[논문]순환골재 사용 혼합골재의 품질 개선을 위한 실험적 연구

김정호; 성종현; 김충겸; 이세현; 김한수

doi:10.14190/jrcr.2018.6.4.229

순환골재 사용 혼합골재의 품질 개선을 위한 실험적 연구
An Experimental Study on the Improvement of Quality of Mixed Aggregate Using Recycled Aggregate 원문보기

Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute = 한국건설순환자원학회 논문집, v.6 no.4, 2018년, pp.229 - 235

김정호 (한라엔컴 기술연구소) , 성종현 (한라엔컴 기술연구소) , 김충겸 (한라엔컴 기술연구소) , 이세현 (한국건설기술연구원 건축도시연구소) , 김한수 (건국대학교 건축공학과)

초록
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본 연구에서는 순환골재 콘크리트의 품질안정화를 목표로 기술 개발한 골재 혼합설비를 활용하여 순환골재 및 천연골재를 사전 혼합하였으며, 생산 된 혼합골재를 적용하여 혼합 전과 혼합 후의 콘크리트 특성을 검토하였다. 이렇게 도출된 결과를 토대로 순환골재의 품질 안정화 및 사용 활성화를 위한 새로운 방향을 제시하고자 하였다. 골재 혼합 전 후에 따른 믹서로 비빈 굳지 않은 콘크리트 중의 모르타르와 굵은 골재량의 변화율 시험 결과 사전 골재 혼합 시 혼합 전 콘크리트 대비 모르타르 및 굵은 골재량의 편차가 줄어드는 것으로 확인되었다. 재령 3일과 재령 7일에서의 압축강도 편차 및 평균압축강도는 혼합 전 후 비슷한 결과를 나타냈으며, 28일 강도에서는 재령 3, 7일보다 혼합 전 후 강도 편차가 크게 발생했다. 사전 골재 혼합을 통한 혼합골재 사용 시 강도 편차가 줄어드는 것으로 확인되었으며, 사전 골재 혼합을 통한 혼합골재 사용 시 장기강도 발현이 유리할 것으로 사료된다. 위의 결과를 토대로 순환골재 및 천연골재 사전 혼합을 통해 생산된 혼합골재를 사용한 콘크리트 결과 굵은골재량, 압축강도 편차가 줄어드는 것으로 나타나 사전 골재혼합을 통해 균질한 콘크리트를 생산할 수 있는 것으로 판단된다. 이는 생산되는 순환골재 특성에 따라 천연골재와 사전 혼합을 통해 균질한 골재 특성을 맞춰 생산할 수 있으며, 순환골재의 문제점 중 하나인 품질편차를 해결할 방안으로 고려된다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, recycled aggregate and natural aggregate were mixed in advance using an aggregate mixing facility that was developed to improve the quality of recycled aggregate concrete. Then the mixed aggregate was applied and concrete characteristics before and after a mix were considered. Based on the findings extracted, this study aimed to suggest a new direction for quality stabilization and application activation of recycled aggregate. The test results of change rates of mortars and coarse aggregates in fresh concrete mixed by a concrete mixer, before and after mixing aggregates showed that the variations of the mortars and coarse aggregates in the concrete mixed with the aggregates beforehand were decreased than those in the concrete before mixing them. The variation of compressive strength and the mean compressive strength at the ages of 3 and 7 days showed similar results before and after the aggregates were mixed, and the strength at the age of 28 days before and after mixing them showed larger deviation than that at the ages of 3 and 7 days. The use of the mixed aggregates after mixing aggregates beforehand reduced the variation in strength and is believed that it is advantageous for long-age strength development. The above results show that the variations of coarse aggregates and compressive strength in the concrete using the mixed aggregates produced by mixing recycled aggregates and natural aggregates beforehand are reduced so it will be possible to produce the homogeneous concrete by mixing aggregates beforehand.

