[논문]건축기준 완화를 위한 순환골재 콘크리트 적용 시의 품질 특성 연구

우경섭; 김정호; 이세현; 오중근

doi:10.11112/jksmi.2020.24.3.63

건축기준 완화를 위한 순환골재 콘크리트 적용 시의 품질 특성 연구
A Study on the Quality Properties When Applying Recycled Aggregate Concrete for the Construction Standard Mitigation 원문보기

한국구조물진단유지관리공학회 논문집 = Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection, v.24 no.3, 2020년, pp.63 - 69

우경섭 (건국대학교 건축공학과) , 김정호 (한라엔컴(주) 기술연구소) , 이세현 (한국건설기술연구원) , 오중근 (건국대학교 건축공학과)

초록
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우리나라는 전체 폐기물 발생량 중 건설폐기물 발생량은 약 47.3%로 가장 많은 비중을 차지하고 있고 그 중 폐콘크리트가 약 62.8%로 재활용이 시급한 상황이다. 이에 정부는 건설폐기물의 재활용을 촉진하기 위해 순환골재의 다양하고 폭넓은 활용을 권장하고 있다. 또한 건축물에 콘크리트용 순환골재를 사용할 경우 용적률, 건축높이 등 건축기준을 완화해주고 있다. 그 기준은 콘크리트용 순환골재 최대 25% 사용 시 용적률을 최대 15% 완화해 주는 조건이다. 이에 본 연구는 순환골재의 콘크리트용으로의 사용을 적극 권장하고자 콘크리트용 순환골재 사용 시 건축기준의 완화 내용을 검토하였고 순환골재 중 순환굵은골재을 사용하여 치환율에 따른 배치플랜트에서의 적정 혼합시간을 도출하였다. 또한 건조수축 개선을 위해 순환골재용 혼화제를 사용하여 순환굵은골재 치환율별 콘크리트의 물리, 역학적 특성에 대해 비교 분석하여 건조수축 개선 효과를 나타내어 향후 현장에 안정적으로 적용이 가능할 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

The volume of construction waste material from the entire waste material volume in Korea is approximately 47.3% to take the biggest ratio, and from them, the waste concrete takes up approximately 62.8% that recycling is an urgent issue to address. Therefore, the government recommends more diverse and broader facilitation of the recycled aggregate in order to promote recycling the construction waste materials. In addition, when using concrete recycled aggregate in building, building standard such as floor area ratio and building height are being mitigation. The standard is a condition that mitigation the floor area ratio by up to 15% when using up to 25% of concrete recycled aggregate. Therefore, this study reviewed the relaxation of construction of construction standards when using concrete recycled aggregate in order to actively recommend the use of concrete recycled aggregate. And using the recycled coarse aggregate among the recycled aggregate, the appropriate mixing time in the batch plant according to the substitution rate was derived. In addition, using recycled aggregate admixture in order to improve the drying shrinkage, did comparative analysis about physical and mechanical property of concrete.

주제어

표/그림 (16)

표 Table 1 Standard mitigation range according to volume ratio of recycled aggregate in concrete
표 Table 2 Factor and number of experiment
표 Table 3 Experiment type
표 Table 4 Physical property of cement
표 Table 5 Chemical property of cement
표 Table 6 Physical property of natural aggregate
표 Table 7 Physical property of recycle aggregate
표 Table 8 Property of admixture
표 Table 9 Mix table of concrete
그림 Fig. 1 Slump of concrete according to elapsed time
그림 Fig. 2 Air contents of concrete according to elapsed time
그림 Fig. 3 Compressive strength test results
표 Table 10 Concrete test result
그림 Fig. 4 Difference in coarse aggregate amount test results
그림 Fig. 5 Drying shrinkage test results
표 Table 11 Concrete mixing reliability test

AI 본문요약
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문제 정의

이에 본 연구에서는 현장에서의 안정적인 순환골재 콘크리트의 적용 및 순환골재의 콘크리트용으로의 사용을 적극 권장하고자 콘크리트용 순환골재 사용 시 건축기준의 완화 내용을 검토하고 기존에 문제 시 되고 있는 건조수축 개선을 위한 순환골재 콘크리트 특성에 대해 분석하고자 한다.
이에 순환 굵은 골재를 30, 40, 50% 치환하여 30, 45, 60, 90초로 혼합 시 KS F 2455 기준인 콘크리트 중의 단위 굵은 골재 량의 차 5% 이하가 되기 위한 적정 혼합시간을 도출하는 데 그 목적이 있다.

