[논문]페로니켈 슬래그 잔골재가 혼입된 콘크리트의 강도 평가

최민건; 손진수; 조봉석; 이진영

doi:10.5389/ksae.2022.64.4.065

페로니켈 슬래그 잔골재가 혼입된 콘크리트의 강도 평가
Strength Evaluation of Concrete Containing Ferronickel Slag Aggregate 원문보기

한국농공학회논문집 = Journal of the Korean Society of Agricultural Engineers, v.64 no.4, 2022년, pp.65 - 72

최민건 (Major in Agricultural Civil Engineering, School of Agricultural Civil & Bio-Industrial Engineering, Kyungpook National University) , 손진수 (Major in Agricultural Civil Engineering, School of Agricultural Civil & Bio-Industrial Engineering, Kyungpook National University) , 조봉석 (RIST Resources Recycling Cell) , 이진영 (School of Agricultural Civil & Bio-Industrial Engineering, Kyungpook National University)

Abstract ▼ AI-Helper

For sustainable development in the construction industry, blast furnace slag has been used as a substitute for cement in concrete. In contrast, ferronickel slag, which is the by-product generated during smelting to ferronickel used in the manufacturing of stainless steel and nickel alloys, has a limitation to use as a binder and an aggregate due to its expansive characteristics. Recently, stabilization technology of ferronickel slag has been improved and studies have been carried out to utilize ferronicke slag as fine aggregate in concrete. Therefore, in this study, basic mechanical properties of concrete used in ferronickel slag aggregate was evaluated. The compressive strength (24, 30, 40 MPa) and replacement rate of ferronickel slag aggregate (0, 10, 25, 50%) were considered as experimental variables. As a result of test, concrete replaced fine aggregate with 25% ferronickel slag aggregate showed superior performance in the compressive strength and flexural strength.

주제어

표/그림 (14)

그림 Fig. 1 Ferronickel slag aggregate (2.5∼5.0 mm)
표 Table 1 Physical properties of FNS
표 Table 2 Chemical properties of FNS (%)
그림 Fig. 2 XRD pattern 20∼40° 2θ(a)
그림 Fig. 3 SEM EDS image of FNS
표 Table 3 Chemical properties of OPC (%)
표 Table 4 Compressive strength of OPC
그림 Fig. 4 Set-up of chloride meter
표 Table 5 Concrete mix proportion
그림 Fig. 5 Test results of chloride meter
그림 Fig. 6 Test result of alkali potential reaction
그림 Fig. 7 Compressive strength of specimens
그림 Fig. 8 Test results of slump test
그림 Fig. 9 Flexural strength of specimens

AI 본문요약
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문제 정의

본 실험에서는 페로니켈 슬래그 잔골재 혼입률 증가에 따른 삼성분계 혼합콘크리트의 강도 특성에 대한 영향을 분석하고자 한다. 이를 위해 슬럼프, 염화물, 공기량 실험에 대해서는 굳지 않은 콘크리트를 사용하였으며, 페로니켈 슬래그 잔골재에 대해서는 알칼리 잠재반응 시험을 통하여 적합성을 확인하였다.

제안 방법

5 %로 하였다. 또한 전체 골재대비 잔골재율은 58.5, 57.5, 56.5%로 기본 배합비로하여 0, 10, 25, 50%의 비율로 변화시키면서 페로니켈 슬래그 잔골재 혼입률 변화에 따른 압축강도를 측정하였다. 본 실험에 사용한 배합설계비는 Table 5에 나타내었다.
이를 위해 슬럼프, 염화물, 공기량 실험에 대해서는 굳지 않은 콘크리트를 사용하였으며, 페로니켈 슬래그 잔골재에 대해서는 알칼리 잠재반응 시험을 통하여 적합성을 확인하였다. 또한 페로니켈 슬래그 잔골재 혼입률에 따른 특성을 확인하기 위해 페로니켈 슬래그가 혼입된 일반 콘크리트 시험체를 사용하여 실험을 수행하였다.
본 실험에서는 페로니켈 슬래그 잔골재 첨가량을 0%, 15%, 25%, 50% 치환 배합된 콘크리트를 각 시험 규정에 맞게 시험체를 제작하였다. 탈형 이후 항온수조(20 ± 2ºC)에 수중양생을 하여 보관하였으며 이후 압축강도시험(KS F 2405)을 통해서 재령별(7, 14, 28일) 강도 변화를 비교하였고, 휨강도 시험(KS F 2408)에 대해서는 재령 28일에 대한 결과 값을 평가하였다.
본 실험에서는 페로니켈 슬래그 잔골재를 활용한 최적의 설계배합 강도에 대한 연구를 통하여 현장 적용성에 대한 평가를 하기 위해 각기 다른 설계강도에 대한 페로니켈 슬래그 잔골재를 혼입하여 비교하였고, 이를 위하여 염화물 시험, 압축강도 시험, 휨강도 시험을 통하여 비교, 분석하였다. 또한 사용된 재료에 대한 물리적 화학적 특징을 비교하여 재료의 특성 및 안정성에 대한 특성을 연구한 결과는 다음과 같다.
본 실험에서는 페로니켈 슬래그 잔골재 혼입률 증가에 따른 삼성분계 혼합콘크리트의 강도 특성에 대한 영향을 분석하고자 한다. 이를 위해 슬럼프, 염화물, 공기량 실험에 대해서는 굳지 않은 콘크리트를 사용하였으며, 페로니켈 슬래그 잔골재에 대해서는 알칼리 잠재반응 시험을 통하여 적합성을 확인하였다. 또한 페로니켈 슬래그 잔골재 혼입률에 따른 특성을 확인하기 위해 페로니켈 슬래그가 혼입된 일반 콘크리트 시험체를 사용하여 실험을 수행하였다.
페로니켈 슬래그 잔골재를 혼입한 삼성분계 혼합콘크리트의 휨강도에 미치는 영향을 평가하기 위해 24, 30, 40 MPa 시험체에 0, 10, 25, 50%의 잔골재 혼입률로 설계 배합하여 재령 28일 기준 휨강도 실험을 수행하였다. Fig.

