고로슬래그 미분말은 공학적으로 우수한 건설산업 부산물이며, 최근들어 환경부하 저감 및 사용 활성화를 위해 대단위 슬래그 치환 콘크리트가 많이 연구되고 있다. 본 연구에서는 목표 강도를 50 MPa로 설정하고 고로슬래그미분말 치환률을 65%로 고려한 대단위 치환 슬래그 콘크리트를 제조하여 건조수축특성과 초지재령 특성을 평가하였다. 이를 위해 3 수준의 콘크리트를 제조하였으며, 슬럼프 플로우, 강도, 건조 및 자기수축에 대한 실험을 수행하였다. 실험결과, 보통 포틀랜트 시멘트를 100% 함유한 콘크리트(OPC 100)에 비하여 재령 7일전의 강도는 약간 감소하였으나, 슬래그 치환 배합은 수화에 필요한 충분한 자유수를 가졌으므로 28일 재령에서는 우수한 강도 발현을 나타내었다. 또한 재령 3일까지 큰 자기수축으로 인하여, OPC 100 배합에서는 건조수축이 크게 평가되었지만, 65% 고로슬래그 미분말을 치환한 배합에서는 초기재령의 자기수축 성능이 개선되어 우수한 건조수축거동을 나타내었다. 특히 단순 질량 치환배합(BS 65)보다 물-결합재비(0.27)와 단위수량($163kg/m^3$)을 낮춘 OPTBS 65에서 더욱 우수한 건조수축 및 자기수축 거동을 나타내었다.
고로슬래그 미분말은 공학적으로 우수한 건설산업 부산물이며, 최근들어 환경부하 저감 및 사용 활성화를 위해 대단위 슬래그 치환 콘크리트가 많이 연구되고 있다. 본 연구에서는 목표 강도를 50 MPa로 설정하고 고로슬래그미분말 치환률을 65%로 고려한 대단위 치환 슬래그 콘크리트를 제조하여 건조수축특성과 초지재령 특성을 평가하였다. 이를 위해 3 수준의 콘크리트를 제조하였으며, 슬럼프 플로우, 강도, 건조 및 자기수축에 대한 실험을 수행하였다. 실험결과, 보통 포틀랜트 시멘트를 100% 함유한 콘크리트(OPC 100)에 비하여 재령 7일전의 강도는 약간 감소하였으나, 슬래그 치환 배합은 수화에 필요한 충분한 자유수를 가졌으므로 28일 재령에서는 우수한 강도 발현을 나타내었다. 또한 재령 3일까지 큰 자기수축으로 인하여, OPC 100 배합에서는 건조수축이 크게 평가되었지만, 65% 고로슬래그 미분말을 치환한 배합에서는 초기재령의 자기수축 성능이 개선되어 우수한 건조수축거동을 나타내었다. 특히 단순 질량 치환배합(BS 65)보다 물-결합재비(0.27)와 단위수량($163kg/m^3$)을 낮춘 OPTBS 65에서 더욱 우수한 건조수축 및 자기수축 거동을 나타내었다.
GGBFS (Ground Granulated Blast Furnace Slag) is a byproduct with engineering advantages and HVSC (High Volume Slag Concrete) is widely attempted due to active utilization and reduction of eco-load. In the present work, characteristics of drying shrinkage and early-aged behavior are evaluated for the...
GGBFS (Ground Granulated Blast Furnace Slag) is a byproduct with engineering advantages and HVSC (High Volume Slag Concrete) is widely attempted due to active utilization and reduction of eco-load. In the present work, characteristics of drying shrinkage and early-aged behavior are evaluated for the concrete with 65% replacement ratio of GGBFS and 50MPa of design strength. For the work, 3 different mix conditions are considered and several tests including slump flow, compressive strength, drying and autogeneous shrinkage are performed. From the test, OPC 100 mixture without replacement shows higher strength development before 7 days, however the strength reduction in concrete replaced with GGBFS is not significant due to sufficient free water for cement hydration. OPC 100 mixture also shows significant drying shrinkage due to a great autogeneous shrinkage before 3 days. In the concrete with GGBFS replacement, the drying shrinkage behavior is improved due to relatively small deformation by autogeneous shrinkage. The mixture (OPT BS 65) with lower w/b ratio (0.27) and unit content of water ($160kg/m^3$) shows more improved shrinkage behavior than BS 65 mixture which has simple replacement of GGBFS with 0.30 of w/b and $165kg/m^3$ of water unit content.
