[논문]레미콘용 골재로서 복합슬래그 잔골재의 특성검토 및 현장적용

김영선; 김광기; 석원균; 최성우; 류득현; 조봉석

doi:10.14190/mrcr.2018.13.4.033

레미콘용 골재로서 복합슬래그 잔골재의 특성검토 및 현장적용
Field Application and Characteristics of Composite Slag Fine aggregate for Ready mixed concrete 원문보기

Magazine of RCR = 한국건설순환자원학회지, v.13 no.4, 2018년, pp.33 - 41

김영선 (롯데건설(주) 기술연구원) , 김광기 (롯데건설(주) 기술연구원) , 석원균 (롯데건설(주) 기술연구원) , 최성우 (유진기업(주) 기술연구소) , 류득현 (유진기업(주) 기술연구소) , 조봉석 (RIST 환경자원연구그룹)

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표/그림 (21)

그림 그림 1. 국내 콘크리트용 골재수급에 관한 이슈
표 [표 1] 슬래그 잔골재 기초물성 평가 결과
그림 그림 2. 사용 잔골재 입도분포곡선
표 [표 2] 복합슬래그 잔골재 성능 평가 계획
그림 그림 3. 콘크리트 유동 특성
그림 그림 4. 콘크리트 강도 특성
표 [표 3] 콘크리트 기준 배합
그림 그림 5. 염화물이온 침투깊이 시험결과
그림 그림 6. 촉진 중성화 시험결과
그림 그림 7. 동결융해 시험결과
그림 그림 8. 화재온도 가열 전후 시험체 성상 변화
그림 그림 9. 실부재 목업시험 전경
그림 그림 10. 실부재 목업시험체 전경
표 [표 4] 목업시험 적용 콘크리트 배합
표 [표 5] 목업시험 콘크리트 기초 물성 평가 결과
그림 그림 11. 적용현장 조감도
그림 그림 12. 복합슬래그 잔골재 입도분포곡선
그림 그림 13. 현장반입시험 결과
표 [표 6] 현장적용 콘크리트 배합
그림 그림 14. 콘크리트 타설전경
그림 그림 15. 타설종료후 기념사진

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문제 정의

본고에서는 생산원이 남부권에 위치하고 있어 동남권용 대체골재로서 대두되고 있는 고로슬래그 및 페로니켈 슬래그 잔골재를 혼합한 복합 슬래그 잔골재의 레미콘용 골재 활용성 검토결과를 소개하고자 하며, 콘크리트용 골재로서 복합 슬래그 골재의 가능성에 대해 공유하고자 한다.
실부재 목업시험은 에 나타낸 바와 같이 500x500x 1,500 mm 크기의 기둥부재와 5,000x5,000x150 mm 크기의 슬래브 부재에 적용하는 것으로 하였으며, 레미콘 공장 믹서에 의한 대량생산성 및 작업성(Workability) 등의 확인을 목적으로 실시되었다.

제안 방법

기준 배합(천연모래 100%)과 동일한 유동성을 확보하기 위해 감수제와 AE제 사용량을 배합별로 다르게 적용하였으며, 콘크리트 유동 특성을 에 나타내었다.
목업시험에 사용한 배합은 생산 레미콘사에서 사용하는 24 MPa급 일반배합을 적용하였으며, [표 4]에 나타낸 바와 같다.
복합 슬래그 잔골재에 대한 레미콘으로의 활용성을 보다 적극적으로 검토하기 위해 실부재 목업시험을 진행하였다.
BFS 및 FNS 잔골재는 콘크리트에 사용시 천연골재 대비 각각의 장단점이 있으며 혼합 비율에 따라 그 특성도 차이가 있다. 본 실험에서는 다수의 실험을 통해 각각의 특성이 평균적으로 나타나는 슬래그 잔골재 혼합비 5:5 (BFS:FNS)를 사용하였으며, 천연잔골재(부순잔골재 사용)와의 치환율은 0, 25, 50, 75, 100%를 적용하였다.
앞서 기술한 콘크리트 물성 실험, 내구성 평가 및 실부재 목업시험을 통해 다양한 데이터를 구축하였으며, 최종적으로 레미콘 공장에서의 연속생산시의 변동성과 장기적인 모니터링을 위한 현장적용을 진행하였다.

대상 데이터

적용현장은 과 같은 해운대에 위치한 지하 4층~ 지상 49층의 주상복합 프로젝트로서, 현장적용성 검증은 지하구조물 바닥 부재로 선정하였다.
현장적용에 사용된 콘크리트 배합은 [표 6]과 같으며 잔골재 치환율은 부순모래 55%, 복합슬래그 잔골재 45%로 하였다. 사용된 복합 슬래그 잔골재의 조립율 3.

