[논문]슬래그 혼입 기포콘크리트의 성능향상을 위한 양생조건의 평가

박종범; 윤현섭; 양근혁

doi:10.5345/jkibc.2018.18.6.527

슬래그 혼입 기포콘크리트의 성능향상을 위한 양생조건의 평가
Evaluation of Curing Conditions for Improving the Various Properties of Aerated Concrete Incorporating Slag Powder 원문보기

한국건축시공학회지 = Journal of the Korea Institute of Building Construction, v.18 no.6, 2018년, pp.527 - 532

박종범 (Department of Architectural Engineering Graduate School, Kyonggi University) , 윤현섭 (Department of Architectural Engineering Graduate School, Kyonggi University) , 양근혁 (Department of Architectural Engineering, Kyonggi University)

초록
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이 연구의 목적은 기포 콘크리트의 소포를 제어하면서 압축강도를 높일 수 있는 실용적 조건을 평가하는 것이다. 시멘트 양 대비 고로슬래그를 40% 혼입한 기포 콘크리트를 고온조건($40^{\circ}C$ 및 $60^{\circ}C$의 온도에서 10시간 및 15시간)에서 양생 후 측정한 실험결과를 상온양생 조건의 경우와 비교하였다. 고로슬래그를 40% 혼입한 기포 콘크리트에서 침하는 발생하지 않았다. 고온양생을 실시한 기포 콘크리트의 압축강도는 낮은 밀도 범위에서도 상온 양생한 기포 콘크리트의 강도보다 높았다. 하지만 기포간 병합으로 인한 압축강도 저하를 방지하기 위해서는 양생온도 $60^{\circ}C$에서 그 지속시간을 10시간 이하로 제한할 필요가 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

The objective of the present study is to evaluate a practical approach for enhancing the compressive strength and minimizing deforming of aerated concrete. Test results measured in the aerated concrete mixes that were produced using 40% ground granulated blast-furnace slag (GGBS) as a replacement of cement and cured under different conditions (i.e., high temperatures of $40^{\circ}C$ and $60^{\circ}C$ for 10 hrs or 15 hrs) were compared with those obtained from the specimens cured under room temperature. No deforming was observed in the mixes with 40% GGBS. The compressive strength of the prepared aerated concrete cured under high temperature was higher than that of the concrete cured at room temperature, even at the lower ranges of the apparent dry density. However, the curing time is needed to be controlled as not exceeding 10 hrs at the temperature of $60^{\circ}C$ to prevent the decrease in the compressive strength due to foam mergences.

주제어

표/그림 (7)

표 Table 2. Curing process of the prepared foamed concrete mixes and summary of test results
표 Table 1. Physical properties and chemical compositions of cementitious materials
그림 Figure 1. Typical micro-porosity image of aerated concrete
그림 Figure 2. Compressive strength of aerated concrete relative to that of the specimen 20-0
그림 Figure 3. Stress-strain curve of aerated concrete
그림 Figure 4. Effect of apparent specific density on the compressive strength of aerated concrete
그림 Figure 5. Effect of apparent specific density on the thermal conductivity of aerated concrete

AI 본문요약
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문제 정의

이 연구에서는 기포 콘크리트에서 소포현상을 줄이면서 압축강도를 높이기 위하여 GGBS 40%를 혼입하고 고온 양생 조건에 따라 경화된 기포 콘크리트의 공극특성과 압축강도를 평가하였다. 기포 콘크리트 배합은 가능하면 높은 단열성을 확보하기 위하여 열전도율 0.
이 연구의 목적은 기포 콘크리트의 소포를 제어하면서 압축강도를 높일 수 있는 실용적 조건을 평가하는 것이다. 시멘트 양 대비 고로슬래그를 40% 혼입한 기포 콘크리트를 고온조건(40℃ 및 60℃의 온도에서 10시간 및 15시간)에서 양생 후 측정한 실험결과를 상온양생 조건의 경우와 비교하였다.

