[논문]천연골재 콘크리트와 순환골재 콘크리트 접합면의 전단강도

문훈; 최익제; 김지현; 정철우; 김영찬

doi:10.14190/jrcr.2020.8.1.26

[국내논문] 천연골재 콘크리트와 순환골재 콘크리트 접합면의 전단강도
Shear Strength of Interface between Natural Aggregate Concrete and Recycled Aggregate Concrete 원문보기

Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute = 한국건설순환자원학회 논문집, v.8 no.1, 2020년, pp.26 - 32

문훈 (부경대학교 건축공학과) , 최익제 (부경대학교 건축공학과) , 김지현 (부경대학교 융복합인프라 기술연구소) , 정철우 (부경대학교 건축공학과) , 김영찬 (부경대학교 건축공학과)

초록
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건설자원의 고갈과 콘크리트 폐기물의 증가에 따라 콘크리트 재활용은 선택적 사항이라기보다는 필수적 사항으로 되어 가고 있다. 콘크리트 재활용에 대한 연구는 오래 동안 다양한 관점에서 수행되어 왔다. 그러나 여러 나라의 기준이나 권고사항을 보면 순환골재 콘크리트의 적용에는 순환골재의 비율이나 순환잔골재의 사용금지 등과 같은 많은 제한사항이 있다. 본 연구에서는 구조부재에서 천연골재 콘크리트와 순환골재 콘크리트를 분리타설하는 방법에 대한 적절성을 알아보고자 하였다. 순환골재콘크리트의 제작 시 굵은골재의 치환비율은 50, 100%로 하였고 두 콘크리트의 접합면에는 교섭을 도입하였다. 순환골재 콘크리트를 제작하는 과정에서 순환골재를 처리하거나 혼화재를 첨가하지 않았다. 두 콘크리트 접합면의 전단강도를 평가하기 위해 등분포하중으로 재하한 2면전단 시험법을 채택하였다. 실험결과에 따르면 골재치환율이 큰 시험체가 전단강도 대 압축강도 비가 크게 나왔는데 이는 굵은골재의 크기와 전단절단면의 조도에 기인한 것으로 보인다. 여러 가지 변수들의 영향을 알아보기 위한 후속연구가 필요하며 그와 같은 연구 활동을 진행 중이다.

Abstract ▼ AI-Helper

Concrete recycling is becoming mandatory rather selective due to depletion of constructional materials and increase of concrete waste. Studies on recycling concrete are conducted in various point of view for long time. However, standard or guideline of many countries for the application of recycled aggregate concrete(RAC) has restrictions such as low replacement rate of coarse aggregate and no fine aggregate allowed due to inferior material properties of recycled aggregate. This study intends to figure out the feasibility of casting natural aggregate concrete(NAC) and RAC separately in a structural member. In making RAC, replacement rate of coarse aggregate was 50, 100% in RAC and treatment of interface of two concretes is introduced. RAC treatment of recycled aggregate or inclusion of additives was not done as it can increase embodied energy of concrete work. Double-shear test with uniformly distributed loading was adopted to evaluate shear strength at the interface of two concretes. After curing it was hard to distinguish interface of two concretes. Experimental result revealed that specimen with higher replacement rate showed higher shear-to-compressive strength ratio, which is possibly attributed to coarse aggregate size and roughness of sheared section. Further study on the effect of various parameters is required and subsequent research activity is on-going.

주제어

표/그림 (9)

표 Table 1. Chemical compositions of type I ordinary portland cement (%)
그림 Fig. 1. Elevation view: middle portion of specimen
표 Table 2. Mix proportions of concrete(kg/m³)
그림 Fig. 2. Double shear loading(Kobayashi et al. 1980)
그림 Fig. 3. Dimension of specimen and test set-up
그림 Fig. 4. Specimen after failure and view of failed surfaces
그림 Fig. 5. Comparison of compressive and shear strength
표 Table 1. Comparison of test result
표 Table 2. Comparison of double-shear test result

