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문제 정의
- 따라서, 본 연구에서는 현재 대량으로 방치되고 있는 굴 패각의 공학적 성질을 분석하고 건설자재로의 효율적 사용방안을 검토하여 콘크리트용 골재로써의 활용성에 대한 실험적 연구를 수행하고자 한다.
제안 방법
- 콘크리트의 골재로써 굴 패각의 대체 사용성에 대한 연구로서 기본 배합 강도가 180, 260 kgf/cm2이르도록 배합설계를 하였다. 굴 패각의 골재 대체율은 체적비로 10, 30, 50, 100%로 각각 배합하였다. 굵은 골재 대체 시 굴 패각의 입도 크기는 5~ 10, 10-13, 19~25mm로 각각 나뉘어 배 합하였다.
- 굴 패각의 골재 대체율은 체적비로 10, 30, 50, 100%로 각각 배합하였다. 굵은 골재 대체 시 굴 패각의 입도 크기는 5~ 10, 10-13, 19~25mm로 각각 나뉘어 배 합하였다. 한편, 잔골재 대체 시 굴 패각은 입도 크기를 5mm 이하로 분쇄하여 배합하였다.
- 본 연구에서는 수거된 굴 패각을 다양하게 분쇄하여 입도 분포 및 입형을 여러가지 수준으로 제조한다. 이렇게 만들어진 굴 패각 분쇄 물의 첨가량을 조절하여 콘크리트를 다양한 배합으로 제조하고, 경화 전에 슬럼프 시험을 하여 작업성을 검토하고, 경화 후의 역학적 특성 즉, 압축강도 및 휨강도를 검토한다.
- M(Tinius Olsen Testing Machine) 이다. 압축강도 시험 전에 공시 체는 캡핑처리를 하였으며 강도의 측정은 재령 1, 3, 7, 14, 28일에 실시하였고 실험 결과는 각각 공 시체의 평균값으로 하였다.
- 후 콘크리트를 제조하였다. 압축강도 시험용 공시 체는 0 10x20cw 몰드를 사용하여 KS F 2405에 따라 몰드를 3층으로 나누어 각 층을 25회씩 봉 다짐하여 제작하였다. 휨강도는 10x10X40cm 빔 몰드를 사용하여 진동 다짐하여 제작하였다.
- 본 연구에서는 수거된 굴 패각을 다양하게 분쇄하여 입도 분포 및 입형을 여러가지 수준으로 제조한다. 이렇게 만들어진 굴 패각 분쇄 물의 첨가량을 조절하여 콘크리트를 다양한 배합으로 제조하고, 경화 전에 슬럼프 시험을 하여 작업성을 검토하고, 경화 후의 역학적 특성 즉, 압축강도 및 휨강도를 검토한다. 작업성 문제를 고려하여 물-시멘트비를 0.
- 이렇게 만들어진 굴 패각 분쇄 물의 첨가량을 조절하여 콘크리트를 다양한 배합으로 제조하고, 경화 전에 슬럼프 시험을 하여 작업성을 검토하고, 경화 후의 역학적 특성 즉, 압축강도 및 휨강도를 검토한다. 작업성 문제를 고려하여 물-시멘트비를 0.45, 0.55로 정하였으며 굴 패각 치환율의 증가 시 예상되는 작업성 저하 문제를 고려하여 AE 감수제(NEXCO prime-AS)를 사용하였다. 실험변수를 정리하면 표 1과 같다.
- 한편, 잔골재 대체 시 굴 패각은 입도 크기를 5mm 이하로 분쇄하여 배합하였다. 잔골재 대체 시 작업성 및 부착성을 고려하여 50%까지만 대체하였다. 실험에 사용된 배합표는 표 3과 같다.
- 콘크리트의 골재로써 굴 패각의 대체 사용성에 대한 연구로서 기본 배합 강도가 180, 260 kgf/cm2이르도록 배합설계를 하였다. 굴 패각의 골재 대체율은 체적비로 10, 30, 50, 100%로 각각 배합하였다.
