조정 등 별도의 처리를 거쳐 사용토록 특별한 대책이 강구 되어져야만 할 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	실질적인 공사 현장에서 저품질 골재가 무분별하게 유통 및 사용되는 이유는 무엇인가?	4%를 차지하는 것으로 보도하고 있다(Ministry of Transportation 2015; Lee 2010). 그러나, 실질적인 공사 현장에서는 천연 골재의 고갈 등의 이유로 많은양의 저품질 골재가 무분별하게 유통 및 사용되어 지고 있는 실정이다(Hong 2014; Koh 2006; Ministry of Transportation 2014; Song 2013).
	한국에서 구조체 콘크리트의 많은 균열 발생과 강도 및 내구성에 커다란 저하가 발생되는 배경은 무엇인가?	그러나, 우리나라 실무 레미콘 대부분의 경우는 배합설계 과정에서 단위 결합재량만은 경제성 측면에서 중요시 취급 하여 고정시킨 상태에서 슬럼프 및 공기량을 요구 조건에 맞추기 위해 골재의 표면수율의 조정으로 단위수량을 높이고, AE제량을 조정하여 레미콘을 생산·출하 하고 있는 실정이다. 이렇게 되면 실제 레미콘 제조시 단위수량은 200kg/m3을 상회하는 경우가 있고, W/B도 크게 증가하여 구조체 콘크리트의 많은 균열 발생과 강도 및 내구성에 커다란 저하가 발생하여 국가 사회자본 투자의 질을 현저하게 저하 시키고 있다(Song 2013; Kim 2010).
	그동안 저품질 골재의 심각성이 거의 부각되지 않은 이유는 무엇인가?	그런데, 그 동안 저품질 골재가 콘크리트의 품질에 미치는 영향은 동일한 물 결합재비(이하, W/B) 및 단위수량 조건에서 연구되어 슬럼프는 크게 저하 하지만 강도 및 내구성은 크게 저하하지 않는 결과로서 저품질 골재의 심각성이 거의 부각되지 않아 왔다 (Han 2016).

참고문헌 (9)

Han, C.G., Min, G.C. (2016). Influence of low-quality aggregate on engineering properties of concrete, Journal of the Korea Recycled Construction Resource Institute, 4(2), 187-194.

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Hong, S.S., Kim, J.Y., Lee, J.Y. (2015). Trends of suypply and demand of aggregate in Korea (i), The Petrological Society of Korea, 24(3), 253-272.

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Kim J.S., Han, M.C. (2010). Current topics and course of growth in industry of ready mixed concrete, Journal of the Korea Concrete Institute, 22(2), 34-37.
Koh, K.T., Ryu, G.S., Yoon, G.W., Han, C.G., Lee, J.H. (2006). Influence of the type of fine aggregate on concrete properties, Journal of the Korea Concrete Institute, 18(4), 459-467.

원문보기 상세보기
Lee, D.I., Park, D.S., Eom, K.H., Kim, G.Y. (2010). Status of marine sand mining and assessment system in Korea, Journal of the Environmental Impact Assessment, 19(3), 357-365.
Ministry of Transportation. (2014). 2015 Aggregate Demand and Supply Planning, Aggregate Supply and Demand committee.
Ministry of Transportation. (2015). 2016 Aggregate Supply and Demand.
Song, J.W., Choi, J.J. (2013). The influence of fine particles under 0.08 mm contained in aggregate on the characteristics of concrete, Journal of the Korea Concrete Institute, 25(3), 347-354.

원문보기 상세보기
Song, Y.C., Kim, Y.R., Bang, J.S., Song, Y.W. (2013). Study on the quality of fine aggregate by regional ready mixed concrete, Architectural Institute of Korea Annual Conference, 33(1), 511-512.

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