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 순환골재의 재활용을 확대하기 위해 RAC 및 NAC 계면에서의 전단성능을 평가하여 추후 연구에 적용할 기초 데이터를 도출하고자 한다. 본 연구에서 순환 굵은 골재는 순환골재 생산공장에서 수급을 받는 것으로 전혀 추가적인 가공을 하지 않은 것을 사용하였다.
본 실험에서는 순환 굵은 골재의 활용을 보다 적극적으로 하기 위하여 철근콘크리트보에서 콘크리트의 구조적 역할이 적은 부위에 RAC를 배치하고 콘크리트가 주된 역할을 하는 부위에 NAC를 배치하여 즉, 이종 콘크리트의 분리배치에 의한 재료적, 구조적 성능을 평가하고자 하였다. 분리타설에 따른 NAC와 RAC의 접합 면에서 재료적 분리나 부재의 구조적 성능저하가 발생하는지를 알아 보고자 하였고, 그리고 분리타설된 이종 콘크리트 접합면에서의 전단저항 성능을 파악하기 위한 2면 전단실험을 수행하였다.
본 실험은 NAC와 RAC가 분리타설을 통한 구조체의 구성 가능성을 확인하기 위한 기초적 연구로 새로운 재료배치가 RAC의 활용도를 증가시킬 방안이 될 수도 있다고 생각된다. 본 실험의 결과를 바탕으로 다양한 변수들의 영향에 대한 연구를 추가적으로 진행하고 있으며 궁극적으로 구조용 골재로서의 순환골재 활용에 필요한 데이터를 제시하고자 한다.
본 실험은 NAC와 RAC가 분리타설을 통한 구조체의 구성 가능성을 확인하기 위한 기초적 연구로 새로운 재료배치가 RAC의 활용도를 증가시킬 방안이 될 수도 있다고 생각된다. 본 실험의 결과를 바탕으로 다양한 변수들의 영향에 대한 연구를 추가적으로 진행하고 있으며 궁극적으로 구조용 골재로서의 순환골재 활용에 필요한 데이터를 제시하고자 한다.
본 연구에서 순환 굵은 골재는 순환골재 생산공장에서 수급을 받는 것으로 전혀 추가적인 가공을 하지 않은 것을 사용하였다. 본 연구는 RAC의 구조용 콘크리트 재료로서의 적극적 활용을 도모하여 순환골재의 소비를 촉진하기 위한 방법의 하나로 활용하고자 하는 데 목적이 있다. 따라서 비교요소를 최소화시켜 RAC 및 NAC의 혼합타설 가능성을 확인하기 위해 RAC에서 순환잔골재는 사용하지 않았고, 또한 순환잔골재는 순환굵은골재에 비해 강도, 워커빌리티, 체적불안정의 문제점이 있다는 연구(Malesev et al.
본 연구에서는 순환골재의 사용을 통한 순환골재 콘크리트의 구조물에의 적용을 확산하기 위해 콘크리트의 분리타설을 통한 계면 접합면에서의 전단강도 및 경계면의 파괴형태를 알아보았다. 본 연구의 실험결과로부터 다음과 같은 결론을 얻었다.
순환굵은골재는 파쇄과정에서 콘크리트의 골재에 일정수준의 균열이 발생되어 쪼개지기 때문에, 일반적으로 활용되는 굵은골재의 크기보다 적은 크기의 골재로 생산된다. 본 연구에서는 일반적으로 활용되는 콘크리트 (최대치수 25mm)에 순환굵은골재 혼입콘크리트 (최대치수 13mm)가 혼합 타설될 수 있는 가능성을 평가하기 위한 목적으로 배합설계가 이루어졌기 때문에, NAC의 굵은 골재 최대치수를 RAC와 동일하게 13mm로 맞추지 않고, 25mm에 맞추어 배합설계를 진행하였다.