이론/모형

사용 잔골재에 대한 KS 기준 만족여부를 평가하기 위해 공인시험기관을 통하여 KS F 2527에 따라 기초 물성 시험을 실시하였으며, 그 결과는 [표 1]과 같다. 콘크리트용 골재로 사용하기 위해 생산된 고로슬래그 잔골재 (이하 BFS잔골재) 및 페로니켈 슬래그 잔골재 (이하 FNS잔골재)는 모두 KS F 2527 기준에 만족하는 것으로 나타났다.
염화물이온 침투깊이는 NT Build 492에 준하여 실시하였으며, 재령 28일에서 침투깊이 평가와 식 1에 의해 확산계수를 도출하였다.
은 촉진 중성화 시험 결과를 나타낸 것으로 시험은 KS F 2584 “콘크리트 촉진 탄산화 시험방법”을 적용하였다.

성능/효과

<그림 7>은 동결융해 시험을 통한 상대동탄성계수 산출 결과를 나타낸 것이다. AE제 사용량의 차이와 자체적으로 생산된 공기량을 명확하게 실험하지 않아 정량적으로 경향을 분석하는 것은 어려우나 슬래그 복합 잔골재를 사용한 콘크리트는 천연잔골재를 사용한 콘크리트와 유사한 동결융해 저항성을 보이는 것으로 확인되었다. 기존 연구(Yoshizawa et al.
고로슬래그와 페로니켈을 혼합한 복합슬래그의 경우 슬래그를 단독 사용한 경우에 비해서 입도 분포가 개선되어 콘크리트의 유동성 향상에 효과가 있는 것을 확인하였으며, 최근 천연잔골재의 품질 불량이 문제가 대두되고 있는 시점에서 양호한 입도 특성을 가진 복합슬래그를 활용하면 콘크리트의 시공성 확보 측면에서 효과가 클 것으로 기대된다.
공장 B/P에 의해 생산된 슬래그 잔골재를 사용한 콘크리트는 [표 5]와 같이 천연 잔골재를 사용한 콘크리트와 유사한 굳지않은 콘크리트 특성을 나타냈으며, 압축강도는 3장 시험 결과와 동일하게 천연잔골재를 사용한 콘크리트보다 약 7~12 % 높게 나타났다.
복합슬래그 잔골재 대체율이 증가할수록 동일 유동성을 확보하는 감수제 사용량은 감소하는 경향을 나타내고 있으며, 공기량을 발현하기 위한 AE제 사용량도 동일하게 감소하는 것으로 나타났다.
<그림 4>에 나타난 바와 같이 콘크리트의 강도 발현특성에 있어서 대체율 50% 수준까지는 천연잔골재만을 사용한 기준 콘크리트에 비해 강도 발현이 개선되는 것으로 나타났으며, 특히 복합슬래그 잔골재 사용량이 높은 경우 초기 재령에서는 강도 발현이 저하하여도 장기재령에서는 강도 증진 효과가 있는 것으로 나타났는데, 이는 고로슬래그 잔골재의 표면에서 고로슬래그 미분말의 잠재수경성반응과 같이 페이스트와의 결합반응이 진행되어 골재와 페이스트의 부착이 향상된 효과로 추측된다.
염화물이온 침투깊이는 복합슬래그 잔골재 치환율 증가에 따라 침투깊이가 뚜렷하게 감소하는 경향을 나타내었다. 이는 고로슬래그 미분말의 내염해성 효과와 같이 복합슬래그 잔골재 중 고로슬래그 잔골재에 의해 발생한 효과로 판단된다.
이로서 복합슬래그 잔골재를 사용한 콘크리트의 레미콘으로 활용을 위한 최종단계인 현장적용을 무사히 종료하였으며, 결과로서 연속/대량생산성 검증, 현장적용성 검증을 완료하였다.
촉진재령 2주에서는 이산화탄소 침투깊이가 육안으로 구별하기 어려웠으며 재령 4주에서 침투깊이를 확인할 수 있었다. 중성화 촉진시험결과 또한 염화물이온 침투깊이와 같이 복합 슬래그 잔골재 치환율이 증가함에 따라 침투깊이가 감소하는 경향을 나타내었다.
최종 양생된 목업 시험체는 과 같으며, 마감성 등에 있어서 천연골재를 사용한 콘크리트와 유사한 결과를 확인할 수 있었다.
사용 잔골재에 대한 KS 기준 만족여부를 평가하기 위해 공인시험기관을 통하여 KS F 2527에 따라 기초 물성 시험을 실시하였으며, 그 결과는 [표 1]과 같다. 콘크리트용 골재로 사용하기 위해 생산된 고로슬래그 잔골재 (이하 BFS잔골재) 및 페로니켈 슬래그 잔골재 (이하 FNS잔골재)는 모두 KS F 2527 기준에 만족하는 것으로 나타났다.
콘크리트의 탄성계수 발현 특성에 있어서는 모든 재령에서 천연잔골재를 사용한 기준배합에 비해 탄성계수가 증가하는 경향을 나타내고 있으며, 이는 천연잔골재에 비해 복합슬래그 잔골재는 골재 자체의 밀도가 높기 때문에 콘크리트의 탄성 향상에 효과를 기대할 수 있는 것으로 판단된다.
현장에 반입된 콘크리트 시험결과는 과 같이 슬럼프 165 mm, 공기량 4.4%로 양호한 굳지않은 콘크리트 특성을 나타내었다.
가열시험전 압축강도가 대부분 40 MPa를 넘는 것으로 나타났으나 폭렬현상은 발생하지 않았다. 화재온도 1시간 가열후 시험체 표면에는 대부분 미세 균열들이 발생하였으며, 균열 발생 정도는 잔골재 종류 및 치환율에 따라 뚜렷한 경향을 나타내지 않았다.

