[논문]회수수를 사용한 경량골재 모르타르의 강도, 건조수축 및 중성화 특성에 관한 연구

오태규; 김지환; 배성호; 최세진

doi:10.5345/jkibc.2020.20.5.391

회수수를 사용한 경량골재 모르타르의 강도, 건조수축 및 중성화 특성에 관한 연구
A Study on the Strength, Drying Shrinkage and Carbonation Properties of Lightweight Aggregate Mortar with Recycling Water 원문보기

한국건축시공학회지 = Journal of the Korea Institute of Building Construction, v.20 no.5, 2020년, pp.391 - 397

오태규 (Department of Architectural Engineering, Wonkwang University) , 김지환 (Department of Architectural Engineering, Wonkwang University) , 배성호 (Department of Architectural Engineering, Wonkwang University) , 최세진 (Department of Architectural Engineering, Wonkwang University)

초록
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본 연구는 콘크리트산업 부산물인 회수수의 안정적인 재활용과 경량골재 콘크리트의 활성화를 위한 연구의 일환으로 회수수를 인공경량골재의 프리웨팅수 및 배합수로 적용한 경량골재 모르타르의 특성을 비교·분석하였다. 연구결과 프리웨팅수 및 배합수내의 회수수 농도 5%인 RW5 배합의 압축강도가 약 45.2~53.9MPa 수준으로 모든 재령에서 가장 높은 압축강도를 발현하였다. 인장강도의 경우 회수수 농도에 관계없이 재령 28일에 약 3.4~3.8MPa를 발현하여 압축강도 값의 7~9% 수준으로 나타났으며, 건조수축의 경우 RW2.5배합에서 재령 56일에 약 0.107%로서 가장 낮은 수축률을 나타내었다. 또한 촉진중성화 시험 결과 RW5 배합에서 약 1.75mm로 다른 배합에 비해 낮은 촉진 중성화 깊이를 나타내어 본 연구 대상인 경량골재 모르타르의 경우 회수수 농도 5% 수준에서 우수한 압축강도특성과 중성화 저항성을 나타내었다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study is to compare and analyze the strength, drying shrinkage and carbonation properties of lightweight aggregate mortar using recycling water as prewetting water and mixing water. The flow, compressive strength, split tensile strength, drying shrinkage and carbonation depth of lightweight aggregate mortar with recycling water were measured. As test results, the mortar flow was similar in all mixes regardless of the recycling water content. The compresseive strength of the RW5 mix with 5% recycling water as prewetting water and mixing water was the highest value, about 53.9 MPa after 28 days. In addition, the tensile strength of lightweight mortar was about 3.4 to 3.8 MPa, indicating 7 to 9% of the compressive strength value regardless of recycling water content. In the case of drying shrinkage, the RW2.5 mix using 2.5% recycling water showed the lowest shrinkage rate as about 0.107% at 56 days. The drying shrinkage of the plain mix without recycling water was relatively higher than the RW2.5 and RW5 mix. The RW5 mix showed lowest carbonation depth compared to other mixes. In this study, the RW5 lightweight aggregate mortar with 5% recycling water exhibits excellent compressive strength and carbonation resistance. Therefore, it is considered that if the recycling water, a by-product of the concrete industry, is properly used as prewetting water and mixing water of lightweight mortar and concrete, it will be possible to increase the recycling rate of the by-product and contribute to improve the property of lightweitht aggregate mortar and concrete.

주제어

표/그림 (13)

그림 Figure 1. Recycling water diagram
그림 Figure 2. Shape and SEM image of lightweight aggregate
표 Table 3. Physical properties of lightweight aggregate
표 Table 1. Sludge composition
표 Table 2. Chemical composition of cement
표 Table 4. Sieve analysis of lightweight aggregate
표 Table 5. Mix proportions and test items
표 Table 6. Measurement items
그림 Figure 3. Mortar flow
그림 Figure 4. Compressive strength
그림 Figure 5. Split-tensile strength
그림 Figure 6. Drying shrinkage
그림 Figure 7. Carbonation depth