GGBFS (Ground Granulated Blast Furnace Slag) is a byproduct with engineering advantages and HVSC (High Volume Slag Concrete) is widely attempted due to active utilization and reduction of eco-load. In the present work, characteristics of drying shrinkage and early-aged behavior are evaluated for the concrete with 65% replacement ratio of GGBFS and 50MPa of design strength. For the work, 3 different mix conditions are considered and several tests including slump flow, compressive strength, drying and autogeneous shrinkage are performed. From the test, OPC 100 mixture without replacement shows higher strength development before 7 days, however the strength reduction in concrete replaced with GGBFS is not significant due to sufficient free water for cement hydration. OPC 100 mixture also shows significant drying shrinkage due to a great autogeneous shrinkage before 3 days. In the concrete with GGBFS replacement, the drying shrinkage behavior is improved due to relatively small deformation by autogeneous shrinkage. The mixture (OPT BS 65) with lower w/b ratio (0.27) and unit content of water ($160kg/m^3$) shows more improved shrinkage behavior than BS 65 mixture which has simple replacement of GGBFS with 0.30 of w/b and $165kg/m^3$ of water unit content.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
제안 방법
100×100×400 mm 각주형 공시 체에 매립게이지를 공시체 중심부에 위치시킨 후 각 배합당 3개씩 제작 하여 건조수축을 시험하였으며, 시험체 3개는 테이프 필름으로 시편 전체를 밀봉하여 타설 이후의 자기수축 변형률을 측정하였다.
3수준의 배합조건에서 잔골재율은 45.0 %로 고정하였으며, OPC 100에서는 물-시멘트 비 0.3, 단위수량을 165 kg/m3으로 설정하였다. 단순치환 배합인 BS 65에서는 OPC 질량을 단순히 65% GGBFS로 치환하여 사용하였으며, OPTBS 65에서는 물-결합재비를 0.
건조 및 자기수축 실험과 함께, 재령별 강도 및 슬럼프 플로우를 측정하였다. 압축강도는 KS F 2405에 의하여 실험을 수행하였으며, 재령 1일, 3일, 7일, 28일, 91일에 측정하였다.
건조 및 자기수축 실험을 위하여 OPC 100% 배합, 65% 단순질량 치환 배합, 그리고 최적배합 등 3수준의 배합을 고려하였다. 기존의 연구에서 도출된 배합을 이용하여 물-시멘트비 30%의 OPC 100% 배합을 기준으로 하였다(Jaung et al.
3, 단위수량을 165 kg/m3으로 설정하였다. 단순치환 배합인 BS 65에서는 OPC 질량을 단순히 65% GGBFS로 치환하여 사용하였으며, OPTBS 65에서는 물-결합재비를 0.27로 감소시키면서 단위결합재량을 600kg/m3으로 증가시켰다. Table 5에서는 실험대상 배합표를 나타낸다.
본 연구에서는 GGBFS 치환률을 65%로 설정하고 설계강도 50MPa을 목표로 하여, OPC 100%를 가진 배합, OPC를 GGBFS 65%로 치환한 배합, 그리고 물-결합재비를 감소시켜 최적화한 배합의 3수준의 배합을 고려하였으며 각 배합에 대한 건조수축 및 자기수축 특성을 평가하였다. 또한 초기의 유동성 및 강도특성을 고려하여 HVSC의 강도 변화 및 수축특성을 분석하였다.
본 연구에서는 GGBFS 치환률을 65%로 설정하고 설계강도 50MPa을 목표로 하여, OPC 100%를 가진 배합, OPC를 GGBFS 65%로 치환한 배합, 그리고 물-결합재비를 감소시켜 최적화한 배합의 3수준의 배합을 고려하였으며 각 배합에 대한 건조수축 및 자기수축 특성을 평가하였다. 또한 초기의 유동성 및 강도특성을 고려하여 HVSC의 강도 변화 및 수축특성을 분석하였다.