주제어

표/그림 (15)

그림 Fig. 1. Aggregate mixing facility
그림 Fig. 2. Method of aggregate mixing
그림 Fig. 3. Grain size distribution ratio of fine aggregate
그림 Fig. 4. Grain size distribution ratio of coarse aggregate
표 Table 1. Plan of experiment
표 Table 2. Properties of cement
표 Table 3. Physical properties of aggregate
표 Table 4. Properties of plasticizer
표 Table 5. Mixing proportion
그림 Fig. 5. Difference in unit volume weight of the mortar
그림 Fig. 6. Difference in coarse aggregate volume
그림 Fig. 7. Compressive strength of initial discharge
그림 Fig. 8. Compressive strength of final discharge
표 Table 6. Result of fresh concrete
표 Table 7. Result of compressive strength

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서 사용된 혼합설비는 종래 기술의 한계를 극복하기 위하여 개발된 것으로 폐콘크리트로부터 생산된 순환골재와 천연 골재를 고르게 혼합시킬 수 있는 골재 혼합기 및 이를 이용한 천연 골재와 순환골재의 혼합방법을 제공하는 것을 목적으로 했다.
본 연구에서는 순환골재 및 천연골재의 혼합 전·후 골재를 사용 한 콘크리트의 품질 특성을 평가하기 위하여 혼합설비를 통해 순환잔골재, 순환굵은골재를 천연골재와 사전 혼합을 실시하였다.
본 연구에서는 순환골재 및 천연골재의 혼합을 통해 순환골재의 품질편차 문제를 해결하고 콘크리트 적용 시 혼합 전 · 후의 특성을 비교 검토하여 순환골재의 사용 활성화를 위한 자료를 제공하고자 하였다.
본 콘크리트 압축강도 시험은 혼합 전 ․ 후의 압축강도 편차와 평균 결과치의 차이를 알아보기 위한 목적으로 실시하였다.
이에 본 연구에서는 순환골재를 사용한 혼합골재 콘크리트의 품질안정화를 위해 골재 혼합설비를 개발하고 이를 활용하여 생산된 혼합골재를 콘크리트에 적용하였으며, 골재 혼합 전 · 후의 콘크리트 특성을 검토하였다. 이렇게 도출된 결과를 토대로 순환골재의 품질 안정화 및 사용 활성화를 위한 검토적 자료를 제시하고자 한다.
이에 본 연구에서는 순환골재를 사용한 혼합골재 콘크리트의 품질안정화를 위해 골재 혼합설비를 개발하고 이를 활용하여 생산된 혼합골재를 콘크리트에 적용하였으며, 골재 혼합 전 · 후의 콘크리트 특성을 검토하였다.

