[논문]ASTM C 227과 ASTM C 1260에 따른 쇄석 골재의 알칼리-골재 반응성

전쌍순; 이효민; 진치섭; 황진연; 이진성

문제 정의

이 중에서 암석학적 방법 및 화학법은 비교적 단시간에 판정 가능한 방법이지만 유해광물이 포함되는 경우, 그것이 유해한 피해로 연결될 것인가 여부에 대한 최종적인 판 정은 모르타르 바 법에 의존하는 경우가 많다. 따라서 본 연구에서는 쇄석 골재의 알칼리-골재 반응 성을 평가하는 모르타르 바 시험방법 중 ASTM C 227과 ASTM C 1260을 선택하여 암종 별로 수집 한 12종의 골재들을 대상으로 쇄석 골재의 반응성을 비교, 분석하였다.
1% 이상의 팽창을 나타내는 골재는 없었다. 본 연구에서는 IOWA Department of Transportation에서 알칼리-실리카 반응이 확인된 Mo-Sci Corporation-21 Borosilicate glass rod를 ASTM C 1260으로 16일 만에 반응성을 찾을 수 있는지 확인하기 위해 실험에 포함시켰다. Borosilicate glass rod를 ASTM C 1260 시험방법으로 실험한 결과 그림 5에서 보는 바와 같이 zero reading 후 14일에 0.
이 시험은 시멘트와 골재를 저장하는 동안 각 조합에 따른 모르타르 바의 길이 변화(증감)를 측정 하여, 시멘트와 골재의 배합이 나트륨이나 칼슘과 같은 알칼리의 수산기 이온을 포함한 팽창반응에 미치는 반응도를 측정하는데 있다. 판정의 기준은 6개월에 0.

제안 방법

골재는 경상남도를 중심으로 골재 현황과 지질조사 자료를 이용하여 화성암(심성암, 화산암류), 퇴 적암류 및 변성퇴적기원의 변성암 골재를 생산하는 업체를 방문하여 지질조사를 실시하고 암종을 확인한 후 생산되는 골재를 수집하였다. 그리고, 부산, 경남 지역에 광범위하게 사용되는 하성 기원의 잔 골재인 구포사와 재생 골재를 실험에 포함시켰다(표 2참조).
모르타르 바는 ASTM C 227에 따라 38±2℃의 온도를 유지하고 상대습도 95% 이상을 유지할 수 있는 항온항습실에 보관하였다. 모르타르 바의 길이변화는 재령 24시간, 14일, 1, 2, 3, 4, 5, 6개월에 대해 측정하였다.
본 연구에서는 골재의 물리적 성질을 파악하기 위해 골재의 비중 및 흡수율 시험(KS F 2504), 단위 중량 시험(KS F 2505) 및 골재에 포함된 잔입자 시험任CS F 2511)을 행하였다.
실험에 사용한 재생 골재는 1973년에 가설된 부산 북구 만덕동 덕천 2호교(RC Slab교) 폐 콘크리트를 1998 년 파쇄 재생한 것이다. 수집한 골재는 본 시험에 사용하기 위해 분쇄한 후 체가름 하여 ASTM C 227과 C 1260 의 절차에 부합되도록 표 3과 같이 입도를 맞주었다.
시험 모르타르는 시멘트와 골재를 무게비가 1 : 2.25가 되도록 하고, 물-시멘트비 (W/C)는 0.47로 배합을 하였다. 공시체는 2.