본 연구에서는 고로슬래그 미분말을 65% 치환한 고성능콘크리트의 초기재령 거동 특성 및 수축 특성을 OPC 100%의 배합과 비교하여 평가하였다. 본 연구를 통해서 도출된 결론은 다음과 같다.
건조 및 자기수축 실험과 함께, 재령별 강도 및 슬럼프 플로우를 측정하였다. 압축강도는 KS F 2405에 의하여 실험을 수행하였으며, 재령 1일, 3일, 7일, 28일, 91일에 측정하였다. 또한 슬럼프 플로우 시험에서는 KS F 2594에 따라 지름 500 mm 도달시간과 플로우 값을 측정하였다.
Table 5에서는 실험대상 배합표를 나타낸다. 콘크리트의 혼합은 트윈 타워 믹서를 사용하였으며, 건비빔을 30초간 저속으로 실시하고 물을 넣은 뒤 60초간 중속으로, 그리고 혼화제를 넣은뒤 고속으로 90초간 비빔을 수행하였다.
이론/모형
KS F 2424 표준에 준하여 길이변화를 측정하였으며, 실험 시의 온도 및 습도는 20±1°C 및 60±5%로 유지할 수 있는 항온항습 설비 내에 존치하였다.
건조수축 및 자기수축 시편은 KS F 2403에 준하여 제작하였으며, 공시체의 제작 및 양생 중의 온도는 20±1°C로 하였다.
압축강도는 KS F 2405에 의하여 실험을 수행하였으며, 재령 1일, 3일, 7일, 28일, 91일에 측정하였다. 또한 슬럼프 플로우 시험에서는 KS F 2594에 따라 지름 500 mm 도달시간과 플로우 값을 측정하였다. Fig.
성능/효과
1) 슬럼프 플로우 시험결과는 OPC 100에서는 630 mm로평가되었으며, GGBFS를 65% 치환한 배합에서는 680 mm로 유동성이 약간 증가하는데, 이는 초기에 GGBFS표면에 불투수성 산성피막의 영향으로 자유수가 약간 증가하여 슬럼프 플로우가 증가하였다.
2) OPC 100 배합의 압축강도는 재령 28일에서 56.3 MPa로 평가되었으나, BS 65배합과 OPTBS 65 배합에서는GGBFS의 대단위 치환으로 초기 강도발현은 비교적 낮게 평가되었다. 그러나 크게 감소되지 않은 이유는GGBFS의 다량 치환으로 초기의 자유수가 OPC의 수화를 촉진하기 때문이며, 재령 28일에서 BS 65에서는 54.
3) 재령 45일 이후의 건조수축률은 OPC100에 대하여 BS65의 경우 83.4% 수준으로, OPT BS65의 경우 77.4% 수준으로 감소하였다. 또한 자기수축의 경우, BS65의 경우 94.
4) 최적배합에서는 BS 65보다 낮은 물-결합재비와 높은 단위 결합재량을 가지고 있었으므로, 28일 재령이후부터 높은 강도 개선을 나타내었다. 또한 재령 초기에 발생하는 높은 자기수축을 감소시킴으로서 건조수축량을 감소시키는데, 효과적임을 알 수 있다.
GGBFS를 65%치환한 배합에 대해서는 큰 차이는 없으나 OPT BS 65가 BS 65보다 개선된 건조수축성능을 나타내고 있다. 이는 OPT BS 65 배합이 낮은 단위수량과 낮은 물-결합재비를 사용하였기 때문이다.
OPC 100 배합에서는 총 건조수축량이 가장 크게 평가되었는데, 물-결합재비가 낮고 결합재량이 많은 배합에서는 자기수축이 크게 발생한다. 설계강도 50 MPa 배합의 높은 단위결합재량에 따라 OPC100 배합의 자기수축량이 크게 발생하였으며 이로 인해 건조 수축량도 크게 평가되었다.
OPC 100 배합의 압축강도 경우 재령 28일에서 50 MPa이상 발현되었고, BS 65배합과 OPTBS 65 배합에서는 GGBFS의 대단위 치환으로 초기 강도발현은 비교적 낮게 평가되었다. 그러나 재령 28일 이후 장기 강도에서는 압축강도 OPC100배합 보다 증가하는 것으로 나타났는데, GGBFS의 치환률이 높다 하더라도 충분한 양생과 수화에 충분한 단위수량이 확보되면 높은 압축강도를 기대할 수 있다.
