본 논문은 전기로 산화슬래그 골재를 사용하여 콘크리트를 제작하여 물리적 성능을 평가하였다. 실험은 전기로 산화슬래그 골재를 치환하여(잔골재-굵은골재) 0%-0%, 0%-100%, 50%-100%, 100%-100%으로 각 4수준으로 일반강도영역 W/C 45%와 고강도영역인 W/C 30%의 2수준으로 제작하여 진행하였다. 굳지 않은 콘크리트에서는 공기량, 플로우 및 슬럼프, 단위용적질량 실험을 진행하였으며, 경화 콘크리트에서는 압축강도 및 휨강도, 단위용적질량 실험을 통하여 물리적 특성을 검토하였다. 본 연구의 실험결과 전기로 산화슬래그의 혼입량이 증가함에 따라 콘크리트의 강도 증진 효과가 나타났으며, 이는 전기로 산화슬래그 골재 내에 ${\beta}-C2S$로 인하여 골재 내외부에서 강도 증진 효과를 발휘한 것으로 사료된다.
본 논문은 전기로 산화슬래그 골재를 사용하여 콘크리트를 제작하여 물리적 성능을 평가하였다. 실험은 전기로 산화슬래그 골재를 치환하여(잔골재-굵은골재) 0%-0%, 0%-100%, 50%-100%, 100%-100%으로 각 4수준으로 일반강도영역 W/C 45%와 고강도영역인 W/C 30%의 2수준으로 제작하여 진행하였다. 굳지 않은 콘크리트에서는 공기량, 플로우 및 슬럼프, 단위용적질량 실험을 진행하였으며, 경화 콘크리트에서는 압축강도 및 휨강도, 단위용적질량 실험을 통하여 물리적 특성을 검토하였다. 본 연구의 실험결과 전기로 산화슬래그의 혼입량이 증가함에 따라 콘크리트의 강도 증진 효과가 나타났으며, 이는 전기로 산화슬래그 골재 내에 ${\beta}-C2S$로 인하여 골재 내외부에서 강도 증진 효과를 발휘한 것으로 사료된다.
As the shortage of concrete aggregates is intensifying, the development of alternative resources is urgent. As the amount of steel slag increases year by year, attempts are being made to recycle slag into high-value-added products in order to develop an efficient resource recycling industry based on...
As the shortage of concrete aggregates is intensifying, the development of alternative resources is urgent. As the amount of steel slag increases year by year, attempts are being made to recycle slag into high-value-added products in order to develop an efficient resource recycling industry based on slag and to obtain economic benefits. However, the use of electric arc furnace oxidizing slag (EOS) as building materials is practically limited because it contains unstable materials. In this paper, physical properties of concrete were evaluated by using electric arc furnace slag aggregate. It has been produced with two levels of general strength area W / C 45% and high strength area W / C 30%. Fresh concrete has been tested in air content, flow and slump, unit weight. The properties of the cured concrete were investigated by compressive strength, bending strength and unit volume weight. As a result of this study, strength of concrete increased with increasing EOS aggregate mixture.
As the shortage of concrete aggregates is intensifying, the development of alternative resources is urgent. As the amount of steel slag increases year by year, attempts are being made to recycle slag into high-value-added products in order to develop an efficient resource recycling industry based on slag and to obtain economic benefits. However, the use of electric arc furnace oxidizing slag (EOS) as building materials is practically limited because it contains unstable materials. In this paper, physical properties of concrete were evaluated by using electric arc furnace slag aggregate. It has been produced with two levels of general strength area W / C 45% and high strength area W / C 30%. Fresh concrete has been tested in air content, flow and slump, unit weight. The properties of the cured concrete were investigated by compressive strength, bending strength and unit volume weight. As a result of this study, strength of concrete increased with increasing EOS aggregate mixture.
또한 휨강도 측정을 위하여 100×100×400 mm로 제작하여 재령 28일에 KS F 2408[콘크리트의 휨 강도 시험방법]을 기준으로 휨 강도 시험을 실시하였다.