대상 데이터

47로 배합을 하였다. 공시체는 2.5 X 2.5><30cm 치수의 봉을 사용하여 각 골재당 3개의 길이변화 시편을 제작하였다. 모르타르 배합은 표 5와 같다.
25 로 배합수를 첨가하여 플로우치가 105~120%의 (%) (kg) (kg) (kg) 범위가 되게 한다. 공시체는 2.5X2.5X30cm 치수의 봉을 사용하여 각 골재당 5개의 길이변화 시편 을 제작하였다. 모르타르 배합은 표 4와 같다.
골재는 경상남도를 중심으로 골재 현황과 지질조사 자료를 이용하여 화성암(심성암, 화산암류), 퇴 적암류 및 변성퇴적기원의 변성암 골재를 생산하는 업체를 방문하여 지질조사를 실시하고 암종을 확인한 후 생산되는 골재를 수집하였다. 그리고, 부산, 경남 지역에 광범위하게 사용되는 하성 기원의 잔 골재인 구포사와 재생 골재를 실험에 포함시켰다(표 2참조). 실험에 사용한 재생 골재는 1973년에 가설된 부산 북구 만덕동 덕천 2호교(RC Slab교) 폐 콘크리트를 1998 년 파쇄 재생한 것이다.
사용한 시멘트는 국내 S사의 보통 포틀랜드 시멘트로서, 화학성분은 표 1과 같다. 알칼리-골재 반응 에 관련된 시멘트의 화학성분은 주로 K2O와 NazO의 알칼리 성분이며, 본 실험에 사용된 시멘트의 K2。량 은 0.
그리고, 부산, 경남 지역에 광범위하게 사용되는 하성 기원의 잔 골재인 구포사와 재생 골재를 실험에 포함시켰다(표 2참조). 실험에 사용한 재생 골재는 1973년에 가설된 부산 북구 만덕동 덕천 2호교(RC Slab교) 폐 콘크리트를 1998 년 파쇄 재생한 것이다. 수집한 골재는 본 시험에 사용하기 위해 분쇄한 후 체가름 하여 ASTM C 227과 C 1260 의 절차에 부합되도록 표 3과 같이 입도를 맞주었다.

