[논문]순환 굵은 골재의 함수상태와 양생조건에 따른 콘크리트의 압축강도

문경태; 박상렬; 김승은

doi:10.12652/ksce.2019.39.4.0485

순환 굵은 골재의 함수상태와 양생조건에 따른 콘크리트의 압축강도
Compressive Strength of Concrete due to Moisture Conditions of Recycled Coarse Aggregates and Curing Conditions 원문보기

대한토목학회논문집 = Journal of the Korean Society of Civil Engineers, v.39 no.4, 2019년, pp.485 - 492

문경태 (제주대학교 토목공학과) , 박상렬 (제주대학교 토목공학과) , 김승은 ((주)은덕엔지니어링)

초록
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본 연구는 순환 굵은 골재의 함수상태가 콘크리트의 압축강도에 미치는 영향을 물/결합재 비와 양생 조건을 변수로 하여 평가하였다. 표건상태의 순환골재는 콘크리트의 강도발현을 저하시켰는데, 이는 순환골재의 높은 흡수율에 의한 표면수의 증가로 골재와 시멘트 페이스트 사이의 부착강도가 저하되었기 때문이다. 골재의 종류와 함수상태가 물/결합재 비의 변화에 따라 압축강도에 미치는 영향의 정도는 비슷하였다. 그러나 양생조건에 대해서는 골재의 종류에 따라 상당한 차이를 보였다. 대기양생을 시킨 경우 높은 흡수율을 가진 순환골재는 수화작용에 필요한 수분을 감소시키고, 수분증발을 증가시켜 강도발현을 저해하였다. 순환골재의 함수상태는 콘크리트의 압축강도에 상당한 영향을 줬으며, 순환골재콘크리트 생산시 골재의 흡수율에 따른 함수상태에 대한 관리가 필요하다. 또한 순환골재 콘크리트의 경우 적절한 품질관리를 위해 양생관리가 매우 중요하다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, the effect of moisture conditions of recycled coarse aggregates on the compressive strength of concrete was evaluated with the water/binder ratios and the curing conditions. The saturated recycled aggregates seemed to have the negative effect on the strength development of concrete. This is the because of the decrease in bond strength between aggregate and cement paste due to the increase of surface water according to the high absorption of recycled aggregates. The effect of types and moisture conditions of aggregates according to the change of water/binder ratio was similar. However, the curing conditions had a significant effect on the compressive strength of the concrete with the different types of aggregates. In the case of curing in air, the recycled aggregates with high absorption reduced the moisture required for hydration and increased the rate of vaporizing, and these result in interfering strength development. The moisture conditions of the recycled aggregates have a considerable effect on the compressive strength of the concrete, and it is necessary to control the moisture conditions of aggregates in the production of concrete with recycled coarse aggregate. And the control of the curing condition is very important for the concrete with recycled aggregate.

주제어

표/그림 (12)

그림 Fig. 1. Particle Size Distribution Curve of Aggregates
표 Table 1. Properties of Coarse Aggregates
그림 Fig. 2. UTM and Specimen Set-Up
표 Table 2. Test Parameter and Mixture Proportions
그림 Fig. 3. Effect of the Moisture Conditions of Coarse Aggregates
표 Table 3. Experimental Results
그림 Fig. 4. Effect of the Water/Binder Ratio on Compressive Strength
그림 Fig. 5. Effect of the Water/Bind Ratio on Strength Ratio
그림 Fig. 6. Effect of the Curing Condition on Compressive Strength
그림 Fig. 7. Effect of the Curing Condition on Strength Ratio
그림 Fig. 8. Effect of Type of Coarse Aggregate on Compressive Strength
그림 Fig. 9. Comparison of the Strength Development of Natural and Recycled Aggregate Concrete

