[논문]EOS 잔골재 및 GGBFS를 혼입한 초기재령 콘크리트의 성능 평가에 관한 연구

권성준; 조성준; 임희섭

doi:10.11112/jksmi.2019.23.4.113

초록
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매립지 감소 및 천연 잔골재의 부족으로 인해 산업부산물을 콘크리트의 골재로 사용하려는 연구가 최근 들어 빠르게 진행되고 있다. 본 연구에서는 EOS 잔골재를 치환하여,OPC 콘크리트 배합과 GGBFS 배합을 대상으로 초기재령에서의 공학적 특성을 평가하였다. 실험은 EOS 잔골재를 0%, 30%, 50%로 치환, GGBFS를 0%, 40% 치환하여 물-결합재비 60% 콘크리트로 실험을 진행하였다. 굳지 않은 콘크리트에서 슬럼프, 공기량, 단위용적질량을 평가하였으며, 경화 콘크리트에서 압축강도와 NT BUILD 492 방법을 이용한 염화물 확산계수를 도출하고 EOS 골재 치환에 따른 내구성능을 평가하였다. 본 연구의 실험결과 EOS 잔골재를 치환함에 따라 재령 3일, 7일까지는 압축강도 발현이 각 기준 배합에 비해 증가함을 확인하였지만, 재령 28일에서는 일부 감소하는 것을 확인하였다. 또한 촉진 염화물 침투 실험결과, GGBFS 콘크리트 배합에서 OPC콘크리트 배합과 비교하여 약 60~67% 감소하였으며, EOS 잔골재 50% 치환 배합에서 가장 낮은 염화물 확산계수가 나타남에 따라 EOS 잔골재가 OPC 및 GGBFS 콘크리트에 사용될 수 있는 공학적 가능성을 제시하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Many researches on alternative materials as construction materials is continuing by recycling industrial byproducts due to shortage of sitereclamation and natural aggregates. In this paper, engineering properties in early-aged OPC (Ordinary Portland Cement) and GGBFS (Ground Granulated Blast Furnace...

Many researches on alternative materials as construction materials is continuing by recycling industrial byproducts due to shortage of sitereclamation and natural aggregates. In this paper, engineering properties in early-aged OPC (Ordinary Portland Cement) and GGBFS (Ground Granulated Blast Furnace Slag) concrete are evaluated with EOS aggregate replacement. The related experiments were carried out with 0.6 of water to binder ratio, three levels of EOS replacement ratios (0%, 30% and 50%) for fine aggregate, and two levels of cement replacement with GGBFS (0% and 40%). Several tests such as slump air content, and unit mass measurement are performed for fresh concrete, and compressive strength and diffusion coefficient referred to NT BUILD 492 method are measured for hardened concrete. Through the tests, it was evaluated that the compressive strength in concrete with EOS aggregate increased to 3 days and 7 days but slightly decreased at the age of 28 days. In the accelerated chloride penetration test, GGBFS concrete showed reduced diffusion coefficients by 60 - 67% compared with OPC concrete. The lowest chloride diffusion coefficient was evaluated in the 50% replacement with EOS aggregate, which showed an applicability of EOS aggregate to concrete production.

주제어

표/그림 (16)

그림 Fig. 1 Grading curves
표 Table 1 Physical properties of cement
표 Table 2 Physical properties of aggregate
표 Table 3 Physical properties of chemical admixture
표 Table 4 Chemical composition of used materials (%)
그림 Fig. 2 NT BUILD 492
표 Table 5 Experimental plan of concrete
표 Table 6 Mixing design of concrete
그림 Fig. 3 Test result of slump
그림 Fig. 4 Test result of air content
그림 Fig. 5 Test result of unit volume weight
표 Table 7 Conditions for rapid chloride penetration test
그림 Fig. 6 Test result of compressive strength
그림 Fig. 7 Chloride penetration depth measurement
표 Table 8. Test result of chloride diffusion
그림 Fig. 8 Test result of chloride diffusion coefficient

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 EOS 잔골재를 치환하여, OPC 콘크리트 배합과 GGBFS 콘크리트 배합을 대상으로 초기재령에서의 공학적 특성을 평가하였다. GGBFS 혼입 시 초기재령에서 강도 발현이 늦다는 단점을 보완하고, EOS 골재가 콘크리트 대체 골재로서 기계적 특성을 검토하고자 하였다.