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 레미콘산업 부산물인 회수수의 안정적인 재활용과 경량골재 콘크리트의 활성화를 위한 연구의 일환으로 인공경량골재의 프리웨팅수 및 배합수로 회수수를 사용한 경량골재 모르타르의 유동성, 압축강도, 쪼갬인장강도, 건조수축 및 중성화특성 등을 비교·분석하였다.
본 연구는 콘크리트산업 부산물인 회수수의 안정적인 재활용과 경량골재 콘크리트의 활성화를 위한 연구의 일환으로 회수수를 인공경량골재의 프리웨팅수 및 배합수로 적용한 경량골재 모르타르의 특성을 비교·분석한 것으로 다음과 같은 결론을 얻었다.

제안 방법

Table 1은 본 연구에 사용된 슬러지의 조성을 나타낸 것으로 본 실험에 사용된 회수수는 기존 문헌[7]을 참고하여 시멘트와 미립분(<0.15mm)을 4:1로 혼합하여 제조한 모르타르를 1시간 동안 방치 후 각각의 슬러지 농도로 회수수를 제조한 후 각 배합의 프리웨팅수 및 배합수로 사용하였다.
Table 5는 실험배합 및 계획을 나타낸 것으로 본 연구에서는 각 배합의 프리웨팅수 및 배합수로 회수수 농도를 0(Plain), 2.5, 5.0, 7.5 및 10%로 설정하여 회수수 농도에 따른 경량골재 모르타르의 각종 특성을 비교·분석하였다.
건조수축의 경우 KS F 2424[15] “모르타르 및 콘크리트의 길이변화 시험방법”에 준하여 Figure 3과 같은 컨텍트 게이지를 사용하여 측정하였으며 중성화 시험은 KS F 2584[16] “콘크리트의 촉진 탄산화 시험방법”에 따라 CO2 농도 5% 환경 하에서 촉진 중성화시험 챔버를 사용하여 소요 재령까지 촉진 중성화 시킨 후 페놀프탈레인 용액을 이용하여 중성화 깊이를 측정하였다.
물 시멘트비(W/C)는 45%로 고정하였으며, 인공경량골재의 프리웨팅 시간은 선행연구[10]를 준용하여 24시간으로 설정하였다. 또한 각 배합은 콘크리트 배합을 기준으로 모르타르 실험을 위해 콘크리트 배합에서 굵은골재를 제외한 모르타르 배합에 대하여 실험을 진행하였으며 양생의 경우 소요 재령까지 20℃ 수중양생을 실시하였다.
5 및 10%로 설정하여 회수수 농도에 따른 경량골재 모르타르의 각종 특성을 비교·분석하였다. 물 시멘트비(W/C)는 45%로 고정하였으며, 인공경량골재의 프리웨팅 시간은 선행연구[10]를 준용하여 24시간으로 설정하였다. 또한 각 배합은 콘크리트 배합을 기준으로 모르타르 실험을 위해 콘크리트 배합에서 굵은골재를 제외한 모르타르 배합에 대하여 실험을 진행하였으며 양생의 경우 소요 재령까지 20℃ 수중양생을 실시하였다.

대상 데이터

본 연구에 사용된 시멘트는 국내 A사 보통포틀랜드 시멘트(OPC)가 사용되었으며 인공경량골재는 석탄회, 준설토 등을 약 1.100~1.200℃로 소성하여 제조한 국내 N사 제품을 사용하였다. Figure 2는 본 연구에 사용된 인공경량골재의 성상 및 SEM 이미지를 나타낸 것으로 둥근입형과 함께 골재 내부에 다량의 공극이 함유되어 있는 것을 알 수 있다.

이론/모형

골재의 흡수율 및 조립율은 KS F 2529[11] 및 2502[12] 규정에 준하여 측정하였으며, 모르타르 플로우, 압축강도 및 인장강도는 KS L 5105[13] 및 KS F 2423[14] 시험방법에 준하여 측정하였다. 강도시험 값은 시험체 3개의 평균값으로 산정하였다.

