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문제 정의
- 본 연구에서는 KS F 2573 기준에 만족하는 순환잔골재의 대량활용을 위해 콘크리트 적용성을 평가하였으며, 순환잔골재 치환율 및 목표강도에 따른 콘크리트의 슬럼프, 공기량, 압축강도 실험을 진행하였다. 위의 실험 결과를 토대로 순환잔골재콘크리트 특성검토를 하였으며, 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 본 연구에서는 순환잔골재 치환에 따른 유동특성을 평가하였다. 기준으로 슬럼프 190±15mm로 설정하였으며, 30, 60분 경시변화를 측정하여 순환잔골재의 사용에 따른 슬럼프 유지성을 평가하였다.
- 이에 본 연구에서는 KS F 2573 기준에 만족하는 순환잔골재를 활용한 콘크리트의 치환율별 특성 평가를 진행하였으며, 이에 따른 결과를 토대로 순환잔골재의 활성화를 위한 기초자료를 제공하고자 한다.
- 이와 같이 공기량에 의해 콘크리트의 물리적 특성에 대한 변화가 나타나게 되며, 시멘트 페이스트에 의해 공기량 편차가 나타나는 순환잔골재콘크리트의 경우 공기량의 검토가 필수적이다. 이에 본 연구에서는 순환잔골재 치환율에 따른 공기량 특성을 검토하였으며, 실험데이터는 Table 8과 같다.
제안 방법
- 경화 콘크리트 측정항목으로 에 준하여 3, 7, 28일 압축강도를 측정하였다.
- 공기량은 에 준하여 실시하였으며, 기준으로 순환잔골재 사용에 따라 5.5±1.5%로 설정하였다.
- 기준으로 슬럼프 190±15mm로 설정하였으며, 30, 60분 경시변화를 측정하여 순환잔골재의 사용에 따른 슬럼프 유지성을 평가하였다.
- 5%로 설정하였다. 또한 30, 60분 경시변화를 측정하였다.
- 본 연구에서는 순환잔골재를 활용한 콘크리트의 경화 전·후 특성을 평가하기 위하여 순환잔골재 치환율을 0, 30, 60, 100%수준으로 하였고 목표강도는 2수준(24, 40MPa)으로 하였다.
- 슬럼프 실험은 에 의거하여 기준치 190±15mm로 설정 후 실시하였으며, 30분 및 60분 경시변화를 측정하였다.
- 본 연구에서는 순환잔골재를 활용한 콘크리트의 경화 전·후 특성을 평가하기 위하여 순환잔골재 치환율을 0, 30, 60, 100%수준으로 하였고 목표강도는 2수준(24, 40MPa)으로 하였다. 실험항목으로는 굳지 않은 순환잔골재콘크리트 유동 특성 파악을 위하여 공기량, 슬럼프, 경시변화 실험을 실시하였으며, 경화 콘크리트의 특성으로 순환잔골재 콘크리트의 재령 3, 7, 28일의 압축강도실험을 진행하였다. 실험계획은 Table 1과 같다.
- 또한 순환골재의 경우 KS F 2573 콘크리트용 순환 골재에서 규정하고 있는 기준에 적합한 H사 순환잔골재를 사용하였다. 천연골재 및 순환골재 함수상태는 표건상태로 실험을 진행하였다
대상 데이터
- 본 연구에 사용된 잔골재는 쇄사와 세척사를 각각 50%씩 치환하여 사용하였으며, 굵은 골재는 20mm 부순자갈을 사용하였다. 또한 순환골재의 경우 KS F 2573 콘크리트용 순환 골재에서 규정하고 있는 기준에 적합한 H사 순환잔골재를 사용하였다. 천연골재 및 순환골재 함수상태는 표건상태로 실험을 진행하였다
- 본 실험에 사용된 혼화제는 AE 감수제 표준형을 사용하였으며, 혼화제 특성은 Table 6과 같다.
- 본 연구에 사용된 잔골재는 쇄사와 세척사를 각각 50%씩 치환하여 사용하였으며, 굵은 골재는 20mm 부순자갈을 사용하였다. 또한 순환골재의 경우 KS F 2573 콘크리트용 순환 골재에서 규정하고 있는 기준에 적합한 H사 순환잔골재를 사용하였다.