- 압축강도 실험은 KS F 2405의 콘크리트의 압축강도 시험 방법에 따라 3개의 공시체 를 기본으로 실시하였으며, 슬럼프 실험은 KS F 2402에 따라 비빔 즉시 실시하였다. 휨강도 시험은 3 등분점재하(third point loading)에 의하여 2개의 공시 체를 기본으로 실시하였다. 실험에 사용된 기기는 200톤 용량의 U.
- 압축강도 시험용 공시 체는 0 10x20cw 몰드를 사용하여 KS F 2405에 따라 몰드를 3층으로 나누어 각 층을 25회씩 봉 다짐하여 제작하였다. 휨강도는 10x10X40cm 빔 몰드를 사용하여 진동 다짐하여 제작하였다. 공시 체는 제작 후 24시간 성형한 후 탈형 하였으며 파괴시험 시의 재령까지 수중 양생하였다.
대상 데이터
- 본 실험의 사용재료로 시멘트는 국내산 1종 보통 포틀랜드 시멘트를 사용하고, 골재로써 잔골재는 경남 칠서 낙동강에서 채취한 강모래를, 자갈은 부순 돌을 사용하였다. 굴 패각은 경남 충무 해안가에서 채취하였다. 표 2는 사용된 골재의 일반적 물성실험결과를 나타낸다.
- 본 실험의 사용재료로 시멘트는 국내산 1종 보통 포틀랜드 시멘트를 사용하고, 골재로써 잔골재는 경남 칠서 낙동강에서 채취한 강모래를, 자갈은 부순 돌을 사용하였다. 굴 패각은 경남 충무 해안가에서 채취하였다.
- 휨강도 시험은 3 등분점재하(third point loading)에 의하여 2개의 공시 체를 기본으로 실시하였다. 실험에 사용된 기기는 200톤 용량의 U.T.M(Tinius Olsen Testing Machine) 이다. 압축강도 시험 전에 공시 체는 캡핑처리를 하였으며 강도의 측정은 재령 1, 3, 7, 14, 28일에 실시하였고 실험 결과는 각각 공 시체의 평균값으로 하였다.
이론/모형
- 공시 체는 제작 후 24시간 성형한 후 탈형 하였으며 파괴시험 시의 재령까지 수중 양생하였다. 압축강도 실험은 KS F 2405의 콘크리트의 압축강도 시험 방법에 따라 3개의 공시체 를 기본으로 실시하였으며, 슬럼프 실험은 KS F 2402에 따라 비빔 즉시 실시하였다. 휨강도 시험은 3 등분점재하(third point loading)에 의하여 2개의 공시 체를 기본으로 실시하였다.
성능/효과
- (1) 굴 패각의 함유량이 증가할수록 압축강도 및 휨강도는 감소하며, 워커빌리티와 밀도를 감소시키 는 결과를 나타낸다.
- (2) 굵은 골재 대체 시 굴 패각의 함유량이 50% 미만일 경우에는 경량콘크리트 효과를 볼 수 없으나 50% 이상일 경우에는 경량콘크리트 화가 가능하다. 그러나 50% 이상이 되면 강도가 급격히 감소함으로 이에 대한 추가적인 연구가 이루어져야 한다.
- (4) 굵은 골재 대체 시 굴 패각의 분쇄는 최대 19mm를 넘지 않도록 하는 것이 강도 및 작업성 측면에서 합리적인 것으로 판단된다.
- 굴 패각의 함유량에 따른 슬럼프 측정 결과는 그림 2와 같다. a)에서 자갈 대체 시 굴 패각 함유량이 증가할수록 슬럼프값은 급격히 감소하는 결과를 보였다. 특히, 굴 패각이 최대 50, 100%일 경우에는 슬럼프값이 없을 정도로 감소하는 결과를 보인 반면, 모래 대체 시 굴 패각 함유량이 10%일 경우, 슬럼 프값이 약간 감소하지만 30, 50%일 경우, 갑자기 증가함을 보여준다.
- 압축강도 및 휨강도는 굴 패각 대체율이 증가할수록 감소한다는 것을 알 수 있다. 굴 패각 대체율이 증가함에 따라 압축강도가 최대 60%까지 감소하는 것으로 나타났다. 휨강도 또한 굴 패각 대체율이 증가할수록 감소하는 경향을 보였으나 강도감소율이 압축강도의 경우보다 작은 것으로 나타났다.
