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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 압출성형 방식으로 생산되는 콘크리트 제품의 특성에 적합한 배합을 도출하기 위한 기 초 연구로써, 플라이애쉬, 실리카 흄, HPMC를 첨가하여 경량 골재를 사용한 콘크리트에 대한 물성을 실험실 실험으로 검토한 것이다.
제안 방법
- 본 실험에서 사용한 플라이애쉬는 보령산 플라이애쉬를 사용하였으며, 물리적 성질은 표 4와 같다.
- 압축강도 시험용 공시 체는 콘크리트의 강도 시험용 공시체 제작 방법(KS F 2403)에 준하여 제작하였으며, 각 배합 별 재령 1, 3, 7, 14, 28일 각각 3개의 공시체를 제작하여 온도 20±20에서 24시간 양생 후 캡핑을 하고 탈형 후 2*C 0±2의 항온수조에서 수중 양생을 실시하였다.
- 경량콘크리트 제품의 경우 1일 양생 후 탈형을 해야 하므로 초기강도가 중요하여 1, 3, 7, 14, 28일의 압축강도를 측정하였다. 공 시체의 파괴 형상은 골재와 페이스트의 분리가 아닌 경량골재의 파괴로 인한 성상을 보였다.
대상 데이터
- 본 실험에서 사용한 시멘트는 KS L 5201에 규정된 국내 S 사의 보통 포틀랜드 시멘트를 사용하였으며, 시멘트의 물리적 성질은 각각 표 1과 같다.
- 본 실험에 사용한 잔골재는 북한 강산으로 최대크기를 5mm 이하로 입도를 조정 후 사용하였으며, 물리적 성질은 과표 2 과 같다.
- 본 실험에서 사용한 경량골재는 스페인산을 사용하였으며, 물리적인 성질은 표 3 와 같다.
- 본 실험에서 사용한 실리카 흄은 캐나다산을 사용하였으며, 물리적 성질은 비중 2.14, 비표면적 22,000cnf/g으 로 나타났다. 입자의 크기는 대략 0.
- 본 실험에서 사용한 HPMC는 셀루로스 에테르계로서 국내 S 정밀화학에서 생산하는 Mecellose (HPMC) PMC-30U를 사용하였으며, 물리적 성질은 표 6 과 같다.
이론/모형
- 슬럼프 시험은 굳지 않은 콘크리트의 KS F 2402에 따라 시험하였으며, 공기량 시험 방법은 굳지 않은 콘크리트의 압력 법에 의한 공기함유량 시험 방법(공기실 압력 방법)(KS F 2421)에 따라 시험을 실시하였다.
- 압축강도 시험은 콘크리트의 압축강도 시험방법任CS F 2405)에 준하여 시험을 실시하였다.
성능/효과
- 슬럼프 목표치는 0cm이며, 측정 결과 0~3.5cm로 나타났으며 플라이애쉬 0%, 10%, 20% 치환 시 0cm, 1cm, 3cm로 치환율이 증가할수록 슬럼프가 증가하는 경향을 나타내었으며, 플라이애쉬 10% 치환 시 실리카 흄의 치환율이 적을수록 슬럼프가 증가했으며, HPMC의 역시 첨가량이 적을수록 슬럼프가 증가했다. 플라이애쉬 20% 치환 시 동일한 경향을 나타내었으며, 실리카 흄의 치환율이 적올수록 슬럼프가 증가했고, HPMC의 첨가량이 적을수록 슬럼프가 증가했다.
- 5cm로 나타났으며 플라이애쉬 0%, 10%, 20% 치환 시 0cm, 1cm, 3cm로 치환율이 증가할수록 슬럼프가 증가하는 경향을 나타내었으며, 플라이애쉬 10% 치환 시 실리카 흄의 치환율이 적을수록 슬럼프가 증가했으며, HPMC의 역시 첨가량이 적을수록 슬럼프가 증가했다. 플라이애쉬 20% 치환 시 동일한 경향을 나타내었으며, 실리카 흄의 치환율이 적올수록 슬럼프가 증가했고, HPMC의 첨가량이 적을수록 슬럼프가 증가했다. 이는 증점제의 수분 흡수로 인해 슬럼프가 저하되는 것으로 판단된다.
- 공기량 목표치는 2±1%이며, 다공질의 경량골재이므로 골재 수정계수를 측정 후 겉보기 공기량의 값에서 골 재 수정계수의 차이를 공기량으로 측정하였으며 측정결과。~7.6%로 나타났으며 대부분 목표치를 만족하였으나, 플라이애쉬 10% 치환 시 HPMC 첨가량이 증가할수록 높은 공기량을 나타내고 있는데, 이는 증점제의 수분 홉 수로 인해 충분한 수화반응이 이루어지지 않아 페이스트와 골재 사이의 미세공극의 증가로 공기량 증가 및 압축 강도 저하의 결과를 나타내고 있는 것으로 사료된다. 플라이애쉬 20% 치환 시 HPMC의 첨가량이 적을수록 슬럼 프가 증가했다.
- 배합 별 강도 특성을 보면 플라이애쉬 치환율이 증가할수록 강도가 낮아지는 경향을 보이며, 플라이애쉬 10% 치환 시 실리카 흄의 치환율이 적을수록 압축강도는 증가했으며 HPMC 역시 첨가량이 적을수록 압축강도가 증가했다. 플라이애쉬 20% 치환 시 실리카 흄 5%, 20% 치환 시 매우 낮은 압축강도를 나타냈으며, 10% 치환시 가장 높은 강도를 나타났다.