후속연구

결과적으로 복합슬래그 잔골재를 사용한 콘크리트는 천연 잔골재만을 사용한 콘크리트에 비해 내구성능이 유사 또는 다소 상향되는 것을 확인하였으며, 특히 우수한 염해저항성능은 향후 해안지역 구조물용으로의 활용이 기대된다.
본 실험은 복합 슬래그 잔골재를 활용한 콘크리트의 다양한 실험을 통해 레미콘용 골재로의 활용 가능성을 충분히 보여준 사례라 할 수 있다. 본 고를 통해 복합 슬래그 잔골재를 활용한 콘크리트 연구가 보다 활성화 될 수 있기를 바라며, 다양한 사례 축적을 통해 빠른 기일내에 천연골재와 같이 사용될 수 있기를 기대한다.
대체골재의 지속적 연구는 이와 같은 골재난을 해결 할 수 있는 유일한 솔루션이라 생각한다. 본 실험은 복합 슬래그 잔골재를 활용한 콘크리트의 다양한 실험을 통해 레미콘용 골재로의 활용 가능성을 충분히 보여준 사례라 할 수 있다. 본 고를 통해 복합 슬래그 잔골재를 활용한 콘크리트 연구가 보다 활성화 될 수 있기를 바라며, 다양한 사례 축적을 통해 빠른 기일내에 천연골재와 같이 사용될 수 있기를 기대한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	국내 콘크리트용 골재로 쓰이는 것은?	이와 같은 배경에서 국내에서는 콘크리트용 골재 수급 안정화를 위한 대체 골재원 개발, 친환경적인 골재 채취 방안, 정책 및 관련법 개정안 검토 등의 다양한 활동이 이루어지고 있다. 국내 콘크리트용 골재는 KS F 2527에 따라 총 10종의 골재가 기준화 되어 있으나, 천연, 부순 및 순환 골재만이 주로 사용되고 있는 실정이다. 주요 사용 골재 외 생산량과 경제성 등을 기준으로 볼 때 고로슬래그 및 페로니켈 슬래그 골재가 천연골재 대체골재로서 가능성이 높으며 국내외로 많은 연구가 진행되고 있다.
	골재란?	우리나라는 <그림 1>과 같이 2004년 옹진군 등에서 민원과 환경 문제 등을 이유로 발생한 골재파동과 2017년 남해 EEZ 골재채취 중단에 의한 동남권 골재공급에 어려움을 겪은 바 있다. 골재는 건설활 동의 기반 재료로서 수요와 공급의 균형은 건설경기에 매우 큰 영향을 미치게 된다. 콘크리트용 잔골재로서 천연모래 의존도가 높은 우 리 건설시장은 바닷모래 채취량을 5%까지 줄이겠다는 정부정책과 함께 다양한 환경문제 등으로 당분간 골재수급문제가 지속적 야기될 것으로 전망된다(강석표 등 2018; 유정훈 등 2007).
	본 연구에서 제시된 대체골재는?	대체골재의 지속적 연구는 이와 같은 골재난을 해결 할 수 있는 유일한 솔루션이라 생각한다. 본 실험은 복합 슬래그 잔골재를 활용한 콘크리트의 다양한 실험을 통해 레미콘용 골재로의 활용 가능성을 충분히 보여준 사례라 할 수 있다. 본 고를 통해 복합 슬래그 잔골재를 활용한 콘크리트 연구가 보다 활성화 될 수 있기를 바라며, 다양한 사례 축적을 통해 빠른 기일내에 천연골재와 같이 사용될 수 있기를 기대한다.

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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