본 연구에서는 전기로 산화슬래그 골재를 사용하여 콘크리트를 제작하여 골재 치환율에 따라 실험을 진행하였다. 먼저 전기로 산화슬래그 골재의 품질 특성을 확인하기 위하여 XRD분석과 pH 측정을 진행하였으며, 전기로 산화슬래그 콘크리트의 굳지 않은 콘크리트의 품질 성능을 검토하고 경화 콘크리트에서 압축강도 및 휨강도를 비교하였다.
본 연구에서는 전기로 산화슬래그 골재를 사용하여 콘크리트를 제작하여 골재 치환율에 따라 실험을 진행하였다. 먼저 전기로 산화슬래그 골재의 품질 특성을 확인하기 위하여 XRD분석과 pH 측정을 진행하였으며, 전기로 산화슬래그 콘크리트의 굳지 않은 콘크리트의 품질 성능을 검토하고 경화 콘크리트에서 압축강도 및 휨강도를 비교하였다.
실험은 굳지 않은 콘크리트에서 공기량 시험, 슬럼프 및 플로우 실험, 단위용적질량 실험을 진행하였으며, 경화 콘크리트에서는 단위용적질량, 압축강도 및 휨강도 실험을 진행하였다. 다음 Table 6은 콘크리트 배합 사항을 나타낸 것이다.
전기로 산화슬래그(H사-당진) 골재를 바탕으로 일반 골재에 대한 치환율별 콘크리트의 품질변동을 검토하였다. 실험은 일반 골재를 사용한 콘크리트를 기준으로 W/C 45%와 30%의 2수준으로 선정하였으며, 전기로 산화슬래그 골재 치환율(잔골재-굵은골재)은 0%-0%, 0%-100%, 50%-100%, 100%-100%으로각 4수준으로 총 8수준을 선정하여 진행하였다.
전기로 산화슬래그 골재를 사용한 콘크리트의 물성 실험을 위하여 다음 Table 5와 같이 실험계획을 나타냈다. 전기로 산화슬래그(H사-당진) 골재를 바탕으로 일반 골재에 대한 치환율별 콘크리트의 품질변동을 검토하였다. 실험은 일반 골재를 사용한 콘크리트를 기준으로 W/C 45%와 30%의 2수준으로 선정하였으며, 전기로 산화슬래그 골재 치환율(잔골재-굵은골재)은 0%-0%, 0%-100%, 50%-100%, 100%-100%으로각 4수준으로 총 8수준을 선정하여 진행하였다.
전기로 산화슬래그는 5 mm 이하의 잔골재와 500 μm이하의 잔골재를 대상으로 pH 측정을 진행하였다.
전기로 산화슬래그를 사용한 콘크리트의 압축강도 측정을 위하여 전기로 산화슬래그 골재 치환율에 따라 ∅100×200mm로 제작하여 재령 3일, 7일, 28일에 KS F 2405[콘크리트 압축강도 시험방법]에 준하여 압축강도 시험을 실시하였다.
전기로 산화슬래그는 정련과정을 통하여 CaO 및 SiO2,FeO를 기본 성분계로 구성되어 있다. 전기로 산화슬래그의 화학 조성과 주 결정구조의 함량을 분석을 진행하기 위하여 XRD 분석을 진행하였다.
단위 용적 질량 실험은 전기로 산화슬래그 골재의 치환율이 증가함에 따라 단위 용적 질량이 증가를 검토하기 위하여, KS F 2409[굳지 않은 콘크리트의 단위 용적 질량 및 공기량 시험 방법]에 준하여 실시하였다. 콘크리트 배합 설계시 계산 된 단위 용적 질량과 굳지 않은 콘크리트의 단위 용적 질량을 비교 검토하였다. 다음 Fig.
다음 Table 6은 콘크리트 배합 사항을 나타낸 것이다. 콘크리트 배합은 W/C 45%와 30%로 일반강도와 고강도로 실험을 진행하였으며, 콘크리트의 단위 용적 질량을 나타내었다.