제안 방법

시험체는 Fig. 3(a)와 같은 jig를 사용하여 이종 골재를 사용한 콘크리트 경계면에 하중을 가하여 전단강도를 측정하였다. 또한 시험체에 휨이 작용하는 가능 성을 줄이기 위해 Fig.
공시체의 탈형은 재령 1일이 되는 시점에 진행하였으며, 탈형 이후 20±2℃의 포화 수산화칼슘 수용액에 침지시켜 27일간 추가 양생하였다.
본 연구는 RAC의 구조용 콘크리트 재료로서의 적극적 활용을 도모하여 순환골재의 소비를 촉진하기 위한 방법의 하나로 활용하고자 하는 데 목적이 있다. 따라서 비교요소를 최소화시켜 RAC 및 NAC의 혼합타설 가능성을 확인하기 위해 RAC에서 순환잔골재는 사용하지 않았고, 또한 순환잔골재는 순환굵은골재에 비해 강도, 워커빌리티, 체적불안정의 문제점이 있다는 연구(Malesev et al. 2010, Verian et al. 2018)가 있어 물성이 어느 정도 검증된 순환굵은골재만 치환한 실험을 진행하였다.
각 배합은 굵은골재의 종류 및 혼합비율만 다르게 하였으며 다른 조건은 동일하게 하였다. 물시멘트비는 35%이며 잔골재율은 40%, 및 순환 골재 콘크리트에서 천연 굵은골재 대비 순환 굵은골재의 치환비율은 50, 100%로 하였다.
본 실험에서는 순환 굵은 골재의 활용을 보다 적극적으로 하기 위하여 철근콘크리트보에서 콘크리트의 구조적 역할이 적은 부위에 RAC를 배치하고 콘크리트가 주된 역할을 하는 부위에 NAC를 배치하여 즉, 이종 콘크리트의 분리배치에 의한 재료적, 구조적 성능을 평가하고자 하였다. 분리타설에 따른 NAC와 RAC의 접합 면에서 재료적 분리나 부재의 구조적 성능저하가 발생하는지를 알아 보고자 하였고, 그리고 분리타설된 이종 콘크리트 접합면에서의 전단저항 성능을 파악하기 위한 2면 전단실험을 수행하였다.
이종 콘크리트간 접합면에서의 흡수율 차이에 따른 양생 이나 강도에의 영향을 파악하기 위하여 (1)분리판을 수직으로 들어올려 두 콘크리트가 자연적으로 접촉하는 시험체와 (2)분리판을들어 올리면서 약간 흔들고 형틀을 나무망치로 약간 두드려 두 콘크리트의 접합면에 교섭(treatment)을 가한 시험체로 나누어 제작하였다.
전단강도 시험체 또한 압축강도 시험체와 같은 방법으로 양생하였으며, 재령 28일에 전단강도를 측정하였다. 전단강도는 구조 시험시스템(MTS, USA, MTS 244.
전단강도 시험체 또한 압축강도 시험체와 같은 방법으로 양생하였으며, 재령 28일에 전단강도를 측정하였다. 전단강도는 구조 시험시스템(MTS, USA, MTS 244.41)을 사용하여 측정하였으며, 하중재하속도는 1mm/min으로 하였다.

대상 데이터

골재를 달리 사용한 이종 콘크리트의 접합면 전단강도 (RAC 및 NAC 계면의 전단강도)를 평가하기 위해 사용된 시멘트는 KS L 5201 규준을 따르는 국내 S사의 1종 보통 포틀랜드 시멘트이며 화학적 조성은 Table 1과 같다.
따라서 본 연구에서는 순환골재의 재활용을 확대하기 위해 RAC 및 NAC 계면에서의 전단성능을 평가하여 추후 연구에 적용할 기초 데이터를 도출하고자 한다. 본 연구에서 순환 굵은 골재는 순환골재 생산공장에서 수급을 받는 것으로 전혀 추가적인 가공을 하지 않은 것을 사용하였다. 본 연구는 RAC의 구조용 콘크리트 재료로서의 적극적 활용을 도모하여 순환골재의 소비를 촉진하기 위한 방법의 하나로 활용하고자 하는 데 목적이 있다.
분리타설 시험체는 양단부쪽에 NAC를 200×150×150mm로, 중앙부에 RAC를 150×150×150mm가 되도록 분리판을 두어 콘크리트를 동시에 타설하였다.
9% 이다. 순환 굵은골재는 순환골재 생산 인증을 받은 국내 H사의제품으로, KS F 2573 (콘크리트용 순환골재)에 부합하는 것을 사용하였다. 순환 굵은골재의 밀도는 2.
압축강도 시험체는 KS F 2403(콘크리트의 강도 시험용 공시체제작 방법)을 만족하는 Ø100mm×200mm 크기의 실린더 몰드 활용하여 제작하였다.
잔골재는 세척사를 사용하였으며, 천연 굵은골재는 최대치수 25mm 인 쇄석을 사용하였다. 천연 잔골재 및 굵은골재의 밀도는 각각 2.