제안 방법

또한 순환골재를 사용하여 배치플랜트로 혼합 시 균질한 혼합 여부를 판단하기 위해 혼합시간을 30, 45, 60, 90초로 구분하여 혼합 시 균질 여부를 분석하였다. 그리고 콘크리트용 화학 혼화제를 일반 고성능 AE감수제와 순환골재용 고성능 AE감수제 2종류로 구분하여 실험을 진행하였다.
또한 순환골재를 사용하여 배치플랜트로 혼합 시 균질한 혼합 여부를 판단하기 위해 혼합시간을 30, 45, 60, 90초로 구분하여 혼합 시 균질 여부를 분석하였다. 그리고 콘크리트용 화학 혼화제를 일반 고성능 AE감수제와 순환골재용 고성능 AE감수제 2종류로 구분하여 실험을 진행하였다.
본 연구는 용적률 및 건축높이 완화를 받고자 하는 현장에서 순환 굵은 골재를 30, 40, 50% 치환하였을 경우의 순환골재 콘크리트의 생산 시 혼합 시간과 물리, 역학적 특성에 대해 분석하였으며, 그 결과는 다음과 같다.
본 연구에서는 레미콘 사의 원활한 관리 차원으로 순환 잔골재를 제외한 순환 굵은 골재만을 선택하였고 건축물의 용적률 및 건축물의 높이 완화 적용 범위를 기준으로 콘크리트용 순환골재를 총 골재 용적 비율 15%, 20%, 25%이므로 순환 굵은 골재를 배치당 30%, 40%, 50%로 계획하였다.
목표 압축강도는 27MPa이며, 목표 슬럼프는 180±25mm로 설정하였다. 실내 배합실험을 통해 각 재료의 특성을 고려하여 치환율(또는 혼입율), 물시멘트비, 잔골재율을 결정하였으며, 본 연구에서의 실험인 배치플랜트 실험에서는 실내 배합 실험을 통해 결정한 최적배합을 적용하고 순환 굵은 골재를 치환하여 그에 따른 특성을 분석하였다.
일반 고성능 AE감수제와 순환골재용 고성능 AE감수제를 사용하여 순환골재 콘크리트의 건조수축을 알아보기 위해 길이 변화 시험을 하였다. 재령 1주에서 길이 변화는 일반 고성능 AE감수제 사용 시 순환 굵은 골재를 30% 치환하면 Plain 대비 101%, 40% 치환할 경우 85%, 50% 치환할 경우 155% 증가되었으며, 재령 2주에 서는 30% 치환 시 56%, 40% 치환 시 65%, 50% 치환 시 86% 증가되었다.

대상 데이터

15, 분말도 3,266㎠/g이다. 배합수는 수돗물을 사용하였으며, 골재 중 천연골재는 KS F 2527에 만족하는 쇄석과 쇄사를 사용하였고 순환골재는 순환골재 품질기준에 만족하는 충청북도 D사의 순환 굵은 골재를 사용하였다. 콘크리트용 화학 혼화제는 G사의 일반 고성능 AE감수제와 순환골재용으로 별도로 개발한 H사의 순환골재용 고성능 AE감수제를 사용하였다.
본 실험에 사용한 시멘트는 일반적으로 사용되고 있는 보통 포틀랜드 시멘트를 사용하였다. 시멘트의 성질은 비중 3.
배합수는 수돗물을 사용하였으며, 골재 중 천연골재는 KS F 2527에 만족하는 쇄석과 쇄사를 사용하였고 순환골재는 순환골재 품질기준에 만족하는 충청북도 D사의 순환 굵은 골재를 사용하였다. 콘크리트용 화학 혼화제는 G사의 일반 고성능 AE감수제와 순환골재용으로 별도로 개발한 H사의 순환골재용 고성능 AE감수제를 사용하였다.

이론/모형

또한 경화된 콘크리트의 특성은 재령 3, 7, 28일에 압축강도 시험을 KS 규격에 따라 측정하였고 건조수축 평가를 위하여 KS F 2424에 따라 다이얼게이지 방법으로 측정하여 실험을 실시하였다. 다이얼 게이지는 KS B 5207의 규정에 맞는 것을 사용하였으며 시험체의 크기는 100×100×400㎜로 하였다.
순환골재를 사용하여 배치플랜트로 생산 시 혼합 신뢰도를 평가하기 위하여 KS F 2455의 굵은 골재량의 변화율 시험을 실시하였고 굳지 않은 콘크리트의 특성을 알아보기 위해 슬럼프, 공기량을 KS 기준에 따라 0, 30, 60분 측정하였다.