대상 데이터
시멘트는 KS L 5201을 만족하는 S사 보통 포틀랜드 시멘트를 사용하였으며 시멘트의 물리적 특성은 Table 1에 나타냈다. 혼화제는 고성능 감수제로 A사 폴리카르본산계를 사용하였으며, 다음 Table 2에 물리적 특성을 나타냈다.
전기로 산화슬래그 골재는 H사에서 배출되는 전기로 산화 슬래그 잔골재와 전기로 산화슬래그 굵은 골재를 사용하였으며, 일반 골재는 KS F 2527[콘크리트용 골재]에 만족하는 골재를 사용하였다. 다음 Table 3은 사용 골재의 물리적 성질을 나타낸 것이고, Table 4는 시멘트 및 사용 골재의 화학적 성질을 나타낸 것이다.
이론/모형
굳지 않은 콘크리트 실험은 KS F 2402[콘크리트의 슬럼프시험 방법], KS F 2594[굳지않은 콘크리트의 슬럼프 플로우시험 방법]에 준하여 실시하였다. 단위 용적 질량 실험은 전기로 산화슬래그 골재의 치환율이 증가함에 따라 단위 용적 질량이 증가를 검토하기 위하여, KS F 2409[굳지 않은 콘크리트의 단위 용적 질량 및 공기량 시험 방법]에 준하여 실시하였다.
굳지 않은 콘크리트 실험은 KS F 2402[콘크리트의 슬럼프시험 방법], KS F 2594[굳지않은 콘크리트의 슬럼프 플로우시험 방법]에 준하여 실시하였다. 단위 용적 질량 실험은 전기로 산화슬래그 골재의 치환율이 증가함에 따라 단위 용적 질량이 증가를 검토하기 위하여, KS F 2409[굳지 않은 콘크리트의 단위 용적 질량 및 공기량 시험 방법]에 준하여 실시하였다. 콘크리트 배합 설계시 계산 된 단위 용적 질량과 굳지 않은 콘크리트의 단위 용적 질량을 비교 검토하였다.
성능/효과
1) 전기로 산화슬래그 골재는 높은 비중으로 인하여 치환율이 증가함에 따라 단위용적질량이 증가하였다. 또한, 공기량이 감소하는 경향을 나타내고 있는데, 이는 전기로 산화 슬래그 잔골재의 미분 함량이 세척사에 비해 많음에 따른 것으로 사료된다.
2) 전기로 산화슬래그 콘크리트는 치환율이 증가함에 따라 압축강도 및 휨강도가 증진되었다. 또한 W/C비가 감소함에 따라 고강도 영역에서 강도 증진효과가 더욱 증대됨을 확인하였다.
3) 전기로 산화슬래그는 pH측정 결과 높은 알칼리성을 나타내고 있지만, 이는 전기로 산화슬래그의 화학적 특성으로 다량의 Ca 이온으로 인한 것으로 사료된다. 전기로 산화슬래그는 높은 알칼리성을 나타냄에 따라 알칼리 골재반응에 대한 내구성 평가를 진행하여야 하나, 기존연구에서는 석출된 CaO는 골재와의 반응성이 없으며 알칼리 골재반응 실험 결과 무해로 판정되어 본 연구에서는 진행하지 않았다.
4) 전기로 산화슬래그의 XRD 분석결과 시멘트의 주요광물인 β-C2S가 다량으로 검출됨에 따라 전기로 산화슬래그 콘크리트의 압축강도 증진에 영향을 준 것으로 사료된다.
75 MPa를 발현하였고, 치환율이 증가함에 따라 30(100-100)에서 75MPa를 발현하여 압축강도 발현이 큰 차이를 나타냈다. W/C0.45와 W/C 0.30에서 모두잔골재 치환율이 증가함에 따라 압축강도가 증진되는 것을 확인할 수 있다.
