[논문]디자인 중심의 칼라 콘크리트 도로포장을 위한 레드머드의 재활용 연구

정동영; 최경락; 홍종현; 김문훈

문제 정의

레드머드는 보오크싸이트원광석에서 생산되는 알루미나의 선광 과정에서 발생되는 무기질 산업 폐기물로서 연간 10만톤 이상이 발생되고 있으나 적절한 재활용 방안이 없어 재활용 연구가 절실한 실정이다. 따라서, 레드머드를 안료용도의 첨가재로 사용함에 따른 콘크리트의 강도, 슬럼프, 색상변화, 및 건조수축에 관한 실험적 연구를 수행하고, 최종적으로 디자인 중심의 칼라 콘크리트 도로포장을 제공하기 위해 최적의 콘크리트 배합비를 연구하였다.

제안 방법

Table 1과 같이 WC₅₀PLANE 배합비로 제작한 콘크리트 블록(30 cm x 30 cm x 8 cm)을 대조구로 설정하고, 레드머드를 시멘트의 15% 첨가한 WC₅₀SP15PX 배합비로 제조한 칼라 콘크리트 블록(30 cm X 30 cm X 8 cm)과 블록상부에 표면강화제(Wet Look Lacquer, White Mountain)를 1회, 2회 코팅한 시편을 시험구로 설정하고, WC₅₀PLANE 배합비에 피그먼트를 시멘트 사용비율의 3%, 5%, 10%를 첨가하여 제조한 칼라 콘크리트블록(30 cm X 30 cm X 8 cm)을 각각 제조하여 대조구로 설정하였다. 제조시의 실험실 대기 온도는 20℃이고 상대습도는 50%이다.
사전에 수차례예비실험을 수행한 결과, 굵은골재 최대치수는 25mm로 설정하고, 물 사용 단위중량을 180kg, 잔골재율(S/a)을 50%, 물-시멘트비를 50%로 설정하고, 레드머드는 시멘트 사용량의 10%, 15%, 20%로 설정하였다. 대조구로 사용된 종래의 피그먼트는 시멘트 사용량의 3%, 5%, 10%를 사용하였다. Table 1에 본 연구에 수행된 배합비 상세를 나타내었다.
첨가재로 사용된 레드머드는 H사의 산업폐기물을 사용하였다. 사전에 수차례예비실험을 수행한 결과, 굵은골재 최대치수는 25mm로 설정하고, 물 사용 단위중량을 180kg, 잔골재율(S/a)을 50%, 물-시멘트비를 50%로 설정하고, 레드머드는 시멘트 사용량의 10%, 15%, 20%로 설정하였다. 대조구로 사용된 종래의 피그먼트는 시멘트 사용량의 3%, 5%, 10%를 사용하였다.
양생 28일 경과 후, 콘크리트 표면의 레이턴스, 모세관, 그리고 색상의 변화를 육안과 장비를 이용하여 관찰하였다. 색상의 측정은 색차계(color difference meter) 미놀타 CR-200으로 측정하였고 실내에서 측정하였으며, 측색에 있어 태양의 영향은 고려하지 않았으며 얼룩 등은 무시하였다. 시편 전체 면적을 고려하여 균일하게 9점을 기준으로 측정하였으며, 측정점 위치는 그리드 9점을 설정하여 측정하였다.
제조시의 실험실 대기 온도는 20℃이고 상대습도는 50%이다. 양생 28일 경과 후, 콘크리트 표면의 레이턴스, 모세관, 그리고 색상의 변화를 육안과 장비를 이용하여 관찰하였다. 색상의 측정은 색차계(color difference meter) 미놀타 CR-200으로 측정하였고 실내에서 측정하였으며, 측색에 있어 태양의 영향은 고려하지 않았으며 얼룩 등은 무시하였다.
Table 1에 본 연구에 수행된 배합비 상세를 나타내었다. 콘크리트 혼합은 200L 강재식 팬믹서를 이용하여, 잔골재+굵은 골재+시멘트+레드머드+콘크리트섬유를 1분간 1차 건비빔을 하고, 물+AE감수제를 혼합하여 1차 건비빔 콘크리트에 혼합한 후 2분간 비빔을 한 후, 배출하였다. 시편 제작과 시험은 굳지않은 콘크리트의 실험으로 슬럼프는 KS F 2402, 경화콘크리트의 실험으로 압축강도는 KS F 2405에 의하여 측정하였다.