- 본 연구에서는 순환잔골재 콘크리트 시험체 제작을 위해 KSL 5201 포틀랜드 시멘트에서 규정하고 있는 밀도 3.15g/cm3, 분말도 3,602cm2/g인 1종 포틀랜드 시멘트를 사용하였으며, 시멘트의 물리적, 화학적 특성은 Table 2, 3과 같다.
성능/효과
- 1. 순환잔골재콘크리트 슬럼프 실험 결과 초기 슬럼프는 기준 190±15mm에 만족했다.
- 2. 순환잔골재콘크리트 공기량 실험 결과 순환잔골재의 치환율이 증가할수록 공기량은 증가하는 것으로 나타났다. 경시변화의 경우 순환잔골재 치환율 증가에 따라 공기량 감소율은 낮아졌으나 천연골재콘크리트 24S100과 비교 시 24RS60S40, 24RS100 배합은 높은 공기량으로 인해 압축강도의 저하가 발생할 것으로 사료된다.
- 2에서 나타낸 바와 같이 순환잔골재의 치환율이 증가할수록 슬럼프 저감율은 높게 나타났다. 24S100 배합 60분 경시변화 결과 초기 슬럼프와 비교 시 50mm 슬럼프 저감이 나타났으며, 24RS30S70은 85mm, 24RS60S40은 130mm, 24RS100은 175mm 슬럼프 저감이 나타났다. 40MPa배합 또한 순환잔골재 치환율 증가에 따라 슬럼프 저감율은 높아졌으며, 초기슬럼프와 비교 시 40S100은 65mm, 40RS30S70은 85mm, 40RS60S40은 130mm, 40RS100은 110mm 슬럼프 저감이 나타났다.
- 본 연구에서는 순환잔골재 치환에 따른 압축강도 특성을 평가하였으며, 압축강도 데이터는 Table 8과 같다. 24S100의 28일 강도는 Fig. 6과 같이 약 31MPa 정도이며, 순환잔골재의 치환율 증가에 따라 강도가 감소하는 경향이 나타났다. 또한 40S100의 28일 강도는 Fig.
- 3. 순환잔골재콘크리트 압축강도 실험 결과 순환잔골재의 치환율이 증가할수록 압축강도가 저하되는 경향이 나타났다. 이는 순환잔골재 60% 이상 치환한 경우 강도 저하가 높게 나타났으며, 24RS30S70 배합은 천연골재콘크리트 24S100과 동등한 강도발현이 나타나 30% 치환이 가장 적합한 것으로 확인되었다.
- 24S100 배합 60분 경시변화 결과 초기 슬럼프와 비교 시 50mm 슬럼프 저감이 나타났으며, 24RS30S70은 85mm, 24RS60S40은 130mm, 24RS100은 175mm 슬럼프 저감이 나타났다. 40MPa배합 또한 순환잔골재 치환율 증가에 따라 슬럼프 저감율은 높아졌으며, 초기슬럼프와 비교 시 40S100은 65mm, 40RS30S70은 85mm, 40RS60S40은 130mm, 40RS100은 110mm 슬럼프 저감이 나타났다. 이와 같은 이유는 순환잔골재 치환율 증가에 따라 혼화제 사용량이 감소되어 순환잔골재 콘크리트의 슬럼프 유지력이 감소되었으며, 슬럼프 경시변화 저감이 크게 발생되는 것으로 사료된다.
- 이는 순환잔골재 표면 모르타르에 존재하는 수분으로 인해 순환잔골재의 치환율이 증가할수록 수분량이 증가하게 되며, 혼합 시 단기적으로 W/C가 높아져 순환잔골재의 치환율 증가에 따라 혼화제 사용량은 감소된 것으로 사료된다. 경시변화의 경우 Fig. 2에서 나타낸 바와 같이 순환잔골재의 치환율이 증가할수록 슬럼프 저감율은 높게 나타났다. 24S100 배합 60분 경시변화 결과 초기 슬럼프와 비교 시 50mm 슬럼프 저감이 나타났으며, 24RS30S70은 85mm, 24RS60S40은 130mm, 24RS100은 175mm 슬럼프 저감이 나타났다.