대상 데이터

실험에 사용된 페로니켈 슬래그 잔골재는 수도시설을 통해서 급격하게 냉각된 수쇄 슬래그(프라임 샌드) 잔골재 (KS F 2573)이며 5 mm이하로 입도가 조정된 왕사 (2.5∼5.0 mm) FNS5를 사용하였다
압축강도 시험은 페로니켈 슬래그 잔골재 첨가한 시험체를 제작하였고, 치수는 L : 100 x H : 200 mm 원형으로 제작되었다. 시험방법은 KS F 2405에 규정에 따라서 실시하였다.
페로니켈 슬래그 잔골재 혼합 콘크리트 배합에 있어서 시멘트 사용량은 설계 배합강도 24, 30, 40 MPa 대해서 13.6, 16.1, 18.1%로 하였으며, 물시멘트비는 51.5, 43.5, 38.5 %로 하였다. 또한 전체 골재대비 잔골재율은 58.

이론/모형

KS F 2545에 따라 페로니켈 슬래그 잔골재는 0.15 mm 이상 0.3 mm 이하 크기로 파쇄한 뒤 노르말농도 1의 수산화나트륨(NaOH)용액과 혼합되어 80ºC의 항온수조에서 24시간 보관되었다.
KS F 4009에 규정에 따라 페로니켈 슬래그 잔골재 첨가량에 따른 염화물 함량이 측정되었다. 시험에는 염화물 분석 장비 New Dy-2501α(대윤계기산업, 서울, 대한민국)가 사용되었다.
압축강도 시험은 페로니켈 슬래그 잔골재 첨가한 시험체를 제작하였고, 치수는 L : 100 x H : 200 mm 원형으로 제작되었다. 시험방법은 KS F 2405에 규정에 따라서 실시하였다.
탈형 이후 항온수조(20 ± 2ºC)에 수중양생을 하여 보관하였으며 이후 압축강도시험(KS F 2405)을 통해서 재령별(7, 14, 28일) 강도 변화를 비교하였고, 휨강도 시험(KS F 2408)에 대해서는 재령 28일에 대한 결과 값을 평가하였다.
페로니켈 슬래그 잔골재 알칼리 잠재반응 시험은 KS F 2545에 규정에 따라서 실시하였다. KS F 2545에 따라 페로니켈 슬래그 잔골재는 0.
휨강도 시험은 페로니켈 슬래그 잔골재 첨가량에 따라서 제작하였고, 시험체는 1,00 × 1,00 × 400 mm 사각기둥으로 제작하여 KS F 2408에 규정에 따라서 실시하였다

