[논문]합성기포제 및 경량골재를 활용한 하이브리드형 경량기포콘크리트 개발

정성민; 장현오

doi:10.14190/mrcr.2019.14.2.035

합성기포제 및 경량골재를 활용한 하이브리드형 경량기포콘크리트 개발
An Evaluation of the Performance of Lightweight Foamed Concrete by Using Foaming Agent with Lightweight Aggregate 원문보기

정성민 (삼성물산 빌딩사업부) , 장현오 ((재)한국건설생활환경시험연구원 산업융합센터)

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문제 정의

따라서 본 논단에서는 합성기포제와 2종의 경량골재를 혼입하여 경량골재에 따른 경량기포콘크리트의 물리적 성능 변화를 파악함으로써, 경량기포콘크리트의 개발에 기여하고자한다.

제안 방법

KS F 4039에 의거하여 비빔 직후 채취된 슬러리를 1000ml 용기를 이용해 기포 슬러리 비중을 측정하였고, 재령 28일 양생된 실험체를 100±5 ℃의 온도에서 건조시킨 후에 겉보기 비중을 측정하였다.
경량기포콘크리트의 유동성 파악을 위해 KS F 40397)에 의거하여 채취된 슬러리를 80 mm×80 mm의 아크릴 원통에 붓고 살며시 들어올려 1분 후에 시료가 퍼진 4방향에 대해 등 간격으로 측정하여 평균값을 구하였다.
기존의 경량기포콘크리트의 문제점 해결 및 충격음 저감을 위한 연구의 일환으로 경량골재 종류 및 혼입 율에 따른 경량기포콘크리트의 성능평가를 수행하기 위해 [표 1]과 같이 실험변수를 설정하였다.
물-결합재비(W/B) 0.50을 대상으로 2종류의 인공경량골재 A(LWA_A), B(LWA_B)를 각각 기포 용적에 내 할로 계산하여 20%, 30%를 치환하였으며, 합성기포제를 사용한 기포 대체 율은 65%로 설정하였다.
재료분리 측정은 배합에 따른 각 시편에 해당하는 원형 실린더 형태의 실험체를 3등분하여 중앙을 기준으로 하여 상부와 하부의 단위질량 측정을 통해 단위질량차를 파악하였다.
주요평가 항목으로는 플로우 및 양생 전후의 밀도 변화, 압축강도와 재료분리 변화를 수행하였다.

대상 데이터

기포제 및 경량골재를 사용한 경량기포콘크리트 시험 체 제작에는 밀도 3.15 g/m³, 분말도 3,200 cm²/g의 보통 포틀랜드시멘트를 사용하였으며, 이에 따른 콘크리트 배합은 [표 3]과 같다.
본 연구에서 사용한 경량골재는 국내 N사에서 개발한 것으로 점토계의 두 가지 종류를 사용하여 제조한 인공경량골재이다. 각 경량골재의 물리적 특성은 [표 2]와 같으며, <그림 1>은 크기 및 형상을 나타내었다.
압축강도는 KS F 2459¹⁰⁾에 의거하여 지름 100 mm, 높이200mm의 원형 실린더 공시체를 제작하여 수행하였다.

