슬럼프 고정 순환골재콘크리트의 물리적 특성 및 압축강도 추정에 관한 실험적 연구 An Experimental Study on the Estimation of Compressive Strength and the Physical Properties of Recycled Aggregate Concrete of Fixed Slump원문보기
본 연구는 콘크리트 산업에 있어 자원 고갈, 환경 문제 등을 대처할 수 있는 순환골재의 활용을 촉진하며 순환골재콘크리트의 레미콘 실생산을 위한 기초적 연구로서, 순환골재 사용량에 따른 슬럼프 고정 순환골재콘크리트의 물시멘트비 변화 및 물리적 특성을 실험하고 그 결과를 회귀분석하여 순환골재콘크리트의 압축강도 추정을 위한 단위시멘트량, 순환골재의 사용량, 물시멘트비 등 레미콘 생산 조건을 검토하여 다음과 같은 결론을 얻었다. 순환골재를 사용한 콘크리트는 목표 슬럼프를 유지하기 위해서는 단위수량 증가가 요구되며, 순환굵은골재보다 순환잔골재의 치환에 더 많은 단위수량의 증가가 필요하였다. 순환잔골재의 치환율은 60%이하는 레미콘 품질기준에 벗어나지 않는 공기량 확보가 가능하였다. 순환골재를 사용한 콘크리트의 압축강도는 순환골재의 치환율이 증가할수록 감소하는 것으로 나타났으며, 특히 순환잔골재를 100% 치환한 경우 압축강도는 25%정도 저하하였다. 순환골재를 사용한 콘크리트의 배합인자에 따른 압축강도의 상관관계를 분석한 결과, 순환잔골재>물시멘트비>공기량 순으로 영향을 미치는 것으로 나타났다.
본 연구는 콘크리트 산업에 있어 자원 고갈, 환경 문제 등을 대처할 수 있는 순환골재의 활용을 촉진하며 순환골재콘크리트의 레미콘 실생산을 위한 기초적 연구로서, 순환골재 사용량에 따른 슬럼프 고정 순환골재콘크리트의 물시멘트비 변화 및 물리적 특성을 실험하고 그 결과를 회귀분석하여 순환골재콘크리트의 압축강도 추정을 위한 단위시멘트량, 순환골재의 사용량, 물시멘트비 등 레미콘 생산 조건을 검토하여 다음과 같은 결론을 얻었다. 순환골재를 사용한 콘크리트는 목표 슬럼프를 유지하기 위해서는 단위수량 증가가 요구되며, 순환굵은골재보다 순환잔골재의 치환에 더 많은 단위수량의 증가가 필요하였다. 순환잔골재의 치환율은 60%이하는 레미콘 품질기준에 벗어나지 않는 공기량 확보가 가능하였다. 순환골재를 사용한 콘크리트의 압축강도는 순환골재의 치환율이 증가할수록 감소하는 것으로 나타났으며, 특히 순환잔골재를 100% 치환한 경우 압축강도는 25%정도 저하하였다. 순환골재를 사용한 콘크리트의 배합인자에 따른 압축강도의 상관관계를 분석한 결과, 순환잔골재>물시멘트비>공기량 순으로 영향을 미치는 것으로 나타났다.
This study was a basic research for actual production of recycled aggregate concrete, and experiments were carried out on the change of water cement ratio and physical properties of recycled aggregate concrete with fixed slump. Results were as follows. Concrete using recycled aggregate were required...
This study was a basic research for actual production of recycled aggregate concrete, and experiments were carried out on the change of water cement ratio and physical properties of recycled aggregate concrete with fixed slump. Results were as follows. Concrete using recycled aggregate were required increased water to maintain the target slump, and the recycled fine aggregate are necessary more increased water more than the recycled coarse aggregate. The replacement ratio of recycled fine aggregate be less than 60%, would be possible to obtain the air content volume that did not deviate from the concrete quality specification. The compressive strength of concrete using recycled aggregate decreased with increasing the replacement of recycled aggregate, and compressive strength decreased by 25% when 100% recycled fine aggregate were replaced. As a result of analyzing the correlation of compressive strength according to the mixing factors of concrete, it was found that replacement of recycled fine aggregate> water cement ratio> air content volume were influenced in order.