성능/효과

1) 페로니켈 슬래그 잔골재를 혼입한 콘크리트의 압축강도 발현은 혼입하지 않은 시험체에 비해서 상대적으로 높은 강도를 나타내었다. 특히 페로니켈 슬래그 잔골재 25%를 혼입한 시험체의 경우 재령 7일에서 설계강도보다 약 3∼15 % 높은 압축강도가 발현되었으며 재령 28일 기준으로 압축강도를 측정한 결과 가장 높은 강도가 발현되는 것으로 나타났다.
2) 휨강도 시험결과 페로니켈 슬래그 잔골재를 혼입한 24 MPa, 30 MPa에 대해서 25%를 혼입한 시험체의 경우 압축강도 시험과 같이 상대적으로 높은 강도를 나타내었다. 하지만 40 MPa의 경우 페로니켈 슬래그 잔골재를 혼입하지 않은 시험체가 혼입한 시험체들에 비해서 휨강도가 높게 나오는 것으로 나타났다.
, 2015). 24, 30 MPa의 시험체에서 혼입률 25%의 시험체에서 가장 높은 휨강도가 나타났다. 각각 4.
3) 페로니켈 슬래그 잔골재를 콘크리트에 혼입하는 방안은 콘크리트의 압축강도, 휨강도를 증가시키기 위한 방안으로 사용될 수 있으며, 또한 페로니켈 슬래그 잔골재를 혼입함에 따라 천연골재 부족도 완화 시킬 수 있을 것으로 보인다. 본 논문에서 제시하는 최적의 페로니켈 슬래그 잔골재 혼입율은 25%이다.
Fig. 9에 나타난바와 같이 40 MPa의 시험체의 경우 페로니켈 슬래그 잔골재를 혼입하지 않은 시험체의 경우가 가장 높은 휨강도 결과(5.92 MPa)를 나타내었으며, 혼입률이 증가될수록 강도가 약 2.7, 5, 7% 감소하는 경향을 나타내었다. 이는 페로니켈 슬래그 잔골재의 혼입량 증가에 따른 표면의 유리질 피막 특성에 의해 페이스트간의 부착력이 낮아지는 영향에 따라 강도가 저하된다는 선행 연구와 경향과 일치하는 것을 알 수 있다(Kim et al.
24, 30 MPa의 시험체에서 혼입률 25%의 시험체에서 가장 높은 휨강도가 나타났다. 각각 4.9 MPa, 4.4 MPa에서 5.6 MPa로 약 14.3%, 27.3% 증가하였고, 혼입률 50%의 시험체는 혼입률 25%의 시험체에 비해 휨강도가 저하되는 경향을 나타내었다. 이러한 결과는 40 MPa 시험체의 페로니켈 슬래그 혼입율에 따른 강도저하를 뒷받침하는 선행연구와 달리 본 시험에서 사용된 페로니켈 슬래그의 분말도에 영향을 받은 것으로 보인다.
3) 페로니켈 슬래그 잔골재를 콘크리트에 혼입하는 방안은 콘크리트의 압축강도, 휨강도를 증가시키기 위한 방안으로 사용될 수 있으며, 또한 페로니켈 슬래그 잔골재를 혼입함에 따라 천연골재 부족도 완화 시킬 수 있을 것으로 보인다. 본 논문에서 제시하는 최적의 페로니켈 슬래그 잔골재 혼입율은 25%이다. 페로니켈 슬래그의 보편적인 사용과 천연골재 부족 완화를 위해 최적 분말도 및 혼입율은 추후 연구가 더 필요하다.
6에 나타내었다. 용해 실리카량(SC)의 경우 41.1 mmol/L 이였고, 알칼리 농도 감소량(RC)는 173.4 mmol/L로서 잔골재로서 적합한 것으로 나타났다. 이는 선행 연구와 일치하는 것으로 판단된다(Kim et al.
특히 페로니켈 슬래그 잔골재 25%를 혼입한 시험체의 경우 재령 7일에서 설계강도보다 약 3∼15 % 높은 압축강도가 발현되었으며 재령 28일 기준으로 압축강도를 측정한 결과 가장 높은 강도가 발현되는 것으로 나타났다.
이러한 결과는 40 MPa 시험체의 페로니켈 슬래그 혼입율에 따른 강도저하를 뒷받침하는 선행연구와 달리 본 시험에서 사용된 페로니켈 슬래그의 분말도에 영향을 받은 것으로 보인다. 페로니켈 슬래그를 미분말로 파쇄할 경우 표면의 유리질 피막 특성이 적게 나타나 휨강도 24, 30 MPa의 시험체에서 압축강도와 유사하게 페로니켈 슬래그 혼입율이 증가할수록 강도가 증가하였으나 50%의 혼입율에서는 강도저하가 나타났다. 그러나 휨강도의 경우 40 MPa 시험체에서 이러한 경향이 나타나지 않고 페로니켈 슬래그 혼입율이 증가할수록 강도가 저하되는 경향을 보였다.

후속연구

본 논문에서 제시하는 최적의 페로니켈 슬래그 잔골재 혼입율은 25%이다. 페로니켈 슬래그의 보편적인 사용과 천연골재 부족 완화를 위해 최적 분말도 및 혼입율은 추후 연구가 더 필요하다.