OPC 100 배합의 압축강도 경우 재령 28일에서 50 MPa이상 발현되었고, BS 65배합과 OPTBS 65 배합에서는 GGBFS의 대단위 치환으로 초기 강도발현은 비교적 낮게 평가되었다. 그러나 재령 28일 이후 장기 강도에서는 압축강도 OPC100배합 보다 증가하는 것으로 나타났는데, GGBFS의 치환률이 높다 하더라도 충분한 양생과 수화에 충분한 단위수량이 확보되면 높은 압축강도를 기대할 수 있다. OPTBS 65의 경우 결함재량이 증가하고, 물-결합재비를 27%로 낮추었으므로 재령 28일부터 강도가 크게 개선되었다.
, 2013). 그러나 충분한 단위수량을 가진 대단위 GGBFS치환 콘크리트에서의 건조수축과 자기수축은 OPC 100보단 낮은 수준으로 평가되었다. 특히 Fig.
4) 최적배합에서는 BS 65보다 낮은 물-결합재비와 높은 단위 결합재량을 가지고 있었으므로, 28일 재령이후부터 높은 강도 개선을 나타내었다. 또한 재령 초기에 발생하는 높은 자기수축을 감소시킴으로서 건조수축량을 감소시키는데, 효과적임을 알 수 있다.
OPC 100 배합에서는 총 건조수축량이 가장 크게 평가되었는데, 물-결합재비가 낮고 결합재량이 많은 배합에서는 자기수축이 크게 발생한다. 설계강도 50 MPa 배합의 높은 단위결합재량에 따라 OPC100 배합의 자기수축량이 크게 발생하였으며 이로 인해 건조 수축량도 크게 평가되었다.
슬럼프 플로우 시험결과는 OPC 100에서는 630 mm로 평가되었으며, GGBFS를 65% 치환한 배합에서는 680 mm로 결과가 약간 증가하였다. 500 mm 도달시간은 각 배합에 따라 14 ∼16초로 큰 차이는 없었다.
건조수축 및 자기수축에서도 모두 개선된 수축성능을 나타내었다. 재령 45일 이후의 건조수축률은 OPC100에 대하여 BS65의 경우 83.4% 수준으로, OPTBS65의 경우 77.4% 수준으로 감소하였다. 또한 자기수축의 경우, BS65의 경우 94.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
GGBFS를 사용한 콘크리트의 장점은 무엇인가?
GGBFS를 사용한 콘크리트는 잠재수경성 반응으로 높은 내산성, 부식저항성, 수화열 감소, 장기강도 개선 등 많은 공학적인 장점을 가지고 있다(Song and Kwon, 2009; Jeong et al., 2015(a); Escalante et al.
콘크리트의 한계점은 무엇인가?
콘크리트는 경제적이고 내구적인 건설재료이지만 매스콘크리트 시공이나 단위 결합재량이 많은 배합의 경우 재료적인 특성으로 인해 균열이 발생하기 쉽다. 하중에 의하여 발생하는 균열과 다르게, 재료적인 균열은 구속조건이 있는 경우 체적의 팽창 및 수축에 의하여 발생하게 된다.
콘크리트의 재료적인 균열이 발생하는 이유는 무엇인가?
콘크리트는 경제적이고 내구적인 건설재료이지만 매스콘크리트 시공이나 단위 결합재량이 많은 배합의 경우 재료적인 특성으로 인해 균열이 발생하기 쉽다. 하중에 의하여 발생하는 균열과 다르게, 재료적인 균열은 구속조건이 있는 경우 체적의 팽창 및 수축에 의하여 발생하게 된다. 건조수축 및 수화열에 의한 균열은 가장 대표적인 재료적 균열발생 원인이다(Song et al.
참고문헌 (23)
Oh, K.-S., Mun, J.-M., and Kwon, S.-J. (2016), Chloride Diffusion Coefficients in Cold Joint Concrete with GGBFS, Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection, 20(5), 44-49.
Chindaprasirt, P., and Rukzon, S. (2008), Strength, porosity and corrosion resistance of ternary blend Portland cement, rice husk ash and fly ash mortar, Construction and Building Materials, 22(8), 1601-1606.