AI 본문요약
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문제 정의

실험에 사용된 천연골재는 품질기준을 만족하고 있으나 순환골재는 흡수율과 밀도 모두 기준을 벗어나고 있다. 그러나 본 실험에서는 순환골재의 함수상태에 따른 영향을 평가하고 순환골재의 활용 가능성을 검토하기 위한 것이므로 실험에 그대로 사용하여 콘크리트의 성능을 평가하였다. 골재의 함수상태에 따른 영향을 평가하기 위하여 절건 상태의 굵은 골재는 100 °C 이상에서 24시간 이상 건조시킨 후 사용하였으며, 표건 상태의 골재는 배합 전 혼합수에서 48시간 이상 침수 시킨 후 체를 통해 물기를 제거하고, 수건으로 표면수를 제거하여 사용하였다.
앞선 연구들은 모두 동일한 배합조건에서 골재의 함수상태나 순환골재의 혼입율이 콘크리트 강도와 내구성에 미치는 영향을 평가하였는데, 순환골재의 함수상태는 혼합수의 양이나 골재의 함수상태에 따라 그 영향이 변할 것으로 판단된다. 따라서 본 연구에서는 물/결합재 비와 양생 조건을 변수로 하여 순환골재의 함수상태가 콘크리트의 압축강도 특성에 미치는 영향을 평가하고자 한다.
(4) 순환골재콘크리트는 일반콘크리트와 동일한 배합을 사용하는 경우 약 80~90 % 수준의 압축강도를 나타냈으며, 순환골재의 함수상태에 따라 강도의 감소폭이 변화하였다. 따라서, 순환골재의 함수상태는 콘크리트의 압축강도에 상당한 영향을 미쳤으 며, 순환골재콘크리트의 품질을 확보하기 위하여 순환골재의 함수상태 관리가 필요함을 확인하였다.

제안 방법

순환골재의 함수상태에 의한 콘크리트의 역학적 특성과 관련된 초기 연구는 Oliveria and Vazquez(1996)이 수행하였다. 3가지 함수상태(절대건조(절건), 대기 중 건조(기건), 표면건조포화(표건))인 순환골재를 사용하여 콘크리트를 만들고 이에 대해 강도시험과 내구성(동결-융해)시험을 수행하여 성능을 평가하였다. 강도시험에서 표건 상태가 가장 낮은 강도 값을 나타냈으며, 내구성 시험에서 표건 및 절건 상태의 콘크리트가 일반콘크리트와 비교하여 내구성이 낮게 나타났다.
각 변수별로 5개씩 실험하였으며, 평균값을 결과분석에 이용하였다. 강도 시험은 국내 D사에서 제작한 만능재료시험기(DYHU-300TC)를 사용하였으며, 시험기에 기록된 하중과 변위를 사용하여 결과를 분석하였다. Fig.
골재의 함수상태는 절건상태와 표건상태로 구분하여 배합하였으며, 물/결합재 비는 표면건조포화상태를 기준으로 배합하였다. 골재별로 단위수량을 동일하게 맞추기 위하여 절건상태의 경우 흡수율을 고려하여 배합시 혼합수를 추가하였다. 물/결합재 비는 일반적으로 사용되는 배합범위인 45~65 %를 10 %간격으로 결정 하였으며, 물/결합재비가 55 %이고, 습윤양생인 실험체인 경우는 재령별 압축강도를 측정하여 강도발현 양상을 확인하였다.
본 실험에는 KS F 2403(콘크리트의 강도 시험용 공시체 제작 방법)에서 제시하는 지름이 100 mm이고 높이가 200 mm인 원주형 공시체를 실험체로 사용하였다. 골재의 함수상태가 역학적 특성에 미치는 영향을 평가하기 위하여 골재의 함수상태 뿐만 아니라 물/결합재비, 양생방법을 실험변수로 정하였으며, 각 변수별로 5개 씩 실험체를 제작하여 총 110개의 실험체에 대해 실험을 수행하였다. 골재의 함수상태는 절건상태와 표건상태로 구분하여 배합하였으며, 물/결합재 비는 표면건조포화상태를 기준으로 배합하였다.
골재의 함수상태가 역학적 특성에 미치는 영향을 평가하기 위하여 골재의 함수상태 뿐만 아니라 물/결합재비, 양생방법을 실험변수로 정하였으며, 각 변수별로 5개 씩 실험체를 제작하여 총 110개의 실험체에 대해 실험을 수행하였다. 골재의 함수상태는 절건상태와 표건상태로 구분하여 배합하였으며, 물/결합재 비는 표면건조포화상태를 기준으로 배합하였다. 골재별로 단위수량을 동일하게 맞추기 위하여 절건상태의 경우 흡수율을 고려하여 배합시 혼합수를 추가하였다.
골재의 함수상태에 따른 영향을 평가하기 위하여 절건 상태의 굵은 골재는 100 °C 이상에서 24시간 이상 건조시킨 후 사용하였으며, 표건 상태의 골재는 배합 전 혼합수에서 48시간 이상 침수 시킨 후 체를 통해 물기를 제거하고, 수건으로 표면수를 제거하여 사용하였다.
물/결합재 비는 일반적으로 사용되는 배합범위인 45~65 %를 10 %간격으로 결정 하였으며, 물/결합재비가 55 %이고, 습윤양생인 실험체인 경우는 재령별 압축강도를 측정하여 강도발현 양상을 확인하였다. 또한 물/결합재비가 55 %인 경우 양생방법을 습윤양생과 대기양생으로 구분하여 양생 시 수분의 변화에 따른 역학적 특성을 평가하였다. 대기양생은 공시체 제작 후 3일 뒤 탈형하여 대기 중에서 양생하였다.
골재별로 단위수량을 동일하게 맞추기 위하여 절건상태의 경우 흡수율을 고려하여 배합시 혼합수를 추가하였다. 물/결합재 비는 일반적으로 사용되는 배합범위인 45~65 %를 10 %간격으로 결정 하였으며, 물/결합재비가 55 %이고, 습윤양생인 실험체인 경우는 재령별 압축강도를 측정하여 강도발현 양상을 확인하였다. 또한 물/결합재비가 55 %인 경우 양생방법을 습윤양생과 대기양생으로 구분하여 양생 시 수분의 변화에 따른 역학적 특성을 평가하였다.