성능/효과

(1) 본 연구에 사용된 골재들의 물성은 암종과 암상에 따른 차이는 물론이고, 동일 암종의 것에서도 광물조성과 조직특성, 입도에 따라 차이가 있었다.
(2) ASTM C 227에 의한 모르타르 바 시험결과 6개월 경과 후 0.1% 이상의 팽창을 나타내는 골재는 없었다.
(3) ASTM C 1260에 의한 모르타르 바 시험결과 zero reading 후 14일에 0.2% 이상의 팽창을 나타내는 반응성 골재는 없었지만 본 실험에 사용된 퇴적암은 잠재적인 반응성이 있는 것으로 보이므로 콘크리트 골재로 사용하기에는 다소 유해 가능성이 있는 것으로 판단된다.
(4) 본 실험에 사용된 퇴적암은 다른 골재보다 높은 팽창을 보였는데, 이는 결정도가 낮은 광물들이 교결물질로 퇴적암에 많이 함유되어 광물들이 화학적으로 불안정함으로 인해 잠재적인 반응성을 보이는 것으로 생각된다.
(5) 이상의 시험결과를 분석하면 본 연구 범위 내에서 시험한 쇄석 골재가 ASTM C 227과 ASTM C 1260의 규정을 모두 만족하는 것으로 나타났다. ASTM C 227에 의해 6개월이 지난 후에도 나타 나지 않은 현상이 ASTM C 1260으로 짧은 기간에 잠재적인 반응성을 나타내는 골재를 알 수 있었다.
ASTM C 227에 의한 모르타르 바 시험결과 그림 6, 8 및 10에서 보는 바와 같이, 초기에는 건조수 축에 의해 수축하다가 다시 원래 길이로 회복하여 팽창하는 경향을 보이고 있으며 6개월 경과 후 0.1% 이상의 팽창을 나타내는 골재는 없었다. 본 연구에서는 IOWA Department of Transportation에서 알칼리-실리카 반응이 확인된 Mo-Sci Corporation-21 Borosilicate glass rod를 ASTM C 1260으로 16일 만에 반응성을 찾을 수 있는지 확인하기 위해 실험에 포함시켰다.
(5) 이상의 시험결과를 분석하면 본 연구 범위 내에서 시험한 쇄석 골재가 ASTM C 227과 ASTM C 1260의 규정을 모두 만족하는 것으로 나타났다. ASTM C 227에 의해 6개월이 지난 후에도 나타 나지 않은 현상이 ASTM C 1260으로 짧은 기간에 잠재적인 반응성을 나타내는 골재를 알 수 있었다. 이처럼 ASTM C 1260에 의한 모르타르 바 시험법은 단기간에 반응성 골재를 확인하는데 유용할 뿐만 아니라 반응이 천천히 일어나는 골재에 대한 유해성을 판정하는데 ASTM C 227에 의한 방법보다 더 효과적인 것으로 판단된다.
본 연구에서는 IOWA Department of Transportation에서 알칼리-실리카 반응이 확인된 Mo-Sci Corporation-21 Borosilicate glass rod를 ASTM C 1260으로 16일 만에 반응성을 찾을 수 있는지 확인하기 위해 실험에 포함시켰다. Borosilicate glass rod를 ASTM C 1260 시험방법으로 실험한 결과 그림 5에서 보는 바와 같이 zero reading 후 14일에 0.25% 이상의 팽창을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. ASTM C 1260에 의한 모르타르 바 시험결과 골재 3(퇴적암)을 제외한 나머지 골재들은 수축현상을 보이지 않고 zero reading 후 14일 동안 계속 팽창하는 것을 알 수 있었다(그림 7, 9 및 11 참조).
특히, 골재 7(안산암)과 골재 12(규석)는 천연 골재의 잔입자량과 거의 10배 가까운 차이를 보였다. 따라서, 골재 1(재생 골재), 골재 7(안산암), 골재 9(변성암), 골재 10(화강암 석분) 및 골재 12(규석)를 잔 골재로 사용할 때는 잔입자량을 줄일 수 있는 처리과정이 필요함을 알 수 있다.
본 실험에 사용된 12종류의 골재들은 대체로 2.5~2.6 정도의 비중을 나타냈으나 골재 1(재생 골재), 골재 5(화강암), 골재 7(안산암)은 다른 골재에 비해 비중은 작고 흡수율은 3~3.5배 정도 크게 나타났 다(그림 1, 2 참조). 비중이 작게 나온 이들 골재는 재생 골재, 화강암 및 안산암이었으며, 재생 골재는 재생 골재의 특성상 시멘트 모르타르가 다량 포함되어 있어 다른 골재와 차이가 나타난 것으로 생각된다.
이 외에 다른 골재들도 ASTM C 1260에 의한 zero reading 후 14일의 시험결과가 ASTM C₂₂7에 의한 재령 6개월의 팽창률보다 더 큰 값을 보이고 있음을 알 수 있다(그림 6~11 참조). 본 실험에 사용된 골재 중에서 6개월에 0.1% 이상의 팽창에서 유해임을 판정하는 ASTM C 227과 zero reading 후 14일에 0.2% 이상의 팽창을 나타내는 골재가 반응성 골재임을 판정하는 ASTM C 1260에서 규정한 길이변화율을 나타내는 골재는 없었다. 본 실험에서는 ASTM C 1260에 의한 zero reading 후 14일의 시험결과가 ASTM C 227에 의한 재령 6개월 후의 팽창률과 유사한 것을 알 수 있었다.
ASTM C 1260에 의한 모르타르 바 시험결과 골재 3(퇴적암)을 제외한 나머지 골재들은 수축현상을 보이지 않고 zero reading 후 14일 동안 계속 팽창하는 것을 알 수 있었다(그림 7, 9 및 11 참조). 본 실험에 사용된 모든 골재가 zero reading 후 14일에 0.2% 이상의 팽창을 나타내는 반응성 골재는 없었지만 그림 7에서 보는 바와 같이 골재 3(퇴적암)은 zero reading 후 21일에 0.1% 이상의 팽창을 나타내고 있다. ASTM C 1260에서 zero reading 후 14일에 0.
2% 이상의 팽창을 나타내는 골재가 반응성 골재임을 판정하는 ASTM C 1260에서 규정한 길이변화율을 나타내는 골재는 없었다. 본 실험에서는 ASTM C 1260에 의한 zero reading 후 14일의 시험결과가 ASTM C 227에 의한 재령 6개월 후의 팽창률과 유사한 것을 알 수 있었다. 이처럼 ASTM C 1260에 의한 모르타르 바 시험법은 단기간에 반응성 골재를 확인하는데 유용할 뿐만 아니라 반응이 천천히 일어나는 골재에 대한 유해성을 판정하는데 효과적인 것으로 생각된다.

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