전기로 산화슬래그는 5 mm 이하의 잔골재와 500 μm이하의 잔골재를 대상으로 pH 측정을 진행하였다. pH미터는 pH 6.7 기준으로 측정한 결과 전기로 산화슬래그 잔골재는 교반 30분까지 pH = 9.7로 pH가 증가하였으며, 전기로 산화슬래그 분말은 pH = 10.1로 증가하였으며, 이후에서는 일정한 값을 유지하였다. 세척사는 교반 30분까지 소량의 pH가 증가하였으나, 중성인 pH = 7.
또한 W/C 30%에서는 30(0-0)에서 압축강도는 49.75 MPa를 발현하였고, 치환율이 증가함에 따라 30(100-100)에서 75MPa를 발현하여 압축강도 발현이 큰 차이를 나타냈다. W/C0.
2) 전기로 산화슬래그 콘크리트는 치환율이 증가함에 따라 압축강도 및 휨강도가 증진되었다. 또한 W/C비가 감소함에 따라 고강도 영역에서 강도 증진효과가 더욱 증대됨을 확인하였다.
9는 전기로 산화슬래그 골재를 사용한 콘크리트의 휨 강도를 비교한 것이다. 압축강도 실험 결과와 같이 전기로 산화슬래그 잔골재의 치환율이 증가함에 따라 휨 강도도 증진되는 것을 확인 할 수 있다. W/C 45%에서는 일반 콘크리트 45(0-0)에서 평균 5.
전기로 산화슬래그 골재를 활용하여 콘크리트의 성능 평가를 통하여 콘크리트 골재로서의 충분한 성능을 갖고 있음을 확인 할 수 있었다.
후속연구
3) 전기로 산화슬래그는 pH측정 결과 높은 알칼리성을 나타내고 있지만, 이는 전기로 산화슬래그의 화학적 특성으로 다량의 Ca 이온으로 인한 것으로 사료된다. 전기로 산화슬래그는 높은 알칼리성을 나타냄에 따라 알칼리 골재반응에 대한 내구성 평가를 진행하여야 하나, 기존연구에서는 석출된 CaO는 골재와의 반응성이 없으며 알칼리 골재반응 실험 결과 무해로 판정되어 본 연구에서는 진행하지 않았다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
골재난이 심화되는 이유는 무엇인가?
국내 콘크리트용 골재 부족 현상이 심화되고 있는 상황으로 섬진강 골재채취 영구금지 등 골재채취 논란으로 골재난이 심화되고 있으며, 골재공급원 개발을 위한 국토훼손 및 자연환경 파괴 등으로 환경복원에 막대한 국가예산 소요가 불가피한 실정이다. 또한, 전국 골재 부존량은 약 263억 m3이며,이 가운데 개발 가능량은 약 172억 m3 수준으로 평가되고 있다.
환경복원에 막대한 국가예산이 소요되는 이유는 무엇인가?
국내 콘크리트용 골재 부족 현상이 심화되고 있는 상황으로 섬진강 골재채취 영구금지 등 골재채취 논란으로 골재난이 심화되고 있으며, 골재공급원 개발을 위한 국토훼손 및 자연환경 파괴 등으로 환경복원에 막대한 국가예산 소요가 불가피한 실정이다. 또한, 전국 골재 부존량은 약 263억 m3이며,이 가운데 개발 가능량은 약 172억 m3 수준으로 평가되고 있다.
국내 콘크리트용 골재 부족량은 얼마이며, 이를 해결할 수 있는 방안은 무엇인가?
국내 콘크리트용 골재 부족 현상이 심화되고 있는 상황으로 섬진강 골재채취 영구금지 등 골재채취 논란으로 골재난이 심화되고 있으며, 골재공급원 개발을 위한 국토훼손 및 자연환경 파괴 등으로 환경복원에 막대한 국가예산 소요가 불가피한 실정이다. 또한, 전국 골재 부존량은 약 263억 m3이며,이 가운데 개발 가능량은 약 172억 m3 수준으로 평가되고 있다. 또한, 매년 허가 및 신고 채취로 공급되는 골재량이 약 2억m3 수준이라는 점을 고려할 경우, 향후 70여 년간 채취가 가능할 것이라는 예측에 따라 대체 자원의 개발이 시급한 상황이다(Ha et al., 2016).
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