대상 데이터

실험에 사용된 굵은 골재는 KS F 2503(굵은 골재의 밀도 및 흡수율 시험방법)을 따라 밀도 및 흡수율 시험을 수행하였으며, 그 결과를 Table 1에 정리하였다. 본 실험에 사용된 천연골재는 다공질 현무암으로 기공이 불규칙적으로 산재해 있으며, 흡수율이 높은 특징을 갖고 있다(Yang, 2014). KS F 2527(콘크리트용 골재)에서 콘크리트용 굵은 골재는 흡수율이 3.
본 실험에는 KS F 2403(콘크리트의 강도 시험용 공시체 제작 방법)에서 제시하는 지름이 100 mm이고 높이가 200 mm인 원주형 공시체를 실험체로 사용하였다. 골재의 함수상태가 역학적 특성에 미치는 영향을 평가하기 위하여 골재의 함수상태 뿐만 아니라 물/결합재비, 양생방법을 실험변수로 정하였으며, 각 변수별로 5개 씩 실험체를 제작하여 총 110개의 실험체에 대해 실험을 수행하였다.
본 연구에 사용된 순환골 재는 느슨하게 붙어 있는 골재 표면의 페이스트를 제거한 후 세척하고 약 100 °C의 건조기에서 24시간 이상 건조시킨 후 배합에 사용하였다.
실험체 제작에 사용된 순환 굵은 골재는 A기업에서 생산된 순환골재를 사용하였고, 천연 골재는 B지역 현무암 채석장에서 생산된 25 mm 이하의 골재를 사용하였다. 본 연구에 사용된 순환골 재는 느슨하게 붙어 있는 골재 표면의 페이스트를 제거한 후 세척하고 약 100 °C의 건조기에서 24시간 이상 건조시킨 후 배합에 사용하였다.
골재의 함수상태에 따른 영향을 평가하기 위하여 절건 상태의 굵은 골재는 100 °C 이상에서 24시간 이상 건조시킨 후 사용하였으며, 표건 상태의 골재는 배합 전 혼합수에서 48시간 이상 침수 시킨 후 체를 통해 물기를 제거하고, 수건으로 표면수를 제거하여 사용하였다. 잔골재는 서해안에서 채취하여 세척한 바닷모래를 사용하였으며, 실험에 사용된 골재의 입도분포곡선을 Fig. 1에 나타내었다.