제안 방법

본 연구에서는 EOS 잔골재를 치환하여, OPC 콘크리트 배합과 GGBFS 콘크리트 배합을 대상으로 초기재령에서의 공학적 특성을 평가하였다. GGBFS 혼입 시 초기재령에서 강도 발현이 늦다는 단점을 보완하고, EOS 골재가 콘크리트 대체 골재로서 기계적 특성을 검토하고자 하였다. 또한 염화물 확산실험은 NT BUILD 492를 이용하여 촉진 염소이온 확산깊이를 측정하여 염화물 확산계수를 도출하고 EOS 골재 치환에 따른 내구성능을 평가하였다.
실험 방법은 굳지 않은 콘크리트에서 KS F 2402(콘크리트의 슬럼프 시험방법)에 준하여 슬럼프 시험을 진행하였으며, KS F 2409(굳지 않은 콘크리트의 단위 용적 질량 및 공기량 시험 방법)의 콘크리트의 단위용적 질량 및 공기량 시험을 진행하였다. 경화 콘크리트에서는 ∅100×200 mm 원주형 공시체를 제작하여 재령 3일, 7일, 28일에 수중 양생을 진행하여 각 재령별 공시체 3개씩 압축강도 시험을 진행하였다. 또한 촉진 염화물 확산 시험을 진행하기 위하여 ∅100×200 mm 원주형 공시체를 제작하여 재령 28일까지 수중 양생 후 커팅하여 3개씩 실험을 진행하였다.
GGBFS 혼입 시 초기재령에서 강도 발현이 늦다는 단점을 보완하고, EOS 골재가 콘크리트 대체 골재로서 기계적 특성을 검토하고자 하였다. 또한 염화물 확산실험은 NT BUILD 492를 이용하여 촉진 염소이온 확산깊이를 측정하여 염화물 확산계수를 도출하고 EOS 골재 치환에 따른 내구성능을 평가하였다.

대상 데이터

시멘트는 국내 H사의 1종 보통 포틀랜드 시멘트를 사용하였으며, 시멘트의 물리적 특성은 Table 1에 나타냈다. 또한 GGBFS는 3종 고로슬래그 미분말을 사용하였다.
본 연구에서 사용된 골재는 세척사, 전기로 산화슬래그 잔골재, 부순 굵은골재를 사용하였다. 전기로 산화슬래그는 H사에서 배출되고 있는 잔골재로 KS F 2527(콘크리트용 골재)에 만족하는 골재를 사용하였으며, Table 2에 사용 재료의 물리적 특성을 나타냈다.
본 연구에서 사용된 골재는 세척사, 전기로 산화슬래그 잔골재, 부순 굵은골재를 사용하였다. 전기로 산화슬래그는 H사에서 배출되고 있는 잔골재로 KS F 2527(콘크리트용 골재)에 만족하는 골재를 사용하였으며, Table 2에 사용 재료의 물리적 특성을 나타냈다.

이론/모형

EOS 잔골재 및 GGBFS 치환율에 따른 염화물 확산계수를 도출하기 위해서 NT BUILD 492에 의거하여 실험을 진행하였다. 촉진 염화물 확산시험을 진행하기 위하여 염화물 확산 Cell을 Fig 2와 같이 구성하였으며, NT BUILD 492의 실험조건은 다음 Table 7에 나타냈다.
전기로 산화슬래그(H사-당진) 잔골재를 대상으로 치환율(0%, 30%, 50%)에 따른 OPC 콘크리트 배합 및 GGBFS 콘크리트 배합의 기계적 성능을 검토하였다. 실험 방법은 굳지 않은 콘크리트에서 KS F 2402(콘크리트의 슬럼프 시험방법)에 준하여 슬럼프 시험을 진행하였으며, KS F 2409(굳지 않은 콘크리트의 단위 용적 질량 및 공기량 시험 방법)의 콘크리트의 단위용적 질량 및 공기량 시험을 진행하였다. 경화 콘크리트에서는 ∅100×200 mm 원주형 공시체를 제작하여 재령 3일, 7일, 28일에 수중 양생을 진행하여 각 재령별 공시체 3개씩 압축강도 시험을 진행하였다.
촉진 염화물 확산시험은 NT BUILD 492에 따른 실험을 진행하였다. 각 시험체에 AgNO₃ 용액을 분무하여 염화물 이온 침투깊이를 측정하여 Fig 7에 나타냈다.