성능/효과

1) 모르타르 플로우의 경우 회수수 농도에 관계없이 모든 배합에서 대체적으로 유사하게 나타났으며 압축강도의 경우 프리웨팅수 및 배합수내의 회수수 농도 5%인 RW5 배합이 모든 재령에서 가장 높은 압축강도를 발현하였다.
2) 인장강도의 경우 회수수 농도에 관계없이 재령 28일에 약 3.4~3.8MPa 수준을 발현함으로써 압축강도 값의 약 7~9%로 나타났다.
3) 회수수를 사용한 경량골재 모르타르의 건조수축변화는 RW2.5 배합에서 가장 낮은 수축률을 나타내었으며 RW5 배합의 경우에도 Plain 배합에 비해 낮은 수축률을 나타냄으로서 경량골재 모르타르 및 콘크리트의 건조수축을 고려할 때 회수수 농도는 5%이하가 적절할 것으로 판단된다.
4) 경량골재 모르타르의 촉진 중성화 시험 결과 RW5 배합에서 약 1.75mm로 다른 배합에 비해 낮은 촉진 중성화 깊이를 나타내었다.
5) 본 연구결과, 콘크리트산업 부산물인 회수수를 인공경량골재의 프리웨팅수 및 배합수로 적절히(본 연구 수준의 경우 5% 농도) 혼입할 경우 회수수의 재활용율을 높이고 경량골재 모르타르 및 콘크리트의 성능 향상에도 기여할 수 있을 것으로 판단된다.
8MPa 수준의 양호한 압축강도를 발현하고 있다. 그러나, 프리웨팅수 및 배합수내의 회수수 농도 10%인 RW10 배합은 모든 재령에서 가장 낮은 압축강도를 발현하고 있는데, 이는 회수수를 적절히 사용할 경우 압축강도가 향상되는 측면이 있으나 슬러지 고형분율이 큰 회수수의 사용량이 많을 경우 재령의 경과에 따라 풍화된 시멘트 미립분량이 증가함에 따라 강도증진을 저해하는 요소로 작용하여 강도발현이 저하 한다는 기존 연구결과[17]와 유사한 경향으로서 따라서 콘크리트산업 부산물인 회수수를 인공경량골재의 프리웨팅수 및 배합수로 적절히 (본 연구 수준의 경우 5% 농도) 혼입할 경우 회수수의 재활용율을 높이고 경량골재 모르타르 및 콘크리트의 압축강도 향상에도 기여할 수 있을 것으로 사료된다.
5, RW5 배합에 비해 상대적으로 높게 나타났다. 그러나, 프리웨팅수 및 배합수내의 회수수 농도가 7.5% 이상인 RW7.5, RW10 배합의 경우 재령 56일의 건조수축량이 약 0.15%로 다른 배합에 비해 높은 수축률을 나타내고 있는데, 이는 회수수 농도에 따라 회수수내의 고형분과 미립분의 공극충전효과로 인한 수축저감측면[19,20]과 고형분의 과다로 인한 수축량 증가측면[3]이 복합적으로 작용한 결과로 사료되며 본 연구 수준의 경우 회수수 농도가 7.5% 이상이 될 때 수축량이 증가하는 경향이 큰 것으로 나타났다. 따라서 경량골재 모르타르 및 콘크리트의 건조수축을 고려할 경우에도 회수수 농도는 5%이하가 적절할 것으로 사료된다.
5% 이상이 될 때 수축량이 증가하는 경향이 큰 것으로 나타났다. 따라서 경량골재 모르타르 및 콘크리트의 건조수축을 고려할 경우에도 회수수 농도는 5%이하가 적절할 것으로 사료된다.
3MPa로 상대적으로 가장 낮은 압축강도를 발현하였다. 본 연구수준의 경우, 프리웨팅수 및 배합수내의 회수수 농도 5%인 RW5 배합의 압축강도가 약 45.2~53.9MPa 수준으로 모든 재령에서 가장 높은 압축강도를 발현하였으며 RW7.5 배합의 경우에도 약 41.3~50.8MPa 수준의 양호한 압축강도를 발현하고 있다. 