제안 방법

굳기 전 기포 콘크리트에서는 슬러리 밀도, 소포 깊이 및 플로우를 측정하였다. 경화 기포 콘크리트의 압축강도 및 겉보기 밀도(p_c)는 재령 7일 및 28일에서 측정하였으며, 응력-변형률(stress-strain curve) 관계, 탄성계수(E_c) 및 열전도율은 재령 28일에 측정하였다. 측정된 기포 콘크리트의 품질은 KS F 4039(현장 타설용 기포 콘크리트)에서 제시하는 요구 성능과 비교하였다.
기포 콘크리트의 양생단계에서 온도는 20℃, 40℃ 및 60℃로 변화 하였으며, 40℃ 및 60℃의 지속시간은 10시간 및 15시간으로 설정하였다. 굳기 전 기포 콘크리트에서는 슬러리 밀도, 소포 깊이 및 플로우를 측정하였다. 경화 기포 콘크리트의 압축강도 및 겉보기 밀도(p_c)는 재령 7일 및 28일에서 측정하였으며, 응력-변형률(stress-strain curve) 관계, 탄성계수(E_c) 및 열전도율은 재령 28일에 측정하였다.
기포 콘크리트 배합은 가능하면 높은 단열성을 확보하기 위하여 열전도율 0.1W/m·K 수준에서 계획 하였다.
기포 콘크리트 배합은 가능하면 높은 단열성을 확보하기 위하여 열전도율 0.1W/m·K 수준에서 계획하였다.
열전도율은 ASTM C518에 따라 300×300×50mm인 시험체를 제작하여 재령 28일 때에 측정하였다. 기포 콘크리트의 공극형상 및 분포는 광학현미경을 이용하여 분석하였다.
1W/m·K 수준에서 계획 하였다. 기포 콘크리트의 양생단계에서 온도는 20℃, 40℃ 및 60℃로 변화 하였으며, 40℃ 및 60℃의 지속시간은 10시간 및 15시간으로 설정하였다. 굳기 전 기포 콘크리트에서는 슬러리 밀도, 소포 깊이 및 플로우를 측정하였다.
이 연구의 목적은 기포 콘크리트의 소포를 제어하면서 압축강도를 높일 수 있는 실용적 조건을 평가하는 것이다. 시멘트 양 대비 고로슬래그를 40% 혼입한 기포 콘크리트를 고온조건(40℃ 및 60℃의 온도에서 10시간 및 15시간)에서 양생 후 측정한 실험결과를 상온양생 조건의 경우와 비교하였다. 고로슬래그를 40% 혼입한 기포 콘크리트에서 침하는 발생하지 않았다.
양생된 기포 콘크리트는 재령 28일에서 KS F 2459에 따라 겉보기 밀도를 측정하였다. 압축강도 및 응력-변형률 관계는 500kN 용량의 만능 재료시험기를 이용하여 측정하였는데, 이때 압축 변형률 측정을 위하여 공시체 양쪽에 전기저항 게이지 및 변위 측정 자기 센서(linear variable differential transformer)를 설치하였다. 탄성계수는 ASTM C469에 따라 응력-변형률 곡선에서 원점과 최대응력의 40%를 연결하는 기울기로 산정하였다.
열전도율은 ASTM C518에 따라 300×300×50mm인 시험체를 제작하여 재령 28일 때에 측정하였다.
이 연구에서는 기포 콘크리트에서 소포현상을 줄이면서 압축강도를 높이기 위하여 GGBS 40%가 혼입된 배합을 고온조건에서 양생하였다. 기포 콘크리트 배합은 가능하면 높은 단열성을 확보하기 위하여 열전도율 0.
예를 들어 40-10 시험체는 결합재로서 OPC 60%와 GGBS 40%를 사용한 기포 콘크리트를 항온항습 환경(온도20±2℃, 상대습도 60±5%)에서 24시간 동안 정치 한 후 40℃ 온도에서 10시간 동안 양생한 이후 다시 항온항습의 환경으로 이동시켜 재령 28일까지 양생된 것을 의미한다. 이 연구에서는 양생 온도를 40℃ 및 60℃로 변화하였으며, 해당온도에서의 양생 지속시간을 10시간 또는 15시간으로 하였다. 항온항습의 환경에서는 재령 28일 동안 일정한 조건에서 양생하였으 며, 40℃ 및 60℃의 높은 온도에서는 그 지속시간을 10 시간 또는 15 시간으로 하였다.
이 연구에서는 열전도율 0.1W/m·K 수준의 기포 콘크리트 생산을 목표로 하였기 때문에 단위 결합재양을 250kg/m 3사용하였다.
압축강도 및 응력-변형률 관계는 500kN 용량의 만능 재료시험기를 이용하여 측정하였는데, 이때 압축 변형률 측정을 위하여 공시체 양쪽에 전기저항 게이지 및 변위 측정 자기 센서(linear variable differential transformer)를 설치하였다. 탄성계수는 ASTM C469에 따라 응력-변형률 곡선에서 원점과 최대응력의 40%를 연결하는 기울기로 산정하였다. 열전도율은 ASTM C518에 따라 300×300×50mm인 시험체를 제작하여 재령 28일 때에 측정하였다.
이 연구에서는 양생 온도를 40℃ 및 60℃로 변화하였으며, 해당온도에서의 양생 지속시간을 10시간 또는 15시간으로 하였다. 항온항습의 환경에서는 재령 28일 동안 일정한 조건에서 양생하였으 며, 40℃ 및 60℃의 높은 온도에서는 그 지속시간을 10 시간 또는 15 시간으로 하였다. 계획된 고온조건에서 양생이 된 시험체는 다시 항온항습의 환경에서 재령 28일까지 양생하였다.