성능/효과

또한, LWA_A가 LWA_B보다 플로우, 밀도, 압축강도 특성에서 더 높은 값을 보였는데, 이는 경량골재의 형상과 밀도에 기인하는 것으로 판단된다. 2종의 경량골재 모두 플로우와 압축강도는 KS F 4039 0.6품 성능 기준보다 우수한 값을 보였으나, 밀도 측면에서 다소 높게 측정되었다.
경량골재 종류와 상관없이 혼입률이 증가할수록, 플로우와 밀도, 압축강도 값이 높아지는 경향을 나타냈다. 이는 경량골재의 자체 밀도가 기포의 밀도보다 높기 때문으로 판단된다.
경량골재를 20 % 혼입한 LWA_A, LWA_B, LWA_A+B실험체의 재령 7일 압축강도는 3.60 MPa, 4.03 MPa, 4.18MPa, 30 % 혼입한 실험체에서는 5.17 MPa, 4.92 MPa, 5.03MPa로 초기 우수한 강도발현을 보였다. 재령 28일의 20 %경량골재 혼입 실험체에서는 각각 4.
경량기포콘크리트의 플로우는 경량골재의 종류와 관계없이 경량골재의 혼입 률이 증가하면 높은 값을 나타내는 것을 알 수 있었다.
기포만을 혼입한 실험체와 재령28일 압축강도 값을 비교하면, 경량골재 20%를 치환한 실험체는 1.04∼1.61 MPa, 30 %를 치환한 실험체에서는 2.63∼2.91MPa의 강도 차이를 확인할 수 있었다.
경량골재를 혼입한 실험체의 경우, 기포만을 혼입한 실험체보다 상대적으로 다소 높은 압축강도를 나타내었다. 또한 경량골재의 종류와 상관없이 혼입률이 증가할수록 높은 강도를 발현하는 것을 알 수 있었다. 이는 기포 용적을 기준으로경량골재 혼입률을 용적 치환하는 방법을 사용하여, 경량골재 혼입률이 증가할수록 기포 혼입률은 낮아지기 때문이다¹¹⁾.
이는 경량골재의 자체 밀도가 기포의 밀도보다 높기 때문으로 판단된다. 또한, LWA_A가 LWA_B보다 플로우, 밀도, 압축강도 특성에서 더 높은 값을 보였는데, 이는 경량골재의 형상과 밀도에 기인하는 것으로 판단된다. 2종의 경량골재 모두 플로우와 압축강도는 KS F 4039 0.
모든 배합에서 KS F 4039 0.6품 성능기준인 2.0MPa를 충족하는 것을 확인하였고, 초기 높은 강도 발현으로 공동주택의 표준바닥구조 공사 시 빠른 후속작업으로 공기를 단축할 수 있다고 판단된다.
골재의 재료분리의 원인은 크게 골재와 슬러리의 밀도 차, 골재와 슬러리의 유동특성차 등으로 나누어질 수 있다. 측정결과LWA_A와 LWA_A+B의 실험체는 상하부 질량차가 10 %이하로 낮은 재료분리가 이루어진 상태를 나타내었다. 그러나LWA_B의 실험체는 상대적으로 하부에 가라앉은 골재가 많아서 질량차가 10%를 초과하는 결과를 보였다.

후속연구

이를 기반으로 경량골재 혼입 량에 따른 물리적 성능의 증감 율을 확인하여 목적에 맞는 배합 산출이 가능할 것으로 사료되며, 현장 적용 시 초기 강도 증가로 인해 후속작업에 대한진행속도가 향상될 것이라고 판단된다. 또한, 경량골재 혼입으로 인해 면밀 도 상승에 따른 강도 증진과 공진현상 제어로, 충격음을 저감 할 수 있다고 판단된다.
이는 보다 크기가 크고 구형의 입 형을 가진 LWA_B의 골재가 침하 시 슬러리의 저항을 적게 받기 때문으로 판단된다. 추후 경량골재LWA_B를 사용할 경우에 침하 및 부 립을 방지하기 위해 물시멘트비와 혼입률을 검토해야할 것으로 사료된다.

핵심어

질문

논문에서 추출한 답변

경량 재료의 역할은?

지난 몇 년 동안 경량의 소재들은 점점 더 많은 역할을 담당하고 있으며 더 이상 틈새 제품으로 간주되어 지고 있지 않다. 경량 재료들은 모든 재료의 분야에서 찾을 수 있으며, 특히 자연적으로 생성된 혹은 산업적으로 제조된 경량골재는 콘크리트와 같은 무기결합 재료의 밀도를 감소시키는 역할을 한다1).

골재의 재료분리의 원인은 무엇인가?

골재의 재료분리의 원인은 크게 골재와 슬러리의 밀도 차, 골재와 슬러리의 유동특성차 등으로 나누어질 수 있다. 측정결과LWA_A와 LWA_A+B의 실험체는 상하부 질량차가 10 %이하로 낮은 재료분리가 이루어진 상태를 나타내었다.

경량기포콘크리트의 충격음을 줄이기 위한 방법은?

하지만 공동주택의 층간소음이 사회적 문제로 대두되면서, 충격음 저 감을 위해 경량기포콘크리트까지 그 역할이 확대되고 있는 실정이다5). 충격음 저 감을 위해서는 고 중량 및 고 강성으로 배합하여 면밀 도를 높게 하여 완충재 층에서의 공진현상을 제어해야 한다6). 그러나 필요한 경량기포콘크리트의 요구 성능에 따른 최적 배합에 대한 연구 부족으로 현장 적용 시에 작업자가 눈대중으로 시공을 하는 실정이다.

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