이론/모형

본 연구에 사용된 순환골 재는 느슨하게 붙어 있는 골재 표면의 페이스트를 제거한 후 세척하고 약 100 °C의 건조기에서 24시간 이상 건조시킨 후 배합에 사용하였다. 실험에 사용된 굵은 골재는 KS F 2503(굵은 골재의 밀도 및 흡수율 시험방법)을 따라 밀도 및 흡수율 시험을 수행하였으며, 그 결과를 Table 1에 정리하였다. 본 실험에 사용된 천연골재는 다공질 현무암으로 기공이 불규칙적으로 산재해 있으며, 흡수율이 높은 특징을 갖고 있다(Yang, 2014).
천연 및 순환골재를 사용한 콘크리트의 압축강도 시험은 KS F 2405(콘크리트 압축 강도 시험 방법)을 따라 수행하였다. 각 변수별로 5개씩 실험하였으며, 평균값을 결과분석에 이용하였다.

성능/효과

(1) 표건상태의 순환골재를 사용한 콘크리트의 압축강도가 절건상태의 골재를 사용한 콘크리트 강도보다 낮게 나타났다. 이는 천연골재보다 흡수율이 현저히 높은 순환골재는 표건상태시 골재 내부에 다량의 수분을 함유하고 있으며, 타설시 진동에 의해 함유수가 골재 표면으로 흘러나와 골재와 시멘트 페이스트 사이의 부착강도를 저하시켜 강도발현에 부정적 영향을 주기 때문으로 판단된다.
(2) 골재의 종류와 함수상태가 물/결합재 비의 변화에 따라 압축강도에 미치는 영향의 정도는 비슷하였다.
(3) 대기양생을 한 경우 양생기간 동안 콘크리트의 수분이 대기 중으로 증발하여 수화작용에 필요한 수분을 충분히 공급하지 못하므로 강도발현이 저하되며, 순환골재의 경우 천연골재보다 높은 흡수율로 인해 콘크리트의 수분을 보다 많이 흡수하므로 수화작용에 필요한 수분을 상실하여 강도가 현저히 낮아지는 것으로 판단된다. 따라서 순환골재콘크리트를 사용하는 경우에는 더욱 특별히 수분을 충분히 공급하고 유지할 수 있는 양생환경을 조성할 필요가 있다.
(4) 순환골재콘크리트는 일반콘크리트와 동일한 배합을 사용하는 경우 약 80~90 % 수준의 압축강도를 나타냈으며, 순환골재의 함수상태에 따라 강도의 감소폭이 변화하였다. 따라서, 순환골재의 함수상태는 콘크리트의 압축강도에 상당한 영향을 미쳤으 며, 순환골재콘크리트의 품질을 확보하기 위하여 순환골재의 함수상태 관리가 필요함을 확인하였다.
3가지 함수상태(절대건조(절건), 대기 중 건조(기건), 표면건조포화(표건))인 순환골재를 사용하여 콘크리트를 만들고 이에 대해 강도시험과 내구성(동결-융해)시험을 수행하여 성능을 평가하였다. 강도시험에서 표건 상태가 가장 낮은 강도 값을 나타냈으며, 내구성 시험에서 표건 및 절건 상태의 콘크리트가 일반콘크리트와 비교하여 내구성이 낮게 나타났다. Poon et al.
8에 도식하였다. 골재가 절대건조상태인 경우 순환골재 콘크리트의 압축강도는 천연골재 콘크리트 대비 90.9~93.8 % 수준으로 감소하였으며, 골재가 표건상태인 경우는 77.4~81.5 % 수준으로 감소하였다. 이는 Etxeberria et al.
5에 나타내었다. 골재의 종류와 함수상태에 따라 값의 차이는 있지만, 물/결 합재 비가 증가함에 따라 천연골재와 순환골재 모두 일정한 비율로 감소하였다. 즉, 골재의 종류와 함수상태가 물/결합재 비의 변화에 따라 압축강도에 미치는 영향의 정도는 비슷하였다.
7은 N55S-28M 실험체의 압축강도를 기준으로 압축강도비를 양생조건에 따라 도식한 것이다. 대기양생을 시킨 경우 습윤양생 보다 강도비가 감소하였으며, 천연골재를 사용한 콘크리트보다 순환골재를 사용한 콘크리트의 강도비가 더 많이 감소하였다. 이는 순환골재를 사용한 콘크리트가 천연골재를 사용한 콘크리트보다 양생조건에 민감하게 반응한다는 것이다.
6은 골재의 종류와 함수상태가 다른 콘크리트의 압축강도를 양생조건에 따라 나타낸 것이다. 천연골재와 순환골재 모두 습윤양생된 콘크리트의 강도가 대기양생된 것보다 더 크게 나타났다. 이는 대기양생을 시키는 경우 콘크리트의 자유수 증발로 인해 수화작용에 필요한 물이 부족하여 습윤양생보다 강도가 저하되는 것으로 잘 알려진 내용이다.