대상 데이터

2%이다. 사용된 동물성 기포제는 암갈색 색상의 가수분해형 단백질 종류 이며, 밀도는 1.06g/cm ³이다.

데이터처리

경화 기포 콘크리트의 압축강도 및 겉보기 밀도(p_c)는 재령 7일 및 28일에서 측정하였으며, 응력-변형률(stress-strain curve) 관계, 탄성계수(E_c) 및 열전도율은 재령 28일에 측정하였다. 측정된 기포 콘크리트의 품질은 KS F 4039(현장 타설용 기포 콘크리트)에서 제시하는 요구 성능과 비교하였다.

이론/모형

고로슬래그 혼입 기포 콘크리트의 배합실험은 ASTM C796-97에 따라 진행 하였다. Table 2에는 기포 콘크리트의 배합 및 양생조건을 나타내었다.
굳지 않은 기포 콘크리트의 슬러리 밀도, 침하깊이 및 플로 우는 KS F 4039에 따라 측정하였다. 양생된 기포 콘크리트는 재령 28일에서 KS F 2459에 따라 겉보기 밀도를 측정하였다.
굳지 않은 기포 콘크리트의 슬러리 밀도, 침하깊이 및 플로 우는 KS F 4039에 따라 측정하였다. 양생된 기포 콘크리트는 재령 28일에서 KS F 2459에 따라 겉보기 밀도를 측정하였다. 압축강도 및 응력-변형률 관계는 500kN 용량의 만능 재료시험기를 이용하여 측정하였는데, 이때 압축 변형률 측정을 위하여 공시체 양쪽에 전기저항 게이지 및 변위 측정 자기 센서(linear variable differential transformer)를 설치하였다.

