[논문]서냉슬래그 미분말을 적용한 콘크리트의 역학적 성능 및 내구성 평가

이승태; 박광필

doi:10.5762/kais.2017.18.3.356

초록
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고로슬래그는 제철과정에서 생산되는 산업부산물로써, 냉각방법에 따라 서냉슬래그와 급냉슬래그로 구분된다. 본 연구에서는 콘크리트 결합재로써 서냉슬래그를 시멘트에 대하여 부분 대체(0, 5, 10, 20, 30 및 40%)하여 삼성분계 시멘트 콘크리트 공시체를 제조하였으며, 강도, 흡수율, 투수공극량 등 콘크리트의 역학적 특성뿐 만 아니라, 염소이온 침투저항성, 탄산화 저항성 등 콘크리트의 내구성능을 실험적으로 평가함으로써, 서냉슬래그의 콘크리트용 혼화재료로써 적용 가능성에 대하여 고찰하고자 하였다. 본 연구를 통하여 도출된 실험결과로부터, 서냉슬래그를 약 10% 대체할 경우, 콘크리트의 성능은 만족할 만한 수준의 성능을 나타내는 것으로 조사되었다. 그러나, 서냉슬래그를 30% 이상 사용한 콘크리트는 결정질의 AS가 다량 대체됨으로 인하여 수화반응 및 포졸란 반응 등 결합재의 경화반응이 상대적으로 지연된 탓으로 인하여 역학적 성능 및 내구성이 다소 떨어지는 결과를 나타내었다. 따라서, AS를 콘크리트용 결합재로 적용하기 위한 최적 대체율이 존재하는 것으로 나타났으며, 건설재료의 경제적 및 환경적 관점에서 AS를 약 10% 정도까지 적용할 경우, 구조용 콘크리트 재료로써 적용이 가능할 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Blast furnace slag(BFS) is a by-product generated during the manufacture of pig ion, and is divided into water-cooled slag(WS) and air-cooled slag(AS) by the coking method of BFS. In this study, concrete specimens with ternary binders were produced at the various replacement levels of cement by AS. ...

Blast furnace slag(BFS) is a by-product generated during the manufacture of pig ion, and is divided into water-cooled slag(WS) and air-cooled slag(AS) by the coking method of BFS. In this study, concrete specimens with ternary binders were produced at the various replacement levels of cement by AS. Various mechanical properties of concrete, such as compressive and split tensile strengths, absorption and water permeable pore, were measured. In addition, the chloride ions penetration resistance and carbonation resistance were tested to evaluate the durability of concrete incorporating AS. The experimental data indicated that the use of AS up to a maximum of 10% replacement level enhanced the concrete performance. However, a higher replacement of AS exhibited poor mechanical properties and concrete durability.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구의 목적은 콘크리트용 혼화재료로써 널리 활용되고 있는 급냉슬래그의 대체재료로써 서냉슬래그의 재활용 가능성을 규명하기 위한 것이다. 따라서, 본 연구에서는 서냉슬래그를 콘크리트 결합재로 사용하여 공시체를 제조하였으며, 콘크리트의 역학적 특성 및 내구성을 실험적으로 평가함으로써, 서냉슬래그의 콘크리트용 혼화재료로써 적용가능성을 실험적으로 검토하고자 한다.

제안 방법

본 연구의 목적은 콘크리트용 혼화재료로써 널리 활용되고 있는 급냉슬래그의 대체재료로써 서냉슬래그의 재활용 가능성을 규명하기 위한 것이다. 따라서, 본 연구에서는 서냉슬래그를 콘크리트 결합재로 사용하여 공시체를 제조하였으며, 콘크리트의 역학적 특성 및 내구성을 실험적으로 평가함으로써, 서냉슬래그의 콘크리트용 혼화재료로써 적용가능성을 실험적으로 검토하고자 한다.

대상 데이터

본 연구에서는 시멘트로써 KS L 5201에 준하는 보통포틀랜드시멘트(이하 OPC)를 사용하였으며, 혼화재료로는 급냉슬래그(이하 WS (water-cooled slag)) 및 서냉슬래그(이하 AS (air-cooled slag))를 사용하였으며, 그 화학성분 및 물리적 성질은 Table 1 같다.

성능/효과

1. AS를 적용한 콘크리트의 압축강도를 조사한 결과, AS를 OPC에 대하여 5 및 10% 대체한 콘크리트의 압축강도는 WS만 적용한 콘크리트와 유사하게 나타났으나, AS를 30% 이상 적용한 콘크리트는 경화반응이 지연된 탓으로 인하여 압축강도 값이 상대적으로 작게 나타나는 경향을 보였다. 또한, 이러한 경향은 쪼갬 인장강도 측정결과와도 어느 정도 유사하게 나타났다.
2. 재령 28일 콘크리트의 흡수율 측정결과, AS 30%이상 적용한 콘크리트의 흡수율은 OPC 콘크리트보다 오히려 크게 나타났으며, AS 대체율이 상대적으로 작은 콘크리트의 흡수율은 OPC 콘크리트보다 적게 나타나는 경향을 보였다. 한편, AS 대체율 10%까지 적용된 콘크리트의 투수공극량은 WS만을 적용한 WS40AS00 콘크리트와 유사하게 나타나는 것으로 조사되었다.
3. 콘크리트의 내구성능을 고찰한 결과, AS 적용 콘크리트의 염소이온 침투저항성 및 탄산화 저항성은 콘크리트의 역학적 특성 결과와 유사한 경향을 나타내었다. 또한, AS를 다량으로 적용할 경우 콘크리트의 내구성능은 효과적으로 향상되지 않는 것으로 조사되었다.