- 순환잔골재콘크리트 슬럼프 실험 결과 초기 슬럼프는 기준 190±15mm에 만족했다. 경시변화의 경우 순환잔골재 치환율이 증가할수록 슬럼프 저감율은 증가하였으며, 순환잔골재콘크리트의 시공성을 고려하였을 경우 순환잔골재의 치환율은 30%가 적합한 것으로 확인되었다
- 6과 같이 약 31MPa 정도이며, 순환잔골재의 치환율 증가에 따라 강도가 감소하는 경향이 나타났다. 또한 40S100의 28일 강도는 Fig. 7과 같이 약 40MPa로 나타났으며, 24MPa과 비슷하게 순환잔골재 치환율 증가에 따라 강도가 저하하는 것으로 나타났다. 또한 24MPa 배합에서 순환잔골재 30% 치환 시 30.
- 7%의 공기량 저감이 나타났다. 또한 순환잔골재 치환에 따라 24RS30S70은 3.4%로 0.7%, 24RS60S40은 4.6%로 0.8%, 24RS100은 5.8%로 0.6%의 공기량 저감이 나타났다. 위의 결과를 토대로 순환잔골재 치환율 증가에 따라 공기량 또한 증가하는 것으로 나타났으며, 60분 경시변화의 경우 초기 공기량 대비감소율은 낮아졌다.
- 경시변화의 경우 순환잔골재 치환율 증가에 따라 공기량 감소율은 낮아졌으나 천연골재콘크리트 24S100과 비교 시 24RS60S40, 24RS100 배합은 높은 공기량으로 인해 압축강도의 저하가 발생할 것으로 사료된다. 반면 24RS30S70 배합은 천연골재콘크리트와 비슷한 공기량을 나타내 30% 치환이 가장 적합한 것으로 확인되었다.
- 3%로 나타났다. 반면 순환잔골재 치환율 증가에 따른 공기량 측정결과 24RS30S70은 4.1%, 24RS60S40은 5.4%, 24RS100은 6.4%로 나타났으며, 40RS30S70은 3.9%, 40RS60S40은 3.5%, 40RS100은 6.9%로 나타났다. 이와 같이 순환잔골재 치환율 증가에 따라 공기량 또한 증가하는 것으로 나타났으며, 40S100 대비 40RS100은 최대 2배 이상 공기량이 증가하였다.
- 실험 결과 초기 슬럼프의 경우 순환잔골재의 치환율 증가에 따라 혼화제의 사용량은 감소하였으며, 혼화제 사용량 조절을 통해 기준 190±15mm에 모두 만족하는 것으로 나타났다.
- 이는 순환잔골재 60% 이상 치환한 경우 강도 저하가 높게 나타났으며, 24RS30S70 배합은 천연골재콘크리트 24S100과 동등한 강도발현이 나타나 30% 치환이 가장 적합한 것으로 확인되었다. 위의 결과를 토대로 KS F 2573 기준에 만족하는 순환잔골재를 콘크리트에 치환할 경우 목표강도 24MPa배합에서 30% 치환 시 천연골재콘크리트와 동등한 특성을 나타내 가장 적합한 것으로 판단된다. 또한 후속 연구로 순환골재 사용 활성화를 위해 순환잔골재 개질을 통한 품질 개선이 필요하며, 개질된 순환잔골재를 이용한 순환잔골재콘크리트의 특성 및 고강도 콘크리트 적용에 대한연구가 수행되어야 할 것으로 판단된다.
- 위의 결과를 토대로 목표강도 24, 40MPa 배합에서 순환잔골재 치환율이 60% 이상일 경우 감소율이 증가하였다. 이는 폐콘크리트 골재의 순환처리 시 완전히 제거되지 않은 시멘트 페이스트 등의 영향으로 판단되며, 이러한 시멘트 페이스트는 다공성이며 흡수력이 상대적으로 크기 때문에 시멘트의 수화 반응에 필요한 유효수량의 감소 및 골재와 시멘트풀 사이의 치밀한 결합을 저하시키는 것으로 사료된다(Sim 2005).
- 6%의 공기량 저감이 나타났다. 위의 결과를 토대로 순환잔골재 치환율 증가에 따라 공기량 또한 증가하는 것으로 나타났으며, 60분 경시변화의 경우 초기 공기량 대비감소율은 낮아졌다. 이는 순환잔골재의 치환율이 증가할수록 다공성인 시멘트 페이스트 또한 증가하기 때문에 공기량이 상승하는 것으로 나타났으며, 이로 인해 공기량 감소율 역시 낮아지는 것으로 사료된다(Lee 1999).