This study was a basic research for actual production of recycled aggregate concrete, and experiments were carried out on the change of water cement ratio and physical properties of recycled aggregate concrete with fixed slump. Results were as follows. Concrete using recycled aggregate were required increased water to maintain the target slump, and the recycled fine aggregate are necessary more increased water more than the recycled coarse aggregate. The replacement ratio of recycled fine aggregate be less than 60%, would be possible to obtain the air content volume that did not deviate from the concrete quality specification. The compressive strength of concrete using recycled aggregate decreased with increasing the replacement of recycled aggregate, and compressive strength decreased by 25% when 100% recycled fine aggregate were replaced. As a result of analyzing the correlation of compressive strength according to the mixing factors of concrete, it was found that replacement of recycled fine aggregate> water cement ratio> air content volume were influenced in order.
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문제 정의
본 실험은 순환골재콘크리트의 레미콘 실생산을 위한 기초적 연구로서, 단위시멘트량을 고정한 기준 배합에 대해 순환골재별 치환율 및 목표 슬럼프를 위한 단위수량 조정을 인자로 하여 실험을 진행하였다. 본 절에서는 Table 8의 데이터에 대하여 각 측정 항목별 상관관계를 분석하였으며 그 결과는 Tables 9 및 10과 같다.
본 연구는 순환골재콘크리트의 레미콘 실생산을 위한 기초적 연구로서, 순환골재 사용량에 따른 슬럼프 고정 순환골재 콘크리트의 물시멘트비 변화 및 물리적 특성을 실험하고, 그 결과를 회귀분석하여 순환골재콘크리트의 압축강도 추정을 위한 단위시멘트량, 순환골재의 사용량, 물시멘트비 등 레미콘 생산 조건을 검토하였으며, 이를 통해 다음과 같은 결론을 얻었다.
본 연구에서는 레미콘 배합에 의해 생산된 순환골재콘크리트의 경화 전후 특성을 평가하기 위하여, 단위시멘트량 320, 345 kg/m3에서 순환골재 치환율을 굵은골재, 잔골재 각각 0, 30, 60, 100% 수준으로 하고, 목표 슬럼프 200±25 mm로 하였다.
본 연구에서는 순환골재콘크리트의 레미콘 실생산의 기초적 자료의 제시를 목적으로 레미콘 생산방식과 유사하게 목표 슬럼프를 만족하기 위해 수량의 후 투입으로 실험을 진행하였으에 이에 따른 각 실험결과는 Table 8과 같다.
이에 본 연구는 자원 고갈, 환경 문제 등의 대안으로서 순환골재의 활용을 촉진하며 순환골재콘크리트의 레미콘 실생산을 위한 기초적 연구로서, 순환골재 사용량에 따른 슬럼프 고정 순환골재콘크리트의 물시멘트비 변화 및 물리적 특성을 평가하고 그 결과를 회귀분석하여 순환골재콘크리트의 압축강도 추정을 위한 단위시멘트량, 순환골재의 사용량, 물시멘트비 등 레미콘 생산 조건을 검토하고자 하였다.
제안 방법
따라서, 레미콘 생산 조건인 단위시멘트량, 순환잔골재 치환율 및 물시멘트비에 대한 재령 28일 압축강도의 다원회귀분석을 통해 슬럼프 고정 순환골재콘크리트의 추정식을 다음 식 (1)와 같이 제안하였다. 제안된 식의 상관계수 R2은 0.
레미콘 실생산 적용을 고려하여 기준 콘크리트에 대한 목표 압축강도 및 슬럼프를 27 MPa 및 200 ± 25 mm로 하였으며, 예비 실험을 실시하여 기준 배합을 단위시멘트량 320, 345 kg/m3, W/C 47.5%로 설정하였다.