성능/효과

1. OPC 콘크리트 배합 및 GGBFS 콘크리트 배합 모두에서 EOS 잔골재의 혼입량이 증가함에 따라 슬럼프와 공기량이 감소하는 것을 확인하였다. 이는 EOS 잔골재가 세척사에 비해 골재 표면이 거칠고 미립분이 많아 영향을 준 것으로 사료된다.
2. EOS 잔골재 치환량이 증가함에 따라 재령 3일, 7일에서 압축강도가 OPC 콘크리트 배합 및 GGBFS 콘크리트 배합에서 높은 강도 발현을 확인하였다. 재령 28일에서는 각 기준 배합 콘크리트에 비해 약 2 MPa 차이로 강도가 소량 감소하게 나타났지만, GGBFS 콘크리트의 전기로 산화슬래그 잔골재 30% 치환 배합에서 높은 강도 발현을 보여 OPC 콘크리트 배합과 비슷한 강도 발현이 나타났다.
3. 촉진 염화물 확산시험을 평가한 결과 GGBFS 혼입 콘크리트 배합에서 OPC 콘크리트 배합과 비교하여 EOS 잔골재 0% 치환 배합에서 약 65% 감소하였으며, EOS 잔골재 30% 치환배합에서 약 60% 감소, EOS 잔골재 치환 배합에서 약 67% 수준으로 감소하였다. EOS 잔골재 50% 치환 배합에서 OPC 콘크리트 배합 및 GGBFS 콘크리트 배합 모두에서 가장 낮은 염화물 확산계수가 나타났다.
5. EOS 잔골재를 활용하면 GGBFS 혼입 콘크리트의 초기 재령에서의 강도 발현에 효과가 있는 것으로 판단되며, EOS 잔골재가 콘크리트 골재 대체 재료로서의 가능성을 확인 할 수 있었다. 추후 장기재령에서의 압축강도 및 내구성능에 대한 추가연구가 필요할 것으로 사료된다.

후속연구

4. 물-결합재비 60%의 OPC 콘크리트에 EOS 잔골재를 활용시 콘크리트의 단위용적질량 및 역학적 특성을 고려하여 EOS잔골재를 30%까지 활용 가능할 것으로 사료되며, GGBFS 콘크리트에서는 EOS 잔골재를 50%까지 활용 가능 할 것으로 판단된다.
EOS 잔골재를 활용하면 GGBFS 혼입 콘크리트의 초기 재령에서의 강도 발현에 효과가 있는 것으로 판단되며, EOS 잔골재가 콘크리트 골재 대체 재료로서의 가능성을 확인 할 수 있었다. 추후 장기재령에서의 압축강도 및 내구성능에 대한 추가연구가 필요할 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	콘크리트의 장점은?	콘크리트는 건설 분야의 중요한 재료로 현대 문명의 최고 발명품 중 하나이다. 이는 콘크리트가 경제적이고 재료 수급에 용이하기 때문이다. 하지만, 최근 생태계 파괴가 극심하여 국가적 차원에서 환경 규제가 강화되어 섬진강 골재 채취 및 남해 EEZ 골재 채취를 중단하는 등으로 골재 부족 현상이 심화되고 있다.
	골재 부족 현상의 대책으로는 무엇이 있는가?	하지만, 최근 생태계 파괴가 극심하여 국가적 차원에서 환경 규제가 강화되어 섬진강 골재 채취 및 남해 EEZ 골재 채취를 중단하는 등으로 골재 부족 현상이 심화되고 있다. 이에 따라 순환골재, 산업부산물을 재활용하여 건설 재료로서의 대체 재료에 대한 연구가 지속적으로 진행되고 있다(Kim et al., 2012; Tam et al.
	콘크리트의 대표적인 염화물 확산계수 평가 방법에는 무엇이 있는가?	콘크리트의 대표적인 염화물 확산계수 평가 방법은 Fick's 2nd law의 일반해에 의한 겉보기 염화물 확산계수를 평가하는 방법이 있으며, 전기화학적 이론을 도입하여 전위차 구배를 통한 염화물 이온의 이동을 촉진시키는 전기적 촉진 시험방법이 있다. 특히 전기적 촉진 실험은 짧은 시간내에 염화물 확산계수를 평가할 수 있다(Chun et al.

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