Copeland, L. E., and Kantro, D. L. (1968), Hydration of Portland cement, Proceedings of 5th International Symposium on the Chemistry of Cement, 378-420.
Ary, C., Buenfeld, N. R., and Newmann, J. B. (1990), Factors Influencing Chloride Binding in Concrete, Cement and Concrete Research, 20(2), 291-300.
Escalante, J. I., Gomez, L. Y., Johal, K. K., Mendoza, G., Mancha, H., and Mendez, J. (2001), Reactivity of blast-furnace slag in Portland cement blends hydrated under different conditions, Cement and Concrete Research, 31(10), 1403-1409.
Escalante-Garcia, J. I., and Sharp, J. H. (1998), Effect of temperature on the hydration of the main clinker phases in Portland cements: Part II. Blended cements, Cement and Concrete Research, 28(9), 1259-1274.
ISO 14040. (2006), Environmental Management-Life cycle Assessment- Principles and Framework, International Organization for Standardization.
Japan Concrete Institute. (1998), Technical committee report on autogenous shrinkage, E&FN, London, 1-3.
Jaung, J. D., Cho, H. D., and Park, S. W. (2012), Properties of Hydration Heat of High-Strength Concrete and Reduction Strategy for Heat Production, Journal of the Korea Institute of Building Construction, 12(2), 203-210.
Jeong, J. Y., Jang, S. Y., Choi, Y. C., Jung, S. H., and Kim, J. I. (2015(a)), Effects of replacement ratio and fineness of GGBFS on the hydration and pozzolanic reaction of high-strength high-volume GGBFS blended cement pastes, Journal of the Korea Concrete Institute, 27(2), 115-125.
Jeong, J. Y., Jang, S. Y., Choi, Y. C., Jung, S. H., and Kim, S. I. (2015(b)), Effect of Limestone Powder and Silica Fume on the Hydration and Pozzolanic Reaction of High-Strength High-Volume GGBFS Blended Cement Mortars, Journal of the Korea Concrete Institute, 27(2), 127-136.
Lee, K. M., Lee, H. K., Lee, S. H., and Kim, G. Y. (2006), Autogenous shrinkage of concrete containing granulated blast-furnace slag, Cement and Concrete Research, 36(7), 1279-1285.
Lee, S. H., Park, W. J., and Lee, H. S. (2013), Life cycle $CO_2$ assessment method for concrete using $CO_2$ balance and suggestion to decrease $LCCO_2$ of concrete in South-Korean apartment, Energy and Buildings, 58, 93-102.
Miyazawa, S., and Tazawa, E. (2001), Prediction model for shrinkage of concrete including autogenous shrinkage, creep, shrinkage and durability mechanics of concrete and other quasi-brittle materials. Proceedings of 6th International Conference Elsevier Science Ltd, 735-46.
Mullick, A. K. (2007), Performance of concrete with binary and ternary cement blends, The Indian Concrete Journal, 81(1), 15-22.
Narayanan, N. (2008), Quantifying the effects of hydration enhancement and dilution in cement pastes containing coarse glass powder, Journal of Advanced Concrete Technology, 6(3), 397-408.
Samsung Construction. (2003), Evaluation for Diffusivity Characteristics in High Durable Concrete, Technical Report, Seoul, 27-33.
Song, H. W., and Kwon, S. J. (2009), Evaluation of Chloride Penetration in High Performance Concrete Using Neural Network Algorithm and Micro Pore Structure, Cement and Concrete Research, 39(9), 814-824.
Song, H. W., Kwon, S. J., Byun, K. J., and Park, C. K. (2006), Predicting carbonation in early-aged cracked concrete, Cement and Concrete Research, 36(5), 979-989.
Tazawa, E., and Miyazawa S. (1995), Influence of cement and admixture on autogenous shrinkage of cement paste, Cement and Concrete Research, 25(2), 281-287.
Yoo, S. W., Koh, K. T., Kwon, S. J., and Park, S. G. (2013), Analysis technique for flexural behavior in RC beam considering autogenous shrinkage effect, Construction and Building Materials, 47, 560-568.
Yoo, S. W., Kwon, S. J., and Jung, S. H. (2012), Analysis technique for autogenous shrinkage in high performance concrete with mineral and chemical admixtures, Construction and Building Materials, 34, 1-10.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.