본 실험은 목표 슬럼프를 만족시키기 위해 배합별 추가수량을 투입하였으며, 이에 따른 수정된 물시멘트비와 압축강도에 대한 상관관계를 도시한 결과는 Fig. 5 및 6과 같다.
5%로 설정하였다.순환골재 치환율은 잔골재, 굵은골재 각각 0, 30, 60, 100% 수준으로 하고, 순환골재의 치환에 따라 목표 슬럼프에 도달하기 위한 수량을 조절하여 실험을 진행하였다. 본 연구에 사용된 배합은 Table 8과 같다.
에서 순환골재 치환율을 굵은골재, 잔골재 각각 0, 30, 60, 100% 수준으로 하고, 목표 슬럼프 200±25 mm로 하였다. 실험항목으로는 굳지않은 콘크리트에 대해 공기량, 슬럼프 실험을 실시하였으며, 굳은 콘크리트에 대해 재령 3,7, 38일 압축강도 실험을 실시하였다. 실험계획은 Table 1과 같다.
대상 데이터
1 및 2와 같다. 기준 잔골재는 쇄사 및 세척사를 50%씩 섞어 사용하였으며, 순환잔골재 및 순환굵은골재는 KS F 2573의 기준에 적합한 H사 제품이다. 기준 잔골재에 대해 순환잔골재는 낮은 밀도, 높은 흡수율 및 높은 조립율을 보이고 있으며, 순환굵은골재는 기준 굵은골재와 동등한 품질 특성을 보인다.
본 연구에서는 순환골재콘크리트 시험체 제작을 위해 KS L 5201 포틀랜드 시멘트에서 규정하고 있는 밀도 3.15 g/cm3, 분말도 3,602 cm2/g인 1종 포틀랜드 시멘트를 사용하였으며 시멘트의 물리적, 화학적 특성은 Table 2, 3과 같다.
이론/모형
5%로 설정하였다. 또한 경화 콘크리트에 대해 KS F 2405 콘크리트의 압축강도 시험 방법에 따라 재령 3, 7, 28일의 압축강도를 측정하였다.
본 연구에 사용된 혼화제는 AE 감수제 표준형을 사용하였으며 혼화제 특성은 Table 7과 같다.
슬럼프 실험은 KS F 2402 콘크리트의 슬럼프 시험방법에 의거하여 기준치 200 ± 25 mm로 설정 후 실시하였다, 공기량은 KS F 2421 압력법에 의한 굳지 않은 콘크리트의 공기량 시험 방법에 준하여 실시하였으며 기준으로 순환잔골재 사용에 따라 5.5±1.5%로 설정하였다.
성능/효과
1) 순환골재를 사용한 콘크리트는 목표 슬럼프를 유지하기 위해서는 단위수량 증가가 요구되며, 순환굵은골재보다 순환잔골재의 치환에 더 많은 단위수량의 증가가 필요하였다. 이는 순환잔골재가 갖는 거친 입형에 기인하는 것으로 판단된다.
2) 순환골재를 사용한 콘크리트의 공기량은 순환골재의 치환율이 증가할수록 증가하는 것으로 나타났으나, 굵은골재 100%, 잔골재 60%까지의 치환에 따른 공기량 증가는 레미콘 품질기준을 벗어나지 않았다. 따라서, 순환골재를 다량 치환한 레미콘 생산은 가능한 것으로 판단된다.
3) 순환골재를 사용한 콘크리트의 압축강도는 순환골재의 치환율이 증가할수록 감소하는 것으로 나타났으며, 특히 순환잔골재를 100% 치환한 경우 압축강도는 25%정도 저하하는 것으로 나타났다. 이는 순환잔골재의 품질이 일반 잔골재에 비해 낮은 것에 기인하는 것으로 판단된다.
4) 순환골재를 사용한 콘크리트의 배합인자에 따른 압축강도의 상관관계를 분석한 결과, 순환잔골재>물시멘트비>공기량 순으로 영향을 미치는 것으로 나타났다.