이론/모형

공시체의 탈형은 재령 1일이 되는 시점에 진행하였으며, 탈형 이후 20±2℃의 포화 수산화칼슘 수용액에 침지시켜 27일간 추가 양생하였다. 압축강도 측정은 재령 28일에 실시하였으며, KS F 2405(콘크리트의 압축 강도 시험방법)에 따라 전동식 압축강도 시험기(S1 industry Co., Korea, S1-1471D)를 사용하였다.
전단강도 시험체는 KS F 2408(콘크리트의 휨 강도 시험방법) 을 만족하는 형틀을 사용하여 제작하였다. 분리타설 시험체는 양단부쪽에 NAC를 200×150×150mm로, 중앙부에 RAC를 150×150×150mm가 되도록 분리판을 두어 콘크리트를 동시에 타설하였다.

성능/효과

2(b)의 하중상태가 Fig. 2(a)의 경우보다 전단강도는 약 6%, 전단강도 대 압축강도비는 약 10% 크게 나왔다.
1. 전단강도 측정을 위해 2면전단 시험 방법을 적용하였는데 기존의 방법과는 다른 하중가력 형태를 적용하여 절단면이 비교적 수직적으로 절단되는 전단지배에 의한 파괴를 볼 수있었다.
2. 순환굵은골재의 생산공장에서 나온 골재를 별도의 처리과정 이나 첨가제를 사용하지 않고 천연골재 콘크리트와 분리타설하여 만든 시험체의 외관은 재료분리나 흡수율의 차이에 의한 흔적이 거의 없을 정도였고, 이종 콘크리트의 동시타설후 분리판의 제거 시 가해진 교섭이 강도에 영향을 미치지 못했다.
3. NAC와 RAC의 경계면에서의 파괴형태를 보면 이종의 콘크리트가 분리되기 보다는 경계면의 골재포함 여부가 파괴형태를 결정짓고 강도에 영향을 미친 것으로 보이고 이와 유사한 경향을 기존연구에서도 찾아 볼 수 있었다.
4. 압축강도는 NAC가 RAC보다 5%정도 크게 나왔으나 전단강도는 골재 치환율 100%의 시험체가 NAC보다 23%정도 크게나왔는데, 이는 전단절단면의 조도가 작을수록 전단강도가 크다는 기존연구와 일치하는 결과라 할 수 있다.
이러한 콘크리트를 이용하여 타설한 전단강도 시험용 각주형 시험체에서 NAC로만 구성된 콘크리트의 계면 전단강도는 8.39MPa로 나타났으며, NAC 및 RAC-50 콘크리트의 계면강도는 8.50MPa, NAC 및 RAC-100 콘크리트의 계면강도는 10.0MPa로 오히려 RAC의 혼입률이 커질수록 계면접합강도가 상승한 것으로 나타났다. 이는 압축강도에서 관찰된 데이터와는 다른 경향이며 (RAC의 혼입률이 증가할수록 강도는 감소), 이종 골재로 타설된 콘크리트의 계면 전단강도는 상대적으로 RAC 혼입률의 영향을적게 받을 수도 있음을 의미한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	순환골재 콘크리트에 대한 연구가 진행된 배경은?	대한민국의 좁은 국토에 비해 방대하게 진행되어 온 다양한 건설 프로젝트로 인하여 콘크리트용 골재의 수급이 점점 힘들어지고 있다. 자연보호, 자원부족, 어업환경 보호 등 각종 이유들로 인하여 현재까지 콘크리트용 골재로 활용되던 천연골재, 부순골재, 세척골재의 사용이 점차 제한되고 있다(Moon et al. 2019). 이로 인하여 한정된 건설자원은 고갈되고, 건설폐기물에 의한 환경오염은 심각성을 더해 가고 있다. 이러한 이유로 건설폐기물의 양을 줄이고, 이의 처리과정에서 발생하는 순환골재를 건설용 재료로 재활 용하기 위해 순환골재 콘크리트(Recycled Aggregate Concrete;RAC)에 대한 연구가 활발히 수행되고 있으나(Song et al.
	순환굵은골재의 크기가 작은 이유는?	순환굵은골재는 파쇄과정에서 콘크리트의 골재에 일정수준의 균열이 발생되어 쪼개지기 때문에, 일반적으로 활용되는 굵은골재의 크기보다 적은 크기의 골재로 생산된다. 본 연구에서는 일반적으로 활용되는 콘크리트 (최대치수 25mm)에 순환굵은골재 혼입콘크리트 (최대치수 13mm)가 혼합 타설될 수 있는 가능성을 평가하기 위한 목적으로 배합설계가 이루어졌기 때문에, NAC의 굵은 골재 최대치수를 RAC와 동일하게 13mm로 맞추지 않고, 25mm에 맞추어 배합설계를 진행하였다.

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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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