- 배합 별 강도 특성을 보면 플라이애쉬 치환율이 증가할수록 강도가 낮아지는 경향을 보이며, 플라이애쉬 10% 치환 시 실리카 흄의 치환율이 적을수록 압축강도는 증가했으며 HPMC 역시 첨가량이 적을수록 압축강도가 증가했다. 플라이애쉬 20% 치환 시 실리카 흄 5%, 20% 치환 시 매우 낮은 압축강도를 나타냈으며, 10% 치환시 가장 높은 강도를 나타났다. 1, 3, 7일 강도는 치환율이 적을수록 14, 28일 강도에서는 치환율이 많을수록 압축강도가 증가했으며 HPMC 역시 첨가량이 적을수록 압축강도가 증가했다.
- 플라이애쉬 20% 치환 시 실리카 흄 5%, 20% 치환 시 매우 낮은 압축강도를 나타냈으며, 10% 치환시 가장 높은 강도를 나타났다. 1, 3, 7일 강도는 치환율이 적을수록 14, 28일 강도에서는 치환율이 많을수록 압축강도가 증가했으며 HPMC 역시 첨가량이 적을수록 압축강도가 증가했다.
- 1) 슬럼프는 0~3.5cm로 나타났으며 플라이애쉬의 치환율의 증가에 비례하여 슬럼프값도 증가하였다. 증점제의 첨가량이 증가할수록 슬럼프는 감소하는 결과로 증점제의 사용으로 슬럼프의 감소를 유도할 수 있으며, 실리카 흄의 경우 시멘트 중량의 20% 치환 이상 시 수량 부족으로 골재와 페이스트가 분리되는 재료 분리 현상이 나타났으며, HPMC 역시 200g/m'이상에서 재료 분리 현상이 나타났다.
- 5cm로 나타났으며 플라이애쉬의 치환율의 증가에 비례하여 슬럼프값도 증가하였다. 증점제의 첨가량이 증가할수록 슬럼프는 감소하는 결과로 증점제의 사용으로 슬럼프의 감소를 유도할 수 있으며, 실리카 흄의 경우 시멘트 중량의 20% 치환 이상 시 수량 부족으로 골재와 페이스트가 분리되는 재료 분리 현상이 나타났으며, HPMC 역시 200g/m'이상에서 재료 분리 현상이 나타났다.
- 2) 공기량은 0~7.6%를 나타냈으며, 플라이애쉬의 치환율의 증가에 반비례하여 공기량이 감소하였다. 미립분의 플라이애쉬와 실리카 흄이 다공질의 경량골재의 공극을 감소 시켜 공기량의 깂.
- 이 전반적으로 적게 나타났다. 플라이애쉬 치환 시 실리카 흄의 치환에는 큰 변화가 없으나, 플라이애쉬 10% 치환 시 실리카 흄의 치환율이 적을수록 공기량이 증가했으며, HPMC 역시 첨가량이 적을 수 록 공기량이 증가했다. 플라이애쉬 20% 치환 시 HPMC 증가에 따라 공기량이 감소하는 경향을 나타내고 있다.
- 3) 경량골재를 사용한 콘크리트의 경우는 모든 배합이 보통콘크리트의 2.30t/m‘~2.35t/m‘보다 가벼운 L54t/ m'~ 의 단위 중량을 나타났다.
- 4) 재령 28일 압축강도의 경우 플라이애쉬 치환량이 증가할수록, HPMC의 첨가량이 증가할수록 압축강도는 저하되는 경향을 나타났으며, 플라이애쉬 20% 치환 시와 실리카 흄 10% 치환 시 1일 압축강도에서 다른 배합에 비해 158%, 189%의 압축강도 증가를 나타내었으며, 28일 압축강도는 큰 차이가 없는 것으로 나타났다. 실리카 흄 첨가 시 초기강도(1, 7, 14일)는 기준 배합보다 낮지만 28일 강도에서는 실리카 흄 첨가 시 기준 배합보다 강도가 상회하는 것으로 나타났으며 이는 미분말인 실리카 흄이 미세한 공극을 감소 시켜 시멘트 경화체의 공극을 보다 치밀하게 하여 강도의 증진에 기여한 것으로 판단된다.
- 4) 재령 28일 압축강도의 경우 플라이애쉬 치환량이 증가할수록, HPMC의 첨가량이 증가할수록 압축강도는 저하되는 경향을 나타났으며, 플라이애쉬 20% 치환 시와 실리카 흄 10% 치환 시 1일 압축강도에서 다른 배합에 비해 158%, 189%의 압축강도 증가를 나타내었으며, 28일 압축강도는 큰 차이가 없는 것으로 나타났다. 실리카 흄 첨가 시 초기강도(1, 7, 14일)는 기준 배합보다 낮지만 28일 강도에서는 실리카 흄 첨가 시 기준 배합보다 강도가 상회하는 것으로 나타났으며 이는 미분말인 실리카 흄이 미세한 공극을 감소 시켜 시멘트 경화체의 공극을 보다 치밀하게 하여 강도의 증진에 기여한 것으로 판단된다.
후속연구
- 현대 건축물이 고층화, 거대화, 심층화가 되어짐에 따라 구조물의 중량 증가로 인한 자재 및 비용의 증가라는 결과를 초래하고 있다. 이에 콘크리트 제품을 경량화하여 건물 자체의 자중을 감소 시켜 자원 절약 및 비용 절감의 효과와 플라이애쉬를 치환하여 사용하므로 자원의 재활용에도 큰 효과를 기대할 수 있다.
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