성능/효과

1) 슬럼프에서는 일반 고성능 AE감수제 사용 시 순환 굵은 골재의 치환율이 증가할수록 초기 슬럼프가 저하되는 것으로 나타났으며, 경시 변화는 치환율이 증가할수록 Plain보다 슬럼프 감소가 높아지는 것으로 나타났다. 그러나 유지제가 높은 순환골재용 고성능 AE감수제 사용할 경우에는 초기는 Plain과 유사하였으나 60분 경시 변화에서는 Plain의 40mm 감소보다 오히려 개선된 15~20mm의 감소를 나타내어 순환골재 콘크리트 제조 시에는 유지제가 높은 혼화제 사용이 필요할 것으로 판단되었다.
2) 압축강도는 순환골재용 고성능 AE감수제 사용 시 순환 굵은 골재 30~50% 치환에서 Plain 대비 약 2~9% 강도가 증가하는 경향을 보였으나 일반 고성능 AE감수제 사용 시에는 순환 굵은 골재 30, 40% 치환에서 압축강도 차이가 Plain과 유사하였으나 50% 치환에서는 강도가 약 10% 감소되어 향후 일반 고성능 AE감수제와 순환 굵은 골재를 50% 사용할 경우에는 강도 저하에 대한 대비가 필요할 것으로 판단된다.
3) 순환 굵은 골재를 사용한 콘크리트의 균질한 혼합을 위해 실시한 KS F 2455의 실험에서 순환 굵은 골재를 30~50% 치환할 경우 최소 60초 이상은 혼합하여야 균질한 혼합의 기준이 되는 콘크리트 중의 단위 굵은 골재량의 차 5% 이하에 만족하는 값을 얻을 수 있을 것으로 판단되었다.
4) 건조수축에서는 일반 고성능 AE감수제 사용에서 순환 굵은 골재 30~50% 치환 시 재령 12주에서 Plain 대비 각각 44, 36, 64% 길이 변화가 증가하였으며, 순환골재용 고성능 AE감수제 사용에서는 순환 굵은 골재 30~50% 치환 시 재령 12주에서 Plain 대비 각각 약 29, 18, 7%로 길이 변화가 감소되어 건조수축이 개선되었다. 이는 순환 골재용 고성능 AE감수제 내에 건조수축을 개선할 수 있는 수축저감제가 콘크리트의 건조수축을 억제하였기 때문으로 판단된다.
건축물의 용적률 및 높이 완화 적용 범위는 콘크리트용 순환골재의 용적 사용 비율이 15% 이상일 경우 5% 완화, 20% 이상일 경우 10% 완화, 25% 이상일 경우 15% 완화가 가능하다.
배치플랜트로 혼합 시 천연골재만 사용할 경우에는 30, 45, 60, 90초 모두에서 굵은 골재량의 변화율 기준인 5% 이하를 만족하는 결과를 나타내어 30초 혼합에서도 혼합성능이 양호함을 알 수 있었다. 순환 굵은 골재 30% 치환에서는 30, 45초에서 각각 6.
32%로 혼합시간 60초 이상부터는 혼합이 양호하게 나타났다. 순환 굵은 골재 40% 치환에서는 30, 45초에서 30% 치환 때보다 각각 2.13, 0.53% 높게 나타났다. 60, 90초에서는 5% 기준에 만족하였고 변화율도 30% 치환과 유사한 결과를 나타내었다.
순환골재용 고성능 AE감수제를 사용할 경우에는 재령 1주에서 순환 굵은 골재 30, 40, 50% 치환 시 Plain 대비 각각 35, 22, 34% 감소하였고 재령 2주에서는 각각 23, 13, 5% 감소하였으며, 재령 4, 8주는 재령 2주와 유사한 감소율을 보였다. 재령 12주에서는 30% 치환 시 Plain 대비 29%, 40% 치환 시 18%, 50% 치환 시 7%로 순환 굵은 골재 치환율이 증가할수록 감소율은 작아지는 것으로 나타났으나 50%까지 Plain보다 건조수축이 개선되었음을 알 수 있었다.

후속연구

상기와 같이 순환 굵은 골재 30, 40, 50% 치환한 콘크리트의 품질 제고를 위해서는 유지제가 높고 수축저감제가 함유되어 있는 순환골재용 고성능 AE감수제를 사용하여야 할 것으로 판단되며, 향후 건축물의 주요 구조 부에 고품질 순환골재 콘크리트의 안전한 적용이 가능할 것으로 판단된다.
이에 순환골재 콘크리트를 생산할 경우에는 건축물에서의 건조수축 균열을 억제하기 위해서 일반 고성능 AE감수제가 아닌 수축저감제가 함유되어 있는 순환골재용 고성능 AE감수제를 사용하여야 할 것으로 판단된다.

참고문헌 (7)

Lee, J., Lee, B. C., Cho, Y. K., and Jung, S. H. (2016), Chloride diffusivity of concrete using recycled aggregate by strength levels, Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection, 20(2), 102-109.
Ryou, J. S. (2003), An experimental study on the effect of recycled aggregate on concrete properties, Magazine of concrete Research, 54(1), 7-12.
Silva, R. V., de Brito, J., and Dhir, R. K. (2014), Properties and composition of recycled aggregates from construction and demolition waste suitable for concrete production, Construction and Building Materials, 65(29), 201-217.
Katz, A. (2003), Properties of concrete made with recycled aggregate from partially hydrated old concrete, Cement and Concrete Research, 33, 703-711.

상세보기
Korean Ministry of Environment (2014), Basic plan for recycling construction waste (2nd).
Lee, W. S., Yun, H. D., Kim, S. W., Choi, K. S., You, Y. C., and Kim, K. H. (2007), The Effect of replacement ratio of recycled coarse aggregate on shear strength of reinforced concrete beams without shear reinforcement, Journal of the Architectural Institute of Korea Structure & Construction, 23(10), 3-10.
Nam, J. W., Kim, H. J., Kim, S. B., Kim, J. H. Jay and Byun, K. J. (2007), Evaluations of Structural Performance of Recycled Aggregate Concrete According to Replacement Ratios, Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute, (4), 54-64.

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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