그러나, 프리웨팅수 및 배합수내의 회수수 농도 10%인 RW10 배합은 모든 재령에서 가장 낮은 압축강도를 발현하고 있는데, 이는 회수수를 적절히 사용할 경우 압축강도가 향상되는 측면이 있으나 슬러지 고형분율이 큰 회수수의 사용량이 많을 경우 재령의 경과에 따라 풍화된 시멘트 미립분량이 증가함에 따라 강도증진을 저해하는 요소로 작용하여 강도발현이 저하 한다는 기존 연구결과[17]와 유사한 경향으로서 따라서 콘크리트산업 부산물인 회수수를 인공경량골재의 프리웨팅수 및 배합수로 적절히 (본 연구 수준의 경우 5% 농도) 혼입할 경우 회수수의 재활용율을 높이고 경량골재 모르타르 및 콘크리트의 압축강도 향상에도 기여할 수 있을 것으로 사료된다.
Figure 3은 회수수 농도에 따른 경량골재 모르타르의 플로우 변화를 나타낸 것으로 그림에서 볼 수 있듯이 회수수 농도에 관계없이 모든 배합에서 대체적으로 유사한 플로우 값을 나타내고 있다. 회수수를 혼입하지 않는 Plain 배합의 경우 모르타르 플로우 값이 약 205mm 수준으로 나타났으며 회수수를 사용한 배합의 모르타르 플로우 값은 약 197~205mm 수준으로 나타나 본 연구수준의 경우 회수수를 인공경량골재의 프리웨팅수 및 배합수로 사용해도 모르타르의 유동성에는 별다른 영향은 주지 않는 것으로 나타났다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	회수수는 무엇으로 구분할 수 있는가?	최근 전세계적으로 환경보존에 대한 중요성이 크게 부각되고 있으며 건설산업분야에 있어서도 환경오염 방지를 위한 노력과 건설산업 부산물의 활용증대를 위한 연구개발이 활발히 진행되고 있다[1-6]. 회수수는 레미콘산업에서 다량으로 배출되는 대표적인 건설산업 부산물 중 하나로서 크게 상징수와 슬러지수로 구분할 수 있으며 국내의 경우 매년 약 2천만톤 가량의 회수수가 발생되고 있다. Figure 1은 회수수의 모식도를 나타낸 것으로 KS F 4009에는 회수수 관련 용어로서 회수수, 슬러지수, 상징수, 슬러지, 슬러지 고형분, 슬러지 고형분율 등으로 구분하고 있다[5].
	본 연구에서 회수수를 인공경량골재의 프리웨팅수 및 배합수로 적용한 경량골재 모르타르의 특성을 비교 분석한 결과 어떤 배합에서 가장 높은 압축강도가 발현되었는가?	본 연구는 콘크리트산업 부산물인 회수수의 안정적인 재활용과 경량골재 콘크리트의 활성화를 위한 연구의 일환으로 회수수를 인공경량골재의 프리웨팅수 및 배합수로 적용한 경량골재 모르타르의 특성을 비교·분석하였다. 연구결과 프리웨팅수 및 배합수내의 회수수 농도 5%인 RW5 배합의 압축강도가 약 45.2~53.
	국내의 경우 매년 얼마만큼의 회수수가 발생되는가?	최근 전세계적으로 환경보존에 대한 중요성이 크게 부각되고 있으며 건설산업분야에 있어서도 환경오염 방지를 위한 노력과 건설산업 부산물의 활용증대를 위한 연구개발이 활발히 진행되고 있다[1-6]. 회수수는 레미콘산업에서 다량으로 배출되는 대표적인 건설산업 부산물 중 하나로서 크게 상징수와 슬러지수로 구분할 수 있으며 국내의 경우 매년 약 2천만톤 가량의 회수수가 발생되고 있다. Figure 1은 회수수의 모식도를 나타낸 것으로 KS F 4009에는 회수수 관련 용어로서 회수수, 슬러지수, 상징수, 슬러지, 슬러지 고형분, 슬러지 고형분율 등으로 구분하고 있다[5].

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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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