후속연구

(5) 순환골재의 함수조건에 따른 콘크리트 강도에 대한 영향은 순환골재의 흡수율과 밀접한 영향을 가지므로 보다 다양한 흡수율을 가진 순환골재에 대한 추가 연구가 필요하다. 또한 순환골재의 적정 함수조건에 대한 추가 연구도 필요하다.
(5) 순환골재의 함수조건에 따른 콘크리트 강도에 대한 영향은 순환골재의 흡수율과 밀접한 영향을 가지므로 보다 다양한 흡수율을 가진 순환골재에 대한 추가 연구가 필요하다. 또한 순환골재의 적정 함수조건에 대한 추가 연구도 필요하다.
90일 강도 에서는 순환골재콘크리트는 천연골재콘크리트 대비 약 80 % 수준으로 감소하였다. 앞에서 언급한 바와 같이 순환골재에 있어서 표건상태를 유지하는 것이 강도발현에 불리하게 작용하여 압축강도가 감소하였기 때문에 순환골재의 함수상태를 절건상태로 유지 하여 사용한다면 천연골재콘크리트와의 강도 차이를 현저하게 줄 일 수 있을 것으로 사료된다.
6 %인 것으로 본 실험에서 사용한 골재와 큰 차이를 나타내고 있다. 이러한 흡수율의 차이 및 실험 오차 등으로 인해 상반된 결과가 나온 것으로 추정되며, 순환골재의 흡수율과 함수상태가 역학적 특성에 미치는 영향에 대한 후속 연구가 요구된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	연구에 사용된 순환골재는 무엇인가?	실험체 제작에 사용된 순환 굵은 골재는 A기업에서 생산된 순환골재를 사용하였고, 천연 골재는 B지역 현무암 채석장에서 생산된 25 mm 이하의 골재를 사용하였다. 본 연구에 사용된 순환골재는 느슨하게 붙어 있는 골재 표면의 페이스트를 제거한 후 세척하고 약 100 °C의 건조기에서 24시간 이상 건조시킨 후 배합에 사용하였다.
	표건상태의 순환골재를 사용한 콘크리트 압축강도가 절건상대틔 골재를 사용한 것보다 강도가 낮게 나타난 이유는?	(1) 표건상태의 순환골재를 사용한 콘크리트의 압축강도가 절건상태의 골재를 사용한 콘크리트 강도보다 낮게 나타났다. 이는 천연골재보다 흡수율이 현저히 높은 순환골재는 표건상태시 골재 내부에 다량의 수분을 함유하고 있으며, 타설시 진동에 의해 함유수가 골재 표면으로 흘러나와 골재와 시멘트 페이스트 사이의 부착강도를 저하시켜 강도발현에 부정적 영향을 주기 때문으로 판단된다.
	일반콘크리트 대비 순환골재콘크리트의 압축강도는?	(4) 순환골재콘크리트는 일반콘크리트와 동일한 배합을 사용하는 경우 약 80~90 % 수준의 압축강도를 나타냈으며, 순환골재의 함수상태에 따라 강도의 감소폭이 변화하였다. 따라서, 순환골재의 함수상태는 콘크리트의 압축강도에 상당한 영향을 미쳤으며, 순환골재콘크리트의 품질을 확보하기 위하여 순환골재의 함수상태 관리가 필요함을 확인하였다.

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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