제안 방법

경화 후 콘크리트 실험으로 골재 혼합 전· 후에 따른 3일, 7일, 28일 압축강도 특성 평가를 실시하였으며, 혼합 전 ․ 후에 따른 강도특성을 비교 검토하였다.
경화 후 콘크리트 측정항목으로 <KS F 2405 콘크리트 압축 강도 시험 방법>에 준하여 3, 7, 28일 압축강도를 측정하였다.
골재 프리믹싱 여부의 콘크리트 품질을 평가하기 위해 프리믹싱하지 않은 골재(혼합 전)와 프리믹싱을 진행한 골재(혼합 후)를 사용하여 콘크리트 비교실험을 하였다. 순환굵은골재와 순환잔골재는 전체 골재량의 50%씩 치환하였고 콘크리트 믹싱시간은 45 초로 실시하였다.
중력방식과 강재식 혼합을 겸비한 설비로 투입구 부근에 믹싱 암을 설치하여 초기 투입 시 1차 혼합을 실시하고 2차로 믹싱 플레이트를 ㄷ자 형태로 회전드럼의 내면에 각각 90도로 설치하였으며, 중력에 의한 자유낙하 시 뭉쳐진 채로 낙하되지 않고 혼합되면서 낙하되도록 하였다. 또한 ㄷ자 플레이트는 4개 이상 설치 시 믹싱 효율이 동일하게 나타나 최적 믹싱 효율을 고려하여 1줄에 4개씩 2줄을 설치하였다. 골재 혼합설비 회전방향의 경우 원통은 시계반대방향으로, 중심축은 시계방향으로 작동된다.
순환골재 및 천연골재의 혼합 전 · 후의 변화율을 평가하기 위해 [KS F 2455 믹서로 비빈 굳지 않은 콘크리트 중의 모르타르와 굵은 골재량의 변화율 시험 방법]에 준하여 콘크리트 믹싱 후 배출 전 ․ 후로 나누어 측정하였다.
골재 프리믹싱 여부의 콘크리트 품질을 평가하기 위해 프리믹싱하지 않은 골재(혼합 전)와 프리믹싱을 진행한 골재(혼합 후)를 사용하여 콘크리트 비교실험을 하였다. 순환굵은골재와 순환잔골재는 전체 골재량의 50%씩 치환하였고 콘크리트 믹싱시간은 45 초로 실시하였다.
위와 같이 생산된 혼합 전 · 후 골재를 통해 콘크리트 실험을 진행 하였으며, 실험 항목으로는 경화 전 콘크리트 실험으로 믹서로 비빈 굳지 않은 콘크리트 중의 모르타르와 굵은 골재량의 변화율 시험을 실시하였다.
이에 혼합 전 · 후의 모르타르의 질량 변화율, 단위 굵은 골재 변화율, 압축강도를 측정하였으며, 위의 실험 결과를 토대로 다음과 같은 결론을 얻었다.
본 연구에서 사용된 혼합설비는 종래 기술의 한계를 극복하기 위하여 개발된 것으로 폐콘크리트로부터 생산된 순환골재와 천연 골재를 고르게 혼합시킬 수 있는 골재 혼합기 및 이를 이용한 천연 골재와 순환골재의 혼합방법을 제공하는 것을 목적으로 했다. 중력방식과 강재식 혼합을 겸비한 설비로 투입구 부근에 믹싱 암을 설치하여 초기 투입 시 1차 혼합을 실시하고 2차로 믹싱 플레이트를 ㄷ자 형태로 회전드럼의 내면에 각각 90도로 설치하였으며, 중력에 의한 자유낙하 시 뭉쳐진 채로 낙하되지 않고 혼합되면서 낙하되도록 하였다. 또한 ㄷ자 플레이트는 4개 이상 설치 시 믹싱 효율이 동일하게 나타나 최적 믹싱 효율을 고려하여 1줄에 4개씩 2줄을 설치하였다.
본 연구에서는 순환골재 및 천연골재의 혼합 전·후 골재를 사용 한 콘크리트의 품질 특성을 평가하기 위하여 혼합설비를 통해 순환잔골재, 순환굵은골재를 천연골재와 사전 혼합을 실시하였다. 치환율은 천연골재의 50% 각각 치환하였으며, 혼합시간은 5분으로 진행하였다.

대상 데이터

본 연구에 사용된 골재는 잔골재로 육사와 순환잔골재를 50% 치환하여 사용하였으며, 굵은 골재는 20㎜ 부순자갈 및 순환굵은 골재를 50% 치환하여 사용하였다. 또한 혼합골재제작을 위해 사 용된 순환골재의 경우 KS F 2573 콘크리트용 순환 골재에서 규정 하고 있는 기준에 적합한 H사 순환골재를 사용하였으며, 천연골재 및 순환골재 함수상태는 표건상태로 실험을 진행하였다.
본 실험에 사용된 혼화제는 AE 감수제 표준형을 사용하였으며, 혼화제 특성은 Table 4와 같다.
본 연구에 사용된 골재는 잔골재로 육사와 순환잔골재를 50% 치환하여 사용하였으며, 굵은 골재는 20㎜ 부순자갈 및 순환굵은 골재를 50% 치환하여 사용하였다. 또한 혼합골재제작을 위해 사 용된 순환골재의 경우 KS F 2573 콘크리트용 순환 골재에서 규정 하고 있는 기준에 적합한 H사 순환골재를 사용하였으며, 천연골재 및 순환골재 함수상태는 표건상태로 실험을 진행하였다.
본 연구에서는 순환골재 및 천연골재 혼합 전 ․ 후 골재를 사용 한 콘크리트 시험체 제작을 위해 KS L 5201 포틀랜드 시멘트에서 규정하고 있는 밀도 3.15g/㎤, 분말도 3,724㎠/g인 1종 포틀랜드 시멘트를 사용하였다.
4%로 선정하였다. 분체는 시멘트 100%를 사용하였고 잔골재는 육사와 순환잔골재를 사용하였으며, 굵은골재는 부순자갈과 순환 굵은골재를 사용하였다. 혼화제 사용량은 기존 현장에서 평균적으로 사용하고 있는 0.