성능/효과

1) OPC 100% 기포 콘크리트에서 침하 깊이는 5mm인 반면 GGBS 40%를 혼입한 배합에서는 침하가 나타나지 않았다.
2) GGBS 40%를 혼입한 배합을 40℃에서 10시간 또는 15시간 양생 그리고 60℃에서 10시간으로 양생한 경우에는 OPC 100% 배합에 비해 공극크기들이 작았다. 반면 GGBS 40%를 혼입한 배합을 60℃에서 15시간 양생한 경우에는 OPC 100% 배합에서와 같이 5mm 이상의 대형 공극들이 다수 발생하였다.
3) GGBS 40%를 혼입한 배합을 40℃에서 10시간 또는 15시간 양생 그리고 60℃에서 10시간으로 양생한 경우 28일 압축강도는 상온양생한 동일배합 또는 OPC 100% 배합의 경우에 비해 약 1.2∼1.3배 높았다.
4) GGBS 40%를 혼입한 배합을 40℃에서 10시간 또는 15시간 양생 그리고 60℃에서 10시간으로 양생한 경우 겉보기 밀도와 열저항성은 KS F 4039의 0.4품의 요구조건을 만족하였다.
5) GGBS의 혼입 및 고온양생의 영향은 기포 콘크리트의 소포제어 및 압축강도 증진 측면에서 유리하였지만, 밀도 및 열전달 저항성능에 미치는 영향은 미미하였다.
43 배 높았으나 재령 28일에서는 동일한 수준을 보였다.OPC 60% 및 GGBS 40% 결합재를 이용한 배합의 압축강도는 시험체 60-15를 제외한 모든 양생조건에서 시험체 20-0의 압축강도보다 높았다. 특히 시험체 60-10과 40-15의 압축강도가 높았는데, 시험체 20-0의 압축강도 대비 시험체 60-10 시험체의 압축강도는 재령 7일과 28일에서 각각 1.
시험체 60-15 시험체의 재령 28 일 압축강도는 시험체 20-0의 경우에 비해 약 9% 낮았는데, 이는 Figure 1 (f)에 나타낸바와 같이 기포간 병합으로 인한 다수의 큰 공극의 영향이라 판단된다. 결과적으로 GGBS의 혼입과 양생 온도의 상승은 기포콘크리트의 강도 발현 증가에 긍정적인 영향을 미쳤는데, 그 영향은 재령 28일보다는 재령 7일에서 더욱 컸다. 이는 초기재령에서의 양생온도 상승이 결합재로서 활용된 GGBS의 수화반응 속 도 향상과 함께 기포콘크리트의 강도발현 성능 확보에 있어 유리할 수있음을 의미한다[10].
이러한 문제점은 초기 양생 온도를 높임으로서 개선될 수 있는데, 양생환경이 35℃ 이상인 경우 응결시간 확보와 함께 초기에 빠른 강도발현이 가능하다. 결과적으로 습식형 기포 콘크리트에서 GGBS 혼입과 그에 따른 고온양생은 연속공극 형성 방지에 따른 소포 현상 제어 및 초기 강도 발현 등의 문제점 개선에 유리할수 있다.
고로슬래그를 40% 혼입한 기포 콘크리트에서 침하는 발생하지 않았다. 고온양생을 실시한 기포 콘크리트의 압축강도는 낮은 밀도 범위에서도 상온 양생한 기포 콘크리트의 강도보다 높았다. 하지만 기포간 병합으로 인한 압축강도 저하를 방지하기 위해서는 양생온도 60℃에서 그 지속시간을 10시간 이하로 제한할 필요가 있었다.
기포 콘크리트의 유동성 또한 사용된 결합재 종류에 의해 영향을 받지 않았다. 두 배합에서 측정된 플로우는 195mm 로서 KS F 4039에서 제시하는 현장 타설용 기포 콘크리트의 요구 유동성(플로우 180mm 이상)을 만족하였다.
모든 시험체의 열전도율은 GGBS 혼입 및 양생조건에 관계없이 KS F 4039의 0.4품 조건(0.130W/m·K 이하)을 만족하였다.
시험체 20-0, 40-10 및 40-15의 열전도율은 각각 0.110W/m·K, 0.105W/m·K 및 0.106W/m·K 로 비슷한 수준이었으며, 시험체 60-10는 가장 높은 열전도율 값(0.122W/m·K)을 보였다(Table 2).
시험체 20-0, 40-10, 40-15 및 60-10에서 측정된 겉보기 밀도는 0.30∼0.32g/cm 3 수준으로서 KS F 4039의 0.4품0.30g/cm 3 이상 0.40g/cm 3 미만)을 만족하였다.
최대응력 이후 거동은 시험체 60-10를 제외하고 비슷한 소성흐름 현상을 보였다. 시험체 60-15는 가장 낮은 압축강도에도 불구하고 최대응력 이후 다른 시험체에 비해 빠른 내력의 감소 기울기를 보였다. 이는 큰 공극들 사이의 시멘트 매트릭스들에서 하중저항 능력이 현저히 감소하였기 때문으로 판단된다.
고로 슬래그 혼입 기포 콘크리트의 응력-변형률 관계 특성은 압축강도에 의해 중요한 영향을 받았다(Figure 3). 압축강도가 높은 기포 콘크리트는 초기강성(탄성계수)의 증가와 함께, 최대 응력 시의 변형율도 증가하는 경향을 보였다. 최대응력 이후 거동은 시험체 60-10를 제외하고 비슷한 소성흐름 현상을 보였다.
하지만 상온양생을 실시한 GGBS 혼입 기포 콘크리트의 압축강도와 겉보기 밀도 관계와 비교하면 이 연구의 배합들은 동일 겉보기 밀도에서 비교적 높은 압축강도 발현 특성을 보인다. 즉, 고온양생을 실시한 GGBS 혼입 기포 콘크리트의 압축강도는 낮은 밀도 범위에서도 상온 양생한 기포 콘크리트의 강도보다 높았다.
OPC 60% 및 GGBS 40% 결합재를 이용한 배합의 압축강도는 시험체 60-15를 제외한 모든 양생조건에서 시험체 20-0의 압축강도보다 높았다. 특히 시험체 60-10과 40-15의 압축강도가 높았는데, 시험체 20-0의 압축강도 대비 시험체 60-10 시험체의 압축강도는 재령 7일과 28일에서 각각 1.88배 및 1.30배 높았으며, 시험체 40-15는 각각 1.86배와 1.30배 높았다. 시험체 60-15 시험체의 재령 28 일 압축강도는 시험체 20-0의 경우에 비해 약 9% 낮았는데, 이는 Figure 1 (f)에 나타낸바와 같이 기포간 병합으로 인한 다수의 큰 공극의 영향이라 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	선 기포방식의 습식형 기포 콘크리트는 어떻게 제작하는가?	경량 기포 콘크리트는 기포의 도입방법에 따라 크게 선기포 방식의 습식형 기포 콘크리트와 후 기포 방식의 고온고압 기포 콘크리트(autoclaved aerated concrete, AAC)로 구분된다[1]. 선 기포방식의 습식형 기포 콘크리트는 시멘트계 재료에 기반한 페이스트와 기포 발생기를 통해 미리 생성된 기포군을 혼합해 제작한다. 경량 기포 콘크리트는 매트릭스 내의 수많은 공극으로 밀도가 보통 콘크리트의 약 1/4이하 수준이며, 이와 같은 특성으로 높은 단열성능을 가진다 [2].
	소포현상이 발생하게 되는 원인이 되는것은?	기포콘크리트 내에 존재하는 기포량이 적을 때 개개의 기포는 응집력이 작아 간섭하지 않지만 기포량이 증가 하게 되면 기포간의 응집력이 증가한다[5]. 이에 따라 기포간 이격거리가 감소하면 기포막의 병합 및 중첩이 발생하게 되며 이는 소포로 이어질 수 있다. 기포 콘크리트에서 소포 현상을 방지하기 위한 대책으로 단위 시멘트양을 높이거나 물-결합재비(water to binder ratio, W/B)를 낮추어 기포의 양을 상대적으로 감소시켜 기포간의 간섭을 최소화하는 방법이 있다[6].
	경량 기포 콘크리트의 구분방법은?	경량 기포 콘크리트는 기포의 도입방법에 따라 크게 선기포 방식의 습식형 기포 콘크리트와 후 기포 방식의 고온고압 기포 콘크리트(autoclaved aerated concrete, AAC)로 구분된다[1]. 선 기포방식의 습식형 기포 콘크리트는 시멘트계 재료에 기반한 페이스트와 기포 발생기를 통해 미리 생성된 기포군을 혼합해 제작한다.