- 순환잔골재콘크리트 압축강도 실험 결과 순환잔골재의 치환율이 증가할수록 압축강도가 저하되는 경향이 나타났다. 이는 순환잔골재 60% 이상 치환한 경우 강도 저하가 높게 나타났으며, 24RS30S70 배합은 천연골재콘크리트 24S100과 동등한 강도발현이 나타나 30% 치환이 가장 적합한 것으로 확인되었다. 위의 결과를 토대로 KS F 2573 기준에 만족하는 순환잔골재를 콘크리트에 치환할 경우 목표강도 24MPa배합에서 30% 치환 시 천연골재콘크리트와 동등한 특성을 나타내 가장 적합한 것으로 판단된다.
- 9%로 나타났다. 이와 같이 순환잔골재 치환율 증가에 따라 공기량 또한 증가하는 것으로 나타났으며, 40S100 대비 40RS100은 최대 2배 이상 공기량이 증가하였다. 경시변화 측정결과 24S100 배합의 경우 60분 측정 시 2.
후속연구
- 34MPa로 7MPa의 강도 저하가 나타나 24MPa 배합보다 높은 강도 감소가 나타났다. 또한 순환잔골재의 치환율이 증가할수록 최대 13.4MPa의 강도저하가 나타나 추가적인 연구가 필요할 것으로 사료된다.
- 반면 24RS30S70 배합의 경우 105mm로 나타났으며, KS F 4009 레디믹스트 콘크리트에서 규정하고 있는 보통콘크리트 최저 슬럼프 값인 80mm이상의 슬럼프를 나타내 KS F 2573 콘크리트용 순환골재 기준에 만족하는 순환잔골재 사용 시 30% 치환에 따른 슬럼프에 대한 문제는 없을 것으로 사료된다. 또한 현재 KS 기준에 만족하는 순환잔골재의 60% 치환은 어려울 것으로 보이지만 추후 순환잔골재 품질 개선 후 추가적인 실험을 통해 60% 치환에 따른 특성 검토가 필요할 것으로 판단된다.
- 위의 결과를 토대로 KS F 2573 기준에 만족하는 순환잔골재를 콘크리트에 치환할 경우 목표강도 24MPa배합에서 30% 치환 시 천연골재콘크리트와 동등한 특성을 나타내 가장 적합한 것으로 판단된다. 또한 후속 연구로 순환골재 사용 활성화를 위해 순환잔골재 개질을 통한 품질 개선이 필요하며, 개질된 순환잔골재를 이용한 순환잔골재콘크리트의 특성 및 고강도 콘크리트 적용에 대한연구가 수행되어야 할 것으로 판단된다.
- 5% 기준에 만족하는 것으로 나타났지만 24S100과 비교 시 공기량이 최대 2% 높게 나타나 압축강도의 저하가 발생할 것으로 보인다. 하지만 추후 순환잔골재의 개질을 통해 표면에 존재하는 시멘트 페이스트의 제거율을 높일 수 있다면, 이로 인한 순환잔골재의 품질 향상 및 공극의 감소로 추가적인 실험을 통해 60% 치환에 따른 특성검토가 필요할 것으로 판단된다.
- 이는 폐콘크리트 골재의 순환처리 시 완전히 제거되지 않은 시멘트 페이스트 등의 영향으로 판단되며, 이러한 시멘트 페이스트는 다공성이며 흡수력이 상대적으로 크기 때문에 시멘트의 수화 반응에 필요한 유효수량의 감소 및 골재와 시멘트풀 사이의 치밀한 결합을 저하시키는 것으로 사료된다(Sim 2005). 한편 KS F 2573 기준에 만족하는 순환잔골재를 목표강도 24MPa 배합에 30% 치환 시 천연골재사용 콘크리트와 동등한 강도 발현이 나타나 사용 가능할 것으로 보이며, 추후 순환잔골재의 개질을 통한 품질개선 후 추가적인 실험을 통해 60% 치환에 따른 특성 검토가 필요할 것으로 판단된다.
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