이론/모형

경화 전 콘크리트 측정항목으로 [KS F 2455 믹서로 비빈 굳지 않은 콘크리트 중의 모르타르와 굵은 골재량의 변화율 시험 방법]에 준하여 실시하였다.

성능/효과

1) 골재 혼합 전 · 후의 순환골재 콘크리트의 모르타르 단위 용적 질량의 변화율 실험 결과, 혼합 전 1.03%의 변화율이 나타났고 혼합 후 0.25%의 변화율이 나타나 혼합 설비를 통해 배출된 혼합골재를 적용한 콘크리트에서 KS F 2455 기준인 0.8% 이하에 적합한 것으로 확인되었다.
2) 골재 혼합 전 · 후의 굵은 골재량의 변화율 실험 결과, 혼합 전 3.58%의 변화율이 나타났고 혼합 후 2.14%의 변화율이 나타나 혼합 전 ․ 후 모두 KS F 2455 기준 5%이하에 만족하는 것으로 나타났다.
3) 재령 3일과 재령 7일에서의 압축강도 편차 및 평균압축강도는 비슷한 결과가 나타났다. 그러나 재령 28일에서는 압축강도 편차가 혼합 전이 약 1.
골재 혼합 전 ․ 후의 모르타르 단위 용적 질량의 변화율은 혼합 전의 경우 앞부분이 16.17㎏, 뒷부분이 15.84㎏으로 약 1.03%의 변화율이 나타났으며, 혼합 후의 경우에는 앞부분이 16.15㎏, 뒷부분이 16.07㎏으로 약 0.25%의 변화율이 나타났다. 이는 사전 천연 골재 + 순환골재의 혼합을 통해 배출된 혼합골재의 혼합 균질성이 높기 때문인 것으로 사료되며, 믹서의 효율에 따라 믹싱 시 원재료의 혼합성능 차이가 발생하기 때문에 사전 혼합에 따른 혼합골재의 사용이 최종적으로 배출되는 콘크리트의 균질성 확보가 가능할 것으로 사료된다.
3) 재령 3일과 재령 7일에서의 압축강도 편차 및 평균압축강도는 비슷한 결과가 나타났다. 그러나 재령 28일에서는 압축강도 편차가 혼합 전이 약 1.4 ~ 2.0㎫ 범위, 혼합 후가 약 0.9 ~ 1.0㎫ 범위로 그 차이가 컸으며, 압축강도 또한 혼합 전이 약 1.4㎫, 혼합 후가 약 0.1㎫로 재령 28일에서는 재령 3일과 7일보다 강도 차이가 더 크게 발생되는 것이 확인되었다.
14%의 변화율이 나타나 혼합 전 ․ 후 모두 KS F 2455 기준 5%이하에 만족하는 것으로 나타났다. 반면 혼합 전 대비 혼합 후의 굵은 골재량의 변화율이 약 1.44% 낮게 나타나 사전 골재 혼합을 통해 생산 된 콘크리트의 굵은 골재량이 균질한 것으로 확인되었다.
위의 결과를 토대로 순환골재 및 천연골재 사전혼합 통해 생산 된 혼합골재를 사용한 콘크리트는 혼합 전 콘크리트 대비 압축강도의 편차가 적게 발생하여, 사전 골재혼합을 통해 균질한 콘크리트 생산이 가능한 것으로 사료된다. 또한 생산되는 순환골재 품질에 따라 천연골재와 사전 혼합을 통해 균질한 혼합골재를 생산 할 수 있으며, 순환골재의 문제점 중 하나인 품질편차를 해결할 방안으로 고려된다.