참고문헌 (10)

Lee CH, Eo SH. An experimental study on the physical properties of lightweight foamed concrete according to the mix proportions. Journal of the Construction and environment research institute. 2014 Dec;9(2):52-63.
Kim DH, Choi DH. An experimental study on the characteristics of lightweight foamed concrete used as the refractory filler. Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation. 2012 Dec;12(6):231-7.
Lee KH, Yang KH. Effect of fiber addition for improving the properties of lightweight foamed concrete. Journal of the Korea Institute of Building Construction. 2015 Aug;15(4):383-9.
Han SY, Han MC. Properties and mock-up test of lightweight foamed concrete based on blast furnace slag by crack reducing admixture. Journal of the Korea Institute of Building Construction. 2017 Dec;17(6):507-15.
Lee SH, Yong WJ, Park JJ. A study on the sound absorption properties of cellular concrete with continuous voids. Journal of the Korea Concrete Institute. 2003 Aug;15(4):566-73.
Lee SH. Effect of foaming agent on the continuous void in lightweight cellular concrete. Journal of the Korea Concrete Institute. 2002 Oct;14(5):742-9.
Yang WH. An experimental study on the properties of foamed concrete within blast-furnace slag [master's thesis]. [Seoul (Korea)]: Konkuk University; 2001. 58 p.
Kim SW. Park WS, Jang YI, Yun SH, Yun HD, Kim DG. Effect of curing temperature on the strength development of concrete containing blast-furnace slag and silica fume. Asia-pacific Journal of Multimedia Services Convergent with Art, Humanities, and Sociology. 2014 Dec;4(2):271-80.
Oh SC, Seo CH, Kim DH. An experimental study on the physical properties of foamed concrete with blast-furnace slage. Journal of the Architectural Institute of Korea Structure & Construction. 2002 Jul;18(7):59-67.
Lee KH. Development of ixture proportioning model for low-density high-strength foamed concrete [master's thesis]. [Suwon (Korea)]: Kyonggi University; 2013. 103 p.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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