대상 데이터

본 연구에서는 칼라 콘크리트를 제조하기 위해 잔골재는 낙동강 강사, 굵은골재는 안동시에서 생산된 쇄석골재, 혼화제로 사용된 콘크리트 섬유는 A사의 8mm 길이 pva 섬유를 사용하고, 첨가재로 사용된 레드머드는 H사의 산업폐기물을 사용하였다. 사전에 수차례예비실험을 수행한 결과, 굵은골재 최대치수는 25mm로 설정하고, 물 사용 단위중량을 180kg, 잔골재율(S/a)을 50%, 물-시멘트비를 50%로 설정하고, 레드머드는 시멘트 사용량의 10%, 15%, 20%로 설정하였다.
색상의 측정은 색차계(color difference meter) 미놀타 CR-200으로 측정하였고 실내에서 측정하였으며, 측색에 있어 태양의 영향은 고려하지 않았으며 얼룩 등은 무시하였다. 시편 전체 면적을 고려하여 균일하게 9점을 기준으로 측정하였으며, 측정점 위치는 그리드 9점을 설정하여 측정하였다. 측색된 색상(Hue), 명도(Value), 채도(Chroma)는 먼셀표색계에 의해 색채기호를 사용하여 시편 측색 값을 평균하여 나타내었다.

데이터처리

시편 전체 면적을 고려하여 균일하게 9점을 기준으로 측정하였으며, 측정점 위치는 그리드 9점을 설정하여 측정하였다. 측색된 색상(Hue), 명도(Value), 채도(Chroma)는 먼셀표색계에 의해 색채기호를 사용하여 시편 측색 값을 평균하여 나타내었다.

이론/모형

콘크리트 혼합은 200L 강재식 팬믹서를 이용하여, 잔골재+굵은 골재+시멘트+레드머드+콘크리트섬유를 1분간 1차 건비빔을 하고, 물+AE감수제를 혼합하여 1차 건비빔 콘크리트에 혼합한 후 2분간 비빔을 한 후, 배출하였다. 시편 제작과 시험은 굳지않은 콘크리트의 실험으로 슬럼프는 KS F 2402, 경화콘크리트의 실험으로 압축강도는 KS F 2405에 의하여 측정하였다.

성능/효과

결과적으로, YR계의 색상을 나타내는 레드머드를 사용한 칼라 콘크리트는, 한국의 전통건축물과 근대건축의 번화가의 색상이 Y~YR계인 것을 고려하면, 문화재의 색상과 동일계 색상을 이루고 있어 문화재 시설과 조화를 잘 이룰 것으로 판단된다. 그리고 현대 아파트들도 Y~YR계가 주조색을 이루고, 흙의 색상도 Y~YR계를 주조색으로 이루어져 있으므로 레드머드를 사용한 칼라 콘크리트의 색채가 자연환경과도 조화를 잘 이루는 것으로 판단된다.
그리고 현대 아파트들도 Y~YR계가 주조색을 이루고, 흙의 색상도 Y~YR계를 주조색으로 이루어져 있으므로 레드머드를 사용한 칼라 콘크리트의 색채가 자연환경과도 조화를 잘 이루는 것으로 판단된다. 또한 레드머드 칼라 콘크리트는 표면강화제로 코팅함으로써 색상과 명도가 약간 낮아짐을 인지할 수 있고 코팅 반복 회수가 증가할수록 명도가 약간 더 낮아지는 결과를 가져온다. 한편, 장기간의 경시변화에 따른 색상의 변화에 대한 추가연구가 향후 필요한 것으로 판단된다.
Table 6~8을 고찰한 결과, 피그먼트를 첨가한 콘크리트의 색상은 R계를 이루고 있고, 피그먼트 첨가가 높아질수록 색상 값과 명도 값은 내려가고 채도는 올라간다. 레드머드 칼라 콘크리트(non-coating)에 비하면 명도가 떨어지고 피그먼트 첨가량이 많을수록 명도는 더 떨어지며, 피그먼트 5%이상에서는 채도는 올라가는 현상을 보인다. 피그먼트를 첨가한 칼라콘크리트의 색상은 자연환경 흙색상의 주조색(Y~YR계)과 조화를 이루지 못하는 큰 결점을 가지고 있다.

후속연구

또한 레드머드 칼라 콘크리트는 표면강화제로 코팅함으로써 색상과 명도가 약간 낮아짐을 인지할 수 있고 코팅 반복 회수가 증가할수록 명도가 약간 더 낮아지는 결과를 가져온다. 한편, 장기간의 경시변화에 따른 색상의 변화에 대한 추가연구가 향후 필요한 것으로 판단된다.

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