후속연구

위의 결과를 토대로 순환골재 및 천연골재 사전혼합 통해 생산 된 혼합골재를 사용한 콘크리트는 혼합 전 콘크리트 대비 압축강도의 편차가 적게 발생하여, 사전 골재혼합을 통해 균질한 콘크리트 생산이 가능한 것으로 사료된다. 또한 생산되는 순환골재 품질에 따라 천연골재와 사전 혼합을 통해 균질한 혼합골재를 생산 할 수 있으며, 순환골재의 문제점 중 하나인 품질편차를 해결할 방안으로 고려된다. 또한 후속 연구로 순환골재의 사용 활성화를 위해 현재 생산되고 있는 순환골재의 품질특성에 대한 연구가 필요하며, 이와 같은 연구 데이터를 통계로 순환골재의 품질안정화 및 순환혼합골재를 사용한 실 건축물 적용에 대한 특성 연구가 수행되어야 할 것으로 판단된다.
이와 같이 혼합골재를 사용한 콘크리트의 골재량 변화율이 낮은 것으로 나타났으며, 이는 모르타르의 단위 용적 질량의 변화율과 동일하게 사전 혼합을 통한 혼합골재의 혼합 균질성 향상으로 기인한 것으로 사료된다. 또한 최종적으로 배출되는 콘크리트의 균질성 확보가 가능할 것으로 사료된다.
또한 생산되는 순환골재 품질에 따라 천연골재와 사전 혼합을 통해 균질한 혼합골재를 생산 할 수 있으며, 순환골재의 문제점 중 하나인 품질편차를 해결할 방안으로 고려된다. 또한 후속 연구로 순환골재의 사용 활성화를 위해 현재 생산되고 있는 순환골재의 품질특성에 대한 연구가 필요하며, 이와 같은 연구 데이터를 통계로 순환골재의 품질안정화 및 순환혼합골재를 사용한 실 건축물 적용에 대한 특성 연구가 수행되어야 할 것으로 판단된다.
이 과정에서 골재들이 원심력에 의해 원통형상 믹서의 내벽면에 밀착되어 있다가 덩어리 형태로 뭉쳐진 채 낙하하기 때문에 큰 혼합성능을 발휘하기 어렵다는 한계가 있다. 이에 순환골 재 품질 안정화를 위해서는 천연골재와의 사전 혼합을 통해 품질 균질성을 확보할 필요성이 있으며, 종래의 골재 혼합설비의 한계를 극복하기 위한 기술개발이 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	순환골재의 특징은 무엇인가?	순환골재는 비균질한 물리적 특성과 골재 표면에 존재하는 모르타르에 의해 밀도가 천연골재 보다 낮다는 특징을 갖고 있다 (Seo and Kim 2005). 따라서 순환골재를 레미콘에 사용하기 위해 서는 순환골재의 특성을 파악한 후 천연골재와 적절한 비율로 사전에 혼합하여 레미콘의 믹서에 투입하여야 균질한 혼합골재(천연 골재 + 순환골재) 콘크리트를 생산할 수 있다.
	골재 혼합 설비중 중력방식의 원리는?	종래의 골재 혼합 설비는 대부분 중력방식을 이용하는데 원통 형상 혼합기의 경우, 투입된 각각의 골재들이 원통 회전방향에 따라 돌고 최고 높이에서 중력으로 인해 자유낙하를 하게 되는 원리 를 가진다. 이 과정에서 골재들이 원심력에 의해 원통형상 믹서의 내벽면에 밀착되어 있다가 덩어리 형태로 뭉쳐진 채 낙하하기 때문에 큰 혼합성능을 발휘하기 어렵다는 한계가 있다.
	중력방식으로 골재 혼합하게되면 한계점은 무엇인가?	종래의 골재 혼합 설비는 대부분 중력방식을 이용하는데 원통 형상 혼합기의 경우, 투입된 각각의 골재들이 원통 회전방향에 따라 돌고 최고 높이에서 중력으로 인해 자유낙하를 하게 되는 원리 를 가진다. 이 과정에서 골재들이 원심력에 의해 원통형상 믹서의 내벽면에 밀착되어 있다가 덩어리 형태로 뭉쳐진 채 낙하하기 때문에 큰 혼합성능을 발휘하기 어렵다는 한계가 있다. 이에 순환골 재 품질 안정화를 위해서는 천연골재와의 사전 혼합을 통해 품질 균질성을 확보할 필요성이 있으며, 종래의 골재 혼합설비의 한계를 극복하기 위한 기술개발이 필요하다.

저자의 다른 논문 :

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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