각 단위시멘트량에서의 재령 28일 압축강도에 대한 각 인자의 상관관계는 잔골재가 상관계수 R 0.96 및 0.97로 유의수준 0.00을 보여 순환잔골재가 압축강도에 가장 높은 영향을 보이는 것으로 나타났다. 또한 물시멘트비 및 공기량 역시 상관계수 R 0.
4와 같으며, 순환잔골재 100% 치환율의 배합을 제외하면, 순환굵은골재 및 순환잔골재의 치환율의 증가에 따라 유사하거나 소폭증가하는 것으로 나타나 순환굵은골재의 경우 100%, 순환잔골재의 경우 60%까지 치환하여도 콘크리트 품질에 큰 영향이 없을 것으로 판단된다. 다만, 순환잔골재 100%치환시 굳지않은 콘크리트의 공기량이 크게 증가하여 6%~9%의 공기량을 보이는 것으로 나타났다.
단위시멘트량 345 kg/m3의 재령별 압축강도는 Fig. 8과 같으며, 재령 28일 압축강도는 기준배합 33.1 MPa에 대해 순환골재별치환에 따라 33.5~24.4 Mpa를보였으며, 320 kg/m3과 마찬가지로 순환굵은골재 치환에서는 유사하거나 약간 낮은 압축강도를 보인 반면, 순환잔골재를 치환하는 경우에는 평균9.9, 12.4, 24.0%씩감소하는 것으로 나타나, 순환굵은골재의 치환보다 순환잔골재의 치환이 콘크리트의 압축강도에 불리한 영향을 미치는 것으로 나타났다. 이는 순환굵은골재의 경우 기존 콘크리트의 굵은골재로 표면에 일부 기존 모르타르가 부착된 형태로 전제적인 품질이 일반 굵은골재와 유사한 반면, 순환잔골재는 기존 콘크리트 중 모르타르의 파쇄입자로 잔골재 및 페이스트가 혼재된 형태이며, 기존 잔골재에 비해 낮은 밀도, 높은 흡수율의 품질 특성을 갖는 것에 기인한 것으로 판단된다.
00을 보여 순환잔골재가 압축강도에 가장 높은 영향을 보이는 것으로 나타났다. 또한 물시멘트비 및 공기량 역시 상관계수 R 0.94~0.89로 나타나 압축강도와 높은 상관관계에 있음을 나타냈다.
2%의 강도 저하가 발생하였다. 반면, 순환잔골재를 치환하는 경우에는 치환율이 30, 60, 100%로 증가함에 따라 평균4.3, 13.4, 25.2% 감소하는 것으로 나타났다.
본 실험에서의 물시멘트비는 47.5~54.9%로 변화하였으며, 이에 따른 압축강도는 단위시멘트량에 따라 30.7~21.7 및 33.1~24.4 MPa로 감소하는 경향을 보였으며, 회귀분석 결과 R2값은 0.89의 높은 상관계수를 나타냈다.
슬럼프 고정 순환골재 치환율에 따른 공기량 측정 결과는 Fig. 4와 같으며, 순환잔골재 100% 치환율의 배합을 제외하면, 순환굵은골재 및 순환잔골재의 치환율의 증가에 따라 유사하거나 소폭증가하는 것으로 나타나 순환굵은골재의 경우 100%, 순환잔골재의 경우 60%까지 치환하여도 콘크리트 품질에 큰 영향이 없을 것으로 판단된다. 다만, 순환잔골재 100%치환시 굳지않은 콘크리트의 공기량이 크게 증가하여 6%~9%의 공기량을 보이는 것으로 나타났다.