참고문헌 (21)

Choi, Y. W., M. S. Park, K. M. Lee, S. H. Bae and J. S. Kim, 2011. Evaluation of optimum mixing rate and durability of concrete using water granulated slag fine aggregate. Journal of the Korea Recycled Construction Resources Institute (13) 120-127. (in Korean).
Cho, B. S., H. H. Ha, Y. W. Choi, D. C. Park, and Y. C. Choi, 2014. A study on performance of concrete using FeNI slag aggregate. Proceedings of Korea Concrete Institute Fall Conference 26(2): 583-584. (in Korean).
Lim, B. G., 2017. A Study on the Mechanical Properties and Durability for the Mortar Using Modified Ferronickel Slag fines. MS thesis, Seoul: Sangmyung University. (in Korean).
Kim, J. S., E. S. Park, K. Y. Ann, and W. J. Cho, 2021. A study on the fundamental properties of mortar mixed with converter slag and ferronickel slag. Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute 9(2): 152-160. (in Korean).

원문보기 상세보기
Lee, J., and C. Park, 2010. Effect of blast furnace slag, hwang-toh and reinforcing fibers on the physical and mechanical properties of porous concrete using blast furnace slag coarse aggregate. Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers 52(5): 53-60. (in Korean).

원문보기 상세보기
Kim, K. H., and H. R. Jung, 2009. An Physical Disturbance on Sand Mining in Sandy River. Journal of Civil and Environmental Engineering Research (4): 2470-2473. (in Korean).
Kim. P. S., 2013. The Study on Performance Evaluation of Eco-Friendly Concrete Using Ferro-Nickel Slag for Fine Aggregate. MS thesis, Seoul: Han Yang University. (in Korean).
Kim, W. J., S. B. Hong, P. S. Kim, and B. S. Cho, 2012. Research on the concrete using ferro-nickel slag for fine aggregate. Proceedings of Korea Concrete Institute Spring Conference 24(1): 49-51. (in Korean).
Kim. H. S., 2015. Characteristics of Eco-Friendly Concrete Using Ferronickel slag Fine Aggregates. MS thesis, Suwon: Sungkyunkwan University. (in Korean).
Koo, J. W., 2020. A Study on the Properties of Concrete by the Replacement Rate of Ferro-nickel Slag. MS thesis, Seosan: HanSeo University. (in Korean).
Baoyu, L., L. Guoxing, W. Guiyu, Z. Guofeng, and Y. Man, 2022. Research on CART model of mass concrete temperature prediction based on big data processing technology. IEEE Access 10: 32845-32854.

상세보기
El-Mir, A., J. J. Assaad, S. G. Nehme, and H. El-Hassan, 2022. Correlating strength and durability to time-temperature profiles of high-performance mass concrete. Case Studies in Construction Materials 16: e01055.

상세보기
Xingbin, Z., R. Hua, Z. Zhong, F. Sha, and G. Yan, 2022. Cracking control of mass concrete slab in nuclear power plant with dynamic curing. ACI Materials Journal, 119(3).

상세보기
Lee, H. C., and J. W. Park, 2017. Extraction of marine aggregate and issues of marine environmental protection. Chungnam Law Review 28: 145-177. (in Korean).
Hong, S. S., and J. Y. Lee, 2020. Analysis of 2019 domestic aggregate production in Korea (I). The Korean Society of Economic and Environmental Geology, 53(6): 755-769. 10.9719/EEG.2020.53.6.755 (in Korean.)

원문보기 상세보기
Kim, Y. U., D. B. Kim, and S. J. Choi, 2018. An experimental study on the setting time and compressive strength of mortar using ferronickel slag powder. Journal of the Korea Institute of Building Construction 18(6): 551-558. (in Korean.)

원문보기 상세보기
Kim, W. Y., 2009. The study on site application of concrete for underwater repair of dam. Journal of the Korean Society of Agricultural Engineers (0): 92-92. (in Korean).
Lee, J., M. Kim, K. Kim, J. Cho, and T. Shin, 2011. Development of maintenance simulation system and prediction model of chloride ion permeation for marine concrete structures. Journal of the Korean Society of Agricultural Engineers (0): 101-101. (in Korean).
Lee, J., M. Kim, J. Cho, and H. Kim, 2011. Development of maintenance simulation system and prediction model of chloride ion permeation for marine concrete structures. Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers (0): 95-95. (in Korean).
Kim, H. H., C. S. Kim, Y. J. Kim, J. C. Jeon, S. M. Jeon, H. D. Kim, and C. G. Park, 2016. A study of CO2 reduction effect of modified porous vegetation concret blocks using blast furnace slag. Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers (0): 127-127. (in Korean).
Lee, S. Y., Y. J. Bae, T. Kim, and H. J. Kim, 2013. Simulation system of deterioration of reinforced concrete structure in the marine environment. Journal of the Korean Society of Agricultural Engineers (0): 94-94. (in Korean).

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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