- 0 〃揷이하 이다. 실험 결과 보통콘크리트일 경우는 2.2 〃必이고 10, 30%의 굴 패각 함유량의 단위용적 중량은 2.09, 2.01 ㎛3이다. 따라서 중량감소의 효과는 크지 않다 는 결론을 얻었다.
- 입도 크기가 19mm 이상이 되면 압축강도 및 휨강도가 급격히 감소함을 알 수 있다. 이 결과 굴 패각 대체 시 입도 분포는 최대 19mm 이하로 분쇄하여 골재로 사용하는 것이 적당하다는 결과를 얻을 수 있다. ^
- 그림 6은 10~ 13mm 굴 패각 입도를 사용한 혼화제를 첨가한 경우 콘크리트의 재령에 따른 굵은 골재 대체 시 압축강도 발현 정도를 나타낸다. 재령 7일까지는 강도증가 현상이 굴 패각의 대체율에 상관없이 전체적으로 급격히 상승하는 것으로 나타났으며, 재령 14일 실험 결과, 대체율 10, 30%일 때의 압축강도는 근사한 값을 보이며 이때 압축강도는 기준 콘크리트의 약 75% 정도이다. 재령에 따른 전체적인 그래프의 기울기를 보면 굴 패각함유율이 50%까지는 콘크리트의 강도증가율이 기준 콘크리트와 비슷한 경향을 보여주고 있다.
- a)에서 자갈 대체 시 굴 패각 함유량이 증가할수록 슬럼프값은 급격히 감소하는 결과를 보였다. 특히, 굴 패각이 최대 50, 100%일 경우에는 슬럼프값이 없을 정도로 감소하는 결과를 보인 반면, 모래 대체 시 굴 패각 함유량이 10%일 경우, 슬럼 프값이 약간 감소하지만 30, 50%일 경우, 갑자기 증가함을 보여준다. 100%일 경우, 타설이 힘들 정도로 재료분리 현상이 발생하고 슬럼프값을 측정할 수가 없었다.
- 굴 패각 대체율이 증가함에 따라 압축강도가 최대 60%까지 감소하는 것으로 나타났다. 휨강도 또한 굴 패각 대체율이 증가할수록 감소하는 경향을 보였으나 강도감소율이 압축강도의 경우보다 작은 것으로 나타났다. 그림에서 보면 잔골재 대체 시가 굵은 골재 대체 시 보다 강도가 10~20% 정도 더 큰 값을 보인다.
후속연구
- (2) 굵은 골재 대체 시 굴 패각의 함유량이 50% 미만일 경우에는 경량콘크리트 효과를 볼 수 없으나 50% 이상일 경우에는 경량콘크리트 화가 가능하다. 그러나 50% 이상이 되면 강도가 급격히 감소함으로 이에 대한 추가적인 연구가 이루어져야 한다.
- 위와 같이 굴 패각의 골재 대체 시 활용성에 대한 연구 결과, 굴 패각의 함유량이 다량일 경우 강도 및 결합력, 작업성 등에 문제가 제기되었지만 더 많은 실험과 연구로 이러한 문제점을 해결한다면 충분히 골재로써 사용이 가능할 것으로 사료된다.
- 3%)로 이루어져 있어 시멘트와의 수화반응과 부착 성상에는 별문제가 없을 것으로 판단되며, 적절히 분쇄하여 입도를 조절하면 콘크리트용 골재로 써의 사용이 가능할 것으로 보인다. 특히 자연 골재에 비하여 경량인 점과 제조된 콘크리트 표면의 연 마 등을 통하여 굴 패각의 자연 광택을 창출할 경우 외관이 아름다운 건축용 경량콘크리트판 등의 제조 가 가능할 것이다. 그러나 굴 패각의 형상과 표면조직으로 볼 때 흡수율이 클 것으로 판단되어 콘크리트의 작업성 등에 좋지 않은 영향을 미칠 것도 함께 예상된다.
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