실험 결과, 목표 슬럼프를 유지하기 위해서는 순환골재의 치환량이 증가함에 따라 수량의 증가가 요구되는 것으로 나타나, 단위시멘트량 320 kg/m3의 경우, 순환굵은골재 치환율이 30, 60, 100%로 증가함에 따라 1.2, 3.8, 5.5 kg/m3의 단위수량의 증가가 필요하였으며 순환잔골재에서는 7.9, 16.2, 19.4 kg/m3 증가가 나타났다. 순환굵은골재의 치환과 순환잔골재의 치환을 비교하면 순환잔골재의 치환시 더 많은 단위수량의 증가가 필요한 것으로 나타났으며, 이는 순환잔골재가 파쇄에 의해 생산되어 기준 잔골재인 쇄사 및 세척사보다 거친 입형을 갖는 것에 기인한 것으로 순환잔골재 치환율의 증가는 슬럼프 등의 특성에 불리하며 특히 높은 치환율에서 더욱 다는 기존 연구 결과와 부합한다(Ryou and Song, 2011; Kim et al.
0 kg/m3으로 나타났다. 이를 통해 단위시멘트량이 320 kg/m3에서 345 kg/m3으로 증가함에 따라 순환굵은골재 치환시 요구되는 단위수량은 거의 변화가 없었으나, 순환잔골재의 경우 요구 단위수량이 다소 감소하는 것으로 나타났다.
이상의 실험 및 분석을 통해 순환골재콘크리트의 레미콘 생산을 위한 기초 데이터와 압축강도 추정에 대한 가능성을 확인할수 있었다. 향후 보다 다양한 데이터수집 및 분석을 통해 품질 안정성이 확보된 순환골재콘크리트 생산이 가능할 것으로 기대되며, 이를 통해 최근 요구되고 있는 골재 수급 문제의 해결을 위한 방안으로서 순환골재콘크리트 활성화를 위한 이론적 자료로 활용하고자 한다.
회귀분석 결과, 각 단위시멘트량에서의 순환잔골재 치환율, 물시멘트비 및 공기량을 변수로 하는 재령 28일 압축강도에 대한 높은 상관계수의 회귀식을 도출하는 것이 가능한 것으로 나타났다.
후속연구
이상의 실험 및 분석을 통해 순환골재콘크리트의 레미콘 생산을 위한 기초 데이터와 압축강도 추정에 대한 가능성을 확인할수 있었다. 향후 보다 다양한 데이터수집 및 분석을 통해 품질 안정성이 확보된 순환골재콘크리트 생산이 가능할 것으로 기대되며, 이를 통해 최근 요구되고 있는 골재 수급 문제의 해결을 위한 방안으로서 순환골재콘크리트 활성화를 위한 이론적 자료로 활용하고자 한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
순환골재를 사용한 콘크리트의 압축강도의 특징은?
3) 순환골재를 사용한 콘크리트의 압축강도는 순환골재의 치환율이 증가할수록 감소하는 것으로 나타났으며, 특히 순환잔골재를 100% 치환한 경우 압축강도는 25%정도 저하하는 것으로 나타났다. 이는 순환잔골재의 품질이 일반 잔골재에 비해 낮은 것에 기인하는 것으로 판단된다.
순환골재를 사용한 콘크리트는 목표 슬럼프를 유지하기 위해 요구 및 필요한 사항은?
1) 순환골재를 사용한 콘크리트는 목표 슬럼프를 유지하기 위해서는 단위수량 증가가 요구되며, 순환굵은골재보다 순환잔골재의 치환에 더 많은 단위수량의 증가가 필요하였다. 이는 순환잔골재가 갖는 거친 입형에 기인하는 것으로 판단된다.
우리나라의 1980·90년대 이후 건축된 시설물의 전망은?
한편, 1980·90년대 이후 우리나라는 급격한 경제적, 산업적 성장이 이루어졌으며, 더불어 도시로의 인구집중, 다양한 시설물에 대한 수요 증대, 대규모 공동주택 조성 등 수많은 건축물이 시공이 이루어졌다. 당시 건축된 시설물, 공동주택 등의 건축물들은 현재 건축 후 30년이 경과하는 시점에 이르고 있으며, 근래에 이에 대한 재건축, 재개발 및 리모델링 등이 빠르게 이루어질 것으로 전망되고 있다.
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