후속연구

본 연구의 범위에서 종합적으로 고찰해 보면, AS를 콘크리트용 결합재로 적용하기 위한 최적 대체율이 존재하는 것으로 나타났으며, 건설재료의 경제적 및 환경적 관점에서 AS를 약 10% 정도까지 적용할 경우, 구조용 콘크리트 재료로써 적용이 가능할 것으로 판단된다. 그러나, AS를 적용한 콘크리트의 미세구조, 최적배합 등에 대한 연구가 추가적으로 필요할 것으로 요구된다. ;

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	냉각처리된 서냉슬래그의 장점은 무엇인가?	서냉슬래그는 화학조성이 급냉슬래그와 유사하고 염기도가 높아 콘크리트용 혼화재료로 사용될 경우, 콘크리트 중 수산화칼슘과의 잠재수경성 발현에 유리하여 콘크리트 결합재로써 활용이 가능할 것으로 보고되어 지고 있다[3]. 또, 냉각처리된 서냉슬래그 중에는 F-CaO, F-MgO가 거의 존재하기 않기 때문에 다른 슬래그와 구별되게 특별한 안정처리가 불필요한 것으로 알려져 있다. 한편, 서냉슬래그는 급냉슬래그의 비해 3배정도 빠른 분쇄능으로 인하여 경제적 효율도 높을 것으로 기대할 수 있으며, 또한 S2O3-2이온 용출이 급냉슬래그에 비하여 많아, 콘크리트의 유동성 측면에서 성능이 우수한 것으로 보고되고 있다[2].
	콘크리트용 결합재로 사용되는 혼화재료는 어떠한 것들이 있는가?	최근, 시멘트 사용량을 줄이고, 경제성을 확보하기 위하여 혼화재료를 적용한 콘크리트에 대하여 많은 연구가 이루어지고 있다. 현재 콘크리트용 결합재로써 활용되어지고 있는 혼화재료로써 고로슬래그, 플라이애시, 실리카 흄, 메타카올린 등이 있으며, 이 중 고로슬래그는 냉각방법에 따라 급수로 냉각처리된 급냉슬래그와 공기 중에 냉각처리된 서냉슬래그로 분류될 수 있다[1].

참고문헌 (10)

T. Ozbakkaloglu, L. Gu, A. F. Pour, "Normal and high strength concretes incorporating air-cooled blast furnace slag coarse aggregates: Effect of slag size and content on the behavior", Construction and Building Materials, vol. 126, pp. 138-146, 2016. DOI: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.09.015

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Morioka, "Influence of fine powder of air-cooled blast furnace slag on fluidity and its mechanism", Cement Science and Concrete Technology. vol. 56, pp. 72-77, 2002.
N. Y. Mostafa, S. A. S. El-Hemaly, E. I. Al-Wakeel, S. A. El-Korashy, P. W. Brown, "Hydraulic activity of water-cooled slag and air-cooled slag at different temperatures", Cement and Concrete Research, vol. 31, pp. 475-484, 2001. DOI: https://doi.org/10.1016/S0008-8846(00)00462-2

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N. Y. Mostafa, S. A. S. El-Hemaly, E. I. Al-Wakeel, S. A. El-Korashy, P. W. Brown, "Characterization and evaluation of the hydraulic activity of water-cooled slag and air-cooled slag", Cement and Concrete Research, vol. 31, pp. 899-904, 2001. DOI: https://doi.org/10.1016/S0008-8846(01)00497-5

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H. El-Didamony, A. A. Amer, T. M. El-Sokkary, H. Abd-El-Aziz, "Effect of substitution of granulated slag by air-cooled slag on the properties of alkali activated slag", Ceramic International, vol. 39, pp. 171-181, 2013. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2012.06.007

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NT BUILD 492, "Concrete, mortar and cement-based repair materials: Chloride migration coefficient from non-steady-state migration experiments", Finland, Nordtest, 1999.
S. Y. Kang, "Study on Compressive Strength Development Properties of Concrete using Slow Cooling Ground Granulated Slag High-Powder", Master's thesis, Tongmyong University, 2004.
M. F. M. Zain, Md. Safiuddin, H. Mahmud, "Development of high performance concrete using silica fume at relatively high water-binder ratios", Cement and Concrete Research, vol. 30, pp. 1501-1505, 2000. DOI: https://doi.org/10.1016/S0008-8846(00)00359-8

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J. H. Heo, S. U. Jung, J. W. Heo, N. G. Im, "Basic Properties of Concrete with Ultrafine-Blaine Air Cooling Slag as Admixture", Korea Institute of Building Construction, vol. 9, pp. 77-83, 2009. DOI: http://doi.org/10.5345/JKIC.2009.9.2.077

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X. Zhang, X. Zhou, H. Zhou, K. Gao, Z. Wang, "Studies on forecasting of carbonation depth of slag high performance concrete considering gas permeability", Applied Clay Science, vol. 79, pp. 36-40, 2013. DOI: https://doi.org/10.1016/j.clay.2013.02.020

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